라인 끝부분에서 압연 와이어와 프로파일을 정밀하고 깔끔하게 감는 작업은 원활하고 장애가 없는 다음 공정을 위한 필수 요소이다.

평각 및 프로파일 와이어 압연기 제조 분야를 선도하는 Buhler & Co. GmbH는 지멘스의 모션 제어 시스템인 SIMOTION을 도입하여 기술 경쟁력을 높이고 있다.

독일 포르츠하임에 위치한 Buhler & Co. GmbH에서는 모듈형 평각 및 프로파일 와이어 압연기를 맞춤 생산하며, 이는 전 세계 와이어 가공 업체로 수출된다. 이 압연기는 원형 혹은 미리 변형된 모양의 시작 재료를 가지고 매우 광범위한 종류의 와이어 혹은 프로파일 결과물을 형성해낸다. 마지막 단계에서는 건조된 와이어나 프로파일을 표준형 혹은 맞춤형 코일에 감는 와인딩 작업이 진행된다.

와인딩은 항상 레이어 단위로 깔끔하고 정밀하게 진행되어야 하는데, 이는 코일을 최적의 상태로 채우기 위해서이기도 하지만, 더 중요한 이유는 풀기(unwinding)나 다시 감기(re-spooling) 작업 시 코일 레이어가 무너지거나, 엉키거나, 심지어 부서지는 것을 막기 위함이다. 이 문제들 중 하나라도 발생하면 생산이 중단되어 막대한 비용 손실이 발생한다. 이는 단순하게 들릴 수 있지만, 실제로는 전혀 그렇지 않다. Buhler & Co.의 기술 부장인 마르코 쿤켈(Marco Kunkel)은 “특히 와인딩 작업을 시작할 때 감겨진 코일의 지름, 곧 이미 이동한 경로의 크기가 작기 때문에 전환점(changeover points)에서 가속도, 제동, 딜레이 각도를 정밀하게 유지해야 합니다. 이때 시스템에 큰 무리가 가해지게 됩니다”라고 설명했다.

기존의 ‘블랙박스’ 접근법에서 탈피

과거 OEM에서는 장비 제작을 위해 전용 제어기(개루프, 폐루프)를 사용했으며, 최근에는 Unix 기반 제어기를 사용했다. 구매한 ‘블랙박스’가 4㎳ 속도의 위치 제어기를 갖추었고 다양한 변수 설정이 가능하긴 했지만, 빠르게 진행되는 와인딩 작업에 대응하기에는 제어 시간이 너무 오래 걸렸다. 특수 작업을 수행해야 하거나 수정이 요구되는 경우, 제어기 제작처에 먼저 연락을 해야 했다. 게다가, 결함이 있는 제어기는 오직 제작처 에서만 수리가 가능했다. 이로 인해 몇 주 간 생산 중단을 각오 하거나 대체용 제어 장비를 별도로 마련해야 했다.

표준화된 개방형 제어 전략 채택

Buhler & Co.는 기술 경쟁 우위를 유지하고 확장하기 위해 지속적인 노력을 하고 있다. 그래서 미래에 적합한 새로운 제어 솔루션을 찾고 있었으며, 이 분야의 시장 선도업체인 지멘스에서 마침내 원하던 것을 찾게 되었다.

한 곳에서 제어 및 구동

Buhler & Co.는 SIMOTION 모션 제어기를 사용하기로 결정했다. 이 장치는 PC 기반, 제어기 기반, 드라이브 기반의 3가지 형태로 설계되어 있으며, 드라이브 기반형은 성능 확장이 가능하다. Buhler & Co.는 드라이브 기반의 SIMOTION D425 모션 제어기가 적합하다고 판단하여 신속히 도입했다. 이 장비는 2㎳의 클록 사이클 주기(최소 0.5㎳)로 개별 축을 조정할 수 있다. 이 기능 하나만으로 기존의 제어 시간이 단축 되었고, 이론적으로는 트래버싱과 와인딩 성능을 2배나 향상 시켰다. 크게 향상된 성능의 효과는 트래버싱 암의 반전점에서 뚜렷하게 나타났다. 해상도 및 제어 기능이 향상된 결과, 빠른 속도에서도 더 정밀한 제어가 가능하다. 결과적으로 이는 가장 자리의 와인딩 프로파일이 원치 않게 좁아지는 것을 막아준다. 구동부에는 모듈형 SINAMICS S120 드라이브 제품군이 사용될 예정이며 이 역시 지멘스 제품이다. 이로써 모션 제어기와 드라이브를 그룹 내에 책 만한 크기의 소형 패키지로 통합할 수 있게 됐다. 이는 제어 캐비닛 내부의 공간을 절약하고 인터 페이스의 수를 줄일 수 있으며, 제어기와 구동기 사이의 외부 통신(PROFIBUS) 연결 또한 제거해 준다. 이것이 가능한 이유는 구동 단계에서의 통신을 위해 지멘스의 혁신적인 디지털 시스템 인터페이스인 DRIVE CLiQ가 독점 사용되기 때문이다. DRIVE CLiQ를 이용하면 시운전과 유지관리가 간편하다. 전자 명판을 사용하여 모든 구동 요소를 자동으로 파악하므로, 지루하고 시간이 많이 걸리는 수작업 설정이 불필요하다. 이는 작업 중단 시간을 줄이고 시스템 가용성을 높여준다.

표준 적용 분야 기반: 트래버싱 암을 위한 SIMOTION Traversing Drive

SIMOTION을 사용하기로 결정한 또 다른 이유는, 지멘스의 Converting Toolbox가 제공하는 다양한 표준 적용 분야를 통해 적은 비용으로도 고객의 다양한 요구사항을 충족할 수 있기 때문이다. 여기에는 기본적인 시각화 및 문서화를 포함하여 실행 가능한 일반적인 프로젝트가 포함된다. Converting Toolbox에는 트래버싱 암 적용 분야도 포함되어 있다.

미래에는 지멘스의 모듈형 SINAMICS S120 제품군 드라이브와 SIMOTION D 구동기 기반의 모션 제어 시스템을 결합하여 와인딩 작업을 제어하게 될 것이며, 작업 속도가 최대 50% 상승하게 될 것이다.

완벽한 협업

시간이 촉박했던 탓에, 이 적용 분야는 Buhler의 트래버싱 스풀러용으로 지멘스의 드라이브 분야 전문가들과 함께 수정되 었다. 이는 사용자에게 잘 알려지고 친숙한 SIMATIC WinCC flexible의 기존 운영자 인터페이스를 수정하는 것이었다. 이를 통해 모션 제어기, 구동부, HMI를 위한 엔지니어링을 모든 구성요소에 접근할 수 있는 단일 플랫폼에서 실현하게 되었다. 표준 SIMOTION 적용 분야에 기본 기술 기능이 이미 통합되어 있기 때문에 별도의 비용 없이 원하는 작업을 구현할 수 있다.

결과 및 비용, 그리고 수행된 엔지니어링 작업을 검토하는 과정에서 Buhler의 담당자들은 제어기 업체와 기술 선정에 관한 자신들의 결정이 옳았음을 확인하게 되었다. 신규 사용자들은 또한 최첨단 모션 제어 시스템과, 특히 그것이 개방형이라는 점을 환영한다. 이 시스템은 전 세계적으로 신속히 배포할 수 있으며, 필요에 맞게 빠르게 변경이 가능하다. 코일의 측정 시스템을 통합하고 트래버싱 암 적용 분야로 측정값을 전송하는 방안 역시 고려 중이다.