유연한 모션 제어 솔루션의 강자 ‘softMC 소형 모션 컨트롤러’

모션 제어 및 서보 솔루션을 설계 및 생산하는 글로벌 엔지니어링 회사인 STXI Motion(www.stxim.com/ko)은 1987년에 설립됐 으며, 48축 PC 모션 컨트롤러와 최초의 디지털 서보 드라이브를 설계했다. 최신 기술을 알고 적용하여 구동 모터 세트에서 기계에 통합 및 연결되는 완전한 하위 어셈블리 솔루션에 이르기까지 완전히 최적화된 모션 솔루션을 제공하는 기업으로 알려져 있다.

이 회사의 모션 컨트롤러인 softMC 소형 모션 컨트롤러는 산업 표준 게이트웨이 비용만으로 포장 시스템에 다축 모션 제어 또는 로봇 기능을 추가할 수 있도록 해주는 강점을 갖고 있다. 사실 로봇, 모션 제어 축 또는 자재 핸들링을 추가하는 데에는 많은 비용이 소요되며, 엔지니어링, 교육 및 유지 관리에도 만만치 않은 많은 비용이 드는 것이 사실이다. 이런 점에서 softMC 소형 모션 컨트롤러는 눈길을 끈다.

인더스트리 4.0에 보조를 맞추려면 기계 간 통신을 가능하게 하고 종단 간 기업 가시성과 이러한 통찰력과 함께 제공되는 생산성 향상을 제공하는 고급 기술을 제공해야 한다. 인더스트리 4.0 은 또한 기업이 기계 기능을 혁신하고 확장할 수 있는 경로를 구축한다. 자동 포장 기계 OEM 및 최종 사용자에게도 마찬가지이 다. 예를 들어 로봇을 도입하거나 모션 제어 축 또는 자재 취급 작업을 추가할 수 있다. 이를테면 COVID-19가 2020년 물류, 창고 및 포장 산업에 미친 영향을 생각해 볼 수 있다. ‘뉴 노멀(new normal, 새로운 표준)’은 기업이 변화하는 조건에 유연하게 적응 해야 함을 보여준다.

동시에 시장 상황은 포장 산업에 한계점을 부과했다. 예를 들어 포장 장비 고객은 특정 제품 라인에 대한 친숙도를 기반으로 특정 공급업체를 선호할 수 있다. 불행하게도 이로 인해 패키징 장비 공급업체의 혁신 능력이 제한될 수 있다. 즉, 기존 장비를 업그 레이드하기 위한 새로운 커미션 및 개조 측면에서 그렇다. PLC가 새로운 로봇 작업 셀과 통신하지 않는 경우, 유일한 솔루션은 종종 비싼 새 PLC와 후속 하드웨어 업그레이드, 비반복 엔지니어링 (NRE, nonrecurring engineering), 교육 및 유지 관리 비용이다.

▲ softMC 소형 모션 컨트롤러는 추가 모션 축 및 로봇 기능을 중앙 집중식 및 분산식 방식으로 설계 및 통합할 수 있다.

▲ softMC는 수직형 충진 포장 기계와 같은 시스템에서 애드온 조정 축을 위한 저비용 솔루션을 제공한다.

Allen-Bradley PLC와 통신

보다 비용 효율적인 솔루션은 주요 OEM PLC가 수십 개의 서로 다른 공급업체의 로봇, 드라이브 및 모터를 포함한 모든 모션 제어 구성 요소를 제어할 수 있도록 하는 유연한 소형 모션 컨트롤 러를 사용하는 것이다. softMC가 그 예이며 비용은 네트워크 게이트웨이와 동일하다.

STXI Motion이 개발한 EtherNet/IP 인터페이스와 함께 Servotronix가 개발한 소형 마이크로컨트롤러는 패키징 장비 공급 업체가 고객 솔루션을 혁신하고 최적화하는 데 필요한 유연성과 제어 기능을 제공한다. softMC는 설계 및 시운전 시간 단축, 유지보수 및 재고 비용 절감 외에도 모든 시스템 축에 대한 모션 컨트롤러 기능을 통해 기존 제품보다 훨씬 적은 비용으로 인더스트리 4.0 기계 간 통신 및 제어 기능을 제공한다. Allen-Bradley(Rockwell Automation) PLC에 대한 통신 게이트웨이로 사용된다.

softMC는 추가 모션 축 및 로봇 기능을 설계하고 통합하기 위한 두 가지 방법인 중앙 집중식 방법과 분산식 방법을 제공한다.

중앙 집중식 방법을 통해 기계 제작자는 델타, 직교 및 갠트리 로봇과 같은 표준 로봇 모델을 설계하고 사용할 수 있다. 컨트롤러는 자재 취급 시스템과 AllenBradley PLC 간의 모든 통신을 처리 하면서 모터, 로봇 또는 로봇 컨트롤러의 고급 모션 제어를 제공 한다. 대부분의 로봇 시스템은 고가의 추가 제어 하드웨어 및 소프트웨어 없이 Allen-Bradley PLC에 직접 연결할 수 없다는 점을 감안할 때 softMC는 대부분의 작업에서 불가능했던 작업을 수행한다.

