모션 제어 통합 솔루션의 장점

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모션 제어는 모든 산업 기계와 가공 작업의 기본이다. 모션 제어를 통합하는 방법은 여러 가지가 있지만 대부분 컨트롤러, 드라이브 및 전기 모터로 구성된다. 사용자는 특정 애플리케이션에 전원을 공급하고 제어하는 데 드라이브 및 모터 유형을 선정해야한다. 드라이브 유형을 선정하는 데는 모터 폼 팩터, 크기 및 필요한 전력 등의 여러 요소들이 있다. 가장 널리 사용되는 드라이브 옵션은 가변 주파수 드라이브(VFD, variable frequency drives)와 서보 드라이브 두 가지 이다. VFD는 AC 모터를 함께 사용하여 회전 속도와 가속도를 조절한다. 절대 위치 지정이 필요한 경우, 모션 컨트롤러의 서보 드라이브는 모터 회전 및 위치 지정을 고정밀도로 수행한다.

더 작고 단순한 애플리케이션의 경우, 사용자는 다양한 구성요소를 결합할 수 있다. 하지만 모든 것을 함께 작동시키려면 여러 소프트웨어 도구와 다양한 구성 파일이 필요하다. 안전한 모션 제어를 위해서는 완전히 통합된 자동화 하드웨어와 소프트웨어 포트폴리오를 검토해야 한다.

전체 플랫폼을 고려
사용 편의성은 모든 모션 제어 솔루션에서 중요한 부분이다. 올바른 모터와 드라이브를 지정하는 것 외에도 사용자는 구현이 쉽고 오랜 시간 동안 안정적으로 실행되며 최소한의 유지 관리가 필요한 솔루션을 원한다.
모션 제어 사용자는 처리량을 늘리고 수율을 높이는 것을 목표로 한다. 때로는 한 제품 또는 여러 제품이 이러한 개선을 달성하는 데 도움이 될 수 있지만 시스템이 작동을 멈추면 모든 진행 상황이 손실이 크게 된다. 따라서 경험 많은 사용자가 안정적인 통합 솔루션을 공급하는 업체를 선호한다. 일부 사용자는 글로벌 지원 네트워크를 통해 더 크고 경험이 많은 제공 업체로부터 보다 지속 가능하고 내구성이 있는 솔루션을 찾고 싶어 한다(그림 1).

자동화 하드웨어, 안전 구성요소, 액세서리, 소프트웨어 및 서비스를 제공하는 모션 제품 공급 업체와 협력하면 필요한 전체 시스템 안정성을 더 쉽게 달성할 수 있다. 또한 단일 소스 공급 업체와 협력하여 설계자는 포괄적인 개발 환경에 액세스 할 수 있고 다양한 모션 시스템 구성요소를 쉽게 통합할 수 있으며 전체 솔루션에 대한 동급 최고의 지원을 받을 수 있다.

구성요소를 분리(이익 vs 위험)
수년 동안 다양한 응용 분야에서 VFD 및 서보 드라이브를 사용하여 모션 제어를 수행하는 기능이 지속적으로 발전해왔다. 드라이브와 모터의 효율성과 성능이 향상되었지만 이 영역에서 가장 크게 발전한 것은 드라이브에 표준으로 포함된 컴퓨팅, 통신 및 작동 기능이다.
설계자는 특정 장점을 예상하기 때문에 여러 공급 업체의 드라이브 구성요소를 선택하는 것을 선호 할 수 있지만 이러한 기대가 항상 실현되는 것은 아니다. 예를 들어, 별도의 구성요소를 구입하면 초기비용을 낮추는데 도움이 될 수 있지만 솔루션 통합에 필요한 추가 인건비가 비용을 늘어나게 할 수 있다.

여러 공급 업체의 다양한 구성요소를 소싱하려면 설계자가 여러 독립 소프트웨어 환경에 정통해야하므로, 소프트웨어 지원 비용이 증가하고 통합 구성요소간의 공유 변수에 대한 데이터베이스의 장점이 없어진다. 공유 변수 데이터베이스가 없으면 구성요소 간에 관련 정보를 전달하고 기계를 작동하는 사람에게 다시 전달하기 위해 필요한 논리를 작성할 때 훨씬 더 많은 인건비가 발생한다.
구성요소의 추가는 복잡성을 증가시키고 전체 설계에 실패요인을 가져다준다. 호환성 문제가 있는 경우, 다른 제품에 익숙하지 않은 여러 공급 업체로부터 지원을 받기가 어렵다. 개별 구성요소 공급 업체가 특정 기능을 제공한다고 해서 완전한 솔루션을 위한 가치를 추가한다는 의미는 아니다. 포트폴리오에서 선택한 모션 제어 제품은 상당한 통합 이점이 있으며 안심을 할 수 있다.

