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적용사례

자연의 컬러를 찾아라

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프로피버스 로고

자동차 및 포장산업에서 외장부문에 이르기까지 – 현대의 최신 안료 기술은 실질적으로 모든 제품에 최적의 마감재를 제공할 수 있다. Effect Pigment(효과 안료) 분야의 선두 주자인 Merck사는 독일 Gernsheim 소재의 공장에 진주 광택 안료 제작을 위한 현대식 생산설비를 가동했다. 공정산업설비(Process plant)용 자동화 기술이 전적으로 PROFIBUS와 AS-Interface를 기반으로 하는 것은 이번이 처음이다.

자연으로부터 영감을 얻다

Merck사의 진주 광택 안료는 금속성으로 빛나는 컬러 효과를 창조하여, 화장품 및 자동차 산업 분야의 수많은 제품들에 환상적이며 풍부한 마감 효과를 선사한다.

매혹적인 화려함(Glamour)은 오늘날 매우 유행하고 있어 – 페인트, 립스틱, 또는 헤어 스프레이 등 어디에서나 다양하게 사용되고 있다. 진주 광택 안료는 점차 많은 제품들에 고광택 하이라이트를 제공하고 있다. 이러한 성장 추세속에서 시장의 기회를 충분히 활용하기 위해, Merck KGaA는 지난 몇 년에 걸쳐 Gernsheim 지역에서 생산량을 상당히 증가시켰다. 또한 Merck사는 신규 공장 건설로 미래 지향적인 새로운 자동화 솔루션 컨셉 – PROFIBUS와 AS-Interface를 통한 모든 기기들 간의 통합 전산망 구축 – 을 구현할 기회를 얻게 되었다.

Gernsheim에서의 안료 생산공정은 기본적으로 원격 입출력 테크놀로지를 기반으로 했다. 2001년에 완공된 Iriodine 플랜트는 Simatic PCS 7과 PROFIBUS를 사용하는 Siemens 솔루션 제공업체인 Controlmatic GmbH에 의해 자동화 되었다. 플랜트를 표준화된 서브플랜트들로 구획을 나누는 일과 이중화 OS 및 배치형 서버들뿐만 아니라, 분리형 제어실을 구비함으로써 일관되게 구현된 이중화 컨셉에 힘입어, 자동화 솔루션은 신뢰성과 미래-안전형 테크놀로지를 대표하는 것으로 탈바꿈하였다.

Totally networked production

진주 광택 안료의 생산 시, 먼저 얇은 소형 운모판에서 생산된 mica 서스펜젼(운모 현탁물질)이 특수 약품으로 처리된다. 공정은 완성된 효과의 안료를 얻음으로 종결된다. 약품 코팅의 두께는 마지막 색상 효과를 결정한다. 공장 설비에는 실제 공정 유닛 이외에도 원자재인 운모, 배출 가스 및 하수 처리 등을 위한 몇 가지 탱크들도 갖추고 있다.

생산공정은 연속공정 및 배치형 일괄공정으로 구성된다. Simatic Batch를 탑재한 Simatic PCS7은 배치 컨트롤에 사용된다. 자동화 시스템과 중앙 서버들을 전산망으로 연결하는 공장 설비 공정 및 최종 통신 버스들은 이중화 광학 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)으로 설계된다.

공정 단계에서, 버스 세그먼트 및 스위치 캐비닛의 표준화뿐만 아니라, PROFIBUS와 AS-Interface의 일관된 사용은 플랜트 구조의 특징적인 면이다. 플랜트는 대략 130가지의 표준화된 서브플랜트로 나뉜다. 공정 단계에서, 모든 하부 플랜트는 적어도 하나의 AS-Interface, PROFIBUS DP 및 PROFIBUS PA Bus로 구성된다. PROFIBUS는 전기 스위칭 시스템 및 인버터의 컨트롤 유닛까지 확장되어 사용된다.

PROFIBUS의 구현은 원칙적으로 이러한 신기술 구현에 사용 가능한 관련 유형 기기와 제어장치 및 PROFIBUS를 지원하는 다수의 제조사들에 의해 결정되었다. 그러나 PROFIBUS의 다목적 애플리케이션 구현 가능성도 중요한 요인이었다. 모든 서브 유닛을 포괄하는 전체 플랜트는 PROFIBUS로 자동화될 수 있었다. 어떠한 다른 필드버스 시스템도 이러한 요구를 충족시킬 수 없다. PROFIBUS를 사용함으로써, 일반 데이터뿐만 아니라 안전지향형 공정 데이터는 Profisafe 프로파일을 통해 전송될 수 있다.

