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산업용사물인터넷

통합 상태 모니터링을 통한 프로세스 최적화

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TwinCAT 3로 고급 측정 데이터 프로세싱
[사진. TAR 9964 상태 모니터링 시스템은 제어 플랫폼으로서 TwinCAT 3 소프트웨어, TwinCAT 상태 모니터링 라이브러리 및 EtherCAT 단말기를 갖춘 CX5140 임베디드 PC를 기반으로 한다.]

TwinCAT 3로 고급 측정 데이터 프로세싱

TAR Automation은 고품질 자동화 기술을 전문으로 하고 있으며, 혁신적인 제어 솔루션 통합을 제조사들에게 지원한다. 기존 생산 기기의 현대화뿐만 아니라 새로운 시스템의 설계 및 구현 외에도 TAR은 모션 제어 및 상태 모니터링 영역의 시스템 솔루션을 개발한다. 독일, 딘스라켄에 기반을 둔 TAR은 최근 Beckhoff의 통합 자동화 솔루션을 기반으로 생산 장비를 위한 효율적인 상태 모니터링 시스템(CMS)을 개발했다.

“기업 초창기에 우리는 기존 PLC 및 SCADA 제품을 거의 독점적으로 사용했지만, 현재는 점점 더 Beckhoff의 PC 기반 자동화 솔루션을 사용하고 있습니다”라고 TAR Automation의 상무이사 Alfred Rachner는 설명한다. “다기능 TwinCAT 3 자동화 플랫폼은 우리의 엔지니어들이 소프트웨어 구성요소를 만들 수 있도록 효율적인 개발 환경을 제공합니다. TwinCAT 3는 모듈식의 구조이지만 통합되어 있습니다. 임베디드 PC 시리즈는 모든 테스크의 성능 요구사항을 위한 이상적인 하드웨어 플랫폼을 제공합니다.”

고정밀 및 맞춤형: 완벽하게 통합된 상태 모니터링 시스템
“과거 자동화 기술은 전용 ‘블랙-박스 장치’를 사용해서 실현될 수 있었지만, 이제는 PC 기반 제어 솔루션으로 수많은 새로운 기능을 자동화 기술에 통합할 수 있습니다. 생산 장비를 위한 상태 모니터링이 하나의 좋은 예입니다” 라고 Alfred Rachner는 말한다. 기존 CMS는 주로 전체 시스템 안에서 별도 하부시스템으로 설치된다. 이는 데이터 샘플링 및 평가를 위한 특별한 하드웨어로 구성되어 있으며 채널 수가 고정되어 있고 기능이 한정되어 있기 때문에 독립형 솔루션을 매우 유연하지 못하게 만든다. 사용자는 변화하는 요구에 반응할 수 없으며 상태 모니터링 기능은 비용이 비쌀 뿐만 아니라 통합하기에 어렵다.

유연성 강화 및 비용 감소는 TAR 엔지니어링 팀이 제어 플랫폼으로서 TwinCAT 3 소프트웨어, TwinCAT 상태 모니터링 라이브러리 및 EtherCAT 단말기를 장착한 CX5140 임베디드 PC를 기반으로 하는 TAR 9964 상태 모니터링 시스템을 개발할 수 있도록 이끌었다. EL3632 상태 모니터링 단말기는 IEPE 가속도 센서를 연결하는데 사용된다. 이 통합된 구성은 많은 이점을 제공한다:

– 시스템은 자유로운 프로그램이 가능하고 언제든지 새로운 기능을 추가할 수 있다.
– 온도 측정 또는 디지털 I/O 이외에도 진동 및 아날로그 신호는 모듈식 EtherCAT I/O를 사용해서 언제든지 구현될 수 있다.
– 오버샘플링 기술뿐만 아니라 동기화를 위한 고정밀 클럭 및 광대역 실시간 네트워크로서 EtherCAT은 아날로그 신호에 대해 최대 100 kHz 및 가속도 값에 대해 50 kHz의 샘플링률을 가능하게 한다.
– EL3632 상태 모니터링 단말기는 IEPE 센서(가속도, 마이크로폰 등등)의 연결을 제공하고 오버샘플링 기술, 파라미터화 할 수 있는 하드웨어 기반 안티에일리어싱 필터, 디지털 필터 및 오프셋 보상을 특징으로 한다.
– 기본 분석 알고리즘은 PLC 라이브러리로서 통합될 수 있으며, 언제든지 수정 또는 기능 확장이 가능하다.
– 고객의 시스템과 간단하게 통합할 수 있다. 특히PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP, CANopen 및 이더넷 등을 포함한 모든 공통 인터페이스의 가용성 기능을 가진다.

