플라스틱 중공 성형기 개조 : 압출기부터 벽 두께 제어까지

중공 성형기 개조를 위한 관련 제어 기술과 압출 헤드 및 압출기를 전문으로 하는 W. 뮐러(W. Mller)사는 개조 솔루션을 통해 새로운 제품과 높은 생산성에 적응함으로써 새로운 사람과 기계를 교체하는 것보다 빠르고 비용 효율적인 솔루션이 가능해졌다. 여기서 Beckhoff의 PC 기반 제어는 개방성 및 통합성을 통해 혁신적인 압출 헤드의 기능을 지원하고, 중공 성형기와의 인터페이스를 용이하게 하는 제어 플랫폼으로 사용된다.

편집자 주

독일 트로이스도르프(Troisdorf)에 기반을 두고 있는 W. 뮐러는 1976년부터 전 세계에 압출 헤드, 압출기 및 관련 서비스를 제공해 오고 있다.

주요 시장들 중 하나인 중공 성형기기 개조를 위한 광범위한 뮐러의 압출 개조 제어 솔루션은 사용할 수 있는 기계 기능을 보완해야 하기 때문에 인터페이싱이 개방적이고 맞춤형이어야 한다. Beckhoff의 PC 기반 제어는 W. 뮐러의 개조 솔루션을 위한 이상적인 플랫폼을 제공한다. 이에 대해 제어 기술부서의 제임스 버트(JamesBirt) 씨는 “Beckhoff 제어 기술의 개방성과 유연성은 큰 이점이 있다”면서, “이 솔루션으로 기존의 기계 신호 및 드라이브 기술 또는 제3의 공급업체의 온도 제어를 큰 비용을 들이지 않고 통합할 수 있으며, 다양한 버스 시스템에 대한 고객의 요구를 충족시킬 수 있게 됐다”고 말했다. 또한 그는 “고속 EtherCAT 시스템은 우리가 2010년에 Beckhoff 기술로 전환한 주요 이유들 중 하나였는데, 이제 Ether CAT은 시장의 표준이 됐으며, 우리의 모든 공급업체로부터 지원을 받는다”면서, “300개 이상의 매우 다양한 EtherCAT 터미널과 높은 설치 밀도가 큰 장점”이라고 덧붙였다.

중공 성형기의 주요 구성 요소인 압출 헤드

새로운 중공 성형기기의 마스터 공정의 복잡성은 W. 뮐러가 압출기, 압출 헤드 및 해당 제어 시스템을 포함해 복잡한 압출 플랫폼을 제공하고 있는 현재의 프로젝트에서 드러난다.

CoEx-6 압출 헤드는 6개 층의 플라스틱 가닥을 생산하는 6개의 압출기와 함께 사용된다. ‘공압출’이라는 용어는 일관성에 의해 일반적으로 결합이 될 수 없는 하나의 호스로 결합되는 다른 특성의 물질과 관련이 없는 경우 사용된다. 예를 들어, 공압출은 윤이 나는 겉면 및 산소나 자외선을 차단하는 장벽층의 결과로 발생된 특별한 계면 결착제를 가진 중간층을 통해 이뤄진다.

애플리케이션에 따라 3에서 7개 층의 CoEx 중공 성형 구성이 실제로 사용된다. 전형적인 예로 유통기한을 늘리기 위한 장벽층이 있는 케첩 병과 같은 음식 포장, 유리 대체물로 고광택 및 긁힘 방지를 위한 외부층이 있는 화장품, 그리고 환경 보호를 위한 장벽층을 가지고 있는 이를테면, 잔디 깎는 기계를 위한 미네랄 저장통 등이 포함된다.

버트 씨는 “다층 기술과 함께 최고의 성과는 각 층의 개별 압출기 애플리케이션을 통해 이뤄졌다”면서, 그 이유로 각 개별 층의 두께와 이에 따른 플라스틱 가닥은 각각의 최종 제품에 최적으로 맞춰질 수 있다는 점을 들었다. 그는 “애플리케이션에 따라 0.6t에서 최대 100t 사이의 힘으로 작동하는 벽 두께 제어는 정밀해야 하며, 이러한 요구사항을 충족시킬 만큼 충분히 고성능이어야 한다”고 강조했다.

