기아자동차는 1944년 설립된 한국 최초의 자동차 제조업체다. 현재 현대자동차그룹에 속해있으며 세계 최고의 자동차 브랜드를 목표로 하고 있다. 기아자동차는 유럽을 비롯한 전 세계의 시장 점유율 확대를 위해 슬로바키아 질리나(Zilina)에 연간 30만대를 생산할 수 있는 유럽 최초의 공장을 세우고 지난 2006년 12월부터 제품을 생산하고 있다.
통합 솔루션 필요성
지난 2009년 기아자동차 슬로바키아 생산법인(KMS)은 기아 cee’d와 기아 스포티지 2가지 모델을 생산했다. 그 중 기아 cee’d는 전체 생산량의 80%를 차지할 정도로 큰 인기를 구사했다. 지난해에는 신형 스포티지와 현대 ix35를 추가 생산함으로써 생산 라인업이 3가지 모델로 늘었다. 그리고 SUV 모델이 생산량의 50%를 차지했다. 그러나 제조 프로세스를 최적화하는 일이 효율 및 생산성을 극대화하는데 그 어느때보다 중요한 요소였기에, 정보와 장치가 빈틈없이 연결할 수 있는 통합 솔루션이 필요했다.
KMS의 차체 공장에는 ControlLogix에 연결된 CompactLogix가 설치돼 있었으며, BC(Body Complete) 라인에서는 20명의 작업자가 모든 부품을 손으로 조립하고 있었다. 그러나 BC 라인의 잦은 가동 중단은 생산성 저하의 주범이었고 모든 생산 라인의 가동이 중단되기도 했다. BC 라인은 타사의 세이프티 릴레이로 구성돼 있으며, 타사의 세이프티 스캐너 및 릴레이로 보호되고 있었다. 이 세이프티 릴레이는 스캐너의 바이패스 기능이 없는 상태로, 메인 캐비닛 내에서 배선이 복잡했고 세이프티 장치와 릴레이가 긴 도체로 연결돼 있었다. 세이프티 회로 및 세이프티 장치는 많은 소형 라인의 가동을 중단시켰으며, 가동 중단의 이유와 문제가 된 지점을 찾아내는 일이 결코 쉬운 일은 아니었다. 더구나 문제의 제품 교체에는 많은 시간이 소요됐다. 길고 복잡한 세이프티 배선 회로로 인해 라인의 가동 중단은 항상 예견됐다.
릴레이 기반 세이프티 제어는 장비의 위험한 상황으로부터 작업자를 보호하는데 오랜 역사를 가지고 있다. 세이프티 릴레이와 연결된 스캐너와 비상 정지 푸시 버튼과 같은 세이프티 장치는 장비 사용자를 보호하는데 가장 많이 사용돼 왔다.
그러나 릴레이는 고장 진단 기능이 매우 제한적이며 애플리케이션이 변경될 경우 배선을 다시 해야 하는 단점을 가지고 있었다. 이러한 이유로 매우 중요한 상황을 고려할 때 KMS는 현재 사용하고 있는 릴레이 시스템보다 상태 시각화, 높은 신뢰성 및 유연성을 제공할 수 있는 또 다른 통합 세이프티 솔루션을 필요로 했다.
문제점 해결
KMS는 시각화 및 높은 신뢰성을 제공하는 통합 세이프티 솔루션을 찾고 있던 중 공장 가동과 함께 했던 로크웰 오토메이션에게 의뢰를 부탁했다.
