Application Story
고성능 PC 제어기와 고속 EtherCAT 이 제어 및 프로세스 엔지니어링에 활기를 불어넣다
고성능 30,000 A 전력 공급 장치가 새로운 성능과 에너지 효율 기준을 세우다
Aixcon 사에서 개발한 ‘전력 공급 장치’의 크기가 매우 인상적이다. 3개의 제어 캐비닛은 총 3,000A의 엄청난 전류 공급을 가능하게 한다.
Aixcon PowerSystems는 파워 일렉트로닉스의 제어 기술 전문으로 유명한 회사이다. 1994년에 설립된 이후, Aixcon 엔지니어들은 금속가공 분야의 용접 작업장과 반도체 산업의 마이크로웨이브 장비에 고성능 전력 공급 장치를 개발해 왔다. 또한 Aixcon 사는 복합재료 파이프의 세로심 용접기 같은 파워일렉트로닉스 제품을 개발 및 생산한다.
독일, Stolberg에 위치한 이 회사는 설립초기부터 Beckhoff의 자동화 기술을 사용하고 있다. 초창기 DOS기반의 IP65 패널 PC와 Beckhoff의 S2000 제어 소프트웨어, Lightbus 필드버스 시스템 사용을 시작으로 혁신을 반복하여, 현재 최신 산업용 컨트롤 캐비닛 PC C69xx 시리즈, 오퍼레이터 인터페이스 CP-Link 3, PLC와 모션 제어 플랫폼 TwinCAT 소프트웨어, I/O, 서보드라이브, 모든 자동화 컴포넌트를 통합할 수 있는 EtherCAT 필드버스 등으로 대체되어 사용하고 있다.
하드웨어 시스템 구성
티타늄 단면의 히팅 제어를 위한 전력공급
Aixcon은 현재 ‘Hot stretcher’를 위한 전력 공급 시스템 개발과 생산에 애쓰고 있는데 이것은 모든 면에서 도전이 되고 있다. Hot stretcher는 티타늄 부품이 재질특성을 손상시키지 않고 기구와 열에 의해 형성 되는 설비의 한 유형이다. 이를 위해 Hot stretcher에서 부품을 고정하고, 정확하게 정해진 온도곡선을 기반으로 가열되고, 형성되며(휘어지고 당겨진다), 냉각된다. 이와 같이 명확한 사양이 지켜져야 하는데 만약 그렇지 않으면 강도, 두께, 연성 같은 티타늄의 성질에 손상이 간다.
전기는 Hot Strecher에 정해진 온도 프로파일에 맞게 가열하는데 사용되며, 약 4m의 길이와 약 50cm 단면을 가진 티타늄 부품에 60초 동안 620° 열을 가하기 위해서는 약 17,320A 전류가 필요하다. Aixcon은 이런 강력한 전류 공급장치의 개발과 생산을 도맡아 하고 있다. 이 전력 공급 장치는 크기가 매우 인상적이다. 3개의 제어 캐비닛은 총 3000A의 엄청난 전류 공급을 가능하게 한다. 각 캐비닛은 10개의 전력 장치를 가지며, 각 장치들은 제어기와 333A를 가진 3개의 파워트랜지스터 정류기를 가지고 있다. 이 시스템은 3상 480V/400A전원을 사용한다.
혁신적인자동화와 운영 개념
설비 자동화와 운영은 아래와 같이 많은 사양을 요구한다.
- 개발, 파라미터화, 데이터베이스에 레시피(전류곡선) 데이터 저장
- 실제 프로세스 데이터 저장(품질 검증)
- 전류 공급 제어기 설정 값 제너레이터
- PLC에서 제어기로 설정 값 실시간 전송
- 프로세스 데이터의 빠른 온라인 HMI
- iPad와 iPhone등을 위한 프로세스와 생산 데이터의 독립적인 HMI 플랫폼
이러한 요구사항들은 아래 컴포넌트를 이용하여 혁신적인 자동화와 운영 개념을 구현할 수 있었다.
- 데이터베이스 서버
- C6920 산업용 PC와 TwinCAT PLC 소프트웨어
- EtherCAT 통신과 EtherCAT IO을 이용한 빠른 설정값, 실제값 전송
- CP620 2패널 PC와 CP Link3를 이용한 장비의 온라인 처리데이터 HMI 구현
- TwinCAT PLC Server와 데이터베이스 서버를 위한 웹 서버 구축
- Java Script로 만들어진 웹 기반의 독립적인 HMI 플랫폼
고성능 PC 제어와 혁신적 HMI
TwinCAT PLC는 데이터베이스 서버에 저장된 레시피 데이터를 이용하여 설정값을 제너레이팅 한다. Aixcon 제어기 보드에 데이터 전송, 온도, 상태, 시스템 제어 및 모니터링과 관련된 신호를 로그하기 위해 EtherCAT이 사용되었으며, 각 캐비닛에는 EtherCAT IO가 적용되어 있다.
