[첨단 헬로티]

캐나다의 대표적인 프레스 제조사인 Eagle Press & Equipment는 IO-Link의 확립된 자동화 기술과 기계 마운트 I/O의 간결성을 통해 인더스트리4.0 시대에 맞춰 자체 혁신뿐만 아니라 그들의 고객을 위해서 프레스 컨트롤을 쇄신하고 있다. 

3년 전 Jamie Beneteau는 Eagle Press사의 제어기 시공사인 Flodraulic에 합류했을 때만 해도 Floudraulic의 Eagle 프레스 팀은 그들의 프레스 제어 아키텍처의 변화를 모색하고 있지 않았다. 장비들은 작동했고, 보증 문제들은 해결됐으며, 프레스 고객도 만족해했다.

▲ 사진 1 ‌Eagle Press와 Flodraulic에 의해 15개 이상의 프레스가

IO-Link 컨트롤 아키텍처와 함께 북미에 설치됐다.

Eagle Press사의 새로운 제어 기술담당자인 Beneteau이 “각각의 배선함은 패널 공장에서 만들어지기까지 반나절에서 하루가 소요되고, 전선 구성과 연결에 또 다른 반나절 이상이 소요된다”는 점에서 개선의 여지를 발견했다.

Eagle Press사의 프로젝트 매니저인 Andy Ritchie도 “과거에 우리는 모든 단말기의 배선함과 그것을 관통하는 많은 센서 케이블을 연결해야 했다”며 동의했다.

각각의 프레스는 기계 내에 4개의 주요 배선함이 있다. 운전실, 크라운 위, 램, 유압동력장치 아래에. 게다가, 설치 단계에서 연결 오류를 늘리고 최종 고객이 사용할 시에는 고장이 증가할 뿐만 아니라, 모든 센서 케이블은 추가 비용을 내면서까지 현장 와이어블 커넥터로 맞춤 설치 및 제작돼 왔다.

▲ 사진 2 ‌프레스 크라운. 크라운 배선함에서 컨트롤 장비를 만들고 연결하는데

1~2일 정도 걸렸으나 Eagle Press와 Flodraulic이 트러블슈팅을 대폭 줄임으로써

단 몇 시간만에 그 작업이 가능하게 됐다.

Eagle Press와 Flodraulic 경우에는 I/O를 수용하기 위해 설치해야 하는 배선함에서 어려운 문제가 있었다. 각 배선함의 단자 블록, 슬라이스 I/O, 마운팅, 와이어링 및 각 배선함의 테스트는 추가비용을 발생시켰고, 연결 오류와 와이어 커넥션의 손실을 해결할 시간이 필요했다.

▲ 사진 3 ‌크라운 배선함의 점진적 개선은 접합 블록을 추가하여 박스의 구멍을

통과하는 케이블 개수를 줄이는 작업을 포함한다.

이로 인해 시운전 시간이 증가되거나 생산 시간이 감소되고 또는 둘 다 발생하기도 했다. 이 모든 문제는 Press 제작사와 Press를 구매하는 고객 둘 다의 운영비용을 증가시키는 결과를 낳았다.

▲ 사진 4 ‌크라운 접합 박스를 대체하여 EtherNet/IP IO-Link 마스터를 활용함으로써

트러블슈팅과 와이어링이 쉬워진다. 밝은 LED, 스마트 센서 진단법과 개별 포트 단락

보호는 단 몇 분만에 문제를 해결할 수 있게 해준다.

해결해야 할 I/O 제어 솔루션

많은 유도성 근접 센서 외에도, Eagle사는 압력, 이동, 온도, 그리고 프레스의 선형 위치를 제어 및 모니터링하기 위한 아날로그 신호가 있는 다수의 측정 장비를 사용해 왔다. Ritchie는 “베어링 및 부싱에서 온도 같은 요인을 측정하는 것은 프레스에 손상을 입히기 전에 문제를 예측할 수 있기에 중요하다”고 설명했다.

