전 세계에 32개의 제조시설을 보유하고 있는 포르투갈 기업 Sodecia는 선도적인 솔루션 제공업체 및 자동차 제조업체로서의 입지를 유지하고 있다. 온타리오 주 런던에 본사를 둔 Sodecia의 Global Tech & Automation Center(GTAC)는 구성요소를 제조하고 조립하는 고도로 자동화된 기계 라인을 제공한다. Sodecia GTAC는 조립라인에 PC 기반 제어 기술을 사용하여 저렴한 비용으로 고품질을 제공한다.

어플리케이션 요약

자동차 산업 솔루션
자동차 하위부품(BIW 구성 요소)의 로봇 보조 조립

적용된 PC 제어
- 21대의 KUKA 로봇으로 조립 셀의 통합 제어
- 수백 개의 안전장치를 위한 228개의 TwinSAFE I/O 통합

고객 혜택
- 높은 시스템 처리량
- 시운전 시간 단축
- IP 67 EtherCAT Box 모듈 덕분에 컨트롤 캐비닛의 소형 풋 프린트
- EtherCAT 및 TwinSAFE를 통한 포괄적인 진단기능

로봇은 BIW 구성 요소의 고도로 자동화된 조립에서 중요한 역할을 담당한다. 로봇은 본체를 구성하는 개별 스탬핑 및 하위부품을 용접한다(사진. BECKHOFF).

“우리의 현재 ‘브레드 앤 버터’ 제품은 성공적인 턴키방식의 로봇 용접 셀 솔루션 입니다”라고 Sodecia GTAC의 제어 시스템 콘셉트 개발자인 Brent Lekx-Toniolo는 설명한다. “지금까지 가장 큰 프로젝트는 2015년 봄에 완성되었으며, 21대의 다양한 KUKA 로봇 (KR 210, KR 30 및 KR 6 시리즈)이 포함됩니다. 이들은 바디 프레임 및 섀시 세그먼트(소위 body in white, BIW)의 조립에서 용접, 자재 취급 및 실런트 어플 리케이션을 위해 사용됩니다”라고 Sodecia GTAC의 제어 전문가인 Jon Bysmark는 설명한다. “우선 작은 샘플링의 조합이 하위 부품에 로봇으로 용접됩니다. 그들은 자동적 으로 언로드되고 후속 단계로 이동됩니다. 그곳에서 여러 구성요소들이 BIM을 형성하기 위해 조립됩니다. 여기서부터 프로세서는 2개의 동일한 제품 파이프라인으로 분할됩니다. 이 분할은 이중화(redundancy)를 생성하고 처리량을 향상시킵니다. 예를 들어 다양한 센서는 모든 파스너(fastener)가 조립 부품에 정확하게 놓여 있는지 확인하기 위해 포괄적인 분석을 수행하고 그 데이터를 제어기로 보냅니다. 추가 조립 단계가 끝나면 2개의 파이프 라인은 하나로 합쳐지고 조립 부품은 최종 고정장치로 이동합니다.”

Calvin Wallace, Sodecia GTAC으로부터 Beckhoff Automation 지역 판매 관리자, Jon Bysma, 제어 전문가, Rob Remillard, 수석 제어 엔지 니어, Brent Lekx-Toniolo, 제어 시스템 컨셉 개발자 (왼쪽에서 오른쪽)(사진. BECKHOFF).

PC 기반의 전체 제어
Sodecia GTAC는 2008년부터 BIM 조립 라인에 Beckhoff의 PC 기반 제어기를 사용 해오고 있다. “지금까지 Sodecia GTAC는 Beckhoff의 PC 기반 제어를 기반으로 49개 의 제조 라인을 구축했으며, 하나의 로봇으로 이루어진 기계부터 20개 이상의 다관절 로봇이 있는 라인까지 다양합니다”라고 Jon Bysma는 설명한다. 현재 실현되고 있는 21대의 로봇으로 이루어진 용접 셀은 15인치 스크린과 Intel Celeron ULV 프로세서가 장착된 CP6202 패널 PC를 사용한다. Panel PC는 기계의 HMI역할을 수행함으로써 전반적인 고장 감지 및 경고를 처리하고 기계의 모든 안전 측면을 통합하는 동시에 또한 로봇-로봇의 간섭 탐지 및 OEE(Overall Equipment Effectiveness) 트래킹을 처리합니 다. 로봇은 KUKA의 KR C4 컨트롤러에 의해 제어된다.

