Labplas, Beckhoff의 PC기반 제어 및 로봇 기술로 생산성·유연성 동시 배가
  • 최정훈 기자
  • 승인 2020.12.24 08:30
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멸균 샘플링 백 생산 시 PC 기반 제어로 최적의 공정효율 제고

[Beckhoff 제공] 랩플라스가 자사 생산기계를 PC기반 제어로 재설계해 생산성을 높이고, 로봇을 통합해 유연성을 획기적으로 끌어 올리는데 성공해 업계의 이목이 집중된다.  

랩플라스가 자사 생산기계를 PC기반 제어로 재설계해 생산성을 높이고, 로봇을 통합해 유연성을 크게 향상시켰다. [사진=Labplas Canada]
랩플라스가 자사 생산기계를 PC기반 제어로 재설계해 생산성을 높이고, 로봇을 통합해 유연성을 크게 향상시켰다. [사진=Labplas Canada]

캐나다 퀘벡 Sainte-Jullie 지역에 본사를 둔 랩플라스(Labplas)는 1987년 설립 이후 멸균 샘플링 백(Bag)과 악세서리를 고객 맞춤형으로 생산하는 역량을 필두로 성장가도를 달려왔다. 현재는 식품, 농업, 환경, 수의학, 제약 산업 등으로 서비스 영역을 넓혀가고 있다. 랩플라스는 살균 샘플링 백, 테스트 키트, 환경 친화적 생분해성 백을 주로 생산한다. 요구되는 품질 규격을 충족시키는 것은 무균 샘플링 제조업체의 가장 중요한 일로 꼽힌다. 샘플링 백은 실험을 위한 샘플링 스펀지, 식품, 의약품 또는 유기물들을 운반하고, 오염으로부터 철통 방어돼야 한다. 

랩플라스만의 차별화된 셀링포인트는 이러한 제각기 다른 개별 고객들의 니즈를 충분히 소화할 수 있다는 점에 있다. 랩플라스는 최첨단 제조 기술을 직접 설계·구축한다. 맞춤형 머신라인으로 일일이 전환하는 수고 없이도 다양한 소재, 크기(3인치 폭에서 33인치 폭)의 백 제작도 거뜬하게 소화해 내고 있다. 

모듈식 제어 기술, 생산성 증대 주효

랩플라스 총괄 책임자인 Benoit Brouillett는 “자사는 이러한 제품을 위한 세계 최고의 기술 플랫폼 중 하나를 보유하고 있다. 하지만, 자동화를 통해 기업 민첩성을 유지하면서 더 높은 요구 처리량을 달성할 수 있도록 지속적으로 노력을 경주하고 있다”고 밝혔다.

랩플라스는 최근 몇몇 MM 시리즈 생산라인을 재설계하는 동안 처리량, 반복성을 개선하고 품질을 제고하기 위해 로봇과 GigE 카메라를 구현했다. 랩플라스는 그 어떠한 기계의 업그레이드에서든 제어 플랫폼을 구성 요소 수준까지 고려해, 맞춤형 제품을 생산할 수 있을 만큼 다용도로 유지되도록 하는 것에 심혈을 기울였다.

랩플라스는 조립 기술을 업그레이드해 샘플링 백을 만들고 스펀지, 천, 숟가락, 가위 등 샘플링 부속품을 기존의 수작업 공정 대신 로봇 팔로 생산하는 것에 방점을 찍었다. 라인의 설계 업그레이드 목표를 달성하기 위해, 랩플라스는 다양한 ‘Form-fill-seal’을 고려했고 이 장비를 6축 델타 로봇과 통합하는 형태를 구상해 설계에 착수했다. 

기계 업그레이드는 Beckhoff 지역 영업 매니저(Area Sales Manager)인 Ted Sarazin과 랩플라스 팀 간의 협력으로 이뤄졌다. (사진은 왼쪽부터) R&D부서 매니저 Christian Fontaine, 프로젝트 매니저 Chafik Echehab, 자동화 프로젝트 관리자 Christian Roy, Guillaume Faucher [사진=Labplas Canada]
기계 업그레이드는 Beckhoff 지역 영업 매니저(Area Sales Manager)인 Ted Sarazin과 랩플라스 팀 간의 협력으로 이뤄졌다. (사진은 왼쪽부터) R&D부서 매니저 Christian Fontaine, 프로젝트 매니저 Chafik Echehab, 자동화 프로젝트 관리자 Christian Roy, Guillaume Faucher [사진=Labplas Canada]

리포트 및 프로세스 개선을 위한 데이터를 수집하는 동안, 모든 구성 요소가 Cross-vendor간 통신상 문제없이 실시간으로 동시에 작동해야 했다. 이 재설계는 처리량을 증가시켜주며, 운영자와 유지보수 담당자가 한 라인에서 다른 라인으로 이동하는 것을 좀 더 수월하게 했다.  

