간단한 ‘온더팜’ 샘플링 장치로 기존 DNA 샘플링 시스템과 차별화되는 SNPshot™ 시스템용 카트리지. 사진: © RML Machinery
RML Machinery에 따르면 뉴질랜드는 수년 동안 농업 기술 개발의 선두에 서서 축산업의 효율성과 현대화를 이끌어 왔다. 최근 사례로는 SNPshot™ DNA 검사가 있으며, Beckhoff의 기술을 포함한 최신 기술을 활용하여 현장에서 샘플을 채취하는 농부들과 결과 샘플을 처리하는 DNA 실험실의 요구를 충족한다.
카트리지 사출 성형 부품을 조립하는 기계의 모습 사진: © RML Machinery
뉴질랜드에 본사를 둔 자동화 및 로봇 공학 회사인 RML Machinery는 지난 10년간 제어 시스템의 통합을 위해 Beckhoff와 긴밀히 협력해 왔다. RML은 자동화 기술에 대한 유연한 ‘도전 수용’ 접근 방식을 구현하여 호주의 선도적인 FMCG(Fast Moving Consumer Goods) 브랜드에 종합적인 솔루션을 제공한다. Beckhoff 는 진보적이고 유연하며 안정적인 접근 방식을 통해 점점 더 정교해지는 솔루션과 관련해서 항상 한 발 앞서 생각하는 RML의 이상적인 파트너가 되었다.
농장에서 고정밀 DNA 샘플링을 신속하게 진행
SNPshot™ DNA검사 는 광범위한 분야에 적용되며, 전 세계적으로 매년 약 1,500만 개의 샘플을 채취하여 종마, 양, 양식 연어 등의 식별하는 데 사용되고 있다. SNPshot™ DNA 샘플러에는 다양한 동물 ID 태그를 읽을 수 있는 RFID 및 바코드 리더가 모두 장착되어 있다. 또한 샘플링 시 샘플링 지점의 GPS 좌표가 기록되며 이는 실질적인 검증 및 위험 관리 도구로 활용된다.
RML Machinery의 Jon Marden(왼쪽)과 Beckhoff 뉴질랜드의 Neil Pearce(오른쪽)가 기계 앞에 서 있는 모습 사진: © RML Machinery
예를 들어, 샘플러는 조직 샘플을 채취하는 동안 동물의 귀 태그를 읽고 이를 해당 카트리지의 QR 코드에 연결한다. 당일의 샘플링을 마치면 농부는 카트리지 QR코드와 연결된 동물 ID 등 샘플링 데이터를 블루투스를 통해 스마트폰의 SNPshot™ 모바일 앱으로 전송하고, 필요시 클라우드 기반 SNPshot™ 허브와 동기화할 수도 있다. 샘플링 과정이 완료되면 테스트 튜브를 카트리지에서 분리하여 택배를 통해 DNA 실험실로 보낸다. 이 테스트 튜브에는 완충 용액이 포함되어 있기 때문에 배송을 위해 냉각할 필요가 없다. 카트리지와 재활용 가능한 슬리브 모두 샘플러에 빠르고 쉽게 넣을 수 있다. 이 과정 중에 대부분의 사용자는 한쪽에는 새 카트리지가, 다른 쪽에는 사용한 카트리지가 들어가는 간단한 투피스 공구 벨트를 착용한다.
각 동물마다 새 카트리지를 사용하기 때문에 샘플 오염 위험이 최소화된다.
SNPshot™ 카트리지의 장점은 표준 실험실 테스트 튜브와 호환된다는 점이다. 따라서 DNA 실험실로 보낼 때 테스트 튜브는 일반 실험실 장비에서 사용하기에 적합한 크기라는 장점이 있다. 전체 프로세스의 원활한 디지털화는 동물 식별과 관련된 기존의 문제를 최소화하는 데도 도움이 된다.