상태 모니터링 그 이상을 하다: 과립기의 프로세스 최적화
실제 사례로 TAR 9964 상태 모니터링 시스템은 PCB, 냉각 장치, 세탁기, 다양한 플라스틱이나 타이어에 사용되는 성분과 같은 재생 물질을 파쇄하는 기계의 모니터링 및 프로세스 최적화를 제공한다. 과립기는 커터 샤프트(cutter shaft)를 위한400 kW 드라이브와 추진장치 및 고정자 조정을 위한 12 kW 유압 장치를 가지고 있다. 커터 샤프트는 EL3632를 통해 데이터가 기록되는 가속도 센서를 갖추고 있다. 첫 번째로 TwinCAT 상태 모니터링 라이브러리의 소프트웨어 기능 블록은 매우 빠른 작업에서 데이터를 획득하고 번들링 한다. 여러 후속 작업에서 다양한 분석 Function Block은 퓨리에 분석, 제한 값 모니터링, 평균화 및 분류와 같은 추가 작업을 위해 사용된다. 상태 모니터링 라이브러리는 획득 및 분석 작업의 정확한 시간 상관관계 또한 보장한다.

Beckhoff영업 매니저Rhein/Ruhr, Ralf Stachelhaus와 TAR Automation의 상무 이사 Alfred Rachner(왼쪽에서 오른쪽으로)
[사진. Beckhoff영업 매니저Rhein/Ruhr, Ralf Stachelhaus와 TAR Automation의 상무 이사 Alfred Rachner(왼쪽에서 오른쪽으로)]

통합 상태 모니터링 시스템은 파쇄 시스템 운영자에게 실질적인 혜택을 제공한다:

– 베어링 모니터링: 과거에 베어링은 온도 측정을 통해 모니터링 되었기 때문에 시급한 베어링 손상이 일반적으로 너무 늦게 감지되었다.
– 진동, 제한 값 및 트렌드 분석: 비용이 많이 드는 손상이 실제로 발생하기 전에 잠재적인 베어링 손상을 탐지한다.
– 과잉 윤활 감지: 시스템 운영을 최적화시키는 윤활제의 낭비를 최소화한다: 작업 구역이 정상적으로 닫혀있지 않으면 원료가 커터 샤프트에서 날뛰며 정확하게 파쇄되지 못한다. 결과적으로 증가된 진동이 측정되고 공급 압력을 가함으로써 보정될 수 있다.
– 자동 V-벨트 장력 감지: 무뎌진 커터의 느슨한 V벨트를 자동으로 감지 및 조정한다: 과거에는 사람의 귀로 공장을 검사했다. 사람이 실제로 기계의 변화를 주의깊게 듣고 필요시 수동으로 커터를 날카롭게 만들었다. 상태 모니터링 시스템은 무뎌진 커터를 감지하기 위해 믿을 수 있는 측정 값을 제공하며 커터를 날카롭게 하는 것을 자동으로 실행한다.
– 기계 제어 시스템에 통합: 이전부터 원료 공급은 수동으로 제어되었다. 이는 분쇄해야 할 원료의 크기 및 형태가 다양하여 광학 측정 시스템으로 인피드를 제어하려는 시도가 실패했기 때문이다. 현재 상태 모니터링 시스템의 진동 분석은 신뢰성 있는 감지가 가능하다. 과립기가 비어있을 때 새로운 원료를 자동으로 공급한다. 기계의 연속적인 가동률은 최대 50%까지 생산성을 증가시킨다.

시스템 통합업체를 위한 새로운 가능성
“TAR의 경우, 상태 모니터링을 자동화 및 제어 시스템에 통합하는 것은 새로운 기회와 판매 가능성을 열어줍니다”라고 Alfred Rachner는 말한다. “TwinCAT은 우리에게 이상적인 통합 플랫폼입니다: 간단한 제어 작업에서부터 모션 제어, CNC 애플리케이션, 상태 모니터링 및 안전 기술까지 하나의 시스템으로 모든 작업을 해결할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 플랫폼에 대한 프로그래머의 교육 비용을 없앨 수 있으며 하나의 엔지니어링 시스템을 설치하고 유지보수 하기만 하면 됩니다. 고객의 입장에서도 유지보수 비용을 절약할 수 있습니다.”