압출 헤드와 압출기용 통합 및 맞춤형 제어 솔루션

비주얼 스튜디오(Visual Studio)에서 만든 특별한 사용자 인터페이스와 더불어 ‘뮐러 압출 개조 제어’ 솔루션은 전적으로 Beckhoff의 제어기술에 기반하며, 3가지 버전으로 이용 가능하다. 그 중 한 가지 버전은 소수의 가열부와 압출기의 제어를 위해 Intel Atom 프로세서와 함께 5.7인치 패널 PC를 사용하는 작은 롤 캐비닛을 위한 버전을 들 수 있다. 이 같은 패널 PC는 벽 두께 제어를 위한 특별한 개조 솔루션에도 사용된다. 이와 반대로 최대 10개의 압출기 압출 플랫폼을 위한 뮐러의 큰 제어 버전은 듀얼 코어가 탑재된 캐비닛 IPC인 Beckhoff의 15인치 터치스크린 패널로 작동한다. 패널 PC는 애플리케이션 및 고객 요구사항에 따라 사용될 수 있다.

하위 분산 EtherCAT 터미널 시스템은 축과 가열부 정보뿐만 아니라, 중공 성형기에 제공되는 신호도 기록이 된다. 일반적으로 하나의 서보 축이 각 압출기에 사용돼야 하며, 더 많은 축이 벽 두께 제어를 위해 사용된다. 버트 씨에 따르면, 대부분의 I/O 데이터는 열전대로부터 나온다. 그는 “현재 우리가 채택하고 있는 방식은 원료의 흐름을 제어하는 가장 좋은 방법이기 때문에 이 방식은 많은 개별 가열기에 사용된다”면서, “더 큰 시스템에도 보통 50개의 가열부로 충분하지만, 최대 220개의 가열부가 제어 시스템에 이용 가능하며, 수냉각 공급 영역 또는 밸브 제어를 위한 수많은 온도 제어 영역이 있다”고 말했다.

제어기술, 개발 가능성 열다

버트 씨는 “중공 성형기의 추세는 모두 전기 기계 쪽으로 움직이고 있다”고 말했다. 전기 기계는 매우 에너지 효율적이며, 뛰어난 에너지 회수가 가능하기 때문이다.

W. 뮐러는 자사가 개발한 소프트웨어 솔루션과 함께 압출기 가열 동안 에너지 소비를 줄이는 서보 축을 원칙적으로 사용한다. Beckhoff의 EL34xx 전력 측정 터미널을 통해 전류 및 전압을 기록함으로써 더욱 많은 에너지 효율이 이뤄진다.

제어 전문가로서 버트 씨는 “오늘날 우리는 각 제품의 에너지 소비를 결정하기 위해 전력 측정 터미널에 의해 기록된 데이터를 이미 사용하고 있으며, 향후 우리는 TwinCAT 소프트웨어를 통해 이 시스템을 확장하고 모든 에너지 관리를 구현할 것”이라면서, “고객들은 이상적인 플랫폼을 제공하는 서보 기술이 결합된 PC 기반 제어인 에너지 최적화 시스템을 점점 더 기대하고 있다”고 말했다.

새로운 TwinCAT 3 소프트웨어 세대로의 이동과 함께, Windows CE에서 더욱 강력한 Windows 7 Embedded로의 운영 시스템 전환은 한층 더 많은 개발 가능성을 제공한다. 이와 관련해 버트 씨는 최신 TwinCAT의 장점을 강조했다. 그는 “우리는 TwinCAT 3에서 통합 도구의 폭넓은 선택 덕분에 상당한 효율성 이익을 기대한다”며, “과거에 개별적으로 시스템에 연결했던 안전 기술을 중앙 집중식 소프트웨어 플랫폼에 통합할 것”이라고 말했다. 예를 들어, CPU 성능을 최대화하기 위해 제어기술과 시각화를 두 개의 다른 프로세서 코어에 할당할 수 있는 액티브 멀티 코어와 64비트 운영시스템으로 지원하면 더 많은 이익이 제공된다는 것이다.

이러한 혁신은 EtherCAT의 특별한 특성 덕분에 이룰 수 있었다. 특히, 디스트리뷰트 클락 기능으로 이 회사는 이더넷을 통해 벽 두께를 제어하기 위해 고정밀도로 두 개의 축을 동기화할 수 있었다.

이에 관해 버트 씨는 “이 프로토 타입 압출 헤드는 벽 두께 제어를 위해 일반 실린더를 대신해 해당 강철판의 두 개의 전기 제어 실린더를 특징으로 한다”면서, “실린더가 강철판의 경사를 방지하기 위해 병렬로 정확하게 움직여야 한다는 것은 말할 필요도 없는데, 그렇지 않으면 벽 두께가 부정확해질 것이기 때문”이라고 밝혔다. 이어 그는 “EtherCAT 덕분에 성공적으로 구현된 이 기술은 분명히 미래에는 더 정기적으로 사용될 것이라는 점은 의심의 여지가 없다”고 말했다.

트라이텍 (Tel. 02-2107-3242)

FA Journal 편집국 (fa@infothe.com)

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