통합형 모션 컨트롤 패키지의 장점

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기계 또는 공정 작업에서 모션 제어는 기본이다. 모션 제어 구성요소는 컨트롤러, 드라이브 및 전기 모터 등이다. 이러한 시스템은 전기 에너지를 직접 또는 간접적으로 기계운동으로 변환하여 애플리케이션을 수행한다. 모션 구현이 올바르면 제어는 정확하고 효율적으로 작동한다.

사용자는 애플리케이션에 전원을 공급하고 제어하는 데 필요한 드라이브 및 모터 유형을 결정해야한다. 궁극적으로 드라이브 유형을 결정하는 데는 모터 폼팩터, 크기 및 필요 전력 등이 포함된다. 가장 많이 사용되는 드라이브 옵션 중 두 가지는 가변 주파수 드라이브(VFD, variable frequency drives)와 서보 드라이브이다. VFD는 AC 모터와 함께 사용되어 회전 속도와 가속도를 조절한다. 절대 포지셔닝이 필요한 경우, 모션 컨트롤러와 쌍을 이루는 서보 드라이브가 정밀한 모터 회전 및 포지셔닝을 실행한다.

보다 작고 단순한 애플리케이션의 경우, 다양한 소스와 구성 요소 시스템을 결합할 수 있다. 그러나 이러한 유형의 접근 방식은 여러 개의 소프트웨어와 다양한 구성 파일이 필요하다. 반대로, 가장 성공적인 모션 제어 애플리케이션은 완전히 통합된 자동화 하드웨어 및 소프트웨어 포트폴리오에 기인한다.

전체 시스템의 안정성

모션 제어 솔루션에서 사용자 친화성은 중요한 측면이다. 올바른 모터와 드라이브를 지정하는 것 외에도 사용자는 구현하기 쉽고 장기간 안정적으로 실행되며 최소한의 유지 관리가 필요한 솔루션을 원한다.

모션 제어 사용자는 처리량을 늘리고 수율을 높이는 것을 목표로 한다. 하나의 구성요소가 이러한 목표를 달성하더라도 시스템이 작동을 멈추면 모든 상황은 빠르게 손실된다. 이에 사용자는 구성 요소만 제공하는 익숙하지 않은 공급 업체보다 단일 공급 업체의 친숙하고 안정적인 통합 솔루션을 선호하게 된다.

자동화 하드웨어, 안전 구성 요소, 액세서리, 소프트웨어 및 서비스를 제공하는 모션 제품 공급 업체와 협력하면 전체 시스템의 안정성을 보다 쉽게 달성할 수 있다. 또한 단일 소스 공급 업체와 협력하여 설계자는 포괄적인 개발 환경에 액세스 할 수 있고 다양한 모션 시스템 구성 요소를 쉽게 통합할 수 있다.

개별 구성 요소의 장점 vs 단점

VFD 및 서보 드라이브는 다양한 애플리케이션 모션 제어를 수행하면서 성능이 지속적으로 발전해 왔다. 드라이브와 모터의 효율성과 성능도 향상되었지만, 가장 크게 발전한 것은 드라이브에 표준으로 포함된 컴퓨팅, 통신 및 작동 기능이다.

설계자는 여러 공급 업체의 드라이브를 선택하는 것을 선호할 수는 있지만 위의 이점이 항상 실현되는 것은 아니다. 예를 들어, 별도의 구성 요소를 구입하면 초기 비용을 낮추는 데 도움이 될 수 있지만 솔루션 통합에 필요한 인건비가 추가로 들기 때문이다.

여러 공급 업체로부터 다양한 구성 요소를 사용하려면 기술자가 여러 소프트웨어 환경에 정통해야 하므로 지원 비용이 증가하고 통합 구성요소 간의 변수 데이터베이스가 발생한다. 공유 변수 데이터베이스가 없으면 구성요소 간에 관련 정보를 전달하고 기계를 작동하는 사람에게 다시 전달하기 위해 필요한 논리를 작성해야 하며 이때 많은 인건비가 발생한다.

추가되는 단계는 복잡성을 증가시키고 전체 설계에 오류를 발생시킬 수 있다. 호환성에 문제가 있는 경우, 공급 업체로부터 지원을 받기 어려울 수도 있다. 개별 구성 요소 공급 업체가 특정 기능이 있다고 해서 전체 시스템에 가치를 두지는 않기 때문이다.

