로크웰 오토메이션 솔루션을 활용한 장비제조업체의 로봇식 병 용기 취급 파렛타이저 시스템 개발
Production Automation Inc.(PAI)는 미국의 알라바마주 몽고메리에 소재한 장비 제조업체로 음료 업계에서 사용되는 팔렛타이저 생산 전문 기업이다. 이 업계에서는 지난 수 년간의 기술 발달로 인해 생산업체들의 플라스틱 병 용기 마감 기술이 향상되었고, 팩(Pack)의 크기도 다양해져 소매 직판점과 소비자들의 요구가 충족되는 현상과 같은 진화적 발전이 이어지고 있다.
전통적으로, 팔렛타이져는 물리적 전환장치(Diverter)를 사용하여 포장할 제품을 특정한 패턴에 따라 분류하기 위해 사용해왔다. 하지만 팩 사이즈나 구성이 새롭게 등장함에 따라, 새로운 패턴이 필요하게 되었고 이는 곧 전환장치의 추가, 제거 혹은 재배열이 필요함을 의미하게 되었다.
일반적으로, 이러한 변화는 테스트 과정을 포함한 3일간의 가동 중지로 이어지고, 여기에, 신규 전환장치, 회전장치 및 기타 구성요소로 인해 수만 달러의 비용 지출까지 추가된다.
기존의 전환장치 기반 팔렛타이저는 얇은 병을 취급할 때, 제품에 손상이나 손실을 발생시키지 않고 고속으로 분류하고 포장하는데 문제를 일으킬 수 있으며, 함몰, 뚜껑 파손 및 제품 누출과 같은 현상이 발생한다면, 이는 음료 생산업체의 금전적 손실로 이어지게 된다.
이를 위해, 로봇팔 팔렛타이저가 전환장치의 대안으로 개발되기도 하였으나, 운영과 유지에 상당한 비용이 소요될 뿐만 아니라 로봇팔은 별도의 제어 플랫폼이 필요하였으며, 고속이나 정밀 모션을 실행하려면 커뮤니케이션 네트워크 역시 별도로 추가해야 하는 어려움이 있었다.
이러한 난관을 해결하기 위해, PAI는 다양한 팩 구성, 크기 그리고 얇은 병도 취급할 수 있는 장비를 개발하기로 결정하고, 로크웰 오토메이션의 유통업체이자, 시스템 설계 및 딜리버리 기업인 알라바마주 몽고메리의 Kendall Electric Inc와 협업을 시작하였다.
통합 시스템
이들의 협업의 결실이 바로 Gantry Hybrid Palletizer, 즉 EtherNet/IP™의 통합 모션을 활용하여 속도와 취급 품질을 유지하면서도 PAI 고객이 원하는 유연함과 손쉬운 사용성을 실현한 장비이다.
이 장비는 병 용기 팩을 지속적으로 운반하는 컨베이어 벨트 위에 세울 수 있는 듀얼 헤드 갠트리 크레인이다. 각각의 크레인에서 나온 로봇팔은 옆으로 뻗어 케이스를 집고 팔레타이징을 위해 사전에 설정된 위치에 가져다 놓는다. 이 때, 컨베이어를 따라 여러 지점에 받침대를 세워 케이스가 제자리에 위치시키고, 컨베이어 끝에서는 정렬된 케이스가 하단의 팔레트에 층층이 쌓여 주문 순서에 따라 선적을 준비한다.
PAI는 대용량의 데이터를 고속으로 처리할 수 있는 EtherNet/IP를 이용해 전체 장비의 네트워킹을 실시하였으며, 팔렛타이저 로봇팔 이동에 관한 지시사항은 EtherNet/IP 네트워크를 통해 Allen-Bradley® ControlLogix® PAC에서 수신하였다. 왜냐하면 EtherNet/IP가 표준 인프라 구성에 기반하고 있어서, 게이트웨이나 라우터 없이도 플랜트 전반의 Ethernet 네트워크에 통합시킬 수 있기 때문이다.
PAI 설계팀은 EtherNet/IP를 사용하는 Allen-Bradley Kinetix®6500 서보 드라이브로 Allen-Bradley MP-Series™ 저관성 모터를 제어한다.
그리고 Allen-Bradley Stratix6000™ 관리형 스위치는 네트워크의 트래픽을 알려주고 네트워크의 데이터 양을 감소시켜 준다. 모터와 서보 드라이버는 Rockwell Software® RSLogix™5000 설계와 구성 소프트웨어로 동일하게 구성되었다.
설계 시간 단축
PAI는 무료로 제공하는 Allen-Bradley Drives와 Motion Accelerator Toolkit (DMAT) 그리고 Motion Analyzer 소프트웨어를 활용하여 설계시간을 단축하였으며, PAI의 설계에 유용하게 활용한 툴로 실제 작동하는 Gantry Hybrid Palletizer의 물리적 모델을 일반적인 개발 시간의 절반보다 짧은 3개월 만에 생산하였다.
EtherNet/IP와 통합된 모션과 무료 설계 툴을 활용한 덕분에, PAI는 대규모의 기계적 혹은 소프트웨어 부문의 변경을 하지 않고도 고객이 직접 팔레트 스택(Stack)을 변경하고, 가동 중단시간을 줄이며 장비의 유지보수를 편리하게 하도록 만들었다.
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