PC 기반 제어가 제어 관련 ‘과도 성장’을 대체하다
개방형 제어 기술
TwinCAT이 노후화 된 장비와 SAP 시스템을 연결시키다
작고, 가볍고, 조용하고, 빠르다. PARI Pharma가 개발한 eFlow 호흡 보조기는 수년 전부터 낭포성 섬유증 환자들을 치료 하는데 사용되고 있다. 이 정교한 흡입기의 에어로솔 발생기, 즉 ‘head’는 독일 Grafelfing에 있는 PARI Pharma에서 생산한다. 현재 생산 설비 자동화를 최적화하기 위해 자체 제어 시스템들을 Beckhoff 제어 기술로 전환하는 중이다.
Esqmate사에서는 TwinCAT에서 사용할 수 있는 MPI 라이브러리를 개발했고, 이를 통해 기존에 사용했던 S7-PLC 없이도 Beckhoff 제어 플랫폼과 연결할 수 있는 기반 기술이 마련됐다. 이로써 PARI Pharma에서 사용하는 SAP 시스템과 직접 커뮤니케이션이 가능하다.
PARI Pharma는 100년 동안 호흡 요법에서 세계적으로 유명한 전문가로서의 명성을 유지해오고 있다. 오늘날 이 세계적 기업은 호흡 요법을 위한 높은 기술력을 가진 시스템을 개발하고 생산한다. eFlow 시스템의 에이로솔 발생기는 무려 12개의 생산과 테스트 스테이션을 거친다. ‘플래트닝(flattening)’ 및 막과 포장재의 레이저 처리를 포함해서 모든 제조 단계들이 빠르고, 신뢰할 수 있으며, 순조롭게 진행된다.
PC 기반 제어를 이용한 시스템 단순화
PARI Pharma는 2011년에 자체 시스템을 Beckhoff의 높은 기술력을 가진 PC 기반 제어로 전환하기 시작했고, 2012년 말까지 모든 시스템들을 Beckhoff 제어 기술을 적용하여 새로 장착하는 것을 목표로 하고 있다. PARI Pharma의 프로젝트 매니저인 Ronald Schmidt는 “Beckhoff 시스템을 도입하기 전에는 우리의 기술 인프라가 다소 비효율적이었습니다”라고 얘기하면서, 이전 시스템의 문제점에 대해서 설명했다. “C++와 LabView의 PC 프로그램들뿐만 아니라, S7 PLC 제어 프로그램들의 이질적이고 매우 복잡한 조합은 전문 프로그래밍 지식 없이 관리하는 것이 거의 불가능했고, 결함이 발생하면 우리는 정기적으로 외부 전문가들을 불러야 했습니다. 게다가 시스템 제어를 데이터베이스와 통합하는 것이 불가능하기 때문에 오래 된 시스템은 오류 발생이 잦았습니다. PLC에서 결정되는 PC 데이터는 추가적인 프로세싱을 위해 데이터베이스에 수동으로 입력해야 했습니다.”
표준 인터페이스들을 사용한 효과적인 시스템 통합
정확하고, 추적 가능한 부품 관리는 2개의 개별 부품 가공 공정이 하나의 제조 셀에서 실행되는 복잡한 제조 과정을 위한 필수 조건이다. 첫 번째 가공 공정을 거친 후, 그 부품에 추가 되었던 파트들은 제거되고, 이후 추가적인 부품 가공을 위해 이전 공정으로 되돌아간다. 이런 복잡한 제조 과정을 위해 각 제조 단계 전에 부품들을 면밀히 살피고 확인해야 한다. Ronald Schmidt는 “수년 간 우리는 데이터베이스와 직접 커뮤니케이션 할 수 있는 제어 시스템을 찾고 있었고, 결국 Beckhoff의 EtherCAT 터미널 중 하나인 EL6731 PROFIBUS 마스터 터미널과 TwinCAT 데이터베이스 서버를 선택했습니다. 그러나 우리는 오래된 S7-PLC를 즉시 교체하길 원하지 않았으며 교체할 수도 없었습니다. 그래서 하드웨어를 거치지 않고 Beckhoff 시스템에서 사용할 수 있게 소프트웨어로 처리 가능한 기능을 찾게 되었습니다”라고 말한다.
하드웨어 추가가 필요 없는 소프트웨어 기반 솔루션
독일 뮌헨 인근, Unterfohring에 위치한 esqmate GmbH에서 TwinCAT에서 사용할 수 있는 MPI 라이브러리를 개발하였고, 이 라이브러리를 이용하면 Beckhoff 컨트롤러에서 PROFIBUS 마스터 터미널만으로 이전에 사용하던 PLC와 MPI 프로토콜을 사용하여 직접 커뮤니케이션을 할 수 있을 뿐만 아니라, MPI/Ethernet 게이트웨이들과 같은 추가적인 하드웨어가 필요하지 않다. 또한 EtherCAT을 통해 EL6731 PROFIBUS 마스터 터미널을 연결함으로써, PC에 PCI 슬롯도 필요하지 않다. 이런 방법으로 이전에 사용하던 S7 컨트롤러를 변경할 필요 없이 EtherCAT 터미널을 통해 TwinCAT이 직접 S7 데이터 블록들과 플래그들에 접근하는 것이 최초로 가능하게 됐다. 데이터 교환은 Functionblock들을 통해 TwinCAT 안에서 이루어진다. EL6731 PROFIBUS 마스터 터미널을 활용하여, TwinCAT MPI 라이브러리를 사용하면 초창기 마이크로 컨트롤러의 PROFIBUS/MPI 스택에서만 가능했던 기능을 소프트웨어만으로 가능하게 됐다.