분산 방식을 통해 기계 제작자는 STXI Motion 제품 포트폴 리오의 모터와 드라이브를 사용하여 시스템을 맞춤화할 수 있다. 이 모터는 softMC와 함께 사용할 준비가 되어 최적화되어 있다. 축은 유연하고 자동화된 애플리케이션 작업을 수행하는 반면 softMC는 AllenBradley PLC에 대한 게이 트웨이 역할을 하여 마이크로 컨트롤러가 이전에는 불가능했던 시나리오에서 로봇 또는 모터와 통신할 수 있도록 한다. 일부 솔루션은 패키징 라인의 모든 모션 요소를 제어하고 PLC와 통신하기 위해 단 하나의 softMC를 사용하여 중앙 집중식 및 분산식 방법을 결합 하기도 한다.

애플리케이션 사례1, 수직형 충진 포장 기계
 

수십 년 동안 STXI Motion은 Servotronix 제품 라인을 통해 포장 산업을 비롯한 수많은 자재 취급 산업에 서비스를 제공했다. 최근에 이 회사는 패키징 장비 공급업체가 혁신할 수 있도록 패키징 산업에 softMC의 고급 기능을 도입했으며, 박스 인 플레이스(boxin-place), 팔레타이징·디팔레타이징 및 기타 여러 패키징 애플리케이션을 위한 로봇을 추가했다.

예를 들어, 한 고객이 최근 STXI Motion에두 대의 포장 기계에 대한 시스템 비용, 재고 및 제조 복잡성을 줄이는 데 도움을 요청했다. 한 기계는 Beckhoff PLC를 기반으로 하고 다른 기계는 Allen-Bradley PLC를 기반으로 했다. 회사는두 장비 모두에 대해 하나의 모션 솔루션을 원했지만 Beckhoff는 Ethercat을 사용하고 Allen-Bradley는 EtherNet/IP를 사용한다.

모터와 PLC 간의 통신 게이트웨이를 제공하고 50개 이상의 축의 독립적인 동작을 지원하는 softMC를 입력하면 된다. 이제 PLC 유형은 두 기계의 유일한 차이점을 나타내며 고객은 모든 기계에 대해 하나의 드라이브 세트와 모터 기술을 비축할 수 있다.

동일한 시나리오에서 고객은 기존 포장 솔루션에 로봇을 추가 하여 기계에서 컨베이어로 백을 집어서 놓기를 원했다. 특히 고객은 회사에서 로봇 컨트롤러를 구매해야 하는 알려진 제조업체의 델타 로봇을 구매하려고 했다. 기계에 설치된 softMC를 사용 하여 기존 솔루션은 3개 또는 4개의 축을 더 구동할 수 있으며 로봇 컨트롤러 없이 델타 로봇 기능을 추가할 수 있다. 또 Codian Robotics와 같은 비독점 로봇을 사용하여 비용의 일부를 절감할 수 있다. 이렇게 하면 비용을 절약할 수 있고 고객은 로봇 컨트롤러 유무에 관계없이 원하는 유형의 로봇을 배치할 수 있다. softMC를 통해 기업은 자체 솔루션을 구축하거나 모션 제어에 구애받지 않는 타사 옵션을 사용할 수 있기 때문이다.

▲ softMC 모션 컨트롤러를 사용하면 타사 모터를 식품 포장 시스템에 통합할 수 있다.

애플리케이션 사례2, 페인트 펜, 식품 가공

위험한 화학 제품을 생산하는 고객은 종종 방폭형 모터를 포함한 다양한 유형의 모터를 제어할 수 있는 능력이 필요하다. 최근 페인트 펜용 충전 기계를 제작하는 한 고객이 충전 헤드 작업에 방폭 모터를 추가해야 했다. 불행하게도 방폭 모터에는 시스템에 설치된 것과 다른 드라이브가 필요했다. 두 드라이브를 모두 softMC로 전환함으로써 OEM은 기존 장비 설계를 수용하고, 모든 동작을 제어하고, 부품 재고를 줄이고, 폭발 방지 모터를 추가 하여 생명과 사지를 보호하면서 안정성을 높일 수 있었다.

