[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 1980년에 설립된 Yudo그룹(이하 YUDO)은 한국에 본사를 두고, 다섯 개 대륙에 걸쳐 9개 생산 시설, 19개 자회사 및 19개 대리점을 보유하는 등 플라스틱 산업을 위한 솔루션과 사출 성형용 핫 러너 시스템을 전문적으로 생산하는 다국적 기업으로 성장했다.

Yudo는 자동차, 의료, 가전 기기, 포장 및 개인 관리 용품을 포함한 플라스틱 사출 성형 산업의 모든 적용 분야에서 사업을 영위하고 있다. 2003년 포르투갈에서 설립된 Yudo EU는 유럽 및 미주 시장을 주 대상으로 핫 러너 사출 시스템을 개발했다.

Yudo EU의 Francisco Milhinhos 대표이사는 “우리는 이전 솔루션의 단점을 극복할 수 있는 혁신적인 핫 러너 솔루션이 필요했다”면서, “혁신적인 파트너를 찾던 중에 포르투갈 대리점인 Bresimar를 통해 Beckhoff의 강력한 PC 기반 제어 기술을 알게 됐고, 함께 매우 유연하고 정밀하면서도 효율적인 Yudrive 2 핫 러너 시스템을 개발했다”고 밝혔다.

핫 러너 시스템은 사출 성형에 사용되며 공동부에 주입하기 전에 용융 플라스틱이 식어 경화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 핫 러너 시스템은 공동부로의 주입 공정을 제어하는 핫 채널 및 밸브 게이트와 제어 장치로 구성된다.

Yudrive 2 개발 프로세스는 서보모터 기술을 기반으로 하는 핫 러너 시스템을 구현한다는 아이디어로 시작됐다. 전통적인 핫 러너 시스템에서는 니들을 움직여 밸브 게이트를 유압 또는 공압 시스템에 의해 밸브 게이트가 제어된다.

다만 전통적인 시스템은 공정 제어 및 품질과 에너지 효율, 크기 및 청결도 측면에서 단점을 지니고 있다. 서보모터 솔루션은 이와 같은 측면에서 장점을 제공한다. Yudo의 전문가들은 Beckhoff의 PC 기반 제어 시스템이 설정된 요건을 심지어 초과 충족할 수 있다는 것을 곧바로 명확히 파악할 수 있었다.

I/O, IPC 및 모션 제어를 위한 소형 솔루션

솔루션 선정의 주요한 기준 중 하나가 간소성이었기 때문에 Yudo는 I/O로 EJ 시리즈의 EtherCAT 플러그인 모듈을 사용하기로 결정했다. EJ 모듈은 입증된 EtherCAT 터미널을 기반으로 하고 있지만, 전면 클램핑 접점을 채택하는 대신 적용 분야별 회로에 직접 연결할 수 있는 후면 플러그형 커넥터를 채택하고 있다.

플러그인 모듈 외에 이 신호 분배 보드(Beckhoff가 고객을 위해 개발)에는 센서 및 액추에이터용 커넥터도 포함돼 있다. 덕분에 전체 I/O 솔루션의 폼팩터를 소형화하고 Yudrive 2의 제조 공정에서도 추가적인 편익을 얻을 수 있다.

EJ 모듈 및 사전 제작 케이블을 신호 분배 보드에 연결하는 것만으로도 시간이 소요되고 실수가 발생하기 쉬운 개별 와이어의 연결 공정을 생략할 수 있다. 또한 시간 및 비용이 절감되고 숙련 인력에 대한 필요성이 줄어든다. 수리 및 유지보수에 있어서도 동일한 이점이 확연히 드러난다.

마찬가지로 신호 분배 보드에 장착되는 C6015 초소형 산업용 PC

또한 전체 솔루션의 점유 면적으로 줄이는 데 기여한다. Francisco Milhinhos에 의하면 전체적으로 제어 유닛의 크기를 기존 솔루션에 비해 70% 줄일 수 있다. 알루미늄 하우징 안에 보호된 전체 제어 유닛을 고객의 장착 환경에 따라 사출 금형 또는 그 옆에 직접 배치할 수 있다.

단일 신호 분배 보드가 OCT(One Cable Technology) 및 STO 기능이 적용된 EJ7211-9414 서보모터 출력단 4개까지 수용할 수 있으며, 각각의 출력단이 AM8122 서보모터를 제어한다.

각 신호 분배 보드에 대해 Beckhoff의 단상 전원 공급 디바이스를 사용할 수 있는데, PS1011-2410-0000 24 V DC 디바이스(10 A 출력 전류 및 240 W 출력) 1개와 PS3011-4820-0000 48 V DC 디바이스(20 A 출력 전류 및 960 W 출력) 2개로 구성돼 있다.

Yudrive 2에 의해 제어되는 전형적인 핫 러너 시스템은 최대 16개의 밸브 게이트로 구성되는데, 이 경우 16개의 서보모터를 연결해야 한다. 추가 신호 분배 보드를 밸브 게이트(그 수를 자유롭게 조정)와 그에 해당하는 수만큼의 EJ7211-9414 EtherCAT 플러그인 모듈 및 AM8122 서보모터와 연결할 수 있다. 이 덕분에 단일 C6015 초소형 산업용 PC가 장착된 모듈형 시스템 아키텍처를 중앙 제어 유닛으로 구현할 수 있다.