Beckhoff의 CX5020 임베디드 PC는 EL6731 프로피버스 마스터 터미널과 MPI 소프트웨어 라이브러리를 통해서 S7 컨트롤러와 직접적으로 통신한다. 여기에는 단 하나의 케이블이 필요하며 추가적인 어떤 하드웨어도 필요하지 않다.
PC 기반 제어를 통한 제어 구조의 표준화
TwinCAT을 실행하기 위해 Beckhoff의 임베디드 PC인 CX5020에서 EtherCAT 터미널을 통해 S7컨트롤러의 데이터를 읽고, 이 데이터를 새로운 바코드 시스템과 연결시키고, TwinCAT 데이터베이스 서버를 통해 오라클 데이터베이스나 PARI Pharma에서 사용하는 SAP 시스템에 직접 데이터를 보낸다. 데이터를 읽고 기록하는 것뿐만 아니라 ‘stored-procedures’ 기능도 사용할 수 있어서, PARI Pharma에서는 TwinCAT 데이터베이스에서 제공하는 이 기능을 이용해 공정을 위한 명령어와 명령 절차를 데이터베이스에 저장하고 공정 이후 결과들은 데이터베이스 서버로 보낸다. 이런 과정들을 거치게 되면 PLC 코드는 데이터베이스에 있는 명령 절차에 관한 옵션을 통해 아주 단순화해서 사용할 수 있다.
HMI를 보여 주기 위한 Control Panel은 Beckhoff 사의 CP7902을 사용하고 고객 사양을 고려하여 개발했기 때문에, 오퍼레이터가 각 처리 과정을 정확하게 따를 수 있도록 해준다.
이 장비를 통해 생산하는 제품들은 바코드를 이용해 제품을 관리 할 수 있어서 각 공정 별로 진행되는 정보들을 오라클 데이터베이스로 저장하고, 절차상 필요한 프로그램은 EL6731을 통해 S7-PLC 에서 자동적으로 시작된다. 시스템 오퍼레이터는 통합 RFID 토큰을 통해 편리하고 안전하게 로그인해서 장비를 사용할 수 있다.
SAP를 통한 효과적인 제품생산
이전 시스템에서 사용했던 S7-PLC, 새로 도입한 Beckhoff 컨트롤러, 오라클 데이터베이스 및 PARI Pharma에서 사용하는 SAP 시스템들이 서로 커뮤니케이션이 가능하기 때문에, 제어 시스템을 사업 관리 솔루션과 연결할 수 있게 됐다. PARI Pharma의 자체 분석에 따르면 Beckhoff 컨트롤러를 도입함으로써, 단일 장비차원에서 벗어나 SAP 시스템에 통합되어 중앙 집중식으로 관리 할 수 있다는 결론이 나온다. SAP 시스템은 Beckhoff 시스템에 연결 된 오라클 데이터베이스로부터 테스트 데이터를 받고, 항목 리스트, 작업 스케줄 및 승인 보고를 생성하거나 이러한 데이터에 기초하여 목록을 관리한다. 이것은 기능들은 직원들이 생산에 집중할 수 있게 이외에 작업들을 시스템에서 대신 처리해준다. 또한 품질 관리가 더욱 간단하고 더욱 신뢰할 수 있게 됐다. 바코드들을 통해 승인이 자동적으로 이루어지기 때문에 직원들은 더 이상 수동적으로 승인할 필요가 없다. 또한 생산 품질이 증가하고 각 부품에 시리얼 번호를 제공하기 때문에 최적의 제어로 필요한 것을 정확하게 항상 전달할 수 있게 되어 부품들을 병렬적으로 생산할 수 있고, 더 이상 전체 조립 라인을 라인에서 라인으로 옮길 필요가 없게 됐다.
표준화된 제어 기법을 통한 비용 절감
PARI Pharma는 현재 최첨단 PC 기반 제어 기술 덕분에 생산을 완전히 제어할 수 있다. 장비와 사업 관리 시스템들 사이의 매끄러운 커뮤니케이션은 작업장에서 오류 없는 빠른 처리를 보장해 줄뿐만 아니라, 비용 절감을 가져왔다. 끝으로 Ronald Schmidt는 “모든 것이 회사 내에 있고, 우리가 최소한의 노력으로 유지 관리와 프로그래밍을 할 수 있기 때문에 우리는 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 이로써 우리는 이렇게 절약한 것을 새로운 기계에 투자할 수 있습니다”라고 말했다.
eFlow 흡입제 디바이스의 에어로졸 생성기의 복잡한 생산은 12개 이하의 생산 및 시험 장치 내에서 일어난다. 다른 기계적 동작 동안에 파트의 정교한 추적을 위해 파트들은 각 생산 단계 전에 명확하게 인지되고 스캔되어야 한다. 이것은 Oracle 데이터베이스와 Beckhoff 제어 플랫폼 기반의 시스템을 통해서 구현 된다.
자료제공: 트라이텍