IO-Link 통신을 활용한 고기능 열처리 플랜트의 자기금융 현대화

Siemens

Schwartz GmbH는 30년간 가까이 열처리 장비를 만드는 데 힘써왔다. 2013년 말부터 가동되기 시작한 용광로는 최초로 대규모 IO-Link 통신의 이점을 활용하는 특수 기능을 갖추고 있다.

Schwartz GmbH의 전기 엔지니어링 책임자인 Andreas Hollesch는 “이 기능은 상당한 배선 비용을 절약해줄 뿐만 아니라 고객에게 가치 있는 진단 옵션과 최적화된 공정 엔지니어링을 제공할 수 있도록 도와주었습니다.”라고 설명했다.

IO-Link는 향후 예방 유지보수에도 사용될 수 있기 때문에 이 진단 옵션은 지대한 영향을 미친다. 또한 큰 수고 없이도 장치를 교체할 수 있다.

배선 비용 절감

배선 비용을 크게 절감할 뿐만 아니라 스위치보드 도어의 전류계와 각 시스템 케이블의 변류기 수를 상당량 줄일 수도 있었다. 이는 용광로가 여러 개의 챔버로 이루어진 덕분이다. 각 챔버는 몇 개의 구역으로 나누어진다. 각각의 구역은 Siemens의 IO-Link 지원 전류 모니터링 릴레이를 통해 매일 모니터링된다. 장치는 아래에서부터 전력 접촉기로 직접 연결되어 공간 및 배선 비용을 줄일 수 있다.

신호 접점만 사용 가능하던 과거와 비교해보면 이와 같은 3상 전류 측정은 각 위상 결함을 즉시 감지하기 때문에 커다란 이점을 가져다준다. 이는 여기에 선택된 스타 결선 때문으로 위상 결함은 남은 위상에서 급격한 전류 증가를 초래한다. Andreas Hollesch는 “새로운 모니터링 릴레이를 통해 즉시 등록할 수 있으며 여기에 영향을 주어 기간을 통제하고 전류 흐름을 조정할 수 있습니다.”라고 설명했다.

또한 현대적이고 계량적인 설계가 가져오는 또 다른 흥미로운 점에 대해 “스위치보드 도어의 개구부 수가 줄어들었습니다. 따라서 미국 배송 시 필요한 UL 조건에 따라 높은 수준의 보호 등급을 확보할 수 있습니다.”라고 말했다.

가공품은 최대한 빠르게 공정 온도에 도달해야 한다. 이를 위해 3상 전력 접촉기가 기능 모듈을 통해 전환된다. 다른 IO-Link 지원 장치와 동일하게 Siemens의 Simatic ET 200S 분산 I/O를 위한 IO-Link 마스터 모듈로 직접 연결된다. 분산 I/O 및 컨트롤러는 Profinet을 통해 연결된다.

중복성을 포함한 디지털 온도 모니터링

각각 4개의 포트(채널)가 포함된 IO-Link 마스터는 용광로 시스템의 스위치보드에 위치한다. 각 채널은 순환 데이터 전송 또는 스위칭 및 모니터링 장치를 모니터링하기 위해 최대 2바이트의 입력 및 출력을 지원한다. 하나의 IO-Link 장치 또는 최대 4개의 개별 접촉기 로드 피더가 있는 그룹은 채널 하나에 연결할 수 있다.

접촉기 4개가 하나의 IO-Link 채널에 연결되지만 구역 가열 시스템을 위한 소형 전력 접촉기가 있어 개별적으로 전환할 수 있다. 이는 플랫 케이블로 연결된 해당 기능 모듈을 통해 작동한다. 이 역시 배선 비용을 절감해주는 분명한 요소이다.

구역의 실제 온도 제어는 반도체 릴레이를 통해 처리한다. 이 부품은 마모되지 않으며 컨트롤러를 통해 정확하게 조절할 수 있다. 따라서 공정 엔지니어링이 정확하게 측정되어 무분별하게 온도가 증가하거나 냉각되는 현상을 방지한다. Siemens의 통신 지원 온도 모니터링 릴레이는 컨트롤러와 함께 각 개별 챔버를 모니터링한다.

모니터링 릴레이와 컨트롤러 간의 통신 역시 IO-Link를 통해 처리된다. Andreas Hollesch는 “IO-Link 연결을 갖춘 디지털 측정 장치를 체계적으로 사용하여 중요 지점에서 중복성이 형성되었습니다. 이는 공정과 안전성 관점 모두에서 매우 큰 가치를 지닙니다.”라고 설명했다.

안전 엔지니어링의 개별 적용

공정 안전과 함께 운영 안전 역시 높은 설치 전원 등급을 가진 시스템에서 중요한 역할을 한다. 이러한 이유로 표준 자동화에서는 안전 엔지니어링에 더 많은 관심이 집중됐다. 새로운 안전 릴레이는 전면에 배치되어 이전 솔루션의 약점을 보완한다. 지금까지 접점은 여러 장치를 나란히 연결하는 데 사용됐다. 새로운 안전 릴레이를 사용하면 이러한 문제점을 해결해준다. 이는 백플레인 버스를 통해 연결된 최대 5개의 확장 모듈을 하나의 기본 장치에 추가할 수 있기 때문이다(왼쪽의 입력용, 오른쪽의 출력용).

시스템의 모든 부품에 있는 비상 정지 푸시버튼이 모니터링되며 인클로저의 보호 도어가 전자동 시스템으로 운영된다. 또한 개별 구역 도어를 모니터링하여 개방되었는지 또는 폐쇄되었는지 확인한다.

또 다른 장점으로는 인클로저 전면의 DIP 스위치를 통해 장치를 보호 상황에 맞게 개별적으로 적용할 수 있다는 점이다. 직접 스위칭 간 선택 및 시간 지연 기능 역시 굉장히 실용적이다. 유연한 설계 덕분에 개별 안전 및 차단 개념을 적용할 수 있다. 안전 릴레이는 우리의 안전 개념에 아주 이상적이다.

자료 제공: Siemens(new.siemens.com)