정교한 카트리지 생산
EK1960 TwinSAFE 콤팩트 컨트롤러는 기능 안전을 보장한다. 사진: © RML Machinery
샘플링 카트리지는 9개의 구성품으로 구성되어 있으며, 그 중 하나에는 식염수가 채워져 있다. 과거에는 이러한 카트리지를 제조하는 데 엄청난 노동력이 필요했기 때문에 이는 생산 병목 현상의 원인으로 지목되기도 했다. SNPShot™은 프로세스를 자동화하고 분당 20개의 속도로 완제품 카트리지를 생산할 수 있는 시스템이 필요했다. RML은 카트리지 본체를 사출 성형기에서 직접 가져오는 A101 사출 성형 어셈블리 기계를 솔루션으로 제안했다. 나머지 8개의 구성품은 별도의 트레이 컨베이어에 적재되며, 여기서 분리되어 별도의 유닛으로 적재될 수 있다.
어셈블리 기계는 로봇 3대, 정밀 포지셔닝을 위한 Beckhoff 서보 축 3대, 부품 식별을 위한 카메라 8개, 식염수 디스펜서 유닛, QR 바코드 프린터, 모든 부품의 완벽한 추적성을 위한 데이터베이스 통합으로 구성되어 있다. 카트리지의 각 캡에는 사전 인쇄된 미니어처 데이터 매트릭스 코드가 있다. 이 코드는 어셈블리 프로세스 중 판독되어 RestAPI 인터페이스를 통해 클라우드 데이터베이스로 전송된다. 그러면 코드가 검증되고 동일한 인터페이스를 통해 보조 QR 코드를 받게 된다. 최종적으로 카트리지 본체 외부에 인쇄되는 것은 이 보조 QR코드이다.
고성능 산업용 PC와 편리한 시각화 기능
AX5103 서보 드라이브와 AX5805 TwinSAFE 옵션 카드는 정밀하고 안정적인 움직임을 제공한다. 사진: © RML Machinery
컨트롤러로는 클록 주파수가 3.6GHz인 쿼드 코어 Intel® Core™ i7 프로세서가 탑재된 Beckhoff의 C6030 초소형 산업용 PC가 선택되었다. 이 고성능 프로세서는 까다로운 어플리케이션에 필요한 모든 컴퓨팅 성능을 제공한다. RML의 Jon Marden에 따르면 이 시스템은 정교한 모션 작업, 총 8대의 카메라에 대한 이미지 처리 제어, 클라우드 기반 데이터 교환, 3대의 로봇에 대한 인터페이스 제어, 그리고 이 모든 모듈을 사용자 친화적인 운영자 인터페이스에 결합한 정교한 인간-기계 인터페이스 등을 안정적으로 처리한다고 한다. 그는 이어서 "이 뛰어난 컴퓨팅 성능이 매우 콤팩트한 디자인으로 제공된다는 사실은 시중의 다른 제품에 비해 제어 캐비닛의 크기도 더 작아진다는 것을 의미합니다"라고 말한다.
Beckhoff 산업용 PC에 연결된 두 개의 터치스크린 모니터는 사용 편의성이 매우 뛰어나다. TwinCAT HMI가 탑재된 모니터로 하나로는 편리한 시각화와 기계 제어가 가능하고, 다른 모니터로는 이미지 처리 어플리케이션에서 각 카메라의 라이브 피드를 확인할 수 있다. 이를 통해 운영자는 전체 프로세스 순서에 대한 명확한 인사이트를 얻을 수 있다.
정밀 축은 EtherCAT을 통해 산업용 PC와 통신하는 Beckhoff AX5103 서보 드라이브로 관리된다. 이 시스템은 시각화를 위한 TwinCAT 3 HMI 서버 외에도 효율적인 데이터 통신을 위해 TwinCAT 3 PLC 및 TwinCAT 3 NC PTP, TwinCAT 3 데이터베이스 서버, TwinCAT 3 TCP/IP, TwinCAT 3 IoT HTTPS/REST 역시 사용한다. Jon Marden에 따르면, Beckhoff가 제공하는 PC 및 EtherCAT 기반 제어 기술의 개방성 덕분에 RML은 단일 하드웨어 공급업체로만 머무르지 않고, 고정밀 위치 추적 시스템을 제공할 수 있었다.
링크:
www.beckhoff.com/c6030
연락처:
Beckhoff Automation Co., Ltd
www.beckhoff.com