세계의 농업인들은 그들의 가축을 더 빠르고 효율적으로 기르기 위해 인공수정 방식을 사용한다. 이는 추가적으로 가축을 구입하고, 번식시키고, 돌보는데 드는 비용을 줄여준다. 인공수정을 하면 농업인들은 그들의 가축이 언제 성장할지를 정확히 알 수 있고, 그들이 필요한때에 분만 시기를 조절할 수도 있다.
양돈장의 실험실에서는 특별한 포장 기계를 사용하여 전용 배양 주머니에 정액을 포장해 사육 농장에 즉시 배송한다. 실험실은 전형적으로 조용하고 매우 깨끗한 공간이며, 이런 환경에 걸맞는 기계를 필요로 한다.
위스콘신(Wisconsin)주의 피츠버그(Fitchburg)에 위치한 ReproQuest, Inc.는 미국 내 가축의 인공 수정을 위한 첨단 기술의 정액 희석 보존액 전문 수의학 생물공학 회사이며, 미국 내 돼지 증식 보존액의 최대 공급자이다.
이 회사는 현미경, 분광 측정기, 혼합 탱크를 포함한 실험 장비, 희석 보존액, 포장 설비를 포함하는 인공 수정 산업을 지원하는 전체 제품 라인을 공급한다.
POWERLINK를 통한 향상된 퍼포먼스
RQ800 포장 시스템은 양돈장에서 인공 수정을 위해 사용되는 돼지 정액의 개별 분량을 포장하는 데 쓰인다. 이 포장 시스템을 위해 ReproQuest는 필드버스 테크놀로지를 통한 통합 솔루션과 컨트롤러와 드라이버가 통합된 모션 컨트롤 솔루션으로 교체하기로 결정했다.
“이더넷 기반의 POWERLINK 필드버스를 통합함으로써 우리의 포장 시스템의 퍼포먼스를 획기적으로 향상시킬 수 있었다.” ReproQuest의 디자인 엔지니어인Reid Formo가 설명한다.
디자인 단계에서 주요 목표는 비용 효율이 높은 반면, 현재의 기술을 그대로 사용하면서 무게 측정기, 잉크젯 프린터, 무선주파수 검증기와 같은 새롭고 진보된 특징의 추가 확장이 가능한 제품을 개발하는 것이었다.
이더넷 기반의 필드버스 구조를 사용하면서부터 배선 구조와 제어 계층 구조를 단순하게 유지하면서 포장 기계에 진보된 모션을 통합하는 것이 가능해졌다.
“레이아웃을 단순화 할 수 있었기 때문에 우리의 기계는 현재 탁상 기계의 하우징 내에 전체 제어 패키지가 구성되어 있다.” Formo가 덛붙힌다.
무균 환경에서의 정확한 선량
RQ800 포장 시스템은 인공 수정에 사용되는 전용 배양 주머니를 충진하는 기계이다. 한 장의 필름에서 750개의 주머니를 생산한다. 이 주머니들은 롤에 공급되어 서보드라이브로 가동되는 인덱싱 벨트에 올라간다. 그 후 이 주머니들은 시스템에 입력된대로 분리되고, 충진 바늘이 들어갈 공간을 만들기 위해 주머니의 윗 부분을 벌린다.
충진 스테이션에서, 바늘이 들어가고, 추가적인 서보 모터에 의해 구동되는 비접촉식 연동 펌프가 그 바늘을 일정한 부피로 채워놓는다. 그 후 PID 온도 제어를 사용한 열봉합기로 주머니를 밀폐하여 봉한다. 마지막 단계에서 상세한 배합정보를 담은 라벨을 각 주머니에 붙인다.
기존의 기계는 정밀도가 떨어졌고, 기존적인 인터페이스를 가지고 있었기 때문에 오퍼레이터가 작동 중에 모든 프로세스를 모니터할 수가 없었다. “새로운 기계는 허용오차 ±0.5%로 70mL에서 90 mL 범위의 분량 부피를 위한 빠른 싸이클 타임을 가지고 있다.
