[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 컨베이어 라인이 멈추면 더이상 제품을 출고할 수 없게 되기 때문에, 모든 온라인 소매업자에게 창고 물류는 중요한 인프라 가운데 하나다. 이를 방지하기 위해 호주의 한 사무기기 공급업체는 중앙 물류창고의 창고 물류 설비를 개조했다.

프로젝트 매니저 역할을 맡은 레이어세븐오토메이션(Layer Seven Automation)은 컨베이어 라인의 독점적인 분산형 컨트롤러를 이더캣(EtherCAT) 통신을 기반으로 하는 백호프(Beckhoff)의 PC 기반 제어로 교체했다.

최종 사용자는 사무용품과 컴퓨터에서 사무용 가구에 이르는 광범위한 포트폴리오를 갖춘 호주의 선도적인 사무기기 공급업체 중 하나다. 호주 전역에 100개 이상의 매장과 4만개 이상의 제품을 보유한 온라인 스토어를 운영하고 있다.

메인 물류 센터에서는 보관된 상품을 선반에서 꺼내 상자에 포장한 다음 총 길이 700m, 28개의 물류 스테이션으로 구성된 다양한 컨베이어 라인을 따라 운송해 배송 준비를 마친다.

컨베이어 라인은 수년 동안 안정적으로 운영돼 왔지만, 시스템의 수명이 다해가고 있다는 것이 분명해졌다. 오작동 빈도가 점점 더 증가했고, 시스템 연식으로 인해 필요한 예비 부품을 구하기도 점점 더 어려워지고 비용도 늘어났다.

창고 시스템을 현대화 프로젝트 평가 결과, 메인 컨베이어 벨트의 메커니즘은 여전히 사용 가능한 상태였지만 제어 시스템을 교체해야 하는 것으로 나타났다.

레이어세븐 러키 토마듀라(Lucky Thommadura) 공동 창립자이자 수석 엔지니어는 “현장 컨베이어 시스템은 독점적 구조로 모든 부품을 제조업체에서 구매해야 했기 때문에 시스템 확장이 훨씬 더 어려웠다”며, “최종적으로 기성 제품을 기반으로 개방형 시스템을 구성하기로 결정했다”고 설명했다.

산업용PC 한대로 28대 컨트롤러 대체

원래 시스템 구성은 각 물류 스테이션당 하나의 컨트롤러와 하나의 바코드 스캐너를 기반으로 했다. 프로젝트의 목표는 시스템의 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 중앙 집중식 제어 아키텍처를 만드는 것이었다.

각 스테이션의 바코드 스캐너는 상자의 내용물을 기록하는 데 필수적이다. 레이어세븐은 간단한 제어 기능을 위해 이더캣 인터페이스를 통해 구성할 수 있고 통합 I/O가 있는 스캐너를 선택했다.

입력은 예를 들어 옵토 센서를 통해 상자를 감지하는 데 사용되며 출력은 대상 스테이션에 맞게 스위치 또는 푸셔를 전환하는 데 사용된다.

먼저 하나의 물류 스테이션을 변환하고 그 스캐너를 이더캣을 통해 백호프의 C6920 제어 캐비닛 산업용 PC에 연결했다. 테스트를 성공적으로 마친 후 28개 스테이션 모두를 단계적으로 마이그레이션하고 선형 구조(데이지 체인)로 C6920과 네트워크를 연결했다.

토마듀라 수석엔지니어는 “솔루션의 작은 크기, 이더캣의 빠른 업데이트 속도, 컨트롤러의 전반적인 속도에 놀랐다”고 언급했다. 최종적으로는 상자에 있는 바코드를 스캔해 이더캣을 통해 산업용PC로 전달해야 한다.

어플리케이션은 산업용PC에서 해당 스테이션의 스위치를 전환해야 하는지 여부를 결정하고 이 정보를 이더캣을 통해 바코드 스캐너로 다시 전송한다.

토마듀라 수석엔지니어는 “백호프의 산업용PC는 약 100µs의 속도로 광범위한 계산을 처리하는데, 이는 놀라울 정도로 빠른 속도”라며. “그렇게 하고도 아직 여유가 남아 있다”고 말했다.

사실 현장에서는 항상 부주의로 인해 눈 깜짝할 사이에 케이블이 끊어져 전체 시스템에 장애가 발생할 수 있는 가능성이 있다.

이러한 가동 중단은 특히 대규모 물류 시설에서 생산성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 케이블 이중화는 최근 중요한 이슈지만 이더캣은 쉽게 구현할 수 있다는 장점이 있다.

IT 기법을 사용한 엔지니어링

레이어세븐의 엔지니어링팀은 데이터베이스 설정이나 웹 서버 제작 등의 일반 소프트웨어 및 컴퓨팅 분야에서 폭넓은 경험을 보유하고 있다.

하지만 프로젝트를 진행하기 전까지 자동화 환경을 접해본 적이 없었다.

토마듀라 수석엔지니어는 “모든 것이 생소했지만 이더캣이 어떻게 작동하는지, 산업용PC가 무엇인지, Windows와 가상 PLC를 얼마나 쉽게 결합할 수 있는지 알게 되자 모든 것이 이해가 됐다”며, “특히 가상 머신은 집, 회사 또는 현장에서 노트북을 통해 프로그램을 테스트할 수 있게 해 줬다”고 말했다.

트윈캣(TwinCAT)이 비쥬얼 스튜디오(Visual Studio)에 통합돼 있다는 점도 백호프와 이더캣을 선택한 또 다른 이유였다. 그는 “래더 다이어그램 프로그래밍과 오래된 신호 처리를 사용하는 폐쇄적인 시스템에서 벗어나 자동화 기술이 나아가야 할 방향이라고 믿는다”며, “우리는 솔루션을 더 효과적으로 제공할 수 있도록 기존의 소프트웨어 설계 및 아키텍처 관행을 자동화된 테스트와 결합해야 한다”고 덧붙였다.

PC 기반 제어, 보안·개방성·유연성 장점

프로젝트를 주도한 레이어세븐에 따르면 PC 기반 제어의 주된 장점은 제어 아키텍처를 기존 IT 시스템에 쉽게 통합할 수 있다는 점이다.

토마듀라 수석엔지니어는 “많은 IT 부서가 매우 엄격한 보안 요구 사항을 가지고 있지만 윈도우(Windows)는 이를 쉽게 한다”며, “방화벽, 보안 설정, 글로벌 사용자 관리 덕분”이라고 설명했다.

윈도우를 사용하는 옵션을 통해 레이어세븐은 자체 프로그램을 트윈캣과 결합할 수 있었다. 예를 들어 상자를 스캔할 때마다 상자의 세부 정보를 보관하는 트윈캣3(TwinCAT3) 데이터베이스 서버(TF6420)를 통해 SQL 데이터베이스를 통합했다.

이 작업은 트윈캣3 이벤트로거에 영구적으로 기록되고 로그된다. 또한 ADS 프로토콜을 사용해 데이터를 추출하고 궁극적으로 RabbitMQ 메시지 브로커 소프트웨어에 연결하는 전용 메시지 큐 시스템이 생성된다.

토마듀라 수석엔지니어는 “백호프의 ADS 기술은 거의 무한한 가능성을 제공했다”며, “기록된 데이터의 양을 수집하고 수평 및 수직으로 배포하기 위해서는 물론, 모든 MES 또는 ERP 시스템을 쉽게 통합하는 데 사용할 수도 있다”고 강조했다.

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