전자 장비 모션제어는 포장분야에서 핵심적인 혁신 및 최적화 기술 중 하나다. 포장기계 제조업체인 B&B-MAF는 최근 고객 주문 이행과정에서 처음으로 이 기술을 활용했다. 이 회사는 Simotion 모션제어 시스템을 이용해 단시일에 서보 압축 시스템과 연결된 21축 충진기를 구현했다.

김 미 선 기자

독일 홉스텐에 본사를 둔 B&B-MAF GmbH & Co. KG가 구축한 장비 중 대다수는 특정 고객의 필요에 맞게 설계된 시리즈 장비를 개별적으로 개조한 것이다. 한 티슈 제조업체가 주문했던 BF 15 충진기도 이러한 경우에 해당된다.

복합 이동 구조

기계 내에서 이뤄지는 복잡한 동작 때문에 B&B-MAF는 최신 소프트웨어 버전(V4.2)과 CX32-2 확장 모듈이 지원되는 최첨단 Simotion CPU D445-2가 특히 돋보이는 Simotion 모션제어 시스템을 사용하기로 결정했다.

기계 내부의 공정을 살펴보면 기계가 얼마나 복잡하게 움직이는지 확인할 수 있다. 분류 공정이 진행되는 동안 서보 유도 방식의 와이어 홀더 한 쌍이 포장용기에 담길 내용물을 지탱한다. 그 후 티슈 묶음이 새로 개발된 서보 압축 스테이션으로 이동하게 되며, 이곳에서는 내용물을 포장용기에 보다 손쉽게 밀어 넣을 수 있도록 티슈 묶음으로부터 과잉 공기를 빼낸다.

서보 기술 덕분에 압축 스테이션의 이동 구조를 특정 제품의 특성에 따라 정확하게 조정할 수 있다. 처리 속도를 극대화하기 위해 결합형 게이트 밸브 두 세트가 대부분의 제품 운송을 담당한다. 결합형 게이트 밸브의 동작은 서보 유도 방식의 와이어 홀더와 항상 동기화를 유지함으로써 연속 공정으로 처리 속도를 극대화할 수 있어야 한다.

고속 포장

이 기계의 혁신 중 하나는 새로 개발된 ‘워터폴(Waterfall)’ 라인이다. 이 라인은 공급되는 제품을 올바른 방향으로 배치하고 레시피대로 쌓아 올려 묶음 처리한다. 이 기계는 제품과 포장용기의 형태에 따라 1열 또는 2열로 포장할 수 있다. 따라서 1열 작업과 홑벌의 3x7 포장용기 형식에서도 분당 230개 이상의 키친타월 묶음을 포장할 수 있다.

시뮬레이션 통해 프로젝트 안전성 보장

이번 적용 사례에서는 복잡한 공정에도 불구하고 단순한 시스템 구조를 구현할 수 있었다. 그 이유는 바로 Simotion과 더불어 모션제어 CPU가 PLC 작업을 수행했기 때문이다. 게다가 보조 축은 Sinamics 컨버터로 구현된 축 그룹에 통합됐다.

보조 축은 이런 방식으로 모션제어 시스템의 DC 링크와도 연결된다. 이와 동시에 보조 축용 드라이브조차 표준화한 덕분에 모든 축의 엔지니어링 구조가 동일하고 응답이 일관적이어서 자동화 시뮬레이션을 철저히 검사하기가 훨씬 더 수월해졌다는 설명이다. 기계 제조업체는 시뮬레이션 옵션을 대대적으로 활용 및 구현하기에 앞서  컴퓨터에서 모든 동작을 검증했다. 

B&B-MAF의 전기 엔지니어링 부문 헤르만 휴겐로스(Hermann Hugenroth) 부장은 “이러한 노력 덕분에 시운전 시간이 상당히 절약됐을 뿐 아니라, 고장 위험도 대폭 감소하는 등 매우 우수한 프로젝트 안전성을 경험할 수 있었다”면서, “지멘스의 아낌없는 지원은 말할 것도 없고, 솔루션 그 차체만으로도 나무랄 데가 없었다”고 덧붙였다.

원활한 시운전

Simotion Scout 엔지니어링 소프트웨어 덕분에 개발자가 모션제어 시스템의 다양한 옵션을 손쉽고 거의 직관적으로 사용할 수 있게 된 것도 특징이다. 휴겐로스 부장은 “사실 당사 개발자는 모션제어 시스템에 관한 지식이 전무한 상태였다”면서, “그러나 시스템 설치 방법이 매우 간단해서 개발자가 단 3일간의 숙련 교육만을 받고도 스스로 21축 모션제어 시스템을 완벽하게 구현할 수 있었다”고 말했다.

따라서 이 프로젝트에서 기계의 시운전은 일사천리로 진행될 수 있었으며, 제조업체와 고객 모두 이 솔루션을 통해 실현하게 된 우수한 성능에 흡족했다는 설명이다. 휴겐로스 부장은 “이 기술을 구현하게 되면서 B&B-MAF의 시장 진출이 훨씬 더 수월하고 그 범위도 넓어졌다”면서, “B&B-MAF도 그 어느 때보다 더 손쉽고 빠르게 여러 가지 아이디어를 시장에 선보일 수 있는 시스템을 갖추게 됐다”고 말했다.

SIMENS‘s Packaging Solution

최고 수준의 유연성 제공하는 지멘스의 모션제어 시스템

최신 기계는 한층 높아지는 요구조건을 지속적으로 충족해야 한다. 제품 교체주기가 나날이 빨라지는 현실에서 높은 품질과 최고의 생산성을 발휘하고, 제품의 교체비용을 최소화하는 한편 가용성을 극대화하는 것은 기업이 해결해야 할 여러 가지 도전과제 중 일부에 불과하다.

결과적으로 전자 부품들이 기계 부품들을 대체하는 상황이며, 이러한 가운데 기계 설비 제작업체들은 수시로 변화하는 시장 수요에 신속하게 대응해 작업 범위를 보다 폭넓게 커버하고 더 많은 축을 제어하며, 혁신적으로 주기를 단축해야 한다는 과제를 안고 있다. 이 때문에 기계 판매가격 및 운영비용 역시 가능한 낮춰야 한다.

이처럼 고객들이 기계 설비에 대해 어떠한 요구사항을 제기한다고 해도 이에 대한 지멘스의 한결같은 해답은 바로 ‘SIMOTION’다. 시설 확장을 지원하는 지멘스의 모션제어 시스템은 최고 수준의 유연성을 제공한다.

이로써 고객들은 PC, 컨트롤러 및 드라이브 기반 솔루션은 물론, 중앙집중식 또는 분산형 기계 설비 콘셉트를 구현할 수 있다. 지멘스는 어떠한 애플리케이션이라도 SIMOTION을 적용한다면 사용자 편의성이 보장된 엔지니어링 환경에서 신속한 시운전을 확신하고 있다.

FA Journal 김 미 선 기자 (fa@infothe.com)

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