“게다가 TwinCAT은 PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP 및 CANopen과 같은 모든 공통 필드버스 인터페이스를 지원합니다. 기존 시스템의 현대화가 온다면, 고객이 사용하는 제어 환경에 우리 시스템을 쉽게 통합할 수 있습니다. 오직 새로운 시스템에서만 가능하지만 앞으로 가장 효과적인 방법은 TwinCAT을 기반으로 한 완전 통합 PLC/NC/CMS 솔루션입니다.”

Industry 4.0: 수직 및 수평 네트워킹을 위한 통신 표준
광범위한 임베디드 PC는 다양한 네트워킹 옵션을 제공하는 동시에 성능 및 I/O 구성의 측면에서 확장 가능하다. 이는 제어 아키텍처를 구현할 때 많은 자유도를 제공하기 때문에 수작업 업무를 위한 최적의 솔루션이다. “소형, 독립형 솔루션, 분산형 네트워킹, 지능형 제어기 또는 고성능 중앙 솔루션을 다루든지 간에 상관없이 무엇이든 가능합니다”라고 TAR의 상무이사는 결론을 내린다. “수직 네트워킹을 위한 보편적 표준으로서 OPC UA의 지원과 결합하여 ERP 시스템을 작업장 내 또는 작업장 간에 통합하는 것이 가능합니다.”

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아나로그디바이스가 제시하는 인더스트리 4.0 가속화 솔루션

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ADI Industry 4.0

아나로그디바이스(지사장 홍사곽)는 산업용 장비 제조회사들이 인더스트리 4.0 장비를 신속히 개발할 수 있도록 하는 광범위한 인더스트리 4.0용 솔루션들을 발표했다. 새로운 솔루션들은 오늘날의 기존 공장 인프라 설비들이 차세대의 유연성과 연결성, 효율성을 갖출 수 있게 해준다.

ADI의 산업 자동화 사업그룹을 총괄하는 브렌단 오도우드(Brendan O’Dowd) 본부장은 “고객들은 인더스트리 4.0으로 빠르게 나아가기를 원할 뿐 아니라 이러한 자신들의 투자가 성공적이고 장기적인 사업 계획의 일환임을 확인하고 싶어한다”며, “오늘날에는 기업들이 기술 혁신 속도를 따라가기가 굉장히 힘들 수도 있다. ADI는 고객들이 기존 인프라를 인더스트리 4.0으로 전환할 수 있도록 즉각적인 기회를 제공하는 솔루션에 주력해 왔다. 이번에 ADI가 발표한 각각의 솔루션들은 고객들이 인더스트리 4.0으로 신속하게 전환할 수 있도록 하는 데 있어서 핵심적인 빌딩 블록 들로서, 여기에는 확정적 이더넷, 보안, 상태 기반 모니터링(Condition-based Monitoring, CbM) 기능들이 포함된다”고 말했다.

ADI의 새로운 인더스트리 4.0 솔루션

디바이스 레벨의 하드웨어 기반 보안성 및 TSN(Time Sensitive Networking) 스위칭

현재 ADI는 공장 제어 루프 내의 네트워크 종단에 보안성을 구현하고, 현장에 설치된 장비들이 보안 관련 표준 및 요건들을 충족하도록 보안 역량을 향상시키는 새로운 하드웨어 기반 신원확인 솔루션을 제공하고 있다. 이 새로운 솔루션들은 시간 동기화(802.1 AS)와 프레임 선점(802.1Qbu/br) 등의 TSN 기능을 지원하는 실시간 이더넷 멀티 프로토콜 스위치에 통합되어, OPC-UA(Open Platform Communication-Unified Architecture)를 통해 산업용 애플리케이션들을 제어한다. 보안 기능과 TSN 기능을 결합함으로써, ADI는 고객의 제품 출시와 인더스트리 4.0 채택을 가속화하는 사용하기 쉬운 모델로, 산업용 네트워크의 종단에서 혁신적인 현장 디바이스 통신 솔루션을 구현하고 있다. 이에 대한 자세한 정보는 https://www.analog.com/en/technical-articles/tsn-in-automation-where-are-we-currently.html 참조.

