긴거리, 고속 운송을 위한 산업용 비접촉식 에너지 전달 시스템

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최근 연결 기술(connection technology)에서 가장 유망한 개발 분야 중 하나는 비접촉식 에너지 및 데이터 전송은 산업에서의 적용 부분이다. 이러한 기술은 배선과 케이블 및 케이블 캐리어를 대체하여 비용을 절감하고 설계를 간소화할 수 있다.

예를 들어, 로봇 시스템은 자동화 및 드라이브 기술의 제약으로 인해 제한적으로 사용된다. 하지만 고정 배선 및 케이블 캐리어 대신 비 접촉 에너지 및 데이터 전송을 사용하는 갠트리 로봇의 경우는 고려해 볼 수 있다.

갠트리 로봇은 물류 자재 이송 애플리케이션 분야에서 검증된 솔루션이다. 제품을 자동으로 감지하며 안전하고 신속하게 목적지로 이동하는데 사용된다. 이 로봇은 많은 산업 분야에서 유용하며 다양한 제품크기와 무게, 긴 이동구간에 사용할 수 있다.

하지만 전원 및 통신 케이블과 케이블 캐리어의 길이로 인해 유연성과 새로운 생산 시나리오에 대한 적응성은 제한된다. 그러나 비접촉 에너지 및 데이터 전송 시스템을 추가하면 새로운 가능성을 기대할 수 있다.

소음 감소, 역동성과 유연성 향상

지능형 소프트웨어 및 메카트로닉스와 결합된 비접촉 에너지와 데이터 전송은 통합된 솔루션을 형성할 수 있다. 비접촉 에너지 전달을 사용하면 여러 로봇이 동일한 수평 레일에서 자유롭게 이동할 수 있으므로 갠트리 로봇의 유연성이 크게 향상된다.

이것은 궁극적으로 기계 설계 및 장비 가동시 많은 자유를 제공한다. 이러한 종류의 물류 프로세스는 운송 업체가 시스템의 전체 거리에 따라 사용하는 추가 영역으로 인해 케이블 제공 업체에서 구현하기가 쉽지 않다. 또한 케이블 캐리어는 소음을 발생시키고, 마모되고, 관성이 증가하며, 발생하는 마찰로 인해 역학과 에너지 효율성에 부정적인 영향을 미친다.

비접촉식 에너지 및 통신 전송의 또 다른 이점은 설치 공간, 케이블 파손 또는 사이클 속도에 대한 제한이 없다는 것이다. 모든 문제는 케이블 캐리어 및 이동 케이블과 관련된 문제다.

이는 분산형 전원 공급 장치 모듈을 포함한 비접촉 유도 에너지 전송 시스템으로 가능하다. 설계에 따라 이 모듈은 5~11hp 사이의 전송 출력을 제공한다. 또한 전체 부하주기 동안 로봇이 픽업을 통해 0.7hp 미만의 전력을 소비하고 수평 축에만 5hp 이상의 가속력이 필요한 경우에도 마찬가지다.

단기 에너지 요구사항은 100V의 DC 링크 전압으로 로봇에 대한 1차 에너지 공급을 처리하는 이중층 커패시터 패키지인 에너지 저장 장치에 의해 충족된다. 가속 및 제동 단계를 번갈아 가며 포함하는 갠트리 로봇의 이동 프로필은 저항을 통해 방출하는 대신 프로세스 내에서 제동 중에 생성된 재생 에너지를 유지한다.

에너지 저장 장치는 이 제동 에너지를 흡수하고 갠트리의 드라이브가 20ft/sec2로 가속 할 때 부스터 역할을 한다. 비접촉식 에너지 전송 및 저장 시스템은 약 0.7hp에 달하는 시스템의 기계적 효율성 손실만 보상하면 된다. 중앙 제어 캐비닛에 있는 다축 애플리케이션의 DC 링크 연결과 달리 각 장치는 에너지를 독립적으로 저장할 수 있으며, 이를 통해 시스템을 쉽고 편리하게 확장할 수 있다.

케이블 리스(cable-less) 통신

케이블의 제한성을 제거하는 로봇 갠트리의 비접촉 에너지 전송 시스템은 통신 프로세스까지 확장된다. 여기에서 EtherCAT 데이터 라이트 배리어는 보간된 위치 설정 값을 중앙 모션 컨트롤러에서 1msec 간격으로 움직이는 하우징 박스에서 4개의 서보 인버터로 전송한다. 모션 컨트롤러는 복잡한 로봇 모션 제어를 계산하며 한 번에 최대 4대의 로봇에 대해 계산할 수 있다.

모션 제어에는 충돌을 방지하기 위해 계산을 수행하고 로봇을 조정하는 작업이 포함되어 있다. 생산 네트워크의 기계에 두 배의 출력이 필요한 경우 갠트리 시스템은 사용자에게 유연하게 다른 섹션에서 로봇을 이동할 수 있는 옵션을 제공한다.

반대로 케이블로 전력을 끌어오는 핸들링 유닛은 섹션에 묶여 있다. 결과적으로 관련 리소스가 이동 가능해지고 시스템 전체가 유연하고 생산적으로 구현된다. 이 접근 방식을 기반으로 완전히 새로운 기계 개념을 만들 수 있다.

광학에 의한 실시간 통신

자동화 제공 업체는 갠트리에서 실시간 이더넷 프로토콜 EtherCAT를 사용하여 모바일 장치에 대한 광학 연결을 구현하여 케이블을 분배하기로 결정했다. 드라이브 데이터는 데이터 라이트 배리어를 통해 로봇에 전달될 수 있다. 전체 로봇 시스템을 실행하는 작업을 수행하기 때문에 각각의 로봇에는 별도의 모션 컨트롤러가 없다. 각 사이클이 1msec이 소요되는 경우 광학 시스템은 보간 된 위치 설정 값을 인버터로 전송하거나 관련 실제 값을 피드백 할 때 실제로 대기 시간이 없다.

기능 안전 기술에 대한 통신도 동일한 방식으로 작동하며 이 와 같은 애플리케이션은 모든 로봇과 기계 전체에 중앙 안전 컨트롤러를 사용한다. 이 안전 컨트롤러는 EtherCAT FSoE(Fail Safe over EtherCAT) 프로토콜을 사용하는 EtherCAT를 통해 SEW Eurodrive MOVI C 자동화 컨트롤러와 직접 통신한다.

이 설정을 통해 두 컨트롤러 모두 데이터를 쉽게 공유하고 프로그래밍을 단순화하며 진단 및 디버깅을 위한 우수한 조건을 제공한다. FSoE 안전 마스터와 EtherCAT 데이터 라이트 배리어는 모터, 전자 장치 및 시각화를 포함한 다양한 자동화 솔루션에 통합된다.

자료 제공: SEW(www.seweurodrive.com)