[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 미시간주 홀랜드에 본사를 둔 히타치(Hitachi) 그룹 회사인 제이알오토메이션(JR Automation)은 기계 제조사겸 시스템 통합업체다. 다양한 산업 분야에 맞춤형 자동화 솔루션을 제공하면서 2,000명 이상의 직원을 둔 회사로 성공적으로 성장했다. 제이알오토메이션은 수많은 프로젝트 진행을 통해 리엔지니어링이 얼마나 프로젝트 속도를 저하시키는지 인식했다. 장비의 기본 및 자재 처리 기술을 재설계해야 하는 경우, 장비 최종 사용자는 자체 공정과 제품을 최적화에도 많은 시간이 추가로 필요했다. 이에 모듈식 자동화 플랫폼인 FlexChassis를 개발했다.

FlexChassis는 제조업체가 제품 테스트 또는 개념 증명 작업을 위한 시스템으로 소규모로 시작할 수 있도록 지원한다. 다음 내장된 OEE(종합 설비 효율) 모니터링 및 품질 관리 기능으로 대량 생산에 맞게 빠르게 확장할 수 있게 한다. 제이알오토메이션은 FlexChassis 플랫폼의 핵심은 백호프오토메이션(Beckhoff Automation)의 XTS(eXtended Transport System)를 통한 적응형 자동화라고 강조했다.

모듈화로 다양한 요구 충족

폭 1.5m, 높이 2.44m의 표준 모듈인 FlexChassis는 광범위한 로봇 공학 및 기타 볼트온 장비를 지원해 다양한 어플리케이션에 사용될 수 있다. 하지만 제이알오토메이션 엔지니어들은 비유연한 물류 처리가 모듈화에 장애물이 되는 것을 원치 않았다. 끊임없는 변화를 수용할 수 있는 적응형 리니어 이송 기술을 찾았다. 결국 엔지니어들의 선택은 지능형 이송 시스템 XTS였다. 제이알오토메이션 Mick Trompen 생명과학 부문 수석 엔지니어는 “다양한 구성이 가능한 모듈식 설계와 빠른 속도를 이유로 XTS를 선택했다”고 설명했다.

XTS는 전력 전자장치가 통합된 리니어 모터 모듈과 기계식 가이드 레일에 자석으로 연결된 무선 무버로 구성되며, 모듈형 조립 플랫폼에 완벽하게 어울린다. 다양한 구조로 상상할 수 있는 모든 경로와 트랙 길이를 만들 수 있다. 무버는 개별적으로는 물론, 그룹으로도 작동할 수 있으며 느린 공정 스테이션을 여러 번 실행하고 불량 제품에 대해 스테이션을 건너뛰는 등 자재 흐름을 개별화할 수도 있다. 또한 소프트웨어 기반 전환을 통해 포맷 변경 시 시간을 절약하고 기계적 변환 작업도 최소화할 수 있다. 전체적으로 매우 유연한 워크플로우와 높은 시스템 처리량을 자랑한다.

제이알오토메이션 David Shiles 수석 제어 엔지니어는 “XTS 모터 모듈의 간단한 구성과 트랙 레이아웃은 우리의 컨셉에 잘 맞았다”라며, “어느 때보다 더 많은 단계와 더 높은 처리량으로 어셈블리를 진행하고 있다”고 설명했다. 공간 절약도 제이알오토메이션의 마음을 사로잡았다. XTS 기술의 콤팩트한 통합 설계는 벨트, 체인, 인덱싱 테이블 등과 같은 구식 기계 부품을 배제한다. 기계 설치 공간을 약 50% 가까이 줄일 수 있다는 뜻이다.

강력한 제어 및 고속 통신 지원

XTS는 유연한 제품 처리를 지원하고, FlexChassis는 많은 기술을 통합해 확장성이 뛰어난 솔루션을 제공한다. 제이알오토메이션은 초음파 용접, 스냅 핏 및 접착제 도포부터 시약 충전·밀봉, 약물 취급, 라벨 또는 장식 부착에 이르기까지 모든 공정 스테이션이 가능한 것으로 보고 있다. 이처럼 다양한 로봇, 엔드 이펙터, 툴링 및 센서를 선택하려면 다양한 산업용 프로토콜을 통한 신속한 통신과 빠른 사이클 타임이 필요하다.

David Shiles 수석 제어 엔지니어는 “EtherCAT을 통해 실시간 통신으로 필요한 속도와 유연성을 확보할 수 있었다”고 설명했다. 이어 그는 “고객 환경에 적응하기 위해서도 EtherCAT의 개방성은 매우 중요했다”며, “백호프의 컴포넌트는 30개 이상의 공통 프로토콜을 통한 통신을 지원했다”고 덧붙였다.

XTS를 고속으로 로봇 공학 및 기타 툴링과 조율하려면 고속 EtherCAT 통신이 필요하다. 백호프는 멀티코어 Intel Xeon 프로세서가 장착된 CX2072 임베디드 PC로 충분한 컴퓨팅 성능을 제공했다. David Shiles 수석 제어 엔지니어는 “PLC, 서보 제어 및 머신 비전을 위한 전용 코어와 더불어 XTS 데이터를 처리하는 데 필요한 250µs의 스캔 시간을 충족하는 유일한 방법”이라고 말했다.

광범위한 기능의 프로그래밍에는 TwinCAT3 자동화 소프트웨어를 사용했다. 엔드 투 엔드 엔지니어링과 런타임 플랫폼은 광범위한 프로그래밍 표준을 지원하며, 향후 확장성을 위해 백호프의 IPC와 타사 PLC 간의 투명한 통신도 지원한다. TwinCAT의 높은 코드 이식성은 더 빠르게 반복할 수 있다는 이점 또한 제공했다.

강력한 진단 및 시각화툴로 개발 속도 높여

FlexChassis는 고객의 제품 출시 기간을 단축하고, 분당 45개 이상의 높은 처리량을 보여주며, 작은 공간만 있으면 충분하다. HEPA 필터(공기 필터), 다양한 클린룸 등급 지원, 위생적인 어플리케이션을 위한 스테인리스 스틸 구조 등 청정 제조 역량도 갖추고 있다. TwinCAT은 제이알오토메이션 엔지니어들이 고객 미팅과 무역 박람회에서 데모로 선보인 최초의 FlexChassis 시스템의 신속한 시운전을 뒷받침했다. XTS 플랫폼은 직관적인 컨피규레이터를 통해 번거로움 없는 설정을 가능하게 했고, 강력한 진단툴과 시각화툴을 통해 시뮬레이션이든 실제 하드웨어든 신속한 개발을 가능하게 해 개발 속도를 높였다.

제이알오토메이션 Chris Moritz 어플리케이션 엔지니어는 “개발 작업을 위해 TwinCAT 라이선싱을 처리하는 방식은 정말 놀라웠다”며, “코로나19로 인해 재택근무를 해야 했던 2020년에 프로젝트에 사용된 XTS 소프트웨어를 개발했다. 하드웨어나 소프트웨어를 구매하지 않고도 머신의 상당 부분을 시뮬레이션할 수 있었기 때문에 디버그 시간을 최소화하면서 바로 실행할 수 있었다”고 밝혔다.

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