일체형 모터·드라이브 시스템의 장점

Bosch Rexroth

기존 vs 통합된 모터·드라이브 시스템

서보 드라이브와 모터를 제어 캐비닛 외부에서 기계에 직접 통합하는 개념은 지난 몇 년 동안 설계 엔지니어들 사이에서 의미가 컸다. 그러나 드라이브 아키텍처가 해당 애플리케이션에 적합한지 어떻게 알 수 있을까? 대부분은 통합된 모터·드라이브 방식을 사용할지와 기존 서보 시스템을 사용해야 하는지를 판단하는 데 도움 되는 기준을 고려해야 한다.

두 시스템의 차이점

일반적인 전자 서보 시스템은 세 가지 주요 컴포넌트로 구성된다. 전기 모터 자체(특정 머신 축 구동), 전원 공급 모듈(AC 또는 DC) 그리고 서보 드라이브이다. 기존 서보 드라이브는 전원 장치와 드라이브 제어 장치를 실제 머신에서 떨어진 캐비닛에 배치한다. 케이블 링은 캐비닛으로부터 드라이브당 전원 케이블 하나와 모터당 엔코더 피드백 케이블 하나를 사용해 드라이브를 모터에 연결한다. 제어 캐비닛은 열, 진동, 정전기 방전, 기타 요인과 같은 까다로운 공장 바닥 상태에서 민감한 전자 부품을 보호하는 데 사용된다.

오늘날의 드라이브 전자 장치는 작고 견고하게 발전했다. 이는 제어 캐비닛 외부 현장에서 통합된 드라이브·모터 장치를 실용화하는 데 도움이 됐다. 통합된 서보 드라이브·모터 기술로 제어 캐비닛에서 드라이브 전자 장치를 옮겨 기계 모터에 직접 탑재한다. 각 스타일은 기계 설계, 제작 및 커미셔닝(commissioning)에 대한 목적에 따라 고려해야 할 장점이 있다.

전반적인 비용 고려

통합 모터·드라이브 시스템은 드라이브 전부가 캐비닛에 장착되는 기존 서보 시스템보다 전체 비용이 저렴하다. 첫째, 캐비닛 레이아웃과 설치 시간 단축을 위해 엔지니어링 시간만으로 비용 절감을 고려해야 한다. 기존 서보 시스템의 각 모터는 케이블 2개(모터 전원 및 피드백 용)를 필요로 한다. 일반적인 8축 시스템에서 와이어 경로와 케이블 트랙을 통해 끌어온 케이블 16개를 관리해야 한다. 동일한 8축 시스템은 통합된 모터·드라이브 시스템을 사용함으로써 제어 캐비닛에서 나오는 단일 케이블 하나만 있으면 된다.

전형적인 8축 카토닝 머신(cartoning machine)을 생각해 보면 모터가 각축에 장착돼 있다. 첫째 모터가 컨트롤 박스로부터 3m 거리에 장착되고 이후 각 모터가 3m 간격으로 순서대로 장착된다. 제어 캐비닛에 있는 드라이브와 함께 기존 서보 해결책을 사용해, 각 모터에는 캐비닛으로 되돌아가는 케이블이 두 개 있다. 첫 번째 모터는 케이블 6m(케이블 2개 X 3m)를, 두 번째 모터는 케이블 12m(케이블 2개 X 6m)를 사용해야 한다. 캐비닛에서 8번째 모터까지의 마지막 케이블은 케이블 48m(케이블 2개 X 24m)를 필요로 한다. 총 케이블 필요량은 216m이다.