“TwinCAT 개발 환경 및 다양한 소프트웨어 라이브러리는 로봇으로 된 셀의 프로그래밍 시간을 크게 줄였습니다.”라고 Sodecia GTAC의 수석 제어 엔지니어 Rob Remillard는 자세히 설명한다. “TwinCAT에서 우리는 모든 IEC 61131-3 언어로 코드 섹션을 신속하게 개발해서 실제로 그들을 사용할 수 있습니다. 다른 플랫폼으로는 이것이 쉽지 않습니다.”

조립 셀은 15 인치 스크린이 있는 Beckhoff의 CP6202 패널 PC로 제어된다(사진. BECKHOFF).

통합 안전 솔루션
EtherCAT은 또한 그 어플리케이션에서 중요한 요소이다. 고속 통신 시스템은 모든 로봇의 통신, I/O 및 안전 기능을 TwinSAFE I/O 터미널을 통해 처리한다. “총 228개의 안전 디바이스는 TwinSAFE 를 통해 라인에 통합됩니다”라고 Beckhoff Canada의 지역 판매 매니저 Calvin Wallace는 설명한다. “이 안전 개념의 모듈성 및 확장성은 Sodecia GTAC에게 큰 장점입니다”라고 Brent Lekx-Toniolo는 덧붙여 설명한다. “이런 식으로 우리의 안전 구성은 많이 바뀌지 않습니다. 우리는 이런 경우처럼 하나의 로봇으로 된 기계 또는 21개의 로봇으로 이루어진 하나의 시스템을 디자인 합니다. 우리는 사전 구축된 프레임워크에서 필요없는 섹션을 제 거하기만 하면 됩니다. 그러나 기본 기능성은 그대로 유지됩니다.”
Sodecia는 심지어 로봇 프로그래밍에 TwinSAFE 기술을 사용 한다. “교육 및 프로그램 검증 절차 동안, TwinSAFE는 로봇-로봇 의 로크아웃(lockout)을 처리합니다”라고 제어 전문가 Jon Bysma는 설명한다. “로봇기술이 로봇을 조종한다면, 오퍼레이팅 공간으로 이동할 수 있는 다른 모든 로봇들은 E-stop 신호 손실로 로크아웃 (lockout) 됩니다. 활성화된 스위치는 TwinSAFE에서 모두 모니 터링 됩니다.”

Sodecia GTAC의 로봇 조립라인의 각 주요 자동화된 구성 요소는 다른 안전 장비와의 통신뿐만 아니라 Safety I/O의 프로 세싱을 처리하기 위해 EL6900 TwinSAFE 로직 터미널 및 EL1940, EL2904 디지털 입출력과 연결되어 있다. EL6900은 안전한 통신을 위한 마스터 역할을 하며 Safety I/O 데이터를 평가한다. 통합 안전 기능은 E-stop, 기계 모니터링, ‘AND’와 ‘OR’ 기능 및 디커플러를 포함한다. AX5103 EtherCAT Servo Drive에 통합된 TwinSAFE 옵션 카드는 용접 장비의 안전한 작동 을 보장하기 위한 STO(Safe Torque Off) 및 SS2(Safe Stop 2)와 같은 모션 안전기능을 특징으로 한다. 추가 안전은 기계 이니시 에이션(initiation)을 위한 two-hand 기능에 의해 제공된다.

