어떤 속도에서 시스템의 생산성이 최대화될까? 그리고 최적의 설정을 빠르게 알아내는 최선의 방법은 무엇일까?
독일 중부 튀링겐에 위치한 특수 목적 장비 제조업체가 제작한 회전식 테이블 덕분에 EGC 전극을 대단히 빠르고 정확하게 포장할 수 있게 됐다. 혁신적인 엔지니어링 소프트웨어 덕분에 최적화에 필요한 작업량을 낮은 수준으로 유지할 수 있게 된 것이다.

독일의 게라 인근에 위치한 부르케르스도르프 지역에 자리잡은 소마틱(SOMAtic) 사는 분류, 조립, 테스트, 인쇄 및 패키징을 위한 장비와 시스템을 제작한다. 다양한 분야의 고객들이 튀링겐에 위치한 이 회사로부터 전체 조립라인을 구입한다. 따라서 항상 고유한 특징을 가진 맞춤형 기계를 제작하고 있다. 상황이 이렇다 보니 프로젝트 엔지니어들은 해당 기계공학의 한계를 최대한 넓히는 동시에 효율성을 극대화해야 하는 도전적인 과제를 안고 있다.


소마틱은 장비의 자동화를 위해 오래 전부터 지멘스의 SIMATIC 제어 시스템을 이용하고 있다.
전기 구성 책임자인 하랄드 풍크(Harald Funk) 씨는 매우 초기 단계에 TIA Portal과 새로운 SIMATIC S7-1500으로의 완전한 전환을 결정했다. 그는 “당사는 가능한 부분에서조차 기존 프로그램을 전환하지 않은 대신 새로운 소프트웨어가 제공하는 상당히 확장된 기능을 일관되게 사용하고 있다”면서, “그 덕분에 구성과 관련해 훨씬 효율이 높아졌으며, 프로그램 품질 수준도 높아져 작업 과정에서 진단하기가 더욱 용이해졌으며, 그만큼 고객이 누릴 수 있는 이점도 커졌다”고 말했다.

고품질 일반화물 포장
혁신적 자동화기술을 실제로 사용한 최근의 사례로, 글로벌 의료 제품 제조업체인 코비디엔(Covidien)에 납품한 ECG 전극 패키징 장비를 들 수 있다.
이 시스템은 전극용 인피드 컨베이어 두 개를 포함한 회전식 테이블로 구성된다. 전극 분리에 사용되는 포트가 인피드 컨베이어에 장착됐다. 회전식 테이블은 채워야 할 백을 다양한 처리 스테이션으로 이동시킨다. 첫 스테이션에서는 백에 인쇄를 하고 다음 단계에서는 백을 벌린 다음 정확하게 30개의 전극을 채워 넣은 후 백의 밀폐부에 걸린 전극이 없도록 쉐이커 단계를 거친다. 최종 스테이션에서는 백을 밀봉하는데, 이를 위해 두 개의 가열된 금속 클램프로 상단부를 압착하는 열 밀폐 과정을 거친다.

백 하나에 30개의 전극이 부족함 없이 모두 채워지게 하려면 높은 수준의 정밀도가 요구된다(백 1개당 31개의 전극이 들어가는 오류는 백 300개당 1개까지만 허용). 밀봉 온도도 정확히 140°C로 유지돼야 한다.

빠른 공정 과정에서 높은 시각화 제공
전극을 채우는 동안 30번째 전극이 백 안에 채워져 다음 스테이지로 이송할 수 있게 되는 시점을 감지하는 것이 핵심이다. 모든 전극에 정확하게 동일한 시간이 걸리는 것은 아니기 때문에 프레임 라이트 배리어가 전극의 위치를 추적한다. 이때 이러한 라이트 배리어를 정밀하게 보정하는 방법과 백을 이동하기에 적합한 타이밍이 언제인지를 알아내야 한다는 문제가 대두된다.