CP-Link 3클라이언트를 통해 설비 내 CP6202가 설치된 모든 공간에서 온라인 HMI가 구현 되었다. 이 기술은 과거 이미지 전달방식인 DVI를 사용하지 않아 간섭이 없고, 설치가 쉬우며, Ethernet 케이블을 사용하여 비용 효율이 높다. 또한 몇 가지 옵션 기능을 추가적으로 사용할 수 있다. 예를 들면, 서로 다른 해상도, 화면크기 및 내용을 최대 9대의 PC 클라이언트에 연결 할 수 있다. Hot stretcher에 CP-Link 3기술이 사용되어, 대형설비 다른 한쪽 끝에 설치된 추가 CP 패널이 전류와 온도제어 커브의 레시피, 단면 타입 등 특별한 상태진단을 목적으로 쓰이고, 데이터베이스 서버에 관리된다. 또한 데이터베이스 서버는 관련된 프로세스와 생산 데이터의 보관 및 처리를 다룬다. 전체 설비 운영을 웹을 기반으로 두는데 이것은 플랫폼이 독립되도록 구성되어 Windows PC, Linux, Apple의 iPad 또는 iPhone으로 설비 구동이 가능함을 의미한다.
전체 설비 운영을 웹을 기반으로 두는데 이것은 플랫폼이 독립되도록 구성되어 Windows PC, Linux, Apple의 iPad 또는 iPhone으로 설비 구동이 가능함을 의미한다.
Beckhoff 제어 패널인 CP-Link 3클라이언트를 통해 설비 내 CP6202가 설치된 모든 공간에서 온라인 HMI가 구현 되었다.
데이터베이스와 TwinCAT PLC 소프트웨어 제어 시스템의 주요 특징
HMI같이 화면 처리에 관한 통신은 자바 스크립트를 기반으로 한다. 이러한 시스템 구현을 위해서는 개별 웹 서버와 스크립트 DLL이 필요하며, TwinCAT PLC 변수에 접근할 수 있는 ADS 스크립트 DLL과 윈도우 인포메이션 서버(IIS)를 이용하여 TwinCAT 소프트웨어 데이터를 처리한다.
메인 오퍼레이터 패널은 윈도우 운영체제 사용이 가능한 CP6202 패널 PC로 설비에 직접 설치되어 있다. 오늘날 모든 브라우저들은 자바를 지원하는데 이것은 추가적인 소프트웨어가 필요치 않음을 의미하며, 이 브라우저들은 운영체제에 통합되어 HMI 프레임워크에서 사용될 수 있다. 이 오퍼레이터 단말기는 CP-Link3와 Ethernet을 통해 TwinCAT PLC에 직접적으로 연결되어 프로세스 데이터의 빠른 온라인 HMI 표시를 위해 주로 사용된다. 게다가 권한을 가진 사용자들은 데이터베이스와 레시피에 접근이 가능하다. 품질관련 데이터는 파일 보관을 할 수 있고, 진단 데이터는 데이터베이스 서버를 통해 접근이 가능하다.
iPad, iPhone과 같은 모바일 기기 또는 원거리 클라이언트 PC는 VPN을 통해 인터넷으로 라우트 된다 .이 기기들은 자바 스크립트로 데이터베이스 컴퓨터의 웹 서버에 접근하여 디스플레이에 필요한 데이터를 가져 올 수 있다. 시스템 제어가 데이터베이스에 접근할 수 있는 것과 같은 방식으로, 역방향 라우트로 가능하다. 예를 들면 생산 관리자는 데이터베이스에 저장된 생산 데이터를 볼 수 있을 뿐만 아니라, iPad같은 기기에서 전류, 온도 또는 설비 진단 데이터와 같은 현재 프로세스 값의 HMI 표시도 가능하다.
증가된 효율성은 향상된 절감 가능성의 결과
“우리가 개발한 전류 공급 장치는 성능, 제어 가능성과 에너지 효율에 새로운 기준을 세웠습니다”라고 Aixcon의 경영진 Karl Swiontek은 말했다.
“예를 들면 과거에 사용된 단상 AC 공급 장치의 효율은 약 60% 였습니다. 하지만 우리는 효율성을 98%까지 증가시킬 수 있었고, 이것은 환경을 위해 더 나은 것일 뿐만 아니라, 실질적인 절감 가능성을 제시합니다. 수 년 간, Beckhoff의 PC 기반 제어 기술은 우리의 서로 다른 수많은 요구사항을 가진 프로젝트 구현에 도움을 주었습니다. 고성능 제어기와 고속의 EtherCAT은 최적의 제어기술과 프로세스 엔지니어링 개발을 구현하도록 해주었습니다. 다양한 I/O 인터페이스들은 Beckhoff 시스템이 정말 개방적으로 만들어졌고, 우리 고객을 만족하게 하는 독립적인 우리의 제어 플랫폼 개발을 가능하게 해주었습니다.”