추가적인 이점으로 softMC의 유연성으로 인해 고객의 전기 패널을 변경할 필요가 없어 재교육을 할 필요가 없었다. 하나의 PLC 와 하나의 컨트롤러가 전기 패널의 모든 드라이브와 통신하기 때문이다.

softMC의 유연성이 가치를 더하는 또 다른 예는 식품 포장 포장 시스템과 여러 유형의 세척 및 식품 등급 모터 및 드라이브를 결합해야 하는 필요성과 관련이 있다. softMC를 시스템에 배치함 으로써 고객은 컨트롤러를 PLC와 스테인리스강, 선형, 다이렉트 드라이브 또는 세척·식품 등급 모터와 같은 거의 모든 타사 모터 사이의 게이트웨이로 사용할 수 있다. 선형 모터와 다이렉트 드라 이브 모터는 Allen-Bradley 환경에서 직접 액세스할 수 없기 때문에 softMC는 유용하 다. 이를 통해 새 모터를 추가하는 데 소요되는 하드웨어 비용과 엔지니어링 시간을 절약 하는 동시에 기존 전기 패널을 변경하거나 장비에 대해 작업자를 재교육할 필요가 없다.

▲ softMC는 암시적 EtherNet/IP 프로토콜을 통해 PLC와 실시간 I/O 통신을 유지 하면서 모션 제어를 처리한다.

통신 프로토콜의 유연성

로크웰 오토메이션(Rockwell Automation) 의 통합 제어 제품 라인은 시간의 시험을 견뎌왔다. 대부분의 북미 OEM 및 최종 사용자가 포장 기계에 회사 제품을 사용한다고 말하는 것이 타당하다. 그렇게 하려면 고객이 통신을 위해 EtherNet/ IP가 있는 장치만 구입해야 한다. 일부 OEM 및 최종 사용자의 경우 이것은 괜찮을 수 있으며 종종 그럴 수 있지만 다른 OEM 및 최종 사용자는 다른 통신 프로토콜을 사용하는 장치가 필요할 수 있다. softMC를 사용하면 로봇을 패키징 시스템에 통합하는 비용을 수백 달러 줄일 수 있다. 컨트롤러는 산업 표준 게이트웨이와 동일한 비용으로 고급 모션 제어 및 Allen-Bradley 네트워크에 대한 원활한 연결을 제공한다. 기계 제작자는 선호하는 공급업체의 모터와 장치를 선택하면서 시스템에서 Allen-Bradley PLC를 계속 사용할 수 있다.

COVID-19로 인해 사람들은 기본적인 필요를 위해 전례 없는 속도로 Amazon, Walmart 및 온라인 식료품 쇼핑과 같은 전자 상거래 플랫폼으로 전환했다. 이로 인해 물류 및 패키징 관련 회사에 막대한 수요가 발생했으며 이에 따라잡기 위해 운영을 지속 적으로 확장하고 확장해야 했다. 전체 기계를 추가하거나 교체하는 대신 기업은 softMC를 사용하여 기존 포장 기계를 개조하여 로봇과 같은 구성 요소로 기능과 생산성을 빠르게 향상시켜 즉각 적인 가치를 추가할 수 있었다. softMC 및 AllenBradley 환경은 EtherNet/IP 통신 프로토콜을 사용하여 직접 메시지를 교환한다. 로크웰 오토메이션의 PLC와 Studio 5000 소프트웨어가 작업셀 성능을 관리하고 모니터링하는 동안 softMC는 CANopen 또는 EtherCAT 네트워크를 통해 EtherNet/IP 모션 메시지를 전송 하여 전기 기계 모션 시스템과 보조 축을 제어한다.

로봇 제어 및 모션 게이트웨이

프로그래밍 용이성 측면에서 통합 STXI Motion 및 AllenBradley 시스템은 Studio 5000 버전 32.01, 31.01, 30.02, 28.03, 24.02 및 20.05를 사용하는 Allen-Bradley CompactLogix 및 ControlLogix PLC에서 지원된다. Studio 5000 설계 환경은 시스템을 프로그래밍, 구성 및 유지 관리하는 데 사용된다. STXI Motion의 애드온 지침은 통합자가 Allen-Bradley 제어 시스템을 로봇 시스템 및 모션 장치와 인터페이스 하는 간단한 방법을 제공한다.

softMC는 포장 기계 OEM과 최종 사용자에게 기존 설정에 새로운 기능을 추가하여 생산성과 수익을 높일 수 있는 기능을 제공한다. 시장에 나와 있는 다른 모션 제어 제품은 EtherNet/IP 연결을 제공하지만 대부분 단일 축 드라이브 수준에서 제공한다.

softMC는 초기에 로봇 및 일반 모션 제어 산업을 위해 설계되었 으며 비용 면에서 포장 산업에서는 볼 수 없었을 것이다. 약 500 달러에 softMC는 전체 로봇 컨트롤러와 모션 게이트웨이, 모든 모터 기술 및 피드백 장치와 통신할 수 있는 기능을 제공한다. 또한 모터 또는 인덱서는 모든 공급업체에서 제공할 수 있으므로 OEM 및 최종 사용자는 현재 가지고 있는 것 이상으로 포장 기계를 발전시킬 수 있다.

자료제공: STXI motion(www.stxim.com)