55개 하이브리드 액추에이터로 구현한 지능형 제어
산업 자동화가 고도화되면서 액추에이터 제어에도 단순한 직선 운동을 넘어 정밀한 위치와 힘 제어, 다축 동기화, 운전 데이터 활용 등이 요구되고 있다. 특히 프레스나 성형, 대형 소재 가공처럼 여러 액추에이터가 동시에 작동하는 공정에서는 각 축의 위치와 힘, 동작 타이밍을 일정하게 유지하는 것은 제품 품질과 공정 일관성을 확보하는 데 중요하다.
Kyntronics는 이러한 다축 제어 기술을 집성목(Glulam) 프레스 자동화 시스템에 적용했다. 이 시스템에는 총 55개의 하이브리드 리니어 액추에 이터가 적용됐으며, PLC 기반 제어를 통해 각각의 액추에이터를 시퀀싱 하고 동기화했다.
55개 액추에이터 적용한 집성목 프레스
Glulam은 여러 층의 목재를 접착해 제작하는 구조용 집성목이다. 대형 빔을 제작하는 프레스 공정에서는 여러 지점에서 힘을 가해야 하기 때문에 다수의 액추에이터를 정해진 순서와 조건에 따라 제어해야 한다.
Kyntronics가 적용한 상용 Glulam 프레스 자동화 시스템에서는 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터를 PLC로 제어했다. 각 액추에이터는 위치와 힘을 독립적으로 프로그래밍할 수 있으며, 설정된 힘을 일정 시간 유지 하는 가압 유지시간(Dwell Hold Time)도 개별적으로 설정할 수 있도록 구성했다.
특히 레시피 기반 시퀀싱을 적용해 서로 다른 빔 길이와 두께, 소재 종류에 대응할 수 있도록 했다. 생산 대상이 변경되더라도 각 액추에이터의 동작 조건을 레시피에 따라 조정해 프레스 사이클을 구성하는 방식이다.
동기 제어는 프레스 과정에서 발생할 수 있는 충격 하중을 관리하고, 높은 힘을 장시간 유지해야 하는 조건에서도 액추에이터를 보호하는 데 활용 됐다. Kyntronics는 이를 통해 프레스 자동화 수준을 높이는 동시에 공정의 일관성과 신뢰성, 제품 품질 향상을 지원했다고 설명한다.
▲ 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터가 적용된 집성목(Glulam) 프레스 시스템. 각 액추에이터의 위치와 힘, 가압 유지시간을 개별 설정하고 PLC 기반으로 시퀀싱·동기화한다.
다축 시스템의 핵심, 시퀀싱과 동기화
여러 액추에이터가 동시에 작동하는 시스템에서는 개별 축의 정밀도뿐 아니라 각각의 움직임을 하나의 공정에 맞춰 조정하는 것이 중요하다. Kyntronics는 다축 동기화 방식으로 Electronic Line Shafting(ELS) 또는 전자 기어링 방식을 설명하고 있다.
여러 액추에이터가 마스터축 또는 가상축을 기준으로 움직이도록 설정하고, 엔코더 피드백과 드라이브 수준의 프로그래밍을 통해 디지털 방식으로 축 간 동작을 맞추는 방식이다. 이를 통해 여러 액추에이터의 위치와 힘을 함께 제어하 고, 장비 사이클 동안 각 축의 동작 타이밍과 정렬 상태를 유지할 수 있다. 복잡한 다축 공정에서도 동일한 동작을 반복적으로 수행할 수 있도록 하는 것이 목적이다.
실제 산업 현장에서는 PLC 기반 제어 로직과 산업용 필드 버스 네트워크를 이용해 시퀀싱과 동기화를 구현할 수 있다. 엔지니어는 이를 통해 모션과 힘의 순서를 설정하고 여러 축을 실시간으로 조정하면서 각 사이클에서 동일한 제어 순서를 반복할 수 있다.
▲ 하이브리드 리니어 액추에이터와 지능형 제어 시스템. 위치·속도·힘 제어와 폐루프 피드백을 통해 정밀한 모션 제어를 구현한다.
위치·속도·힘을 폐루프로 제어
이러한 다축 제어의 기반에는 위치(Position), 속도(Speed), 힘(Force), 폐루프 피드백(Closed-loop Feedback) 제어가 있다. 위치 제어는 액추에이터가 지정된 위치까지 정확하고 반복적으로 이동하도록 하고, 속도와 모션 프로파일 제어는 일정한 사이클 타이밍과 부드러운 동작을 지원한다. 힘제어는 프레스처럼 설정된 하중을 반복적으로 적용해야 하는 공정에 활용된다.
폐루프 피드백은 실제 액추에이터의 동작 상태를 확인하 면서 설정값에 맞도록 움직임을 지속적으로 조정한다. 이러한 기본 제어 기능을 기반으로 여러 축을 동시에 제어 하는 동기화 기능까지 구현할 수 있다.
Kyntronics는 특히 전동 액추에이터와 하이브리드 액추에이터가 전기적인 모션 제어와 피드백을 이용하기 때문에 다축 동기화에 적합하다고 설명한다. 반면 공압이나 일반 유압 방식은 축간 정렬을 유지하기 위해 추가적인 하드웨어나 밸브 구성, 튜닝이 필요할 수 있다.
사이클 데이터를 공정 진단에 활용
이번 시스템의 또 다른 특징은 액추에이터에서 생성되는 운전 데이터를 활용할 수 있다는 점이다. 지능형 액추에이터 제어 시스템에서는 힘과 위치, 사이클 시간, 모션 시그니처 등의 데이터를 수집할 수 있다. 사전에 설정한 성능 기준과 비교하면각 사이클이 정해진 힘과 위치, 타이밍 조건을 충족했는지 판단할 수 있다.
Kyntronics는 실제 Glulam 프레스에서도 수집된 사이클 데이터를 공정 진단과 제품 기록에 활용했다고 설명한다. 장기간 데이터를 축적하면 힘이나 위치 정확도, 사이클 시간 등의 변화 추세도 확인할 수 있다. 설정한 허용 기준을 벗어나는 변화를 조기에 확인해 고장 발생 후 대응하는 방식에서 예지보전 중심의 관리로 전환할 수 있다.
▲ 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터를 적용한 집성목 프레스 시스템 설계 이미지
유압의 힘과 전동 제어 결합
Kyntronics는 이러한 지능형 제어 기능을 하이브리드 리니어 액추에이터 기술과 결합하고 있다. 하이브리드 리니어 액추에이터는 유압 방식의 높은 힘과 견고함에 전동 액추에이션의 정밀한 위치·힘 제어 특성을 결합한 방식이다. 모션과 힘을 함께 정밀하게 조정해야 하는 장비에 적용할 수 있으며, 외부 유압 설비를 줄여 시스템 구성을 단순화할 수 있다는 것이 회사 측 설명이다.
이번 Glulam 프레스 사례는 55개의 하이브리드 리니어 액추에이터를 각각 프로그래밍하면서도 전체 프레스 공정에 맞춰 시퀀싱하고 동기화한 사례다. 특히 레시피 기반 제어로 다양한 빔 조건에 대응하고, 사이클 데이터를 공정 진단과 제품 기록에 활용했다는 점에서 다축 액추에이터 제어의 실제 적용 사례를 보여준다.
자료제공: Kyntronics (www.kyntronics.com)