본질안전 버전인 PROFIBUS PA는 단일 버스채널을 통해 공정 기기의 통신 및 전력 공급이 허용되며, 또한 상태, 파라미터 및 진단 정보로의 접근이 가능하며, 제어실에서 모든 기기에 하달되는 중앙집권 접근과 중앙 데이터 수집이 가능하다. 또한, 배선 소요 공간뿐만 아니라 기획, 설치, 유지 보수 비용이 절감된다. 공장 설비 및 결함이 발견된 제어 구성 장치들은 작업 중에도 손쉽게 교체되어 수정 가능하도록 제작되었다.

이중화는 제어 테크놀로지 구현 공간, 공정 제어 시스템 및 운전자 스테이션 레벨에서 구현됨으로써 설비 전반에 걸쳐 최대의 유용성을
제공하며, 이로써 공장 설비는 컨트롤러 또는 개별 컴포넌트들의 고장에도 문제없이 작업이 계속될 수 있다. 멀티 클라이언트로 구성된 이중화 서버들 덕분에, 전체 플랜트는 상이한 서버들이 공정 절차에 포함되어 있다 하더라도 각각의 단말장치(운전자 스테이션)에서 작동 가능하다. 이중화 컨셉은 8개의 유용한 Simatic 417 시스템 및 이중화 배치형 서버들로 완성된다.

Satisfying results after two years in operation

기획부터 생산 시작에 이르기까지의 단 12개월 동안의 빠듯한 일정은 PROFIBUS가 공정 테크놀로지에서 사용하기에 이상적으로 알맞다는 것을 보여준다. 총 10개의 상이한 제조사에서 제공된 필드 기기들이 플랜트에 설치되었음에도, 모든 기기들은 Simatic PDM 공정 기기 관리자에 의해 제어 시스템으로 빠르고 손쉽게 통합되었다.
지난 2년 간의 작업 진행은 상당히 긍정적인 결과를 얻었다. 필드버스 테크놀로지와 특히 PROFIBUS를 위한 높은 기대치는 완벽히 충족되었다.

PROFIBUS는 기획, 설치 및 작업 면에서 간편하고 저렴한 비용 솔루션임이 증명되었다. Merck사의 직원들은 새로운 자동화 솔루션에 빠르게 적응했으며, 시스템의 사용 편의성에 만족하였다. 모든 기기들에 가능한 중앙집권 제어방식은 기기들이 한층 복잡해짐에도 불구하고 유지보수 작업에 혁신을 가져다 주어, 소요되는 시간을 줄이고, 효율은 높였다.

Merck사의 연구로 알려진 바에 의하면, 또한 새로운 필드버스 솔루션은 종래의 원격 I/O 솔루션을 능가하는 혜택을 가져다 주었다. 기기 비용이 소량 증가함에도 불구하고, 시스템의 용이한 조립과 간편해진 엔지니어링은 상당한 이점을 가져다 준다.

스마트시티/빌딩

전기자동차 충전소 주차구역, 앱으로 확보한다… 블루투스LE 기반 무선 주차제한장치

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마카이오, 스마트 주차제한장치 ‘파키터(Parketeer)’

마카이오는 스마트 주차제한장치인 ‘파키터(Parketeer)’를 개발하기 위해 노르딕 세미컨덕터의 nRF52832 SoC를 채택했으며, 이는 주차장의 가용공간 데이터를 클라우드에 전달하기 위해 nRF51822 SoC 기반 게이트웨이와 무선으로 통신한다.

독일 바드 홈부르그(Bad Homburg)에 있는 스마트 시스템 개발업체 마카이오(Makaio)는 전기자동차를 위한 자사의 스마트 주차제한 솔루션을 혁신적으로 구축했다. 별도로 구획된 주차구역에 전기차용 충전기를 설치하고, 이구역에 다른 차량들의 주차를 제한하기 위해 주차 차단기를 설치했다. 그리고 자동차 운전자들은 스마트폰을 앱을 통해 주차장을 간편하게 사용할 수 있게 했다. 여기에 저전력의 블루투스 LE 기술을 채택한 무선 주차 제한 장치를 구축한 것이다.