로크웰 오토메이션은 세이프티 지원 PLC 및 네트워크로 구성된 세이프티 시스템을 제안했다. 세이프티 컨트롤러를 적용할 경우 고객은 작업자의 안전을 책임지는 유연성이 높은 제조 프로세스를 구현할 수 있다. 로크웰 오토메이션은 표준 Allen-Bradley ControlLogix 컨트롤러를 세이프티 펌웨어와 세이프티 컨트롤러로 확장한 Allen-Bradley Guard Logix 세이프티 컨트롤러를 제안했다. 리모트 세이프티 I/O 모듈을 추가해서 EtherNet/IP 네트워크에 연결했으며, 세이프티 상태와 알람, 비상 이벤트에 대한 시각화 그리고 제어 시스템과 시각화에 대한 프로그램을 개발해 기존 Allen-Bradley PanelView Plus 패널에 추가했다. 프로그래밍 및 설치 등 모든 작업은 로크웰 오토메이션 CSM(고객 지원 & 서비스) 부서가 총괄 수행했다.
Allen-Bradley GuardLogix는 사용이 간편한 환경에서 통합 세이프티 제어와 함께 공통 프로그래밍 환경, 공통 네트워크 및 공통 제어 엔진을 제공함으로써 Logix 플랫폼의 모든 혜택을 제공하며, SIL(Safety Integrity Level) 3 레벨의 제어를 지원한다. Allen-Bradley Cont rolLogix 컨트롤러를 함께 사용하는 GuardLogix 사용자는 공통 프로그래밍 소프트웨어, 컨트롤러 및 I/O를 통해 개발 시간과 애플리케이션 비용을 절감할 수 있다.
기존 설계에서는 사람이 작업 영역에 들어가거나 한 장치가 생산 도중 고장날 경우 전체 라인의 가동이 중단됐다. KMS는 모든 영역과 장치를 확인한 후에야 비로소 문제를 식별할 수 있었다. 따라서 고장난 부분을 찾아내기란 쉬운 일이 아니었으며, KMS는 어느 세이프티 버튼이 눌러졌는지 확인할 수 없었다. 고장난 부분을 찾아서 문제를 해결할 때까지는 전체 라인을 가동할 수 없었다.
새로운 설계에서는 한 라인을 5개 구역으로 나눴다. 각 구역에는 단지 2~3m의 배선으로 연결된 세이프티 포인트 I/O로 구성된 캐비닛을 설치했다. 각 세이프티 포인트 I/O는 RSLogix 5000을 통해서 EtherNet/IP를 지원하는 Allen-Bradley GuardLogix에 연결됐다. 각 스캐너는 라이트 시그널링 및 스위칭을 통한 바이패스 기능을 지원한다. 이제는 한 라인에 문제가 발생하면 오직 관련 구역만 가동이 중단되고 해당 위치를 알려준다. 작업자도 EtherNet/IP를 통한 시각화를 통해 각 구역을 쉽게 확인할 수 있다. 이제 다른 구역은 정상 가동되는 상태에서 고장을 쉽게 식별하고 신속히 복구할 수 있게 됐다.
세이프티 라인 효율성 향상
KMS는 로크웰 오토메이션의 솔루션에 크게 만족하고 있다. 릴레이 기반 솔루션에서 세이프티 PLC로 전환함으로써 이제 높은 신뢰성을 자랑하는 유연한 라인을 보유하게 됐다. 유연한 플랫폼은 필요한 세이프티 수준은 충족하면서 유지보수 및 문제해결을 위한 노력을 줄일 수 있게 한다. KMS는 이제 통합 세이프티 개념을 다른 차체 및 프레스 생산 현장에 확장해서 적용할 계획을 세우고 있다.
KMS의 차체 유지보수 매니저인 Ondrey Vasek는 “고장을 식별하고 문제를 신속히 해결함으로써 세이프티 가동 중단 시간을 70%까지 감소시켜 생산성을 획기적으로 향상시켰다. 중요한 것은 라인을 유지보수하는 일이 매우 쉬워졌다는 사실이다”라고 말했다.
KMS의 목표 중 하나는 기존 세이프티 라인의 효율을 향상시키는 일이다. 다음 단계의 일환으로 KMS는 유사한 솔루션을 다른 라인에 적용할 계획을 세우고 있다. 때문에 로크웰 오토메이션의 Guard Logix 통합 세이프티 솔루션이 KMS의 표준 플랫폼으로 고려될 가능성이 매우 높다.