최적의 통신 속도와 64 비트 정밀도 보장

모터 장비 성능을 벤치마킹 하는 데는 여러 가지 지표가 있다. 정확한 속도와 적절한 출력은 효과적인 모션 제어를 달성하는 데 중요하다. 드라이브가 최소 사양을 제공한다면, 사용자는 추가 연결 및 성능을 고려해야 한다.

VFD의 경우 기존 명령 방법은 컨트롤러에 연결된 유선 아날로그 신호였다. 오늘날 대부분의 드라이브가 선호하는 연결은 이더넷 또는 산업용 통신 프로토콜의 표준 필드 버스이다. 이러한 연결은 사용자와 자동화 시스템에 기본 명령에 대한 빠른 인터페이스를 제공할 뿐만 아니라 온보드 매개 변수 및 기능에 대한 전체 액세스 권한을 제공한다.

최신 VFD는 PID 및 로직 제어와 통합 안전 기능을 제공한다. 또한 다른 장비 모니터링 또는 제어를 위한 I/O 포인트를 지원한다. 서보 드라이브 애플리케이션은 VFD 애플리케이션보다 훨씬 높은 정확도를 제공하기 때문에 마이크로 초 정확도로 고급 모션 프로파일을 실행할 수 있는 특수 컨트롤러 및 서보 모터가 필요하다.

서보 시스템은 PLC와 함께 사용되기 때문에 공급 업체가 PLC 회로판에 설치된 서보 컨트롤러를 개발해야 한다. 이 접근 방식은 드라이브와 PLC 간의 상호 작용에 대해 최적의 통신 속도와 64 비트 부동 소수점의 정밀도를 보장한다.

사용자는 축 수에 관계없이 통신 속도, 경로 찾기 및 포지션 루프에 의존한다. 서보 제어 시스템은 확장 가능하도록 설계되어 사용자 요구에 따라 증가할 수 있는 적응형 솔루션이다. 그러나 확장 가능한 시스템에서는 성능 저하를 고려하는 것이 중요하다.

기본적으로 축 수가 증가함에 따라 동일한 수준의 정확도로 축을 효과적으로 제어하려면 더욱 많은 시간이 필요하다. 사용자는 이러한 단점없이 확장성을 제공하는 솔루션을 찾아야한다.
EtherCAT 통신 프로토콜이 인증된 제품은 모션 제어를 안정적이고 일관성 있게 작동한다.

빠른 전환으로 기계 활용도 높여

진보된 VFD는 구성을 쉽게 만들고 복사할 수 있는 간단한 자동 조정, 수동 키패드 또는 Bluetooth 데이터 스틱 등의 기능을 포함한다.

고급 VFD의 가장 유용한 기능 중 하나는 단기 과전류 및 토크를 제공하는 기능이다. 뉴턴의 운동 법칙 ‘정지 중인 물체는 계속 정지하려는 경향이 있다’와 같이 모터 구동 장비를 처음 가동하는 지점에서 움직이는 것보다 훨씬 많은 전력이 필요하다. VFD는 시동 시에 최대 200%의 과전류 및 토크를 제공한다.

사용자는 부하를 연속 작동할 수 있는 효율적인 드라이브를 선택해야 한다.

서보 드라이브는 캐밍(camming)과 같은 보다 특수한 기능을 제공한다. 여기에는 하나의 마스터 축이 있고 다른 많은 축이 조정된다. 인쇄, 충전, 라벨링 및 절단과 같은 모션 제어 애플리케이션의 경우 장비가 여러 제품을 생산하는 데 사용된다. 즉시 캠 프로파일을 변경하는 기능을 제공할 수 있는 모션 컨트롤러는 설계자가 소규모 생산을 수용하는 데 도움이 된다. 서보 드라이브는 빠른 전환이 가능해 기계 활용도를 높인다.

다양한 소스의 개별 구성 요소를 사용해 소규모 모션 제어 프로젝트를 수행할 수 있지만 이 접근 방식은 프로젝트가 커지면 문제를 크게 발생시킬 수 있다. 공급 업체의 통합 제품군을 적용하여 모션 제어 솔루션을 구축할 때의 이점을 고려해야한다. 그로 인해 제어가 개선되고 통합이 간편해지며 개발 비용이 최소화될 수 있다.

자료 제공: Emerson(www.emerson.com)