하랄드 풍크 씨는 경험을 통해“단순히 맨눈으로 관찰해 컨베이어와 회전식 테이블의 이상적인 속도를 알아내기란 매우 어렵다”는 사실을 알게 됐다. 바로 여기서 S7-1500의 새로운 추적 기능이 빛을 발한다. 하랄드 풍크 씨에게는 바로 이것이 가장 흥미로운 컨트롤러 혁신이다.

추적 기능을 이용하면 짧은 기간 동안 선택 신호의 정확한 프로파일을 시각적으로 나타낼 수 있다. 즉, 상호 종속성을 확인하기 위해 각 공정을 시각적으로 분리할 수 있는 것이다. 풍크 씨는 이에 대해 “PC를 이용한 평가는 작업량이 매우 많은 경우에만 가능한데, 컨트롤러에서 이미 신호를 이용할 수 있으므로 여기서 평가를 수행하는 것이 논리적으로 합당하다”면서, “또한, 추적은 시스템 프로젝트에서 핵심적 부분이므로 함께 제공되기 때문에 나중에 장애가 발생하는 경우 기본적 셋업 변경이 원인이더라도 이를 쉽게 감지할 수 있다”고 설명했다.

엔지니어링 작업량 감소
온도 컨트롤을 설정하기 위해 하랄드 풍크 씨는 Step 7로 자동 조정을 통합한 온도 조절기를 사용했다. 그는 “이 작업에는 대략적 설정과 세부적 설정의 두 단계면 충분했으며, 이후 SIMATIC 컴포트 패널에 표시된 대로 온도를 정밀한 수준으로 유지하고 있다”면서, “가열된 밀폐조가 매우 작아 온도 변화에 빠르게 반응해야 한다는 점에서 고도의 컨트롤 성능은 특히 주목할 만하다”고 말했다.

풍크 씨와 그 직원들의 관점에서 볼 때 TIA Portal은 많은 장점을 제공한다. 그들은 “프로그래밍이 훨씬 간편해졌다”며, “두 개의 화면을 통해 작업하면서 윈도 기술이 제공하는 향상된 명료성, Step 7과 WinCC의 일관성, 그리고 무엇보다 확장된 기능의 가치를 누리고 있다”고 말했다. 예를 들면, Calculate 박스를 사용해 래더 로직(LAD) 또는 기능 블록 다이어그램(FBD)에서 직접 산술 함수를 프로그래밍할 수도 있고, 고차원적인 언어에서 프로그래밍한 어떤 블록도 추가할 필요가 없게 된 것이다.

운영과 유지보수 측면 내 이점
지지 암에 부착된 SIMATIC 컴포트 패널을 통해 플랜트를 운영하고 모니터링한다. 하랄드 풍크 씨는 “이전 세대 시스템인 WinCC Flexible에서 이미 시각화가 높은 수준에 도달했다”면서, “TIA Portal의 WinCC에서 곡선 레코더가 더욱 개선됐을 뿐 아니라, 한층 매력적인 외관을 가지게 됐다”고 말했다. 이어 그는 “작업자의 입장에서는 새로운 SIMATIC 컴포트 패널의 장점이 훨씬 더 중요하다”면서, “PDF 문서용 뷰어와 동영상이 포함돼 있어 관련 정보를 패널에 직접 명확하게 표시해 작업자와 유지보수 엔지니어가 확인할 수 있는 것도 장점”이라고 덧붙였다.

추가 절감의 가능성
하랄드 풍크 씨는 다른 프로젝트에서도 S7-1500와 TIA Portal을 꼭 사용하겠다고 밝혔다. 그는 “향후에는 새 버전인 V13 덕분에 서버의 라이브러리에 해당 시각화와 함께 프로그램 블록을 저장하고 회사 전체에서 이를 이용할 수 있게 될 것”이라면서, “그 결과, 구성에서 얻어지는 절감 효과가 더욱 커질 것으로 기대된다”고 강조했다.

<한국지멘스 제공>

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