제어 캐비닛에 요구되는 제로 스페이스: EtherCAT Box 모듈
IP 20 등급 EtherCAT 터미널과 더불어, IP 67 보호등급을 갖춘 기계 장착형 EtherCAT Box I/O 모듈은 조립 라인 전반에도 사용 된다. 예를 들어, EP1908 TwinSAFE Box는 각 안전 게이트 입구의 스위치 플레이트에 추가적인 안전 연결을 제공한다. 다양한 EtherCAT Box 모듈은 또한 비 안전 기술 설정에서 측정 디바이스 뿐만 아니라 센서, 실린더, 공기압 스위치, 솔레노이드 밸브를 연결 하는데 사용한다. “IP 67 Box 모듈의 장점으로는 캐비닛 요구 사항 감소, 간단한 탑재 및 배선 작업, 물리적으로 뛰어난 내구성 등이 있습니다”라고 Toniolo는 덧붙인다. 또한, 모든 신호 상태 표시기가 잘 보이므로 EtherCAT Box 모듈의 통신 상태를 현장에서 쉽게 진단할 수 있다.

최적의 진단 기능
“EtherCAT은 또한 모든 관련 진단 기능을 구현할 수 있게 해줍 니다”라고 Toniolo는 설명한다. “한 가지 예로, 우리는 이 정보를 사용하여 라인에서 정확한 케이블까지 케이블 손상을 구분하여 HMI에서 깜박임을 감지합니다. 마찬가지로 TwinSAFE는 다양한 진단정보를 제공하며, 우리는 그것을 프로젝트에 활용합니다. EtherCAT의 개방성 및 호환성을 덕분에 우리는 동일한 진단 기능을 가진 다른 제조업체의 EtherCAT 슬레이브를 쉽게 통합하고 모니터링 할 수 있습니다. 우리는 잠재적 진단 기능을 피상적으로 다루고 있기 때문에 이것을 미래에 발전시킬 수 있는 가능성은 광대합니다.”

높은 시스템 처리량 - 시운전 시간 단축
예상치 못한 다운타임은 어떤 제조 환경에서도 환영받을 수 없지만, 자동차 산업에서 다운타임은 특히 두드러진다. “새로운 PC 제어 제조 라인은 50초미만의 평균 사이클 타임을 달성했으며 시간당 72개, 연간 최대 355,000개의 복잡한 부품을 생산할 수 있습니다”라고 Toniolo는 설명한다. PC 기반 제어 및 EtherCAT의 고유한 기능 덕분에 Sodecia GTAC는 시장 출시 시간을 크게 단축 할 수 있었다. “기존 제어기를 기반으로 한 개 또는 두 개의 로봇 으로 이루어진 시스템의 PLC 구성 및 프로그래밍은 일반적으로 최대 2개월이 소요됩니다. TwinCAT의 사용을 통해, 이 타임프레 임은 2주로 줄어들었고 제어를 위한 시운전 시간 또한 최소 50% 줄어들었습니다. 현재 21대의 로봇으로 구성된 프로젝트에서 생산 라인 설치, 로봇의 티치-인(teach-in), PLC 프로그래밍 그리고 최종 고객을 위한 첫 번째 시험 부품의 시운전 및 생산까지 약 2개월이 걸렸습니다”라고 Brent Lekx-Toniolo는 설명한다.

“지속성 및 신뢰성에 대한 강력한 신호로서 Sodecia는 2008 년부터 동일한 CP6202 Panel PC종류를 사용했습니다”라고 Toniolo는 설명한다. “그것은 견고하며 우수한 경계적 가치를 제공합니다.” Sodecia GTAC는 Beckhoff의 새로운 멀티터치 Panel PC를 조만간 표준화하여 조립 라인에 향상된 HMI 기술과 기능을 통합 할 것이다. “또한 우리는 TwinCAT 3를 이용해서 제어 프로그래밍을 발전시켜 자동화 기술과 정보 기술의 융합을 보다 잘 활용할 수 있게 될 것입니다.“