아날로그 신호의 전통적인 문제점들은 Eagle Press와 Flodraulic사의 기술자 또는 엔지니어에게 이질적인 것이 아니므로, 소음 문제가 프레스 작동을 방해하지 않게 제어시스템의 부분에서 특히 주의를 기울여야 했다. 

팀은 다음과 같은 문제를 해결 할 수 있는 I/O 제어 솔루션을 찾기 시작했다.

• 소음과 관련 문제 감소

• EtherNet/IP를 사용하여 기존 제어 아키텍처와 통합 가능.

•‌ PROFINET, EtherCAT 및 CC-Link IE Field 같은 통신 방식으로 시장의 요구에 따라 미래의 어떤 제어 아키텍처와도 직접 통합 가능

• 배선함 구성과 와이어링에서 오는 어려움 감소 및 해결. 

•‌ 다운타임을 줄이기 위한 커넥션 포인트의 실패 감소, 생산성 증가, OEE(Overall Equipment Effectiveness) 향상과 문제 해결을 위한 단순화된 시스템을 고객에게 제공

그들은 각각의 새로운 프레스의 미래 가치를 위해 또, 프레스의 점진적 개선을 지속적으로 연구하기 위해 새로운 제품과 기술을 수용하기로 했다. 

다년간, Eagle Press와 Flodraulic은 배선함에서 EtherNet/IP를 넘어 IP20 슬라이스 I/O 의 활용을 성공적인 프레스 제어 아키텍처에 기반으로 두었다.

처음에는 배선함에 I/O가 장착된 상태로 패널에 고정되었다. Beneteau는 “캐비닛 옆에 고정된 배선함을 통해 패널의 구멍을 모두 제거하였다. 이 방법으로는 단 몇 가지만의 문제를 해결할 수 있었다. 하지만, 우리는 그것이 패널상에 이 블록을 배치하는 것이 프레스 밖으로 이동시키는 것이 합리적이지 않다는 것을 알게 되었다”고 설명했다.

개별 와이어에서부터 분산된 배선함까지 포함된 와이어링 솔루션의 긍정적인 변화는 여전히 많은 문제가 있고 꽤 많은 양의 문제 해결 작업까지 필요로 하는 직접 와이어링하는 원론적인 설계 한계점을 어느 정도 가지고 있었다.

▲ 사진 5 크라운에서 유능한 IO-Link 온도 센서(RTDs)는 클러치 오일, 베어링,

그리고 부싱 온도를 모니터한다. 데이터는 전 스탠다드 센서 케이블에 걸쳐

그 소통이 이루어지고 전통적 아날로그 측정법의 소음과 배선 문제를 없앤다.

IO-Link는 개방형 표준

Flodraulic사의 제어 시스템 디자이너인 Greg Heyd와 함께 Beneteau는 Eagle Press사의 Ritchie에 IO-Link라 불리는 새로운 점진적인 제어 개선을 제안했다. Ritchie은 “설계면에서 큰 변화였기에 여기에 맞는 프로젝트를 찾아야만 했다”고  언급했다. 그러나 배선 시간을 단축하고 문제 해결을 간소화함으로써 얻을 수 있는 가치는 팀에게 아주 중요했다.

IO-Link는 120개의 컴포넌트 제조사로부터 지원되는 개방형 표준으로, PC에서 쉽게 쓰이는 USB같이 공장에서도 쉽게 사용할 수 있는 자동화 기술을 제공한다. IO-Link는 스마트 센서가 자동화 컨트롤러와의 통신을 위한 간단한 플랫폼을 제공하기 위해 생성됐다.

