![[인터뷰] (주)인터엑스, 제조업 현장 혁신 위한 통합 AI 솔루션](https://file.yeogie.com/img.news/202509/sm/RVyNGqfEzL.jpg)
중국의 Jingsheng Mechanical & Electrical 은 태양광 장비용 반도체의 단결정 제조를 위한 용광로 분야에서 선도적인 공급업체이다. 사진: © Beckhoff
중국 기업 Jingsheng Mechanical & Electrical은 단결정반도체생산 을 위해 과거에는 공정 제어 시스템과 온도 제어 시스템을 별도로 운용했다. Beckhoff 의 PC 기반제어 기술로 전환한 이후, 비용 절감은 물론 높은 확장성을 통해 시스템 구현도 더욱 용이해졌다. 또한, TwinCAT 소프트웨어는 고객 지적 재산(IP)의 보호 기능도 가능하게 한다.
Embedded PC(CX8080), TwinCAT 자동화 소프트웨어, EtherCAT 터미널로 구성된 플랫폼이 태양광용 반도체 생산 공정을 제어한다. 사진: © Beckhoff
중국 저장성에 본사를 둔 Jingsheng Mechanical & Electrical Co., Ltd. (JSG)는 반도체 및 태양광 산업용 첨단 장비를 전 세계에 공급하는 선도적인 기업이다. 다년간의 개발 경험을 바탕으로, JSG는 태양광 장비용 결정 제조 기술의 신뢰할 수 있는 공급업체로 자리매김했다. JSG는 단결정 용광로 자동화를 위해 기존의 PLC와 온도 제어 시스템을 사용했다. 그러나 온도 제어 시스템은 기능이 제한적이었고, PLC와 함께 사용할 경우 전체 시스템의 유연성이 크게 떨어졌다. 이에 따라, JSG는 산업용 이더넷 시스템 EtherCAT을 통해 필드 디바이스를 손쉽고 유연하게 연결하기 위한 임베디드 PC, TwinCAT 자동화 소프트웨어, 다양한 EtherCAT 터미널로 구성된 Beckhoff 제어 플랫폼을 도입했다. 이 통합 제어 플랫폼은 두 개의 개별 디바이스를 대체하며, JSG에 따르면 개별 요구 사항에 대한 유연한 대응이 크게 향상된다.
안정적인 공정 제어가 핵심 요건
단결정의 제조는 특정 조건에서만 가능하다. 실리콘을 용광로에서 녹이고, 금속 막대에 부착된 단결정 시드 크리스탈(seed crystal)을 용융물에 담그면 결정화 과정이 시작된다. 용융물을 일정한 온도로 유지하는 동안, 막대를 천천히 회전시키며 위로 당겨 잉곳(ingot)이라 불리는 결정 기둥이 최종 직경에 도달할 때까지 결정이 생산될 수 있도록 한다. 웨이퍼로 절단되어 태양광 모듈에 사용되는 단결정 반도체는 결정 방향이 균일하여 효율이 높다는 장점이 있다.
전제 조건은 수일에서 보름에 이르는 장시간 동안의 정밀한 순차 제어와 안정적인 공정 제어이다. 온도 제어는 필수적이다. 온도가 고르지 않으면 다결정 물질이 생성되어 결정 격자에 구조적 결함이 발생할 수 있기 때문이다. 지속적인 용광로 운영을 위해서는 제어 시스템이 대량의 데이터를 처리할 수 있어야 한다. 하지만 Beckhoff의 임베디드 PC에서는 전혀 문제가 되지 않는다. 산업용 등급의 DIN 레일 컨트롤러는 열악한 환경 조건에서도 안정적으로 작동한다. JSG는 초기에는 CX1030 임베디드 PC를 사용했으며, 현재는 프로젝트 요구 사항에 따라 CX9020 또는 CX8080이 중앙 컨트롤러로 사용되고 있다. 이 회사는 새로운 CPU 세대에서도 지속적으로 사용할 수 있는 컨트롤러의 확장 가능한 성능을 통해 생산을 최적화하고 비용을 절감함으로써 경쟁력을 강화하고 있다.
JSG는 주로 TwinCAT 2 제어 소프트웨어를 사용하지만, 확장된 기능이 필요한 경우 TwinCAT 3로 쉽게 전환할 수 있다. 제어 프로젝트를 마이그레이션할 때는 코드 자체만 약간 변경하여 간단히 확장 및 업그레이드할 수 있다. 또한 TwinCAT은 광범위한 통신 프로토콜을 지원하여 메인 제어 시스템과 서브 시스템 간의 통신(예: 가열 및 자기장 생성)을 가능하게 한다. 원활한 데이터 전송 및 교환은 통합 효과를 발생시키며 시스템 전반의 효율성을 향상시킨다. JSG 수석 전문가 Wang 씨는 Beckhoff 소프트웨어 플랫폼에 대해 다음과 같이 평가한다. "TwinCAT 소프트웨어는 완성도가 높고 현장에서 검증된 솔루션이며, 유연한 프로그래밍 구조 덕분에 다양한 데이터를 손쉽게 처리할 수 있습니다. 또한 PC 기반 제어 아키텍처를 통해 컨트롤러를 MES 시스템에 쉽게 연결하여 생산 시스템과 기업 시스템 간의 데이터 교환을 원활하게 할 수 있습니다.”