새로운 컨트롤러 솔루션을 사용하면서 분당 35 분량까지를 얻을 수 있게 되었다.” Formo가 말한다. “우리에게 중요했던 요소는 기계가 조용하고 매우 깨끗해야 한다는 것이었다.” 그렇기 때문에 ReproQuest는 공압 솔루션에서 분당 35 싸이클까지 속도를 낼 수 있으면서 적은 소음을 내는 B&R의 서보드라이브를 사용한 솔루션으로 교체했다.
또한, 새로운 포장 시스템은 완벽하게 개방된 디자인을 가지고 있으며, 청소와 소독이 용이하다는 특징을 가지고 있다. 실험실은 보통 큰 유지보수 부서가 없기 때문에 쉬운 유지보수는 ReproQuest에게 또 다른 매우 중요한 요인이었다.
B&R의 서보 기술: 강력하지만 고요함
새로운 포장 시스템에는 POWERLINK 인터페이스를 가진 고객 주문형 Power Panel, X20 I/O 랙, ACOPOSmicro 서보 컨트롤러, 두 개의 8LVA 모터, 하나의 XV 모듈과 X67 I/O 모듈들이 사용되었다.
그 모듈들은 아날로그 입력, 디지털 입력, 디지털 출력, SSR 출력, 그리고 시리얼 통신을 사용하는 X67블럭들을 포함하고 있다. 서보 모터는 속도와 정확성 면에서 뛰어나며 엔드유저가 원하는 속도에 맞춰 다른 펌프들을 사용할 수 있어, 주문 제작 기계를 만들 수 있다.
Formo가 덧붙인다: “서보모터는 분당 35 분량을 생산하면서도 기존의 스테퍼 모터보다 더 조용하고 더 적은 열을 발생시킨다. X67 모듈은 배선을 깔끔하게 할 수 있어 기계의 깔끔함에 도움이 된다. XV 모듈을 사용함으로써 필드버스를 통해 공압 밸브를 효율적으로 위치시켜 X20모듈에서부터의 별도의 배선이 필요없어졌다.”
ACOPOSmicro 컨트롤러는 매우 작은 패키지에 진보된 서보 기능들을 통합시켜 시간당 1800 분량 이상으로 펌프를 정확하게 제어할 수 있다.
Power Panel은 라벨 정보를 입력하는데 사용한다. Power Panel은 라벨 프린터와 직접적으로 통신하여 컴퓨터와 프린터 통신 불량 문제를 없애주었고, 유지보수와 설치를 단순하게 하였다.
비슷한 시스템들이 별개의 산업용 컴퓨터를 통해 프린터와 통신한다. 화면에는 라벨과 배치 정보를 포함한 모든 운전 파라미터들이 디스플레이된다. 각 배치에 대해서는 배치 로그가 생성되고, 이더넷 연결을 사용하여 네트워크 위치로 자동적으로 보낼 수 있다. 이는 운영 프로그램이나 문서화 목적으로 사용할 수 있다.
“HMI와 PLC가 통합된 B&R의 Power Panel을 도입하여 운전시, 그리고 기계의 프로세싱을 모니터 할 때 오퍼레이터들에게 필요한 모든 정보를 제공할 수 있게 되었고, 이는 우리에게 큰 플러스 요인이가 되었다.” Formo가 설명한다.
Industry: Packaging industry
Location: Fitchburg, WI (USA)
www.ReproQuest.com
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멀티 터치와 함께 진화하는 인간 공학
가전 제품의 영역에서, 멀티 터치는 장치의 인간 공학을 변화시킬뿐만 아니라 사용자 습관마저 변화시키고 있다. 산업 자동화에서 이 기술은 기계 조작을 보다 직관적이고 빠르고 안전하게 할 수 있는 잠재력을 가지고 있는데, 본질적으로 기계 및 시스템 작화에 적용되는 인간 공학을 발전시키기 위한 것이다. 독일 뉘렌베르크에서 열린 SPS/IPC/Drives 전시회에서, B&R은 산업 환경에서 멀티 터치 입력이 가능한 제품들을 소개했다.