랩플라스는 이전 업체의 PLC는 로봇 및 기타 요구 사항을 지원할 수 없었기 때문에, 새로운 자동화 관련 사업 파트너로 Beckhoff를 선택했다. 구현 기간 동안, Beckhoff 지역 영업 매니저(Area Sales Manager) Ted Sarazin의 지휘 하에 랩플라스의 R&D 부서장 Christian Fontaine와 그가 속한 팀은 Beckhoff Canada의 애플리케이션 엔지니어 및 지원 개발자들과 힘을 뭉쳤다.

강력한 드라이브 기술도 생산성 증대 힘 보태

Beckhoff의 TwinCAT3 자동화 소프트웨어와 드라이브 같은 하드웨어는 기계 재설계에 큰 영향을 줬다. 랩플라스는 현재 15개 라인에 걸쳐 로봇을 사용하며, 픽 앤 플레이스 로봇과 다른 모션 축에는 동적 애플리케이션(AX5000 EtherCAT 서보 드라이브로 제어)을 위한 AM8000 서보모터를 장착했다. 이것들은 전원과 피드백을 하나의 케이블로 결합해 배선을 줄이는 OCT(One Cable Technology)를 통해 드라이브에 연결된다. 또한, 랩플라스는 STO(Safe Torque Off)와 SS1(Safe Stop 1)이 내장된 TwinSAFE 드라이브 카드를 포함하기로 했다.

Sarazin은 “TwinCAT Kinematic Trasformation을 사용하면 통합된 동적 사전 제어로 인해 고속 및 가속에서도 고정밀 이동이 가능하다. 그러나 가장 중요한 것은, 강력한 TwinCAT 제품군을 통해 Codian 로봇뿐만 아니라 전체 기계 라인을 실시간 제어할 수 있다는 것이다”고 말했다.

매우 역동적인 AM8000 서보모터는 AX5000 서보 드라이브와 결합돼 로봇에 뛰어난 반응성을 제공한다. [사진=Labplas Canada]
매우 역동적인 AM8000 서보모터는 AX5000 서보 드라이브와 결합돼 로봇에 뛰어난 반응성을 제공한다. [사진=Labplas Canada]

모든 요구사항에 확장 가능한 산업용 하드웨어 맹활약

엔지니어 및 운영자는 CP-Link 4, CP29xx 컨트롤 패널(One Cable Display Link를 통해 딘 레일에 장착돼 CX2030 임베디드 PC에 연결되는 컨트롤 패널)을 통해 MM 기계와 상호작용한다. 이 강력한 PC 기반 컨트롤러는 듀얼 코어 Intel Core i7 프로세서 PC를 기반으로 하며, 라인의 메인 머신 컨트롤러 역할을 한다. 

Fontaine은 “일례로 MM9 반복에서 소형 임베디드 컨트롤러는 델타 로봇 5축 1대와 3축 2대와 함께 7축의 모션으로 복잡한 기계를 구동하는데 필요한 처리 능력을 제공해야 하며, 품질 모니터링 및 잠재적인 자가 치유 소프트웨어를 위한 CPU 대역폭 또한 확보돼야 한다”라고 설명했다. 

Beckhoff 컨트롤러는 랩플라스가 품질관리를 위해 구현하고 있는 맞춤형 AI 솔루션을 포함해 타사 소프트웨어(Window 환경에서 실행되는)를 위한 손쉬운 설치와 충분한 처리 능력까지 제공한다. 16개의 채널을 갖춘 Beckhoff 공간 절약형 HD EtherCAT 터미널은 센서, 밸브, 터미널 카드, Solid-state relays(SSRs) 및 기타 기계의 디바이스와 연결된다.

업그레이드된 각 라인은 1년 미만의 ROI를 달성하는 등 랩플라스가 눈부신 결실을 맺는데 크게 일조했다. 랩플라스는 기계 유연성을 높여 몇 번의 전환없이 더 많은 상산력을 확보했다. 또한, 품질관리를 위한 프로세스를 강화하고 로봇공학을 사용해 고품질 공정을 빠르게 완료할 수 있도록 조성했다. 이에 랩플라스는 품질규격의 향상뿐만 아니라 처리량도 늘림으로써, 재설계된 기계에서 평균 25%의 생산성 향상이라는 성과를 거둬들였다.


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