한 철도 제조업체는 PAC와 HMI로 업그레이드해 생산율, 품질 및 문제 진단 향상, I/O 50% 절감 등 즉각적인 다양한혜택을 얻었다.
선두적인 제철회사라면 변화하는 고객 수요, 업계 표준, 다양한대내외적인 압력에 끊임없이 대처해 나갈 수 있어야 한다. 시카고에 본사를 두고 있는 북미 최대의 철도제조업체 에브라즈(EVRAZ North America)는 이러한 변화를 세심히 주시하며 지속적인 향상을위해 전념하고 있다. 이러한 노력의 일환으로 에브라즈는 장비 업그레이드에 적극적인 투자를 진행하고 있으며, 콜로라도주 푸에블로에 ‘에브라즈Rocky Mountain Steel’이라는 최첨단 제품 기술 센터를 설립했다. 이 철도레일 제조업체는 미국의 주요 철도회사들을 위해 내구성 있는 심층 경두(Deep-Head Hardened) 레일등의 특수 제품을 생산한다.
2012년 에브라즈는 로크웰오토메이션의 솔루션 파트너인 시스템 통합업체 매트릭스테크놀로지스(MatrixTechnologies, 이하 매트릭스)에 보다 효율적인 레일 가공을 위한 신형 톱, 롤러 테이블 및 레일 품질 검사 장비의 설치 프로젝트에서 자동화 통합 부분을 맡아줄 것을 요청했다.
에브라즈 Rocky Mountain Steel 기술 센터의 브루스 배럿(Bruce Barrett) 전기 엔지니어는 “매트릭스는 에브라즈를위해 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 업그레이드 등 여러 프로젝트를 수행한 경험이 있다”며, “새로운 프로젝트의 주요 과제는 동일한 제철소에 새 장비를 설치하는것이어서, 우리 프로세스를 익히 알고 있고 프로젝트 수행 역량이 이미 입증된 바 있는 매트릭스가 이번프로젝트의 적임자였다”고 말한다.
단계적인 전환
프로젝트에서 가장 먼저 할 일은 각 레일의 양단을 절단하는 톱을 교체해 공정을 가속화할 수 있도록 만드는 일이었다. 에브라즈는 세 곳의 가공대에 톱이 각 두 대씩 설치될 수 있도록 오스트리아의 업체를 통해 총 6대의 신형 톱을 주문 제작했다. 또한 가공대들은 Allen-Bradley PowerFlex 인버터와 ControlLogix 프로그래머블컨트롤러에 맞게 개조될 필요가 있었다.
매트릭스의 레이 바카(Ray Baca) 프로젝트 관리자는“이것이 프로젝트 중 가장 큰 개조 작업이었다”며, “세대의 가공대는 가장 편리한 것부터 시작해서 연속적으로 업그레이드 됐다”고 설명한다.
매트릭스는 이와 동시에 제철소 전반에서 이미 진행 중이었던 PLC 업그레이드를 주도했다. 배럿은 “기존 PLC는구식이 돼 더 이상 지원을 받을 수 없었다”며, “이 구식 PLC를 생산에 지장을 주지 않고 교체 및 업그레이드해야만 했다. 3년간 3단계에 걸쳐 ControlLogix L62 컨트롤러를 설치했는데, 실제로 각 단계마다 생산이 향상됐다”고 언급했다.
이어 바카는 “처음부터 가공 라인의 모든 장비들이 서로 통신하는 것이 우리의 비전이었다. 처음부터 이를 염두에 두고 네트워크 아키텍처를 설계했다”고 설명했다.
프로젝트의 두 번째 단계는 레일을 새로운 톱으로 이동하는 롤러라인 즉, 롤러 테이블에 중점을 뒀다.
안전 향상
8개의 롤 라인은 새로운 하드웨어로 교체됐고, 새롭게설계된 롤러 테이블을 제어하기 위해 PowerFlex 755 인버터가 추가됐다. 다음은 레일을 롤 라인에서 들어올려 톱이 있는 위치로 이동하는 체인에 내려놓는 작업을 하는 워킹 빔(Walking Beam) 차례였다.
배럿은 “워킹 빔 3대의 모터와 클러치, 그리고 AC 스타터로 제어되는 제한 스위치를 교체했다”고 언급했다. 워킹 빔 역시 인코더 피드백을 갖춘 새로운 PowerFlex 700 인버터에 맞게 개조됐다. 매트릭스는 제어를위한 PowerFlex 인버터와 PLC 로직을 공급했다.
배럿은 “기존 시스템은 문제가 많아 상당한 다운타임을 야기했는데, 새 레일 이동 시스템은 매우 안정적이라는 점이 큰 장점”이라고 덧붙인다. 이어 5개의 운전자 스테이션이PanelView Plus 6 그래픽 터미널로 교체됐다. 이어 그는 “현재 9대의 PLC, 7대의 HMI, 10대의 인버터 모두를 위한 Ethernet 통신 네트워크아키텍처가 구축돼 있다”고 말했다.
