Application Story
PC 기반 제어 및 드라이브 기술이 첨단 인덱스 절삭기를 자동화하다
21개 축의 매우 복잡한 움직임이 모두 작은 공간 안에서 안전하게 구현되다
스위스의 퀴스나흐트암 리기에 본사를 둔 DurrerSpezialmaschinen AG는 다양한 산업용 특수 기계를 개발한다. 좋은 예로, Durrer는 카탈로그 같은 인쇄물에 계단형 인덱스를 절단하는데 사용되는 종이 가공 산업용 REGA 3를 생산한다. 이런 복잡한 과정은 각 섹션에 해당하는 페이지의 정확한 절삭뿐만 아니라, 다양한 종이 종류에 따른 정확한 페이지 카운팅을 요구한다. Durrer는 수년 전 완전 자동 기계로 이 과정에 혁신을 불러일으켰다. 최근에, Durrer는 Beckhoff의 소형 통합 드라이브 및 제어 기술을 기반으로 해서 더 빠르고 더 유연하게 그리고 증가된 프로세서 안전성으로 이런 작업을 수행할 수 있는 새로운 기계 세대를 개발했다.
Durrer의 REGA 3은 복잡한 단계형 인덱스 절삭 공정의 완전 자동화를 가능하게 한다.
특수 기계 제조업체로서, Durrer는 까다로운 모션 제어 요건을 가진 다양한 어플리케이션에서 수년간의 경험을 지니고 있다. 최신 REGA 3은 좋은 예를 제공한다. Beckhoff의 소형 OCT(One Cable Technology) 드라이브 기술 덕분에, 단지 2.8 x 1.8 x 2.0 m 크기의 캐비닛 안에 매우 복잡한 모션 시스템을 구현하는 것이 가능했다. REGA 3은 주소록, 카탈로그나 사전 같은 제품을 생산하기 위한 완전 자동 카운팅 및 절삭 장치와 함께 작동하는 2개의 독립적인 매뉴얼 인피드 및 배달 스테이션으로 구성되어 있다. 프로세싱 스테이션 자체는 이동장치, 카운팅 제어가 있는 parallel-edge 카운팅 장치, 절삭 장치, 카운팅 및 절삭 장치를 위한 움직이는 작업대 및 절삭된 종이들을 처리하기 위한 컨베이어 벨트로 구성되어 있다.
Durrer의 개발 책임자인 Patrick Suter는 이 기계의 주요 특징에 대해 “REGA 3은 기계적으로 셀 수 있는 모든 종류의 종이로 최대 350 x 350 mm의 양장본 및 페이퍼백을 가공할 수 있습니다. Parallel-edge 카운팅 장치는 카운팅 공정 중에 자동 제어가 가능합니다. REGA 3은 단말기를 통해 메뉴 제어와 함께 간단한 파라미터 입력 덕분에 높은 오퍼레이터 편의를 제공합니다. 페이지 수 및 길이와 절삭 깊이 같은 절삭 파라미터는 각각의 절삭 작업에 대해 개별적으로 프로그램 될 수 있습니다. 예를 들어, 그들은 ‘영수증’의 형태로 저장될 수 있으며 연간 카탈로그의 주기적인 가공을 위해 검색될 수 있습니다”라고 설명한다.
개방형의 유연한 제어 기술, 특수 목적의 엔지니어링에 최고의 이점 제공
Durrer는 2008년 이후 특수 목적 기계의 자동화를 위해 Beckhoff의 PC 기반 제어를 사용하고 있다. Patrick Suter에 따르면, 주요한 요인은 이 제어 기술의 개방성, 유연성 및 모듈성을 포함한다. 그는 “PC 기반 제어는 다양한 제품을 위한 모든 제어 및 구동 요건을 처리할 수 있습니다. 게다가, XFC(eXtreme Fast Control) 기술이나 eXtended 운송 시스템 (XTS)과 같은 혁신 덕분에, 우리는 시스템 정비가 필요 없는 미래 개발을 위한 풍부한 유연성을 가지고 있습니다. 더 중요한 특징은 제품의 고품질 및 Beckhoff가 제공하는 종합적인 기술적 지원을 포함했습니다”라고 말한다.
