Solvere Systems, 코카콜라의 주요 납품업체에서 생산 중단 없이 사출성형기 업그레이드
지멘스

Southeastern Container의 라인을 가동하면서 시간당 40,000개의 페트병을 생산하는 동안 제어 및 자동화 시스템을 현대화한다.

2010년 미국 플로리다주 올랜도 소재의 코카콜라 페트병 제조업체인 Southeastern Container(SEC)의 엔지니어들은 Sidel 사출 성형기를 개선할 때라고 판단했다. 이 프랑스산 기계는 기계적으로 잘 작동하고 있었지만, 15년 이상 된 제어 및 자동화 시스템은 이미 효용성을 잃고 말았다.
이 기계를 자동화하는데 사용된 기존의 S5 PLC는 더 이상 제조되지 않으며 교체하는 데 종종 오랜 시간이 필요했다. 따라서 구식 PLC를 계속 사용함으로 인해 SEC 플랜트 유지보수 직원들은 온라인 문제 해결에 어려움을 겪고 있었다. 더욱이 최신 독립형 PLC에는 공기 회수, 공기압 조절, 자동 윤활, 레이저 인쇄 및 육안 검사를 위한 온보드 시스템이 포함되어 있었다. 이러한 온보드 시스템은 S5 PLC와 연동되지 않았으므로 시스템 차원의 통합적 제어가 불가능했다.
기계에 있는 무용지물의 운영자 스테이션도 플랜트 직원들에게는 골칫거리였다. 메시지 디스플레이는 고장 나기 일쑤였고 LED 화면 일부는 못쓰게 되었다. 이 디스플레이는 S5 PLC의 디지털 출력으로 제어되며 간단한 메시지 텍스트만 볼 수 있었다. 보고서에는 9핀 도트 매트릭스 프린터가 필요했으며, 프랑스 제조업체의 영문 텍스트는 이해하기 어려웠다. 쓸모없는 루프 컨트롤러는 S5 PLC의 자동화 램프 열 제어 기능과 직렬로 통신했다. 336개 램프용의 336개 온/오프 푸시버튼과 함께 8개 구역을 손질하는데 셋업 시트가 사용되었으므로 제품 전환 도중 운영자 오류 위험이 증가했다.

당면 과제 충족하기
사출 성형기의 자동화 및 제어 문제를 해결하기 위해 SEC는 지멘스 솔루션 파트너이자 미국 노스캐롤라이나주 벨몬트에 기반을 둔 Solvere Systems에 도움을 요청했다. 이전 기계를 유사하지만 새로운 사출 성형기로 교체하는 것은 최대 400만 달러가 소요될 수 있기 때문에 이 회사는 Sidel 기계의 기계적 부품은 유지한 채 제어 시스템을 업그레이드하는 방법을 선택했다. 이 업그레이드를 통해 S5 PLC를 Siemens SIMATIC S7-319 컨트롤러 및 기타 지멘스 자동화 제품으로 교체하기로 했다. 그 결과 성능과 효율성을 개선하는 한편 운영은 간소화되고 보다 강력한 진단 및 데이터 연결 기능을 제공하게 될 것이었다.
Solvere는 회사 설립 이후 처음으로 큰 문제에 직면했다. SEC는 업그레이드를 위해 기계의 서비스를 중단할 수 없었던 것이다. 따라서 S5 및 새로운 S7 컨트롤러를 동시에 가동하면서 생산을 유지하는 전략을 생각해 냈다.
Siemens SIMATIC S7-319 컨트롤러는 원래 컨트롤러의 기능을 유지하기 때문에 S5의 논리적 대체 제품으로 적합했다. 기계 운영의 많은 측면이 S5에서 S7 플랫폼으로 쉽게 전환되었으며, 새로운 제어 시스템에는 레시피 관리 기능이 있는 15인치 MP 377 HMI 컬러 터치스크린 및 자동화와 데이터 네트워크를 위한 Profinet/이더넷 연결도 포함되어 있었다.
S7 컨트롤러는 3개의 랙에 설치되었으며, 2개의 인터럽트 입력 모듈을 필요로 하는 32개의 고속 입력을 포함하여 224개의 디지털 입력을 갖추고 있다. 또한 96개의 디지털 출력, 7개의 아날로그 입력, 10개의 아날로그 출력도 갖추고 있다. 고속 입력은 안전 I/O를 모니터링하는 데 사용된다. 문제가 발생할 경우 기계는 즉시 멈추어야 한다. 이 경우 입력 모듈은 컨트롤러에 하드웨어 인터럽트를 생성하고 컨트롤러는 브레이크를 걸어 두 성형 스테이션이 지나기 전에 또는 18° 이상 회전하기 전에 기계를 멈춘다.

하나, 둘, 셋, 시작!
SEC의 생산 요구 사항을 유지하기 위해 Solvere는 3단계로 전환 과정을 완료했다.