마카이오, 스마트 주차제한장치 ‘파키터(Parketeer)’

독일의 바드 홈부르그 시정부가 추진하고 있는 시험 계획 중 하나는 스마트 주차제한장치를 통해 전기자동차가 지정된 주차 공간과 충전소를 사용할 수 있도록 보호하는 것을 자동화하는 것이다. 각 주차제한장치는 전기자동차 운전자의 블루투스 4.0 이상의 스마트폰과 블루투스 LE 연결은 물론, 인접 주차제한장치와도 게이트웨이를 통해 블루투스 LE 연결을 했다. 이러한 주차제한장치들은 상호 연결되어 있기 때문에 운전자의 스마트폰 RF 범위를 벗어난 주차 구역이라 하더라도, 범위 내에 있는 주차제한장치를 통해 원하는 해당 주차제한장치가 열리도록 명령을 보낼 수 있다. 게이트웨이는 주차장의 가용공간 데이터를 LoRaWAN(Long Range Wireless Area Network) 기술을 통해 클라우드와 통신할 수 있다. 미국의 데지그네이티드 파킹(Designated Parking Corp.)에서 생산되는 이 주차제한장치는 원래 868MHz 원격 제어로 동작했지만, 추가 기능을 제공하기 위해 블루투스 LE로 업그레이드 됐다.

운전 중 주차장이나 충전소를 찾아야 하는 경우, 운전자는 ‘파키터 바드 홈부르그(Parketeer Bad Homburg)’ iOS 및 안드로이드 스마트폰 앱을 통해 이용 가능한 주차 장소를 찾거나 목적지에 도착했을 때 이용할 수 있도록 해당 구역을 예약할 수 있다. 주차 구역을 예약하면, 클라우드를 통해 게이트웨이로 요청이 전송되어 다른 사용자가 해당 주차 구역에 액세스하지 못하도록 해준다. 사용자가 예약된 주차 구역에 접근하면, 노르딕 SoC의 블루투스 LE 무선 연결을 이용하는 파키터 바드 홈부르그 앱을 통해 주차제한장치와 연결된다. 지불이 확인되면, 해당 주차 구역에 액세스할 수 있도록 주차제한장치가 내려간다. 주차제한장치는 이 데이터를 게이트웨이로 다시 전달하여 클라우드를 통해 서버 상의 주차가능 공간에 대한 데이터를 업데이트함으로써 다른 사용자들이 현재의 가용상태를 알 수 있도록 해준다.

운전자가 돌아와 주차장을 나갈 때는 앱에서 ‘주차 종료(Stop Parking)’를 누르면 주차제한장치가 올라가게 되며, 주차한 시간에 해당하는 요금이 고객의 계정으로 청구된다. 운전자는 앱을 통해 충전소에서 주차했던 시간도 확인할 수 있다.

전기자동차 주차장 및 충전소의 액세스 제어

노르딕 세미컨덕터(Nordic Semiconductor, 한국지사장: 최수철)는 마카이오(Makaio)의 ‘파키터(Parketeer)’ 무선 주차제한장치에 블루투스 무선 연결을 구현하기 위해 노르딕의 블루투스 LE(Bluetooth® Low Energy) 솔루션인 nRF52832 및 nRF51822 SoC(System-on-Chip)를 공급했다.

노르딕의 nRF52832 멀티 프로토콜 SoC는 64MHz, 32bit Arm® Cortex® M4F 프로세서를 비롯해 -96dB RX 수신감도를 갖춘 2.4GHz 멀티 프로토콜 무선(블루투스 5, ANT™, 독자적인 2.4GHz RF 프로토콜 소프트웨어 지원) 기술과 512kB 플래시 메모리 및 64kB RAM을 통합하고 있다. nRF52832 SoC는 첨단 블루투스 LE 애플리케이션을 구현할 수 있는 블루투스 5 인증 RF 소프트웨어 프로토콜 스택인 노르딕의 S132 SoftDevice와 함께 제공된다. nRF52832는 2.4GHz 무선 기술의 5.5mA 피크 RX/TX 전류와 노르딕의 nRF51 시리즈 SoC에 비해 최대 80%까지 전력소모를 줄일 수 있는 완전 자동 전력관리 시스템과 같은 기능을 통해 전력소모를 최소화할 수 있도록 설계되었다.

