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Profinet으로 자동화한 new Audi R8 차체 작업장

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End-to-End 통신
Audi사는 신형 R8 스포츠카 시리즈의 소규모 생산을 위해 Siemens 제어 테크놀로지를 채택했다. 통합 안전(Integrated Safety) 테크놀로지와 무선통신(wireless LAN) 기능을 갖춘 Profinet을 사용함으로써, 이 자동차 제조업체는 탁월한 수준의 end-to-end 통신을 구현하고자 했다. 그 결과, 커미셔닝, 유지보수, 진단 기능, 운용 및 교체 부품 저장 비용 등의 절감이 가능하게 되었다.
글로벌 자동차 시장은 그 어느 때보다 더욱 제조업체에게 다양한 과제 해결을 요구하는 변화의 한가운데 있다. 전례 없는 모델 주기를 단축하고, 모델 다양성을 증가시킬 뿐 아니라 신규 틈새 시장을 겨냥한 모델을 개발하는 데는 생산 설비의 유연성이 무엇보다도 요구된다.
보다 빠른 “제품화 시간(time to market)”을 달성하는 방법중에서 가장 확실한 해결책은 신규 모델 본체 제작에 사용되는 생산 시스템의 커미셔닝 시간을 단축하는 것이다. 유지보수 및 수리 시간의 단축뿐 아니라, end-to-end 통신, 통합 안전 테크놀로지, 이동 장치로의 손상 없는 데이터 전송, 하드웨어 다양성의 감소 등이 바로 경쟁력 있는 생산 설비의 셋업과 운용을 위한 열쇠인 것이다.
생산성 향상을 위한 열쇠: end-to-end 통신
end-to-end 통신 솔루션을 위해, Audi사는 광범위한 개방형 산업용 이더넷 기반 Profinet 표준을 채택하여, 필드버스 레벨까지 이르는 모든 자동화 레벨에 적용했다. 하나의 동일한 전송 매체를 통한 대용량 데이터의 기본 및 안전중심 통신 능력은 Audi사의 이번 선택에 결정적인 역할을 했다. 또한, 설계자가 정한 시방서도 개방형 아키텍처뿐만 아니라 진단 기능, TCP/IP와 같은 다양한 표준 프로토콜과의 호환성, 리얼타임 동작 등을 요구했다.
Audi사가 얻은 근본적인 이점은, 복잡한 인터페이스를 줄이고, 교체 부품의 재고를 감소시키는 한편, 단일한 설치 기술을 적용함으로써 설치, 엔지니어링, 운전, 유지보수 및 서비스 등에 소요되는 비용 절감을 달성한 데 있다. 또한 이미 구현된 혁신적 IT 서비스를 사용하여 설명 및 교육을 실행함으로써 비용 절감을 실현했다.
생산적 솔루션을 위한 새로운 테스팅 플랫폼
독일의 넥카술름(Neckarsulm)에 위치한 Audi R8 슈퍼 스포츠카의 차체 작업장은 Audi 전용 신설 테크놀로지 플랫폼으로 가동되고 있으며, 미래 생산 공장을 위한 혁신적인 잠재력을 보여주고 있다. 차체의 원자재가 싱글 오버헤드 레일의 로봇 셀로 운송되는 완전 자동화 로봇 셀은 이곳에 적용된 기술의 하이라이트라 할 수 있다. 최적의 접근성을 확보하기 위해, 클램프를 써서 운송 장치에 고정된 차체가 수직 축을 중심으로 전체 360도 회전할 수 있도록 설계되었다.
이동이 자유로운 회전 장치들을 사용하면, 네트워킹된 볼팅(bolting) 로봇은 볼트 연결 작업을 위해 차체의 구석구석까지 신속하고 손쉽게 접근할 수 있다.
새로운 WLAN 접속방식의 Profinet을 통한 성능 호전
로봇의 안전 제어뿐만 아니라 비상 정지, 안전 도어 등과 같은 안전 기능을 포함함으로써, 백색 차체 단위 작업장에서의 모든 I/O 신호가 Simatic ET 200S 주변 모듈을 거쳐 Profisafe 프로파일과 Profinet을 통해 직접 연결되며, 이 때 회전 장치의 연결은 한 단계 더 진행된다. 여기서, 회전 장치 클램프들을 포함하는 모든 신호는 무선랜(WLAN)을 통해 비접촉식으로 전송된다. Scalance W788 액세스 포인트는 회전 장치의 고정부에 위치하며, Scalance W747 클라이언트는 회전부에 위치한다.
