서보 시스템 : 지능화 네트워크화로 최첨단 생산 시스템의 핵심 구동 축으로
서보 시스템은 지속적인 성능 향상과 함께 반도체 모듈 및 스위칭 소자의 기술발전 등을 통한 지능화로 진보하는 한편, 서보 디바이스 및 시스템간의 정보통신과 통합 컨트롤을 위한 네트워크의 기술발전에 힘입어 지능형 서보 시스템을 위한 네트워크화가 본격화되고 있다. <편집자 주>
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서보(Servo)란 서보 메커니즘을 뜻하며, 어원 자체가 SERV(하인)에서 시작된 것으로 ‘주인의 명령에 충실한’이라는 의미를 내포한다. 그러므로 서보 모터란 ‘주인의 명령에 따라 충실하게 동작하는 모터’를 가리킨다.
여기에서 동작이란 위치와 속도 및 가속도의 3요소로 되어 있으나, 실용적으로는 위치 제어와 속도 제어 애플리케이션 분야로 나누는 것이 일반적이다. 따라서 서보 시스템은 상위로부터 명령을 받아 동작하고, 명령 수행을 위한 피드백 센서를 통해 고속 고정밀 컨트롤을 수행하는 서보 모터 시스템을 의미한다.
서보 모터는 크게 DC 서보 모터와 AC 서보 모터로 구분되며, 특히 AC 서보 모터를 브러시리스 서보 모터(Brushless Servo Motor)라 한다.
DC 서보 모터는 넓은 영역에 걸쳐 정밀한 속도와 위치 제어가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 정류자와 브러시의 마모에 따른 유지 보수를 필요로 하기 때문에 최근에는 구조가 간단하면서도 견고한 AC 서보 모터를 통한 가변수 구동 시스템의 실용화가 추진되고 있다.
이것은 전력용 반도체 소자를 사용한 정지형 주파수 변환기의 소형 고성능화와 마이크로프로세서 등의 LSI 기술의 현저한 진보로 종래에는 기술적으로나 가격적으로 곤란했던 AC 모터의 주파수 제어를 쉽게 행할 수 있게 되었기 때문이다. 브러시리스 서보 모터는 DC 모터의 정확한 제어성과 AC 모터의 견고성을 동시에 겸비한 특징을 가지며, 정류자에 의한 전력손실이 없고 유지비가 거의 들지 않는다는 장점이 있다.
서보시스템 시장 현황
서보 시스템 관련 국내시장은 일본 메이커의 독주가 이어지고 있는 가운데, 국산 개발업체들이 틈새 시장을 공략하고 있는 형상을 보인다. 미쓰비스전기, 야스가와전기, 파나소닉, 로크웰삼성오토메이션 등의 해외 메이커와 LG산전, 메트로닉스 등의 국내업체가 서보 시스템 시장 확보를 위해 애쓰고 있다. 미쓰비시전기, 야스가와전기, LG산전이 국내 서보시스템 시장을 선도하고 있는 가운데 로크웰삼성오토메이션, 메트로닉스, 파나소닉, 산요 등이 독자적인 틈새시장을 공략하고 있는 중이다.
서보 시스템에 있어서 국내 주요 시장은 반도체 및 디스플레이 산업 분야가 최근들어 산업 성장폭이 급격히 늘어나면서 주류를 형성하고 있으며, 자동차 공장의 자동화 라인을 위한 CNC 공작기계를 비롯한 정밀기기 분야가 그 뒤를 잇고 있다.
미쓰비시전기는 자동차 공장 및 반도체, 디스플레이 라인에서 강세를 보이고 있다. 또한 각종 연구장비 분야에서도 메이커 인지도를 통한 많은 수요가 이어지고 있다. 현재 ‘MELSERVO-J2 슈퍼 시리즈’를 주력으로 하고 있으며, 저가형 모델인 ‘E타입’을 한국시장을 겨냥하여 특별히 개발, 미쓰비시전기의 중국공장에서 양산하고 있다.
야스가와전기는 전기전자 분야에서 강세를 보이고 있으며, 기존 삼성전자를 통한 기술제휴 과정에서 확보한 메이커 인지도를 통한 삼성전자 반도체 분야에서의 수요가 계속 이어지고 있다. 현재 ‘시그마3’를 주력으로 하고 있으며, 반도체와 산업기계 및 로봇 분야 시장을 공략하고 있다.
