혁신적인 알고리즘을 위한

자동 코드 발생 B&R

산업 자동화에서 제어 알고리즘 프로그램에 대해, 기존 개발 툴들은 유저에게 표준 프로그램 언어인 IEC 61131-3이나 ANSI C로 제한시킨다. 그러나 Automation Studio를 사용하면, 개발자들은 메카트로닉 개발 환경인 MATLAB이나 Simulink에서 그들의 프로그램을 직접 사용할 수 있다. 이것은 몇 개의 스텝만으로 PLC나 산업 PC에 시뮬레이션 모델을 전송할 수 있게 하는 Simulink를 위한 Automation Studio Target에 의해 가능하다.

폴란드에 있는 Szczecin의 West Pomeranian University of Technology에서 이것은 복잡한 알고리즘을 개발하기 위해 오랫동안 애용한 방법이며, 그리고 그것은 최근 연구와 개발 연구 결과들을 산업 제어 기술에 적용시키기 위해 빠르고 믿을 수 있는 방법으로 제공된다. 예를 들어, 이 기술은 셀프 진단기능을 가진 혁신적인 CNC 밀링 기계를 개발하기 위해 사용되어 왔다.

안정적인 개발을 위한 핵심, 모델 베이스의 디자인
모델 베이스의 디자인을 사용한 메카트로닉 개발과 빠른 시제품화는 혁신적인 연구 데이터의 직접적인 이행을 가능하게 하며, 또한 새로운 제품을 시장에 내놓는 데까지 걸리는 시간을 단축시킨다.

과학적인 연구로부터 나온 결과들은 단지 몇 스텝으로 효율적인 산업적인 사용이 가능하게 산업 하드웨어로 수행될 수 있다. “과거에는, 전 세계에 있는 대학교나 연구 기관들에 개발된 많은 알고리즘들은 전문적으로 사용될 수 없었습니다. 왜냐하면, 산업적인 이행은 많은 시간과 비용이 소비되었기 때문입니다" 라고 BnR, Global Technology Manager인 Philipp Wallner가 설명했다.

West Pomeranian University of Technology의 연구자들은 메카트로닉 개발을 위해 다음 방법을 쓴다.
ㆍ모델 개발 : 프로세스 모델과 컨트롤러 구성 요소 모델이 개발된다.
ㆍ시뮬레이션 : 시스템이나 기계 전체 모델은 Simulink와 같은 시뮬레이션 툴에 셋업된다. 첫 시제품이 만들어지기 전까지, 이 시뮬레이션은 솔루션에 대한 기능들에 관련된 중요한 정보들을 수집하는 것을 도와준다.
ㆍ가상 시제품화 : 그 시뮬레이션에 최적화되고 설정된 개루프 및 폐루프 제어 알고리즘은 Simulink를 위한 Automation Studio Target을 사용하여 산업 컨트롤러에 전송된다. 대개  이 스텝은 ‘온-타깃 빠른 시제품화(on-target rapid prototyping)`라고 불린다. 왜냐하면, 시제품화 시스템은 나중에 기계에서 쓰일 수 있는 시스템이기 때문이다.
ㆍ하드웨어 인 더 루프(hardware-in-the-loop) : 프로세스 자체에 대한 시뮬레이션 모드를 전송하는 옵션으로, 시스템의 전체 움직임은 사람이나 기계에 위험 및 충격 없이 실시간 조건으로 테스트가 가능하다. 여기에, 분리된 프로그램으로 기계 모델은 실시간으로 컨트롤러에서 수행되며, 실제 시스템 움직임으로 에뮬레이트된다.
ㆍ최종 수행 : 시뮬레이션 모델에서 테스트되고 하드웨어 인 더 루프에서 확인된 기능들은 전체 자동화 프로젝트로 통합되며 기계에 실시간 시스템으로 전송된다.

O.C.E.A.N. 프로젝트 - CNC 기계를 위한 오픈 컨트롤 아키텍쳐
일반 모션 제어에 대한 오픈 아키텍처는 유저가 로보틱스나 툴 기계들과 같은 다양한 어플리케이션에 쓰이는 구체적인 기술 모션 프로파일들을 개발할 수 있게 한다. ‘Open modular Control system for linear motioN` 프로젝트(O.C.E.A.N.)에서, West Pomeranian Univeasity of Technology 연구팀들은 오픈되고 모듈화된 구조의 BnR CNC 컨트롤러와 Simulink를 위한 Automation Studio Target을 사용한 자동 코드 생성의 장점을 결합시켰다.
밀링 머신의 다이나믹 위치 보정에 대한 알고리즘은 MATLAB Simulink의 테스트 스탠드에서 개발되고, 자동적으로 산업 컨트롤러로 전송되며, POWERLINK를 통해 드라이브로 이동한다. 이 어플리케이션의 목적은 기계 및 제어 시스템의 비선형성에서 온도 변화, 마모, 그리고 뜯어짐에 의해 발생된 사항들을 최소화시키는 것이다. 중점사항은 다음과 같다:
ㆍ자기 진단 : 진동, 툴 마모 및 다른 파라미터를 모니터하는 것은 기계의 작동 시간과 제품 품질을 늘리는 것을 의미한다.
ㆍ다이나믹 모델 설정 : 파라미터들은 온도 모델을 이행함으로써 동작 중에 다이나믹하게 설정된다.
ㆍ진동 억제 : 기계에서 발생되는 진동(vibration, oscillation)은 활발히 억제된다.

산업 자동화에서 모델에 기반한 개발 방법에 대한 장점과 단점
표준 개발 방법에 비교하여 새로운 개발의 시작점에서 모델을 생성하기 위해 요구되는 추가 작업은 많은 기계 제조업체들에게 불편하다. 기계의 시뮬레이션 모델과 제어 구성 요소들의 개발에서 결정적인 스텝은 요소들이 그 모델에 필수적인가 아닌가를 평가하는 것이다. 모든 시뮬레이션은 모델에 기반되었을 때만 의미가 있다. 이것은 개발 직후에 있는 이 중요한 스텝을 위해 효율적인 시간을 계획하는 것을 아주 중요하게 만든다. 하지만 한 번 적합한 모델이 완성되면, 개발자들은 시뮬레이션과 자동 코드 생성을 위한 강력한 툴들로부터 이익을 얻는다. 이 가속된 이 후 스텝들과 대부분 경우들은 전체 개발 시간을 현저하게 줄이는 결과를 만든다.
Szczecin에 있는 West Pomeranian University of Technology는 기계 제조를 위한 많은 복잡한 기능들을 개발하고 있다. 이전에 설명한 장비들 없이는, 이러한 알고리즘 수행은 가능하지 않거나 엄청난 시간을 소비해야 한다. 그래서 그들이 수 년 동안 MATLAB, Simulink, 그리고 BnR의 Simulink를 위한Automation Studio Target을 신뢰하는 것은 놀랄 일이 아니다.

Krzysztof Pietrusewicz 박사는 폴란드, Szczecin에 있는 West Pomeranian University of Technology에서 로보틱스와 제어 기술 협회에서 조교수이다. Pietrusewicz 박사는 메카트로닉스 분야에서 일해왔으며, 산업 자동화 회사에서 많은 성공적인 연구 프로젝트들 가지고 있다.