마카이오의 크리스토프 슈람(Christoph Schramm) CEO는 “노르딕의 블루투스 LE SoC를 사용하기로 결정한 중요한 요소는 잦은 배터리 교체를 방지할 수 있는 낮은 전력소모였다.”고 말하고, “또한 펌웨어를 업그레이드할 때마다 방수 처리된 주차제한장치를 분해하지 않기 위해서는 노르딕 SoC가 지원하는 OTA-DFU(Over-The-Air Device Firmware Update) 기능도 매우 중요했다.”고 밝혔다.

박은주 기자 news@icnweb.co.kr

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업계뉴스

[포토] 인간과 로봇의 상호작용 주제로 실제 산업로봇과 협연

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Fredrik Rydman performs with IRB 6620 robot at Stadsteatern Kulturhuset ©Håkan Larsson

Fredrik Rydman performs with IRB 6620 robot at Stadsteatern Kulturhuset ©Håkan Larsson

저명한 스웨덴 안무가 Fredrik Benke Rydman (프레드릭 벤키 리드만)은 현지시간 기준 9월7일 스톡홀름에서, 획기적인 신작 – 900kg ABB 산업용 로봇 IRB 6620과 섬세한 듀엣을 공연했다. 본 공연은 기술, 자동화 및 인공지능(AI)에 따른 역할 변화와, 인간과 로봇 사이에 가능한 협업과 진보된 상호작용을 묘사하고 있다. \

금번 벤키와 함께 공연한 ABB로봇 IRB 6620은 자동차 생산공장과 같은 중공업 분야에서 사용되는 모델로, 공장 작업자와 함께 긴밀하게 작업이 필요한 용접 및 복잡한 조립공정에 적용된다. ABB 산업용 로봇 중 가장 크고 무거운 대형 로봇이다.

퍼포먼스 준비에 참여한 ABB엔지니어 Erik Hellström (에릭 헬스트롬)는 “음악에 맞춰 매끄럽게 동작시키는 것은 어려운 작업이었지만, 벤키와 함께 작업하면서 실로 놀라운 발전을 이루었습니다. IRB 6620 로봇이 음악과 무용수 두가지 모두 정말로 인지하는 것처럼 보여 정말 놀라웠습니다.”고 소감을 전했다.

벤키의 신작 공연은 북유럽에서 가장 큰 문화센터인 시립극장 Kulturhuset(스톡홀름 소재)에서 11월30일까지 계속된다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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스마트기계

[적용사례] 사람의 개입없이 정밀한 의료 부품을 마킹하는 오스틀링

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UR3 로봇은 z-축 포커싱에 대한 전체 제어 및 레이저 마킹 공정의 회전 제어와 로케이션을 관리합니다.

오스틀링(Oestling)은 세계적인 마킹 시스템을 제공하는 업체다. 오스틀링은 UR 로봇을 활용하여 자동화된 초과 다이오드 펌프 솔리드-스테이트 레이저 마킹 시스템을 선보인다.

브라이언 와츠(Brian Watts) 오스틀링 제품지원 매니저는 “로봇이 레이저 마커 프로세스를 위한 회전 제어 및 위치 뿐만 아니라 Z축에 대한 전체 제어를 관리한다”고 설명한다. 또한 로봇은 육안으로 마크를 검사하거나 절단 또는 용접 시스템을 확인하기 위해 비전시스템과 통합될 수 있다.

UR3 로봇은 z-축 포커싱에 대한 전체 제어 및 레이저 마킹 공정의 회전 제어와 로케이션을 관리합니다.

UR3 로봇은 z-축 포커싱에 대한 전체 제어 및 레이저 마킹 공정의 회전 제어와 로케이션을 관리한다. (이미지. 유니버설로봇)

UR 로봇은 자동화 시스템에 중요한 능력을 가져다 준다. 와츠는 “UR 로봇은 프로그래밍하기가 정말 쉽다. 유닛의 협업 특성을 이용하여 쉽게 설정할 수 있다. 게다가 안전하다. 과거에 사용하던 로봇에서는 수많은 프로그래밍이 필요했고, 안전은 늘 문제였다. UR 로봇의 경우에는 엔드 이펙터를 잡아 원하는 위치로 옮긴 다음 티치 펜던트를 사용하여 세부 설정이 되도록 다이얼을 돌리기만 하면 된다.”라고 밝혔다. [제공. Universal Robots]

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