고품질 단결정 반도체의 제조를 위해서는 며칠에서 최대 2주에 이르는 기간 동안 용광로를 연속으로 가동하는 것이 전제 조건이다. 사진: © Beckhoff
EtherCAT을 통한 유연한 구성
EtherCAT 기반 실시간 통신을 위해, JSG는 다양한 EtherCAT 터미널 중에서 선택할 수 있다. Wang 씨는 이렇게 설명한다. “EtherCAT 분산 I/O 모듈은 자유로운 토폴로지 구성과 폭넓은 설정 옵션을 제공하여 프로젝트 구현에 높은 유연성과 효율성을 제공합니다.” 따라서 다양한 프로젝트의 요구 사항과 비용 요건에 따라 선택할 수 있다. Beckhoff의 EtherCAT 제품은 사용이 간편하고 호환성이 뛰어나며, 다른 제조사의 슬레이브 제품을 성능 저하 없이 대체할 수 있다. 또한 EtherCAT 제품 간의 일관성도 유지된다. EtherCAT은 스위치나 기타 활성 장치가 필요 없기 때문에, 하드웨어 장비의 구매 및 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 배선 작업과 시운전 과정도 간소화된다.
작업 단위 분리를 통한 코드 보호
단결정로 제어의 핵심 구성 요소 중 하나는 온도 제어이며, 고객은 이와 관련된 지적 재산을 고도의 기밀로 보호해야 한다. TwinCAT 모듈형 자동화 소프트웨어의 장점은 전체 제어 프로그램을 우선순위에 따라 여러 개의 하위 태스크로 손쉽게 분리하고, 각각을 서로 다른 사용자에게 독립적으로 할당하여 관리할 수 있다는 점이다. 변수 매핑을 통해 서로 다른 하위 태스크 프로그램 간의 데이터 교환이 가능하다. 각 개별 태스크는 TwinCAT에 의해 런타임 중 실행된다. 모듈식 설계로 소프트웨어 개발과 유지 관리가 더욱 유연하고 효율적으로 이루어진다. 또한 JSG는 멀티 PLC 태스크 처리 방식을 채택하여 핵심 프로세스 알고리즘을 단일 PLC 프로그램으로 통합한다. 핵심 알고리즘의 보안을 위해, JSG는 해당 프로그램을 디컴파일이 불가능한 바이너리 코드 형태로 저장한다. 해당 바이너리 코드 파일을 대상 컨트롤러에 복사하는 것만으로 전체 프로그램을 다운로드할 수 있어, 배포가 매우 간편하다.
2023년, 중국 Jingsheng Mechanical & Electrical의 대표단이 독일 Verl에 위치한 Beckhoff Automation 본사를 방문했다. 이들은 다음과 같은 인사들의 환대를 받았다. (사진 기준 왼쪽부터) Dr. Chao He (중국 영업 매니저, Beckhoff), Dr. Changsheng Hua (데이터 과학 및 엔지니어링 매니저, Beckhoff China), Xingkai Ma (Beckhoff China 상무이사), Hans Beckhoff (Beckhoff 창립자 겸 대표), Dr. Jianwei Cao (Jingsheng 회장), Jin Tu (Jingsheng 부사장), Kai Ristau (국제 영업 총괄, Beckhoff). 사진: © Beckhoff
회사의 최신 기술 혁신과 관련하여, JSG 수석 전문가 Wang 씨는 다음과 같이 말한다. "JSG는 개방형 플랫폼 아키텍처를 기반으로 한 5세대 단결정 용광로를 출시했습니다. 가장 큰 장점은 기존의 폐쇄형 제어 시스템 모델에서 개방형 아키텍처 기반의 소프트웨어 제어 구성으로 전환했다는 점입니다. 이 플랫폼은 TwinCAT Automation Interface를 기반으로, 고급 언어 프로그래밍을 통해 TwinCAT XAE 구성을 자동으로 생성할 수 있도록 합니다. 최종 고객은 이 인터페이스를 사용하여 자체 제조 공정에 관한 귀중한 지식을 소프트웨어 모듈로 전환할 수 있습니다. 이를 통해 최종 사용자는 맞춤형 프로세스를 개발하고, 자체 혁신을 보호하여 경쟁력을 강화할 수 있는 역량을 확보하게 됩니다.”
링크:
www.jsjd.cc/en
www.beckhoff.com/twincat