개방성 및 유연성은 또한 통신 시스템으로서의 EtherCAT의 중요한 이점이다. Patrick Suter에 따르면, 한편으로, EtherCAT은 이더넷 기반 버스를 제공한다. 이는 EtherCAT이 IT 표준을 충실히 지키며 미래 혁신을 구현할 수 있는 능력을 제공한다는 의미이다. 다른 한편으론, EtherCAT은 널리 사용되는 표준으로서 자리매김했다. 이는 다른 업체의 센서 구성요소에 관한 한 많은 선택권이 있다는 의미이다. 게다가, 안전 관련 통신은 전체 제어 시스템에 안전을 쉽게 구현하기 위한 EtherCAT의 통합된 기능 중 일부분이다. 이런 식으로, TwinSAFE I/O 또는 옵션 AX5805TwinSAFE 드라이브 카드를 통해서 40m 핀치 나이프로부터 기계 오퍼레이터의 맞춤형 보호를 구현하는 것이 가능하다. 이것은 또한 보호 문과 출입구의 모니터링, 라이트커튼과 단자판, 공압 메인 밸브의 활성화/ 비활성화 및 SS1, SOS과 STO를 통한 서보 축의 제어를 포함한다.
개요
특수 기계의 엔지니어링
계단형 인덱스의 절삭 동안 매우 정밀하고 안전한 축 제어
고객 혜택
완전 자동 가공 공정과 소형 기계 설계
적용된 PC 제어
AX5000, EL7201 및 AM8000: One Cable 기술과 매우 다이나믹하고 소형의 구동 솔루션
IP 67 I/O 모듈: 가공 중에 직접적으로 공간 절약 데이터의 수집은 배선을 최소화
TwinSAFE: 전체 시스템에 완벽하게 통합된 하드웨어 및 소프트웨어와의 안전 솔루션
REGA 3은 양장본 인쇄물의 가공을 또한 가능하게 하다. 사진에서 REGA 3이 공급 및 배달 스테이션에 있다.
인텔 셀러론 CPU, 1.4 GHz 클록 주파수 및 Windows 내장 표준 7 운영체제를 탑재한 Beckhoff의 CX2020 내장 PC는 REGA 3의 제어 기능을 처리한다. TwinCAT PLC HMI 소프트웨어 및 15.6″ CP2916 멀티터치 제어패널은 머신 데이터의 시각화에 사용된다. 여기서도 Patrick Suter는 미래 HMI 개념의 주목할 만한 이점을 언급한다. “와이드 스크린 덕분에, 제어패널은 우리의 HMI 인터페이스를 최적으로 지원합니다. 멀티터치 기능은 고급스럽고 우아한 패널 디자인은 두말할 필요 없고 미래의 시각화 개발에 많은 혁신 잠재성을 제공합니다.”
다이나믹한 서보 기술이 복잡한 모션 제어를 가능하게 하다
다음의 기술 데이터는 축 움직임의 역학 및 정밀도라는 관점에서 REGA 3 인덱스 절삭기의 엄격한 요구사항을 설명한다. 총 21개 서보 축은 초당 최대 50장의 종이를 셀 수 있다는 것과 절삭이 초당 최대 6번까지 이루어질 수 있다는 것을 보증한다. 17개의 축은 단일 채널 AX5112 서보 드라이브를 통해서 또는 9개의 2-채널 AX52xx서보 제어기를 통해서 제어된다. AM8000 시리즈의 다이나믹한 서보모터 -정지 유지 브레이크와 함께 또는 없이- 는 축 움직임에 사용된다. 경우에 따라서 AM85xx 서보 모터가 사용된다. 이것은 증가된 회전자 관성 모멘트 덕분에 특히 높은 제어 품질을 제공한다. 셈에 사용되는 4개의 나머지 축은 축의 구현에 있어서 매우 소형이고 EL7201 서보모터 단자 및 그에 상응하는 AM8100서보모터를 갖추고 있다.
