의료장비 OEM에 적용된 로크웰오토메이션 컴포넌트

점유 면적이 적은 고성능 통합 모션 패키지 확보

CKC엔지니어링은 세계 최대 의료기기 제조업체 중 한 곳으로부터 새로운 압출 공장에서 사용될 맞춤형 소구경 튜브 스풀러(Spooler)를 설계 및 개발해 달라는 요청을 받았다. 유입되는 튜브의 다양한 속도와 장력을 자동으로 조절하고 극도로 낮은 장력치에서 운전 가능한 시스템을 구성하는 것이 주요 목표였다.

소구경 튜브는 현대 의학의 필수적인 도구로, 그 이름처럼 이 플라스틱 튜브는 직경이 매우 작다. 또한 치료, 보수, 심지어 인체의 일부를 대체하는 데 사용되기 때문에 유연성과 내구성이 절대적으로 요구된다.

제조업체들은 여러 의료 용도에 적합한 다양한 크기의 소구경 튜브를 생산한다. 그 크기에 상관없이 모든 소구경 튜브 제조에는 정밀하고 일관성 있는 제품 공정이 요구된다. 특히, 새로 압출된 튜브가 스풀에 감기는 공정의 마지막 단계는 보다 섬세한 제어가 필요하다. 튜브가 스풀에 감길 때 각 레이어가 고르게 중심대에 정렬돼야 의료제품 제조에 사용될 때까지 튜브가 제대로 형태를 유지할 수 있다. 따라서 장력은 스풀링 과정에 필수적인 제어 요소다. 만약 지나친 장력이 가해져서 튜브가 당겨지면 플라스틱이 늘어날 수 있고, 또 너무 헐겁게 감기면 튜브가 구부러져서 제품이 손상될 수도 있기 때문이다.

맞춤형 소구경 튜브 스풀러 기계 개발 요구

최고의 장력 제어와 그 외 필요한 여러 기능을 위해 세계 최대의 의료기기 업체 중 한 곳은 자사의 새 압출 공장에서 사용될 맞춤형 소구경 튜브 스풀러 기계 설계 및 개발을 CKC엔지니어링에 의뢰했다. 샌프란시스코에 위치한 CKC엔지니어링은 제약, 의료기기 및 약품 운송업체를 위한 맞춤형 장비 솔루션을 제공하는 기업이다.

CKC엔지니어링의 부사장이자 제어 공학 관리자인 칼 디피에트로(Carl DiPietro)는 “CKC는 기기 제조업체들로부터 새로운 생산라인을 위한 자동화 장치를 공급해 줄 것을 종종 요청받는데, 대부분의 고객들은 새로운 라인의 자동화 수준을 향상시키길 원한다”면서, “이런 경우 고객들은 튜브 스풀링 공정을 제어할 수 있는 폐쇄루프 전자 제어 시스템이 필요하다는 사실을 특히 강조한다”고 말했다.

이 애플리케이션에는 다축 조정 모션과 튜브 장력에 비례 적분 미분(PID) 피드백 메커니즘을 이용하는 폐쇄루프 제어가 필요하다. 폐쇄루프 제어는 장력 장치의 출력 조절을 운전자의 조작과 감에 의존하는 수동형 개방루프 시스템에 비해 훨씬 우수한 정확성과 반복성을 제공한다.

디피에트로 부사장은 “다양한 속도와 장력으로 유입되는 튜브를 자동으로 조절하면서 극도로 낮은 장력치에서 운전이 가능한 시스템을 구성하는 것이 주된 목표였으나, 문제는 고객이 하나의 스풀에 감기가 완료되면 다른 스풀로 바로 신속하게 이동할 수 있도록 한 시스템에 스풀을 두 개 설치하길 원했다는 것”이라고 말했다.

이와 더불어, 시스템을 다용도로 사용할 수 있도록 하는 것이 또 다른 요구사항이었다. 이 기계는 100여가지 다른 압출 작업과 그에 해당되는 레시피 파라미터를 처리하며, 다양한 크기의 스풀을 정확하게 장착할 수 있어야 했다. 게다가 이러한 모든 기능을 소형 냉장고 크기에 담아내야 했다. 그래야만 운전자들이 시스템을 압출 라인들 사이로 자유롭게 이동하고, 사용하지 않을 경우 쉽게 보관할 수 있기 때문이다.