파나소닉은 국내에서의 인지도 확보에 주력하면서 ‘MINAS E 시리즈’를 통한 자동차, 물류, 식음료 산업에서의 중저가 시스템 공략에 적극 나서고 있다. 로크웰삼성오토메이션은 전기 전자 분야에 강세를 보이고 있으며, ‘CSD3’에 주력중이다.
또한 산업용 로봇 분야에서는 일본 화낙이 대부분의 국내시장을 점유하고 있는 가운데, ABB가 고급 장비 분야에서 고정 수요층을 확보하고 있다.
한편 저가격으로 유입되고 있는 일본으로부터의 병행수입 제품도 무시할 수 없는 규모로 성장하고 있어 주목된다. 주요 병행수입 제품은 국내에서의 메이커 인지도 및 시장 수요가 가장 많은 미쓰비스 제품이 대부분을 차지하고 있으며, 야스가와 및 기타 전문 산업분야에 강세를 보이는 일부 제품이 일본으로부터 병행수입의 형태로 유입되고 있다.
지능화와 사용자 편의성 강조
서보 시스템은 지속적인 서보 모터와 드라이브에 있어서의 지속적인 성능 향상과 함께 반도체 모듈 및 스위칭 소자의 기술발전 등을 통한 지능화의 길을 걷고 있는 중이다. 다른 한편으로는 서보 디바이스 및 시스템간의 정보통신과 통합 컨트롤을 위한 네트워크의 기술발전에 힘입어 서보 시스템에 있어서의 네트워크화도 본격화되고 있다.
서보 시스템의 최대 장점은 다양한 산업분야의 애플리케이션에서 고속성, 고정밀성, 고응답성이 가능하다는 것이다. 각각의 애플리케이션마다 요구하는 수준과 특성이 다르기는 하지만 하드웨어와 컨트롤 소프트웨어의 기술발전은 각각의 시스템에서 요구하는 고속성과 고정밀성, 고응답성을 확보하는데 다른 어떠한 시스템보다 유리하다. 고응답성을 가늠하는 인코더의 분해능은 현재 고속 운전에서 3000rpm까지 가능해졌으며, 향후 5000rpm까지 증가할 것이다.
사용자 편의성을 최대한 살린 오토 튜닝 기능도 점차 지능화되고 있다. 별도의 게인 설정없이 오토 튜닝만으로 서보 시스템의 정상 운전이 가능해졌다. 또한 고속 고정밀 성능에 대한 우수성을 바탕으로 사용자를 위한 애플리케이션 기술지원 연구도 활발하게 추진되고 있다.
네트워크를 통한 지능형 시스템
최근 들어서는 서보 시스템을 위한 네트워크 솔루션이 점차 부상중이다. 네트워크 솔루션은 배선비용을 현격하게 절감할 수 있으며, 시스템 구축에서의 리드타임과 컨트롤 성능을 향상시킬 수 있다는 장점으로 그 적용이 점차 확대되고 있는 상태다. 이에 미쓰비스전기, 야스가와전기, 로크웰오토메이션, LG산전, 순환엔지니어링 등은 이들 네트워크 솔루션을 지원하는 제품을 적극 개발중이다.
미쓰비시전기는 자사에서 제시한 SSC Net에 대한 프로모션을 더욱 강화하는 한편 개방형 솔루션인 SERCOS 지원제품을 출시한 상태다. 야스가와전기도 자사의 메카트로링크II에 대한 회원사 확대와 애플리케이션 기술지원에 노력하는 한편 SERCOS 지원 제품 개발도 완료하였다.
LG산전은 서보 시스템을 위한 네트워크 지원과 관련한 연구개발을 적극화하고 있으며, 야스가와의 메카트로링크II와 SERCOS를 지원하는 제품개발을 서두르고 있는 중이다.
로크웰오토메이션도 SERCOS에 대한 보다 적극적인 프로모션을 주도하고 있으며, SERCOS를 기반으로 하는 제품개발을 완료하고 국내 대리점 및 취급점을 대상으로 시연회를 개최하는 등 발빠른 마케팅에 들어갔다.
여기에 서보 시스템을 위한 세계 필드 네트워크 시장을 양분하고 있는 ‘매크로(MACRO)’와 ‘싱크넷(SynqNet)’의 국내시장에서의 지위도 확고해지고 있다. 델타타우코리아는 매크로를 통한 국내 범용 서보 시스템에서의 애플리케이션 지원에 적극 나서고 있으며, 순환엔지니어링도 싱크넷을 통해 LCD 디스플레이 장비에서의 현장 시스템 구축을 적극 지원하고 있다.■