두 가지 컴포넌트 모두 5GHz 주파수 대역에서 작동하여, 데이터 전송률이 보다 향상될 수 있었으며, 중복되는 혼선 없이 보다 많은 채널들을 사용할 수 있게 되었다. 이 주파수 대역에서는 다른 WLAN 네트워크, 모바일 전파 또는 Bluetooth 등과의 충돌을 피할 수 있다.
회전 장치에 설치된 누전 도파관은 추가로 무선 파장을 전송한다. 이런 방식으로, 전용 인터페이스를 과도하게 남용하게 함으로써 야기되는 기계적 커플링과 이로 인한 노후화를 방지될 수 있다.
Profinet 통신에 의한 failsafe Simatic 제어
통합 Profient 인터페이스와 통합 안전이 장착된 신형 failsafe Simatic S7-300 CPU 317F-2 PN/DP은 전체 제어 공정의 핵심부를 형성한다. 이는 S7-Graph에서 프로그래밍된 공정 제어를 사용하여 나사로봇(screwing robot)과 회전 장치에 대한 정확한 논리 제어를 보장한다
입/출력 링크들은 다수의 정밀한 모듈형 Simatic ET 200S 스테이션을 사용하여 분산된다. 무엇보다 이들 스테이션은 볼팅 로봇 및 회전 장치로 신호를 발신할 뿐만 아니라, 비상 정지 보호 회로, 라이트 그리드(light grid), 액세스 및 승인 등을 기록한다. 안전 및 표준형 컴포넌트 모두와의 조합된 아키텍처는 설정이 손쉬우며, 안전중심 프로그램과 일반 프로그램이 단일 제어계에 공존한다.
각각의 표준 및 failsafe 모듈들은 Profinet IO를 통해 중앙 Simatic S7-300 CPU 317F-2 PN/DP와 통신한다. 모든 Simatic ET 200S 스테이션은 2-포트 스위치가 내장된 신형 Profinet 인터페이스 IM 151-3 PN HF이 장착되어 있으며, 이로써 Profinet 통신 네트워크가 Profibus와 유사한 필드 중심의 선형(linear) 버스 구조의 형태로 설정될 수 있다. 이는 추가 외장 네트워크 컴포넌트뿐만 아니라 케이블 자재들을 절약함으로써 설비 비용을 최적화 시킬 수 있다. 이미 검증된 Simatic ET 200S I/O 모듈은 표준형과 안전 중심형을 불문하고 모두 Profinet에 통합될 수 있다. 일반적으로 장치 구성은 Step 7의 하드웨어 구성화면에서 실행되어, Profinet으로의 도입을 용이하게 할 뿐만 아니라, Profibus 노하우를 지속적이고 생산적으로 사용할 수 있도록 한다.
Profinet에 통합안전 컨셉을 더하다
통합 안전(Safety Integrated)를 활용하면 표준형 및 안전중심 작업들이 하나의 버스 케이블을 통해 통신뿐만 아니라 하나의 제어장치, 하나의 범용 주변장치에 의해 처리될 수 있다. 이로 인해 상당한 비용을 절감할 수 있다. 다양한 CPU가 더 이상 들어갈 필요가 없으며, 표준 I/O와 안전중심 모듈을 혼합한 하나의 겸용모델이 ET 200 스테이션에 설치될 수 있는 점에서, 결과적으로 표준 및 안전 작업을 위한 공통 하드웨어는 교체 부품 재고 및 주문 관리 측면에서 막대한 이익을 가져다 준다.
보다 효율적인 시스템 아키텍처를 사용한 덕분에, 소형의 간편한 스위치 캐비닛이 활용될 수 있다. Simatic Manager에 의한 중앙 프로젝트 관리와 Step 7의 분산형 안전 옵션 패키지의 완전한 통합은 단일한 형태의 데이터 저장, 데이터 기록 및 데이터 일관성을 보장한다. Step 7이 지닌 친숙한 메커니즘이 적용된 통합 시스템 진단 기능은 추가 프로그래밍 없이도 시스템 가용성을 증가시킨다. 따라서 표준 자동화 및 안전 자동화는 전체 시스템을 일관성 있게 구축한다. 통합 자동화(Totally Integrated Automation)의 일부인 통합 안전(Safety Integrated) 컨셉은 센서 및 드라이브뿐만 아니라 주변기기 및 제어에 이르기까지 일체의 end-to-end 안전 테크놀로지 솔루션을 제공한다.