CbM용 ADcmXL3021 모듈

ADcmXL3021 모듈은 수상 경력이 있는 ADI의 MEMS 센서 기술을 기반으로 한 완벽한 센싱 시스템으로서, 산업 및 운송 장비 분야에서 기계의 마모 정도 및 파손 징후를 조기에 모니터링함으로써 생산성을 높이고 장비의 수리 필요성을 줄인다. 이 3축 진동 감지 모듈은 MEMS 센서와 몇 가지 신호 처리 기능들을 컴팩트한 폼 팩터에 결합하고 있어 CbM 시스템의 스마트 센서 노드 개발을 간소화하고 BoM을 크게 줄여준다. 제품 페이지 열람, 데이터시트 다운로드, 샘플 주문은 http://www.analog.com/ADcmXL3021 참조.

산업용 애플리케이션을 위한 고정밀 레이더 센서

ADI의 자회사인 Symeo GmbH는 최근 60GHz 산업용 레이더 센서 제품군인 LPR®-1DHP-200을 발표했다. 이 차세대 포지셔닝 시스템은 첨단 자동화, 운송, 생산공정 애플리케이션을 위해 밀리미터 범위의 정확도를 지원하는 고도의 정밀도와 견고한 1차원 거리 측정 기능이 특징이다. 자세한 정보는 https://www.symeo.com/en/products/distance-measurement/new-radar-product-family-lpr-1dhp-200/index.html 참조.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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로크웰오토메이션-PTC, 협업솔루션 ‘팩토리토크 이노베이션스위트’ 플랫폼 출시

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산업 자동화 및 정보 솔루션 선도 기업 로크웰 오토메이션과 PTC가 협업을 통한 솔루션 공동개발을 적극 추진해 새로운 ‘팩토리토크 이노베이션스위트(FactoryTalk InnovationSuite)’ 플랫폼을 출시한다. 새롭게 출시하는 팩토리토크 이노베이션스위트는 산업 운영을 최적화하고 의사결정권자들에게 향상된 데이터와 통찰력을 제공함으로써 생산성을 향상시킬 수 있도록 지원하는 소프트웨어 제품군으로, 조직 내부의 단일 정보 소스에서 운영 및 시스템의 상태를 완벽하게 파악할 수 있도록 한다.

특히 지난 6월 전략적 파트너십을 발표한 이후, 양사의 기술을 통합한 최초의 제품군이라는 점에서 의미가 있다.

PTC와 함께 출시하는 팩토리토크 이노베이션스위트는 일반적으로 사용되는 산업용 장비의 연결을 신속하고 확장 가능하며 안전하도록 지원하고, 이로써 생산 현장에서 운영 기술(OT) 기기에 대한 연결성을 향상시킨다. 의사 결정자는 IT 애플리케이션과 시스템으로부터 데이터를 통합해 기업의 모든 곳에서 산업 장비, 라인 및 시설 등에 대한 완벽한 디지털 표현을 얻을 수 있다.

로크웰 오토메이션의 엔터프라이즈 어카운트 & 소프트웨어 사업부 수석 부사장인 존 제노베시(John Genovesi)는 “로크웰 오토메이션의 솔루션은 업계, 기술 및 생산 현장 전문가의 전문 기술을 모두 결합하여, 기업이 IIoT(산업용사물인터넷)를 활용하는 방법을 개선시키고 있다.”며, “로크웰 오토메이션의 선도적인 분석 및 제조 운영 관리(Manufacturing Operations Management·MOM)와 PTC의 혁신적인 솔루션을 결합시켜 차별화된 산업 솔루션을 제공할 수 있도록 지속적으로 노력하고 있다.”고 전했다.

이 협업 솔루션에는 팩토리토크 애널리틱스(FactoryTalk®Analytics) 및 MOM 플랫폼 뿐 아니라 켑웨어(Kepware®)의 산업 연결과 뷰포리아(Vuforia®) 증강현실(AR) 솔루션을 포함하는 PTC의 씽웍스(ThingWorx®) 산업용사물인터넷(IIoT) 플랫폼이 포함된다. 새로운 협업 제품에 포함된 주요 기능은 다음과 같다.

1)직관적이고 사용자에게 편리한 인터페이스: 다양한 IT 및 OT 소스로부터 데이터를 결합하여 사용자의 역할에 맞게 조합된 운영 뷰를 제공한다. 예를 들어, 운영 관리자는 OEE에 영향을 미치는 요인 또는 특정 장비의 성능을 조사하기 전, 단일 혹은 다수 시설 전반의 성능을 확인할 수 있다.