센서는 측정 또는 데이터 교환을 리포트 할 뿐만 아니라 진단 및 파라미터도 전달한다. UBS와 비슷하게 일대일로 마스터/슬레이브 아키텍처에서 작업하면, 압력센서의 파라미터를 교체 또는 환경 설정 변경 시에 저장 및 재다운로드 할 수 있다. 이는 Eagle사의 고객을 위해 프레스의 서비스와 유지보수를 매우 쉽게 만들어 준다.

Ritchie는 “IO-Link를 통해 서비스 또는 품질 보증 요청을 받으면, 장비를 재가동하기 위해 프레스의 케이블 및 장비를 준비하는 것이 더욱 수월해 졌다”고 말했다. 덧붙여 파라미터 저장소의 가치에 대해 Beneteau는 “프레스는 고객들이 잘못된 부품 번호를 입력했는지도 구분해 낼 수 있다”고 설명했다.

▲ 사진 6 지하/피트 유압 장치. 유압 유닛 컨트롤 박스는 프레스 피트 안에

있었으며 그곳을 통과하는 많은 케이블, 필드 와이어블 커넥터와 복잡한 터미널

배선 방법을 활용했다. Eagle은 EtherNet/IP IO-Link 마스터와 IO-Link 슬레이브

I/O 허브를 통해 피트에서 배선함을 완전히 제거했다. 뿐만 아니라 기계 마운트 I/O와

스마트센서 진단을 이용하여 트러블슈팅을 개선했다.

▲ 사진 7 이전에는 기계 주변에 소형의 많은 배선함이 있었다. 그러나 IO-Link

슬레이브 I/O 허브는 소형의 배선함을 제거하고 커미션이나 트러블슈팅에

소요되는 시간을 줄여 윤활유 시스템과 같은 많은 곳에 활용된다.

IO-Link의 장점들

IO-Link에서 사용할 수 있는 다양한 기술을 통해, Eagle Press사는 그들의 필요사항 및 요구사항에 맞는 멀티-벤더 솔루션을 완벽하게 통합할 수 있었다. IO-Link 압력, 단계 및 온도 센서는 프레스의 다양한 애플리케이션과 사용되어 왔다. 예를 들어, 유압유 레벨, 압력 및 온도를 모니터하기 위한 윤활유, 클러치 및 보울스터 컨트롤이 있다.

추가 센서는 스크렙 슈트 도어 제어, 카운터 밸런스 조절 및 유압 과부화 조절을 위해 사용됐다. 셧 하이트는 해상도 또는 크기 조정 계산 필요 없이 수천 밀리미터의 엔지니어링 단위에 대한 측정값을 리포트하는 발루프의 IO-Link 선형 위치 센서를 이용하여 정확하게 측정될 수 있다.  Ritchie는 “IO-Link를 이용해 사실상 장비의 아날로그를 제거하는 것이 가능하다”고  말했다.

패널 마운트 모터 시동 장치와 같은 전통적인 I/O 디바이스는 기계의 전기적 와이어링에서 추가적인 값을 제공했다. 모터 시동 장치는 IO-Link에 의해 모니터링되고 제어된다. Beneteau는 IO-Link 모터 시동 장치로 이동하면서 추가적인 장점을 발견했다. Ritchie는 “우리는 전통적인 접촉기로부터 배전의 절반 이상을 제거하고 진단 정보를 확보하는 것이 가능했다. 또한, 크라운, 램 박스, 그리고 윤활유 상자를 제거할 수 있었다”고 설명했다. Beneteau 역시 “I/O 허브로 내장된 단락 보호 장치와 함께 기계에 있는 퓨즈 및 브레이커를 제거할 수 있었다”고 덧붙였다. 

▲ 사진 8 램의 모습. Eagle Press의 프로젝트 매니저인 Andy Ritchie는

“IO-Link로 이동하고 램의 전기 캐비닛을 제거하는 일은 중요하다. 기름은

어디에나 있고 당신에게 떨어질 수 있으며 이런 환경에서의 트러블슈팅은

결코 쉽지 않다. 고객들은 사다리에 오를 일이 훨씬 적어질 것이다”라고 말했다.