바카는 “기존에는 모든 것이 디지털 I/O를사용했고, HMI는 사용되지 않았다”면서, “PanelView Plus를 가공 라인에 구축해 거의 50%의 I/O를 제거했다”고 설명한다.
그 다음으로 매트릭스는 제철소의 분배 플랫폼을 위한 새로운 HMI 애플리케이션을 생성해운전자가 공장 전반에서 모든 레일을 지속적으로 추적할 수 있도록 했다. 마지막으로 품질 관리를 위한최첨단 비파괴 검사(NDT) 스테이션이 추가됐고, 매트릭스는레일이 이 유럽산 NDT 스테이션을 통과하도록 스테이션에 레일의 이동을 통합했다.
바카는 “상당량의 핸드쉐이킹(Handshaking)이필요했지만, 통신용 네트워크 아키텍처를 미리 구축해 놓았기 때문에 작업은 크게 어렵지 않았다”며, “NDT 스테이션은 에브라즈가 레일의 이동을 보다 효과적으로제어할 수 있게 해주며, 운전자는 모든 과정을 HMI를 통해확인할 수 있다”고 설명한다. NDT 스테이션은 또한 안전을강화해준다.
바카는 “이제 가공 라인 전체가 단일한 Ethernet 네트워크상에서 통신을 하기 때문에 이들을 위해 시스템 알람을 생성할 수가 있다”며, “정보가 PLC에서 PLC로간단하게 전송된다. 이러한 통신은 레일이 서로 충돌하지 않도록 해준다”고언급했다.
유럽산 NDT 스테이션과 톱들을 공장에 통합하는 작업은 쉬운 일이 아니었다. 유럽의 OEM 장비들은 대부분의 경우 유럽에서 만들어진 컨트롤러를사용하지만 에브라즈는 ControlLogix 컨트롤러를 사용하길 원했다.
바카는 “극복해야 할 통신 장벽이 존재했다”며, “어떤 데이터가 왕복돼야 하는지 또 우리가 서로 같은 내용을 이해하고 있는지 확실히 하기 위해 오스트리아 및독일업체와 긴밀하게 협조했다. 결과적으로 매트릭스뿐만 아니라 에브라즈에게도 성공적인 프로젝트가 될 수있었다”고 설명했다.
가공 라인의 전환을 완료하기 위해 에브라즈는 로크웰오토메이션의 푸시 버튼, 선택 스위치, 근접 센서, 파일럿 라이트 및 기타 컴포넌트를 사용했다. 추가적인 비파괴 테스트(NDT)를 통한 품질 관리 개선은 불량 감지를향상시키며, NDT 스테이션은 안전 또한 향상시켜 준다. 이제가공 라인 전체가 단일한 Ethernet 네트워크상에서 통신을 하기 때문에 에브라즈는 레일이 서로 충돌하는것과 같은 상황에서 유용하게 사용될 수 있는 운전자 알람을 생성할 수 있게 됐다.
재설계의 혜택
2014년 전환 프로젝트의 모든 요소들은 가동 상태가 됐다. 일 년 남짓 소요된 총 솔루션 구축은 다음과 같은 다양한 혜택을 제공했다.
- 보다 효율적으로 고품질의 레일 생산이 가능해짐
- 회선 연결 없이 가공 라인의 PLC 간에 간단하게 정보 이동이 가능해져 유지보수를 위한문제 진단과 안전이 향상되었으며 장비 고장이 절감됨
- 레일 양단의 가공(절삭)이 가속화돼 생산율이향상됨
- 운전자 스테이션을 PanelView Plus HMI로 교체해 가공 라인의 I/O를 50% 절감
- 추가적인 NDT 방식을 통해 품질 관리가 개선돼 불량 감지 및 고객 만족도가 향상됐으며품질 문제로 인한 제품 손실이 절감됨
- 새로운 진단 및 알람 기능으로 유지보수를 위한 문제진단 향상
- 분배 담당 운전자는 중앙의 그래픽 분배단에 있는 HMI를 통해 지속적으로 모든 레일을추적할 수 있게 됨
- 모듈러 형의 공통 통신 네트워크 아키텍터를 통해 유연성 및 재설계의 혜택과 생산량 증가 및 변화에 대응할 수 있는 민첩성이 향상됨
배럿은 “레이 바카가 대단한 일을 했다”며, “모든 새로운 장비를 통합하는데는 엄청난 양의 하드웨어와 소프트웨어 변경이 필요했다. 매트릭스는 훌륭한 시스템 아키텍처를 구축했을 뿐만 아니라, 프로젝트의전 단계에서 다양한 추가 설치작업을 수행했다”고 언급했다.
이 업그레이드 프로젝트는 에브라즈 Rocky Mountain Steel Rail Mill이기업 전반에서 안전, 품질, 고객 서비스를 얼마나 중요하게생각하는지를 잘 반영해 준다.
<로크웰오토메이션 제공>
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