1단계
첫 단계는 S7 컨트롤러를 설치하고 주말의 다운타임 동안 S7 프로그램을 디버깅하는 것이었다. 그 다음 S5 PLC는 생산 요구를 수용하기 위해 다시 제어를 수행했다. S7 컨트롤러 업그레이드를 완료하고 테스트를 거치고 나면 S5는 더 이상 필요하지 않아 전환하는 동안 백업 시스템으로만 이용된다.
업그레이드의 일환으로 Solvere는 기존 Sidel 제어 패널 위에 S7 컨트롤러를 위한 새로운 제어 패널을 제공했다.

제어 패널은 기계의 예방 유지보수가 예정되어 있던 주말 동안 설치됐다.
각 S7 컨트롤러 모듈에 미리 설치된 20개의 도체 케이블을 S5 제어 패널에 연결하고 Sidel 터미널 스트립에 최종 연결하여 두 PLC에 I/O 포인트를 연결했다. S7 제어 패널은 SEC의 시설로 운송되었으며, 이곳에서 224개 입력과 96개 출력이 Sidel 메인 패널 I/O 터미널 스트립에 배선되었다.
PLC를 전환하는 데는 고작 15분밖에 소요되지 않았다. 입력은 두 PLC에 연결된 상태로 유지됐고 출력 모듈 터미널만 빼내면 됐다. S5가 기계를 가동 중인 상태에서 S7 컨트롤러를 입력에 연결하는 것은 중요한 이점을 제공했다. 이렇게 함으로써 S7 프로그램을 디버깅할 수 있었기 때문이다.
조절된 열 구역 제어는 S5 PLC와 직렬로 통신하는 전용 PID 루프 컨트롤러를 사용하여 달성되었다. Solvere는 적외선 카메라에서 S7 컨트롤러로 0~20 mA 신호를 보내는 방법으로 루프 컨트롤러를 제거했다. 컨트롤러의 로직이 PID 루프를 처리했고 임시 10인치 MP277 터치스크린이 전용 루프 컨트롤러 대신 사용되었다. 터치스크린 HMI는 알람 메시지를 표시했고 오븐 온도를 제어하는 방법을 제공했다. S5 제어로 복원했을 때는 원래 메시지 디스플레이, 도트 매트릭스 프린터 및 독립형 PID 루프 컨트롤러가 사용됐다.
S7 프로그램의 디버깅은 매우 원활하게 진행되었고 전환은 예정 유지보수 시간이 끝나기 전에 거의 완료되었다. 플랜트는 계절적 수요를 충족시키기 위해 다시 생산 준비를 해야 했고 생산팀은 다음 주에 복귀했다. 1단계는 3일 내에 완료됐다.

2단계
원래 파일럿 장치(예: 푸시버튼, 패널 미터 및 전위차계 제어)가 제거되면 더이상 S5 PLC로 되돌릴 수 없기 때문에 2단계를 시작하기 전에 4개월의 시간이 필요했다. 기계 전방에 있는 패널의 구형 파일럿 장치 장착 구멍을 가리는 플레이트가 설치됐다.
Solvere는 모든 파일럿 장치를 15인치 Siemens MP 377 터치스크린 HMI로 영구 교체했다. 이 장치는 자세한 알람 정보와 I/O 장치의 그래픽 표시 기능을 제공한다. 각 장치는 녹색으로 표시되거나 결함 상태를 나타낼 때는 적색으로 표시된다. 트렌드 화면은 온도, 모터 암페어 및 사출 성형 공기압을 표시한다.

3단계
3단계는 오븐에 있는 램프 아래 Profibus에 열 컨트롤러를 설치하는 과정이 포함됐다. 또한 열 제어 기능도 설치되어 적외선 오븐에서 각 336개 램프에 대해 개별 온/오프, 0~100 퍼센트 조절 및 램프 파손 감지 기능을 제공하였다. 새로운 레시피 화면으로 인해 보다 효율적인 제품 전환이 가능했다.

새로운 생산을 위한 순조로운 진행
기계 업그레이드가 완료됐고 아무런 문제없이 작동됐다. 공기 회수, 공기압 조절, 자동 윤활, 레이저 인쇄 및 육안 검사를 위한 보완 시스템이 이제 S7 PLC 및 HMI에 의해 연동되거나 완벽하게 제어된다.
또한 작동을 개선하기 위해 조정이 필요한 경우 SEC는 이제 제어 시스템을 변경할 수 있다. 예를 들어, 고장으로 인해 사출 성형기가 중지되었다. PET 예비 성형물이 금형 내의 스트레칭 로드에 고착될 위험이 있었다. 간단한 프로그램 변경으로 기계가 멈춘 후 5초 동안 사전 사출 및 고속 사출 공기압을 유지하도록 바꿨다. 문제점이 해결되고 문제가 방지됐다.