서보모터 제어 기술을 통한 분당 100 사이클 생산
B&R
비용을 줄이고 속력을 빠르게 하기 위해 수축 포장 전문기업인 Extreme Packaging사는 그들의 최신 서보 포장기에 공압 축을 제거하고, 모든 컨트롤과 HMI 기능을 하나의 하드웨어에 통합시킨 합리적인 기계 디자인을 적용했다. 이를 통해 사용자는 압축 포장에 있어 첨단 기계 솔루션의 혜택을 받을 수 있게 됐다.
Extreme Packaging Machinery사는 수축 터널과 인피드 시스템으로 고속 자동 포장기를 제작한다. 그들의 디자인은 사용의 편리성과 유연성, 그리고 낮은 유지비용에 중점을 두고 있다.
1990년에 창립된 Extreme Packaging사는 수축 포장 장비를 생산하고, 교육과 컨설팅을 제공하며, 성능을 향상시키는 장비 개장하고, 인피드, 그리고 사용자 사양의 시스템을 만든다. 또한 구하기 힘든 교체 부품들을 제공한다. 이 풍부한 실제의 경험에 의거하여 회사는 포장 산업에서 충족되지 않았던 수요들을 인식할 수 있었고，1999년에 자동 수축 기계의 첫 번째 시리즈를 소개했다.
서보가 공압 축들을 교체하다
Extreme Packaging은 최신 수축 포장기를 공압 솔루션에서 분당 100 패키지(ppm)의 처리속도를 내기 위해서 B&R의 서보 솔루션으로 교체하기로 결정했다. 새로운 포장기는 최고 7개의 축들과 200ppm으로 서보 포장기의 모든 라인뿐만 아니라 수축 터널과 인피드의 모든 라인을 보충한다. Extreme Packaging의 엔지니어들은 기계의 제작을 단순화하고，공압실린더, 온도 컨트롤러, PLC, HMI, 그리고 그들의 SAL(Servo Auto Length)의 모든 소프트웨어를 교체했다.
Extreme Packaging의 대표인 Ray Uttaro씨는 “우리는 공압의 사용을 제거하고 싶었습니다. 그러나 이 솔루션은 공압으로 작동하던 시스템들보다 더 높은 비용을 필요로 했습니다"라고 설명했다.
컨트롤 플랫폼으로는 B&R Power Panel 65를 사용했다. Extreme Packaging의 디자인 엔지니어인 Mike Laurin는 “HMI와 컨트롤러는 하나의 유닛입니다. 시스템과 I/O 데이터들은 이더넷으로 통신합니다. 이것은 굉장한 통합 컨트롤 패키지입니다" 라고 말했다. PP65에는 봉합 공정을 위한 두 개의 PID 온도루프, 오퍼레이터 인터페이스, 기계 셋업 설명, 진단, 그리고 터치스크린 오퍼레이터 패널의 설명서와 같은 모든 컨트롤 기능들이 결합되어 있다.
또한 최대 100가지 설정을 위한 제품 레시피 저장 공간을 가지며, 원격 진단을 위한 내장VNC 서버도 가지고 있어서 자동으로 다양한 범위의 제품들을 위해 포장봉투의 길이와 오퍼레이팅 매개 변수들을 설정한다.
B&R의 통합 소프트 환경인 Automation Studio를 사용하면 기계 컨트롤의 모든 부분을 하나의 프로그램으로 개발할 수 있다. Laurin씨는 “B&R 솔루션의 또 다른 좋은 특징 중 하나는 CompactFlash 카드입니다. 이것은 모든 구성 요소들을 위한 프로그램과 펌웨어를 포함하고 있어, 필요한 경우에 구성 요소들을 교체하는 것이 매우 쉬워집니다"라고 설명했다.
B&R 시스템으로 교체하기 전에 사용하던 micro PLC는 온도 조절 기능이 없었다. Mike Laurin은 “기존에는 개개의 컨트롤러를 사용하여 PLC를 비용 면에서 효과적으로 통합하기가 어려웠습니다. 그러나 B&R 시스템으로의 전환으로 하드웨어 구성 요소들의 수를 줄일 수 있었고，그들을 쉽게 통합할 수 있었습니다. 이것은 우리의 제조 단가를 낮추었고, 고객들은 낮은 가격으로 더 오랜 소유권을 가지게 되어 문제를 쉽게 해결할 수 있게 되었습니다"라고 말했다.
소음이 적고 신뢰할 수 있다
사이클 타임을 빠르게 하기 위해서 수평과 수직 접합 벨트를 위한 공압 실린더가 서보 모터로 교체되었다. 고성능 Power Panel은 서보 드라이브의 위치를 제어하고, 휴지 시간과 접촉 압력을 조절한다. 3 개의 가변 인버터(variable frequency drive)는 인피드, 측면 씰, 그리고 트레블링 교차 씰 벨트를 제어한다. 리얼 타임 운영체제는 모든 축들을 동기화 시킬 수 있다. “현대적인 B&R 기술의 사용으로 모든 속력 범위 내에서 부드럽고, 조용하고 안정적인 가동을 하여 유지보수가 줄어들었다" 라고 Uttaro가 덧붙였다.
그는 "벡터 드라이브 측면 씰과 교차 씰 벨트는 더 강한 실링을 위한 제품 사이의 필름 장력을 줄이기 위해 벨트 속도의 독립적인 전자 제어를 보장합니다. 또한 우리는 B&R 컬러 터치스크린을 통해서 이를 쉽게 조절하고 저장할 수 있습니다"라고 말했다.
어플리케이션을 위한 가장 큰 도전
제품을 포장하기 위해 사용되는 박막의 좋은 씰링을 확실하게 하기 위해 속력 제어는 매우 정확해야 한다.
도장 헤드와 움직이는 벨트 사이의 속력이 맞지 않으면 실링이 되는 동안 필름이 움직여 좋지 못한 결과를 가져온다.
불량 봉합은 필름이 열 터널에서 제품 주위를 제대로 감쌀 수 없게 하여, 제품은 주변 요소들로부터 보호될 수 없다.
속력 이외에 두 번째로 중요한 파라미터는 포장된 제품을 크로스 실링 하는 동안의 일관된 씰 압력이다. 서보는 씰 입구가 공기 실린더보다 씰 압력에 있어서 더 높은 일관성을 가지도록 제어한다. 공기압은 변동될 수도 있고 실린더가 바르게 유지되지 않는다면 개/폐 속력을 잃어버릴 수도 있기 때문이다. 모든 VFD는 서보 드라이브와 같은 Ethernet POWERLINK 네트워크를 공유하여 파라미터를 매우 쉽게 즉석으로 바꿀 수 있고, 기계 가동과 동기화시킬 수 있다.
이와 함께 제어장치의 업그레이드는 기계의 속도를 분당 70 패키지에서 100 패키지로 늘렸다. 이 업그레이드로 Extreme Packaging 엔지니어들은 전체 공압 솔루션-공기 호스, 압축기, 공기 필터, 그리고 공기 컨트롤러-을 교체하여 기계 제조를 단순화시킬 수 있게 되었다. 모든 축들은 필요에 따라 서보를 장착할 수 있어 추후 분당 200 사이클까지 생산을 증가시킬 수 있다.