제어 캐비닛에서 드라이브·모터 장치 8개에 단일 케이블 데이지 체인 방식으로 통합된 모터·드라이브 시스템을 사용해서, 동일한 애플리케이션에 대한 잠재적 절감 효과를 비교할 수 있다. 케이블 8개는 개당 3m로 총 24m이며, 이는 케이블 링만으로 89% 감소하는 잠재력이다. 또, 캐비닛 냉각 필요성과 공조 장치(AC)와 관련된 비용 및 장치를 구동할 수 있는 전력을 제거한다. 드라이브를 캐비닛 밖으로 옮기면 물리적인 캐비닛 크기가 70%까지 줄어들어(추가로 자재를 절감하기 위해) 전체 기계 설치 공간을 줄일 수 있다.

더 많은 모듈성의 필요 여부

통합 모터·드라이브 시스템은 특히 다양한 제품에 대해 라인 확장이 요구되는 포장 장비와 같은 모듈러 기계 요구 사항에 적합하다. 예를 들어, 음료수 수축 포장기를 용기 수축 포장기로 바꿀 때 기계 모듈을 추가하면 도움 된다. 통합 시스템을 사용하면 기계의 모듈성을 높일 수 있으므로 유연성이 향상된다. 캐비닛 레이아웃, 크기 또는 구성 요소를 변경하지 않고 추가 옵션을 구성할 수 있다. Rexroth의 IndraDrive Mi와 같은 통합 시스템은 KCU 장치당 드라이브 20개와 단일 전원 공급 장치당 최대 4개의 케이블을 보유할 수 있다. 고려할 점은 통합 시스템에 모터당 4개의 I/O와, 사용할 수 있는 모터 크기(10-100인치 - lbs 연속 토크 등급 및 6,000rpm 애플리케이션)가 작고 온 보드 옵션이 적다는 것이다. 그러나 이런 옵션은 대부분의 애플리케이션에 충분하며 설치비용은 훨씬 적게 든다. 통합 모터·드라이브 해결책의 또 다른 이점은 필요한 예비 부품의 재고를 줄이는 것이다.

기존 서보 시스템을 사용하면 더 많은 옵션을 사용할 수 있는 대신 설치비용이 높다. 모든 드라이브가 캐비닛에 장착된 기존 시스템의 장점은, 충격 방지 버전을 포함해 다양한 크기가 제공되는 등 기술이 널리 인정된다는 것이다. 그밖에도 보조 엔코더의 옵션을 사용할 수 있으며 드라이브에서 더 많은 I/O를 사용할 수 있다.

기타 고려 사항

기존 모터 드라이브 시스템은 캐비닛 공간 및 크기가 중요한 문제인지 여부를 고려해야 한다. 캐비닛 공간과 크기는 이미 시스템의 프레임에 통합돼 있을 수 있다. 기존 시스템은 기계가 비교적 작거나 큰 모터가 필요한 경우에 더 적절할 수 있다. 또한 기계가 심한 충격이나 진동(> 1g)을 받기 쉬울 땐 전통적인 시스템을 사용하는 것이 좋다. 그러나 전통적인 시스템은 더 많은 공간과 캐비닛을 냉각시키기 위한 AC 장치와 함께 더 많은 엔지니어링, 장착 및 배선 시간을 요구할 수 있다는 것을 잊으면 안 된다.

두 시스템을 함께 적용 하는 것은?

데이지 체인 케이블을 통해 최대 10개의 통합 모터·드라이브를 캐비닛의 기존 드라이브에 추가해서, 통합 및 기존 드라이브 시스템을 단일 애플리케이션에서 혼합해 일치시킬 수 있다. 예를 들어, 기계에 단 하나의 고전력 모터가 필요한 경우 통합 및 기존 드라이브 시스템의 조합을 사용할 수 있다. 이 축의 드라이브는 최대 20개의 통합 모터·드라이브 장치에 대한 DC 버스 전원으로 사용할 수 있다. 또, 선택 사양인 엔코더 인터페이스, 추가 I/O, 에너지 절약을 위한 회생 전원 공급 장치, 용량성 저장 모듈을 사용할 때 활용할 수 있다.

자료 제공 : Bosch Rexroth(www.boschrexroth.com)