사출 공정 동안 서보모터 및 웜 기어가 적절한 토크로 니들의 선형 움직임을 제공한다. 모터 특성 곡선 및 기어비를 조정해 공간 및 토크 요건에 맞게 최적화해야 했는데, Beckhoff는 서보모터를 자체적으로 개발하고 생산함으로써 이러한 사출 공정의 특별한 요건을 충족할 수 있었다.

수정된 와인딩과 샤프트 및 플랜지의 적응화 덕분에 AM8122 서보모터는 폼팩터를 크게 키우지 않고서도 요구 출력을 발휘할 수 있게 됐으며 웜 기어와의 기계적 결합이 가능해졌다. 아울러 솔루션의 간소한 디자인을 구현하고 입증된 기존 유형의 기어를 구성에 유지하는 데도 도움이 됐다.

결과적으로 서보모터 기술이 보편적인 유압 및 공압 기술을 대체해 오일 누유로 인한 제품을 오염 위험을 해소함에 따라 생산 중 폐기물 발생을 피할 수 있게 됐다. 이에 더해 서보모터 솔루션의 고효율 덕분에 전통적인 개념에 비해 요구 에너지가 줄어 들었다.

일관적인 공개 제어 소프트웨어

소프트웨어 측면에서 보면 Yudrive 2는 Beckhoff의 PC 기반 제어 원리에서도 편익을 얻고 있다. Francisco Milhinhos 대표이사는 “Yudo는 사출 원재료의 고체화 속도와 기타 공정 변수를 고려해 전체 사출 공정에 대한 유동 시뮬레이션 소프트웨어를 이미 개발한 상태였음에도, 소프트웨어를 새 제어 아키텍처에 원활하게 통합할 수 있었다”고 전했다. 소프트웨어 기반 시뮬레이션의 결과를 바탕으로 레시피를 생성한 다음 TwinCAT 3에서 실행될 C6015에 로드할 수 있다.

사출 공정이 시작되면 금형 밸브가 점진적으로 열리고 닫힌다. TwinCAT 3 NC PTP 모션 제어를 동적인 소형 서보 솔루션과 조합해 사용하면 밸브 게이트를 고도로 정밀하게 제어할 수 있다. 또한 재료 유출, 표면 손상 및 부품 결함 발생의 최소화를 통해 공정 품질이 높아지고 비용이 절감되고 재료 소비량이 줄어든다.

TwinCAT 3 NC PTP는 실행 중에 위치 제어에서 토크 제어로 변경할 수 있다. 이러한 방식으로 밸브 게이트의 개폐 시에 서보 축의 토크를 제어해 니들의 과부하를 방지하고 사용 수명을 증대할 수 있다. 지능형 제어 접근법은 제품 품질을 향상할 뿐 아니라 최종 사용자에게 전례 없는 수준의 유연성을 부여한다.

Yudrive 2의 경우 핵심 요소인 TwinCAT 3가 컨트롤러에 연결된 금형의 유형을 자동으로 감지하기 때문에 다양한 금형과의 조합을 통해 여러 가지 부품을 생산할 수 있다. 그리고 시뮬레이션에서 레시피 개발 및 실행까지의 알려진 워크플로우 내에서 사출 공정을 수정할 수 있다. 또한 Yudrive 2는 뛰어난 다양성 덕분에 광범위한 표준화 옵션을 구현할 수 있어 동일한 제어 시스템을 새로운 금형과 조합해 사용할 수 있기 때문에 미래 제품에 대해서도 안심하고 투자할 수 있게 해준다.

공통 제어 플랫폼은 한 가지 유형의 시스템에 대해서만 유지관리를 하면 되기 때문에 운영 및 유지보수를 더욱 단순화해 준다. 아울러 작업자는 종합적인 진단 정보를 활용할 수 있다. 진단 데이터는 Yudo에서 개발한 반응형 HTLM5 기반 HMI를 통해 표시되며, 이는 TwinCAT 3와 ADS를 통해 통신한다.

원격 접근 지점은 하우징 외부에 장착되며 Beckhoff의 CU8210-M001 IP66 등급 캐비닛 돔에 의해 보호되는 CU8210-D001 WLAN USB 스틱을 통해 설정한다. 이를 통해 태블릿과 같은 모바일 디바이스를 용이하게 연결할 수 있다. 이로 인해 작업자는 레시피의 수동 로드, 밸브 게이트의 개폐 테스트, 온도/토크/모터 위치 모니터링 등 다양한 기능을 활용할 수 있다. 결과적으로 공정 투명성이 대폭 향상되고 제품 품질 및 기계 가용성을 더욱 개선할 수 있다는 뜻이다.

Francisco Milhinhos는 Beckhoff의 기술을 기반으로 하는 Yudrive 2의 수많은 편익을 다음과 같이 요약한다.

“Yudrive 2 덕분에 경쟁사들에 비해 한 단계 더 앞서갈 수 있었다. 또한 고객이 기존 방법으로는 해결할 수 없었던 여러 문제를 해결할 수 있도록 해주는 간소하고 강력하고 효율적인 전동 드라이브 모델을 출시할 수 있게 됐다. 모든 요구 사항이 충족됐다.”

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