특히, 21개의 서보 축은 다음의 모션 작업을 수행한다. 공급 및 배달 스테이션은 책을 위로 구부리기 위한 Y와 Z 축뿐만 아니라 책 수송을 위한 축을 갖추고 있다. 카운팅 장치에서, Z 축은 포맷 죄는 부분을 움직인다. 서보모터 단자가 각각 종이의 카운팅 및 버퍼링을 제어한다. 게다가, 기울이기 위한 2개의 축과 기계적 카운팅 시스템을 움직이기 위한 4개의 축이 있다. 이 축들 중 2개는 전자 기어를 통해 연결된다. 절삭 동안, 3개의 서보 축이 정밀 인피드에 사용되고, 1개의 축이 절단기 칼날의 움직임을 제어한다.
시스템에 사용되는 모든 서보모터는 전원 및 피드백 시스템을 하나의 표준 모터 케이블로 결합하는 One Cable 기술
(OCT)로부터 도움을 받았다. “모터 연결이 하나의 케이블만으로 이루어지기 때문에 20~30%까지 배선 노력을 줄입니다. 시스템의 일부 구성요소는 하나의 케이블만을 갖추고 있어야 하기 때문에, 우리는 구성요소의 설계를 단순화 할 수 있었습니다”라고 Patrick Suter는 그 이점에 대해 설명한다.
로컬 I/O 모듈이 설치 노력을 줄이다
OCT 솔루션과 함께, 기계의 I/O 신호 대부분을 처리하는 시스템으로부터 멀리 떨어져 설치할 수 있는 IP 67 EtherCAT 박스 모듈에 의해 설치 노력은 더 줄어든다. 제어 캐비닛 그 자체는 EL1008와 EL2008 EtherCAT 단말기의 형태로 8개의 디지털 입력/출력을 그리고 EL6900TwinSAFE PLC 및 EL1904와 EL2904TwinSAFE 단말기의 형태로 12개의 안전 입력과 4개의 안전 출력을 수용한다. 모든 다른 I/O는 EtherCAT Box 모듈로 공장 전체에 분산되어 있다 - 전체 56개의 디지털 입력, 24개의 디지털 출력 그리고 16개의 디지털 안전 입력.
-고정밀 역학 및 모션 제어를 통해서, 기계적으로 셀 수 있는 모든 종류의 종이로 각 섹션의 페이지 수가 정확하고 확실하게 계산 될 수 있다.
-Durrer의 개발 책임자 Patrick Suter에게, PC 제어 솔루션의 주요 이점은 미래 기술을 구현하기 위한 유연성, 개방성 및 가능성이다.
-작은 크기와 높은 역학 덕분에, AM8000 시리즈의 OCT 서보 모터는 공간이 제한된 어플리케이션에서 까다로운 모션 작업에 아주 적합하다.
시스템은 2개의 EP2339 (16-채널 디지털 입력 또는 출력), 3개의 EP2316(8 채널 디지털 입력 및 8-채널 디지털 출력), 2개의 EP2816(D-Sub 소켓을 가진 16 채널 디지털 출력) 및 2개의 EP1908TwinSAFE EtherCAT 박스 모듈(8-채널 디지털 입력)을 갖추고 있다. “EtherCAT 박스 모듈 덕분에, 우리는 케이블 하네스를 더 작게 만들고 배선 노력을 50%까지 줄일 수 있었습니다. 이제 우리는 공정 중에 디지털 신호를 직접 수집해서, 소형 IP 67 I/O 모듈로 전송하고, EtherCAT을 통해 제어 캐비닛에 전달할 수 있습니다. 미리 조립된 케이블 덕분에, 기계 배선이 또한 훨씬 더 간단해 졌습니다”라고 Patrick Suter이 설계의 이점에 대해 설명한다.