중앙 운전, 엔지니어링 및 진단 기능
중앙 운전 컴퓨터인 신형 Panel PC 677는 다수의 조작 스크린을 통해 유지보수 및 진단 작업 동안 지원기능을 제공함과 동시에, 실시간 운용 중에 제어 패널로 작동한다. 또한 Step7, S7-Graph, Distributed Safety, WinCC flexible 및 ProAgent와 같은 Simatic 소프트웨어가 설치된 Panel PC는 개별 자동화 컴포넌트에 직접 프로그램을 다운로드 할 수 있도록 중앙 엔지니어링 스테이션으로 작동한다.
또한 사용자 프로그램 역시 Panel PC 677에서 작성된다. 사용자 프로그램의 순차 공정들이 그래픽 프로그래밍 언어 S7-Graph에 의해 개발되었다. 이는 프로세스 실행에 중점을 병렬 스텝 시퀀스 및 대체 시퀀스 등을 수반한 순차 공정들을 기술하는 데에 아주 적합하다. 이미지 및 지능형 이미지 객체들의 계층 구조는 아주 사소한 문제해결 기능도 지원한다.
스위치와 통합된 보안 서비스
다수의 통합 진단기능을 특징으로 하는 Scalance X208 산업용 이더넷 스위치는 Profinet용 중앙 인터페이스 관리자로서 작동하여, 이는 프로그래밍 장치를 접속하고 최적화된 정보의 흐름을 보장할 뿐만 아니라, Simatic ET 200S와 컴퓨터를 작동시키는 CPU와 같은 중앙제어 및 분산형 Profinet 컴포넌트들을 연결한다. 또한 Audi사의 절반을 차지하는 기존 네트워크에 자동화 네트워크를 연결시키는 계획도 마련되어 있다.
IT 환경으로의 연결은 Scalance S612 보안 모듈(Security Module)의 도움으로 달성될 수 있다. 이 모듈은 제어 레벨에서 공장 데이터에 불법으로 혹은 무단으로 접근하는 것에 대해 보호함으로써 “원치 않는” 데이터 전송(traffic)을 차단한다. 동시에 이는 통신 네트워크의 개방형 아키텍처를 보장한다.
경쟁력 유지
Siemens의 통합자동화 컨셉과 더불어, Audi는 미래로 나아가는 확실한 행보를 걷고 있다. 통합 자동화에 기반한 미래지향적 고객 맞춤형 자동화 컨셉은 투자 안전성을 제공한다. 이는 넥카술름의 Audi가 줄기차게 성공가도를 달리는 핵심 비결이기도 하다.
그림 1. 회전 장치의 안전중심 제어와 신호 전송 모두 Scalance W788과 W747 무선 랜 컴포넌트가 담당한다.
그림 2. Simatic S7-300 시리즈 중 통합 Profinet 인터페이스가 장착된 신형 failsafe CPU 317F-2PN/DP는 생산작업의 심장부에 해당한다.
그림 3. 회전 장치에 장착된 누전 도파관은 지정된 무선 전파를 보장한다.
그림 4. Audi R8 생산에 전개된 ET 200S와 아울러, 높은 IP65/67 보호등급을 준수하는 ET 200pro 분산 시스템 솔루션으로 성능이 한층 향상됨에 따라, Siemens는 Profinet 기반 end-to-end 생산 포트폴리오를 제공할 수 있게 되었다.
그림 5. 자유롭게 이동 가능한 회전 장치의 도움으로, 로봇은 차체부를 신속하고 효율적으로 볼트 연결한다.
그림 6. 안전 및 표준 컴포넌트가 결합된 조합 어셈블리가 설치 작업을 최적화한다.
그림 7. 운전, 모니터링, 중앙 엔지니어링 스테이션의 기능을 하나로 통합한 신형 Panel PC 677
그림 8. 혁신적 R8 생산 공장의 Profinet 기반 자동화 설계 컨셉의 도식적 다이어그램
아이씨엔 매거진 2007년 07월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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