10여년 간, 산업 자동화 환경에서는 터치 스크린 선호에의 강한 추세가 지속적으로 있어 왔다. 터치 스크린은 심지어 식품산업 및 제약업과 같은 위생이 중요시되는 산업 환경에도 진출해 왔다. “터치 스크린은 실제 키가 달린 장치를 완벽하게 대체할 수는 없을 것입니다.”라고 B&R HMI Business Manager인 Raimund Ruf씨가 설명한다.
“그럼에도 불구하고, 터치 스크린은 그 전체적 융통성 덕분에 점점 더 다른 영역으로 침투해갈 것입니다. 동시에, 유저 인터페이스 설계뿐만 아니라 패널 하드웨어 배열 방법에도 사용자 인간 공학이 한층 더 강조될 것입니다.”
두 손가락 인간 공학
스마트폰에 의해 우리에게 친숙한 멀티 터치 기술은, 동시에 발생하는 여러 개의 접점 위치를 인식하고 평가할 수 있다. 이것은 기계 제조업 분야에 있어서 큰 혁신 가능성을 제공한다.
멀티 터치 기술은 시스템 조작을 간소화하고 동시에 시스템 안전 수준을 높임으로써 사용의 편의성을 크게 증가시킨다. 오퍼레이터가 한 손으로 메뉴를 열면서 다른 한 손으로 파라미터를 설정하는 것이 가능해진다. 이로 인해 서브메뉴들 사이를 앞뒤로 왔다갔할 필요가 없어지며 어플리케이션 내의 전반적인 명확성 또한 증가된다.
복잡한 메뉴 단계가 제거 가능해지면서, 오퍼레이터는 어디로 더 빨리 가야 할지에 대해 정보를 얻을 수 있다. 또한 오퍼레이터가 좁은 스크롤바에 의지하는 대신 간단히 내용을 스크롤할 수 있음으로써 리스트를 다루는 작업도 간소화될 것이다.
이와 더불어 두 손이 동시에 두 개의 버튼을 누를 때까지 어떤 특정 동작이 저지되는 등의 방법이 시행됨으로써 운영상의 안전도 증가될 수 있다. 비록 데드맨 방식의 제어를 아직 완벽하게 대체할 수는 없더라도, 멀티 터치 조작은 이런 식으로 뜻하지 않게 발생하는 위기 상황을 막을 수 있다.
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슬립링(slip ring)을 통한 POWERLINK의 빠르고 안정적인 데이터 전송
기계의 모듈화는 경제적 측면의 효율성을 위해 필수적이다. 이것은 자동화 솔루션의 분산 아키텍쳐를 필요로 한다. 그러므로 제어 및 드라이브 부품들은 흔히 기계의 움직이는 부분에 설치되며, 때로는 회전하는 부분에 설치될 필요가 있다. 이 부품들의 파워 및 데이터 공급은 슬립링들이 맡고 있다.
Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG) 은 독일 뉘렌베르크에서 개최된 SPS/IPC/DRIVES 전시회에서 기계의 회전 부분상에 장착된 ACOPOSmulti65 드라이브 조립을 전시했다. Cobham 슬립링으로, 제어 데이터뿐만 아니라 24 V 파워 서플라이 및 750 V DC 버스의 연결성이 POWERLINK와 openSAFETY에 의해 향상되었다.
산업 어플리케이션으로서는 첫 번째로, DC 버스 전압과 데이터가 100 Mbit/s의 속도로 슬립링을 통해 동시에 전송됐다.
“우리 엔지니어들은POWERLINK 프로토콜의 안정성과 EMC 규정 준수에 깊은 인상을 받았습니다.”라고 슬립링 제조회사인 Cobham의 엔지니어링부 및 제품 품질 관리부 부장인 Martial Favrat씨가 말했다.
“우리는 종합 테스트를 거친 슬립링들의 전송 품질을 보증할 수 있습니다.” POWERLINK는 개별 프레임을 사용하므로 총체적 프레임을 사용하는 프로토콜보다 자연히 데이터 전송의 신뢰성이 높다.
POWERLINK와 openSAFETY는, B&R에 의해 이미 구현된 드라이브 및 세이프티 기술을 위한 슬립링 데이터 전송을 이용한 자동화 산업의 대량 생산 어플리케이션으로 점점 더 범위가 확대되고 있다.
아이씨엔 매거진 2012년 02월호