IO-Link 활용하여, Eagle사는 그들의 고객을 위해 유지보수를 크게 개선했다. 낡거나 손상 입은 부분을 교체하는 것은 센서를 자동으로 파라미터화 하는 IO-Link로 인해 이제 쉬운 일이 되었다.

▲ 사진 9 IO-Link를 활용하는 선형 위치 센서는 램을 셧 하이트에 맞추기

위해 위치 피드백에 사용된다. 자석이 센서를 돌아다니면서 IO-Link에 의해

소통되는 위치 데이터를 인치마다 몇 천 개씩 생산해낸다.

Beneteau가 말하길, “박스에서 꺼내고, 볼트로 끼우고, 연결하라. 그러면 작동될 것이다.” 이는 발루프 IO-Link 마스터의 자동 파라미터 다운로드 기능을 통해 에러 없는 재측정을 가능하게 한다. 또한, 장비 세트업의 복잡성을 줄이고 오류가 발생한 장비의 핫 스와핑으로 다운타임을 줄여 고객 유지보수 팀에게 가치를 제공한다.

트러블 슈팅은 개별 I/O 포인트에 이르기까지 진단 가시성 제공으로 문제 해결이 더욱더 효과적이다. Beneteau는 기계 마운트 I/O의 조합이 진단을 더욱 쉽게 하고, 60% 이상으로 배선을 대폭 감소시켰기에 가능한 점이라고 강조했다. 그에 의하면, 프레스에서 전통적인 제어 아키텍처의 트러블슈팅은 다음의 변화를 가지게 되었다.

“IO-Link로의 이동과 램의 전기 캐비닛 제거하는 것이 중요했다. 기름은 도처에 흐르고 있고, 고객에게 떨어질 수도 있으며, 그리고 이런 공간에서 즉각적인 트러블슈팅을 하기란 쉽지 않았다. 그러나 이젠 고객도 사다리에 올라갈 일이 훨씬 적어질 것이다.”

EtherNet/IP IO-Link 마스터와 IO-Link 슬레이브 장치로 제공된 데이터와 진단 활용으로 생산관리가 개선될 수 있다. Beneteau은 “다운타임의 원인, 부품 개수, 유휴 시간, 그리고 작업자의 책임 여부를 파악하기 위해 어떤 작업자가 기계를 맡았는지를 보고할 수 있다”고 설명했다.

Eagle Press사의 세일즈 팀장인 Mike Herbert에 의하면, 더 많은 고객이 분석, 인더스트리4.0 및 IIoT 역량과 같은 정보를 장비로부터 찾고 있다. OEE와 다운타임과 같은 중요한 데이터까지도 Ethernet을 통해 프레스로부터 쉽게 보고될 수 있다고 한다.

Eagle사에서 프레스 제어를 위한 IO-Link의 활용으로 북미 전역에 최소 15대의 프레스가 설치됐다. Beneteau는 “IO-Link는 외관을 깔끔하게 바꾸고 우리 기계의 일관적인 디자인을 만들었다. IO-Link 솔루션은 엔지니어링, 구축, 해체, 및 재가동을 위해 우리 기계가 모듈화가 되게 도왔다”고 설명했다.

그뿐만 아니라 Hebert가 추가하길, “프레스가 발루프 IO-Link 솔루션으로 옮겨갔기 때문에, 아키텍처의 변화로 인해 관련된 분야의 서비스 요청이 크게 줄어든 결과를 낳았다”고 말했다. IO-Link는 생산량 증가와 다운타임 감소를 고려하는 제조사를 위해 극적인 긍정적인 효과를 제공한다. 

Will Healy III, 발루프-USA 스탬핑 및 웰딩 파트의 전략 마케팅 매니저

Greg Soden, 발루프-Canada 스탬핑 및 웰딩 파트의 인더스트리 매니저