성능 문제
모터 구동 장비 성능을 벤치마킹하는 데는 여러 가지 기준이 있다. 적절한 속도와 정확성으로 전달되는 적절한 출력은 효과적인 모션 제어를 달성하는 데 중요하다. 드라이브가 필요한 최소 사양을 제공하는 것으로 확인되면, 사용자는 추가 연결 및 성능 기능을 조사할 수 있다.
VFD의 경우 기존 명령 방법은 컨트롤러에 연결된 유선 아날로그 신호였다. 오늘날 대부분의 드라이브에 선호되는 연결은 이더넷 또는 산업용 통신 프로토콜을 사용하는 다른 표준 필드 버스이다. 이러한 유형의 연결은 사용자 및 감독 자동화 시스템에 기본 드라이브 명령에 대한 빠른 인터페이스를 제공할 뿐만 아니라, 온보드 매개 변수 및 기능에 대한 완전한 액세스를 제공한다. 최신 VFD는 온보드 PID 및 로직 제어와 통합 안전 기능을 제공한다. 또한 다른 장비를 모니터링와 제어를 위한 I/O 포인트를 지원할 수 있다(그림 2).
서보 드라이브 애플리케이션은 VFD 애플리케이션보다 훨씬 더 높은 정확도를 제공하며 마이크로 초(ms) 정확도로 고급 모션 프로필을 실행할 수 있는 특수 컨트롤러 및 특수 서보 모터가 필요하다.

서보 시스템은 PLC와 함께 일반적으로 사용되기 때문에 공급 업체가 PLC 백플레인에 기본적으로 설치되는 서보 컨트롤러를 개발하는 것이 자연스러운 발전이었다. 이 접근 방식은 드라이브와 PLC 간의 모든 상호 작용에 대해 최적의 통신 속도와 64 비트 부동 소수점 정밀도를 보장하며, 이는 기존 네트워크보다 훨씬 우수하다.

사용자는 축의 수에 관계없이 일관되게 작동하는 통신 속도, 경로 찾기 및 위치 루프에 의존한다. 서보 제어 시스템은 완전히 확장 가능하도록 설계되어 회사의 요구에 따라 성장할 수있 는 적응 형 솔루션을 제공할 수 있다. 그러나 확장 가능한 시스템에서는 성능 저하를 고려하는 것이 중요하다. 기본적으로 축 수가 증가함에 따라 동일한 수준의 정확도로 축을 효과적으로 제어하려면 일반적으로 더 많은 시간이 필요하다. 사용자는 이러한 단점없이 확장성을 제공하는 솔루션을 찾아야한다.
EtherCAT은 업계에서 우수한 통신 프로토콜로 널리 인정받고 있으며 개방형 표준이기 때문에 EtherCAT 사용 인증을 받은 제품은 기존 및 미래의 제어 기술과 안정적이고 일관되게 작동된다.

고급 기능
가장 진보된 VFD에는 구성을 쉽게 만들고 복사 할 수 있는 간단한 자동 조정 절차, 수동 키패드 또는 Bluetooth 데이터 스틱과 같은 기능이 있다. 고급 VFD의 가장 유용한 기능 중 하나는 단기 과전류 및 토크를 제공하는 기능이다. 뉴턴의 제 1법칙에 따르면, ‘정지중인 물체는 정지 상태에 머물려는 경향이 있다.’ 실제로 모터 구동 장비를 시동하는 데는 계속 움직이는 상태보다 훨씬 더 많은 전력이 필요하다.

VFD를 통하여 시동시 최대 200%의 과전류 및 토크를 제공 할 수는 있지만, 사용자는 더 작고 전력 효율적인 드라이브를 선택하게 된다. 서보 드라이브는 또한 캠밍(camming)과 같은 보다 특수한 기능을 제공한다. 여기에는 하나의 마스터 축이 있고 다른 많은 축이 여기에서 조정된다. 인쇄, 충전, 라벨링 및 절단과 같은 모션 제어 애플리케이션의 경우 장비가 여러 제품을 생산하는데 사용되는 것이 일반적이다. 즉시 캠 프로파일을 변경할 수 있는 기능을 제공할 수 있는 모션 컨트롤러가 소규모 생산 로트를 수용하는 데 도움이 될 수 있다. 기계 활용도를 높이기 위해 신속한 전환을 수용한다.
산업용 장비는 수년 또는 수십 년 동안 서비스를 유지하기 때문에 사용자는 계획된 마이그레이션 경로에 따라 현대화를 강조하고 제공한 실적이 있는 공급 업체의 모션 제어 제품을 고려해야 한다. 이를 통해 기존 구성요소를 즉시 교체할 수 있으므로 장비를 수년 동안 실행할 수 있다.

통합
모든 유형의 하이브리드 제어 사용자는 공급 업체의 종합적인 통합 제품을 사용하여 모션 제어 솔루션을 구축할 때의 이점을 고려한다. 그렇게되면 개선된 제어, 간편한 통합 그리고 지출과 개발 비용이 최소화된다.

자료 제공: Emerson(www.emerson.kr)