2)IT 및 OT 소스의 자동화된 고급 분석 기능: 대량의 미가공 데이터를 실행 가능하거나 사전 예방 가능한 정보로 변환하여 성능을 향상시키고, 다운타임의 영향을 감소시킨다. 사용자는 강력한 인공지능(AI) 기술을 활용하여 복잡한 분석 프로세스를 단순화하고, 이로써 심각한 장애가 발생하기 전에 문제에 능동적으로 대응할 수 있다.

3)증강현실 (Augmented reality, AR): 물리적 환경 내에서 디지털 정보를 보다 효율적이고 효과적으로 확인할 수 있는 방법을 제공한다. AR을 사용하면 보다 효율적인 교육, 폭넓은 지식 공유 및 향상된 FTFR(first-time fix rate)을 누릴 수 있다. 일례로, 유지보수의 경우 이 통합 솔루션을 통해 실시간 성능 및 서비스 기록 정보가 포함된 디지털 작업 지침을 수신하여, 기술자가 초기에 장비를 보다 정확하게 진단하고 수정할 수 있도록 돕는다.

PTC의 전략 제휴 책임자인 캐서린 니커(Catherine Knicker)는 “PTC는 첨단 기술을 산업 환경에 적용시키기 위해 집중하고 있다.”며, “제조업체들은 디지털 기술이 급속하게 변화하는 것을 보았지만, 실행 단계에서는 여전히 전통적 기업들에 의해 만들어진 관례를 따르고 있다. 이번 협업 솔루션은 조직이 운영 인텔리전스에 대한 포괄적인 접근 방식을 통해 운영 전반의 장벽을 허물어 시간 대비 효율을 높이고, 경쟁 방식을 바꿀 수 있도록 지원할 것이다.”고 덧붙였다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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[동영상] ‘에코스트럭처 에셋 어드바이저’의 주요 고객 사례

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슈나이더 일렉트릭 김진선 본부장
김진선 슈나이더 일렉트릭 코리아 필드 서비스 비즈니스 본부장

슈나이더 일렉트릭(한국지사 대표 김경록)이 ‘에코스트럭처 에셋 어드바이저(EcoStruxure ™ Asset Advisor)’를 새롭게 출시하고, 데이터센터내 자산관리 애널리틱스 서비스를 강화한다. 또한, 향후 데이터센터에서 빌딩 및 제조설비 분야로 서비스를 확장할 계획이라고 밝혔다.

이는 담당자의 애널리틱스와 분석, 해결방안 등을 슈나이더 일렉트릭의 전문담 서비스 뷰로들이 자산 및 시스템 관리자의 모바일을 통해 일대일 대화로 해결하는 방식이다. 이를 통해 네트워크가 끊어지더라도 관련 문제와 해결방안을 실시간으로 관리자에게 전달하는 것이 가능하다. 이 서비스를 위해서는 해당 자산 데이터 정보를 SNMP(Simple Network Management Protocol)이나 산업용 이더넷 프로토콜인 Modbus TCP 네트워크를 통해 슈나이더의 클라우드로 제공해야 한다.

고객 담당자의 PC에 제공하는 모니터링 및 애널리틱스 서비스에 더해, 이벤트 발생 즉시 애널리틱스 정보를 모바일 앱을 통해 일대일로 문제점과 대처방안을 제시하고, 필요에따라 슈나이더 전문 엔지니어의 현장 출동까지 이어지도록 서비스가 제공된다. 이는 고객이 처한 다양한 환경을 데이터화해 실시간으로 분석하고, 슈나이더 전문가들과 함께 인공지능 및 고급 분석 기능을 적용해 잠재적 위협을 식별한다.

해당 데이터는 고객이 자산 관리를 위한 중대한 비즈니스 결정을 할 수 있도록 선택의 폭을 넓혀 준다. 특히 슈나이더 일렉트릭의 기술 지원 전문가로부터 연중무휴 모니터링 및 지원을 받을 수 있다.

다음은 김진선 슈나이더일렉트릭 코리아 필드서비스 비즈니스 본부장이 말하는 에코스트럭처 에셋 어드바이저 관련 주요 고객 사례 영상이다. (동영상 참조)

1) 월트 디즈니 싱가포르
2) Hall 카운티 학교
3) Far Northern Regional Center

김진선 슈나이더 일렉트릭 코리아 필드 서비스 비즈니스 본부장은 “슈나이더 일렉트릭의 서비스 솔루션은 사전 예방적 지침과 맞춤형 유지보수 솔루션 제공을 통해 고객의 전기 설비 및 인프라의 안전성과 신뢰성을 향상시키고 있다”고 말했다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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