로크웰의 새로운 솔루션 적용

로크웰오토메이션의 새로운 두 제품에 대해 익히 들어 알고 있던 디피에트로 부사장과 CKC엔지니어링 직원들은 이 제품들이 고객을 위해 적합한 조합을 제공할 것이라고 생각했다. 따라서 Allen-Bradley Kinetix 350 단일축 서보 드라이브가 공식적으로 시장에 출시되기도 전에, CKC엔지니어링 관리자들은 캘리포니아의 버클 스미스에 위치한 로크웰오토메이션의 대리점에 연락을 취했다. CKC엔지니어링은 Kinetix 350 서보 드라이브와 Allen Bradley CompactLogix 5370 컨트롤러의 결합이 제공할 수 있는 기능들에 대해 자세히 알고자 했다.

버클 스미스 및 로크웰오토메이션의 담당자들과 면담 후, CKC엔지니어링은 CompactLogix 5370 컨트롤러와 Kinetix 350 EtherNet/IP 서보 드라이브 3개를 새로운 튜브 스풀러 시스템을 위한 제어 플랫폼으로 선택했다.

디피에트로 부사장은 “Logix 컨트롤러와 Kinetix 350 드라이브를 결합해 점유 면적이 적은 고성능 통합 모션 패키지를 확보할 수 있었다”면서, “EtherNet/IP를 사용하는 새로운 제품들은 CKC엔지니어링이 이전에 조정 모션을 위해 선호했던 SERCOS 플랫폼에 비해 상당한 비용 절감 효과도 제공한다”고 말했다.

시스템은 고도로 정확한 장력 센서를 사용하는 폐쇄루프 장력 제어를 통해 운전되기 때문에 스풀링 과정에서 튜브가 늘어나거나 눌리지 않도록 해준다. 가동되는 스풀에 맞게 컴퓨터로 조절되는 이동축은 최적의 장력을 유지할 수 있도록 스풀이 가속 또는 감속되는 동안에도 정확한 속도로 이동해 튜브를 고르게 감아준다. 또한 광학 센서는 이동 시스템이 스풀의 가장자리를 감지하고 방향을 전환할 수 있도록 함으로써 다양한 크기의 스풀을 교대로 사용할 수 있다.

디피에트로 부사장은 “로크웰오토메이션 기술은 우리 애플리케이션이 필요로 하는 긴밀한 통합과 커뮤니케이션을 제공했다”면서, “드라이브가 컨트롤러와 동일한 프로그래밍 코드를 사용한다는 점에서 이 조합은 상당히 독특하다고 할 수 있으며, 단일한 프로그래밍 플랫폼인 Rockwell Software RSLogix 5000은 개발과 기동에 필요한 시간을 획기적으로 단축했다”고 덧붙였다.

RSLogix 5000 설계 및 구성 소프트웨어는 CKC엔지니어링팀이 모션 컨트롤 코드를 향후 프로젝트에도 사용할 수 있도록 모듈러 방식으로 개발할 수 있게 지원해 개발 시간을 상당히 단축했다. 또한, EtherNet/IP는 작업을 한층 더 단순화시켰다. 디피에트로 부사장은 “단일한 EtherNet/IP 네트워크에 HMI, PAC, 모션 컴포넌트를 쉽게 통합할 수가 있어, 설계 시간과 디버깅 작업을 절감할 수 있었다”고 말했다.

모션 제어 애플리케이션 위한 표준 플랫폼

CKC엔지니어링의 설계는 고객의 모든 요구사항을 충족했다. 새로운 맞춤형 튜브 스풀러는 100여개의 다양한 압출 작업을 위해 정확하게 장력을 조절해 줌으로써 공정의 품질과 반복성을 향상시켰다.

디피에트로 부사장은 새로운 로크웰오토메이션 제품 덕분에 프로그래밍과 기동 시간을 25% 가량 절감할 수 있었다고 판단했다. SERCOS 플랫폼 대비 컴포넌트 비용 또한 25% 줄일 수 있었다.

디피에트로 부사장은 “CompactLogix 컨트롤러와 Kinetix 서보 드라이브의 결합은 고객의 애플리케이션이 요구하는 모든 기능을 제공했다”며, “앞으로 이 조합은 향후 CKC엔지니어링의 모든 모션 제어 애플리케이션을 위한 표준 플랫폼이 될 것”이라고 말했다.

본 기사는 로크웰오토메이션(TEL. 02-2188-4434)에서 제공한 것입니다.

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