공장 현장에서 개선된 전력 투명성은 에너지 관리를 단순화하고 장비 가용성을 향상시킨다. 사진: Beckhoff Automation
Beckhoff가 선보이는 종단간 전력 측정체인은 센서에서 클라우드로 확장되며, 이는 에너지 관리를 단순화하고 기계 및 전체 설비의 가용성을 향상시킨다. 솔루션은 새로운 SCT 전류 변압기로 물리적 가치를 파악하는 것을 비롯해 EK9160 IoT 커플러와 TwinCAT을 통한 클라우드 기반 데이터 분석에 이르기까지 다양하다. 광범위한 전력 측정 터미널은 EL3446 전류 입력 터미널에서 고효율 분산 전력 측정에 이르기까지 모든 요구 사항을 충족한다.
통합된 전력 측정 툴을 이용함으로써 사용자는 신속하게 수정 조치할 수 있으며 편차를 즉시 감지할 수 있는 광범위한 인라인 분석을 수행해 다운타임을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 기계의 전력 소비가 지속적으로 증가하는 현상은 베어링이 과도하게 마모되었음을 의미할 수도 있는 반면, 전력 소비 감소는 품질 문제의 징후일 수 있다.
지금까지 이러한 지속적인 모니터링은 엄청난 비용의 외부 센서를 설치해야 하고 특수 부품을 사용해야 했기 때문에 매우 복잡했다. Beckhoff의 전력 측정 터미널의 표준 구성품을 사용하면 기존 기계와 시스템을 개조하는 경우에도 특별한 노력 없이 이를 수행할 수 있다. 예를 들어, 기존 모터 케이블의 전력을 측정함으로써, 모터 온도의 비정상적인 상승을 통한 간접적인 방법 뿐만 아니라 밀리초 내에 비대칭 전류를 감지할 수 있다. 또한 진동의 경우 고조파량의 증가를 통해 기계적 취약성을 파악할 수 있다.
PC 기반 제어로 전력 측정 데이터를 EK9160 IoT 커플러 등을 통해 전력 센서에서 클라우드로 원활하게 전송할 수 있다. 사진: Beckhoff Automation
전력 투명성으로 생산 효율성 개선
기계와 공장은 수년간 새로운 생산 요건에 따라 확장, 개조, 변환 또는 다른 방법으로 적응하는 동적 시스템이다. 취급이 까다로운 시스템에도 최대한의 투명성을 확보하기 위해서는 관련된 모든 전력 데이터를 신뢰성 있는 방식으로 수집하고 필요한 경우 클라우드에서 신속하게 분석할 수 있도록 하는 만능 측정 시스템을 갖추어야 한다.
Beckhoff는 측정값을 최대한 쉽게 평가하기 위해, 사용자가 주파수, 전압, 고조파 또는 대칭을 개별적으로 분석할 필요 없이 단일 숫자로 기계나 시스템의 전력 품질을 평가할 수 있는 이른바 전력품질인자(PQF)를 개발했다. 예를 들어 기계 오작동이 발생하고 PQF가 동시에 0으로 떨어지는 경우 사용자는 기계 자체에 원인이 있는 것이 아니라 전원 공급 장치에 있다는 결론을 내릴 수 있다. 이 정보를 바탕으로 오류의 원인과 결과를 훨씬 더 빠르게 파악하고 수정할 수 있다. 또한 PQF는 조기 경보 시스템으로 기능할 수 있으며 책임과 관련해 발생할 수 있는 질문을 명확하게 만들 수 있다.
EtherCAT 전력 관리 터미널을 사용하면 전력 모니터링, 프로세스 제어, 네트워크 제어 및 유지 보수 영역에서 최적의 확장성으로 광범위한 작업을 수행할 수 있다. 사진: Beckhoff Automation
분산 전력 측정: 비용 효율적으로 정확한 데이터 얻기
새로운 개념의 분산 전력 측정은 더 복잡한 시스템에서도 정확한 전력 데이터를 얻을 수 있도록, 효율을 향상시키고 비용을 절감하는 방법을 제공한다. 이를 위한 가장 중요한 요소는 최대 1A의 AC/DC 전류를 측정하기 위한 6 채널 EL3446 입력 터미널이다. 이를 통해 사용자는 물리적으로 분리된 전압과 전류 측정에 대해서도 정확한 전력 값을 결정할 수 있다. 전력 측정 값을 포함하여 공급망의 모든 전기 데이터를 결정할 수 있는 순수전류측정 터미널로서의 기능이 EL3446을 더욱 특별하게 만든다. 전력 데이터 계산에 필요한 데이터는 3상 EL3443 전력 터미널에 의해 EtherCAT을 통해 터미널로 전송되며 EtherCAT의 분산 클럭을 통해 동기화된다. 그런 다음, EL3446에 연결 가능한 최대 6개 위상 각각에 대해 유효 전력과 에너지 소비량이 계산된다. 이를 통해 유효 전압 및 전류 값 뿐만 아니라 광범위한 그리드 분석 및 에너지 관리에 유효 전력, 피상 전력 및 무효 전력, 주파수, 위상 편이 각도 및 고조파도 이용할 수 있다.
이러한 분산 전력 측정 개념은 EL3443과 EL3446으로 하드웨어 및 설치 노력을 최소화하고, 전압 분배를 위한 배선이 요구되지 않는다. 또한 측정 포인트 수가 증가할 경우 스캐닝 속도를 줄일 필요 없으며, 전력 측정 채널 당 비용은 거의 50% 절감된다. 또 다른 이점은 EL3443 전력 측정 터미널만 퓨즈로 보호하면 된다는 것이다. 따라서 기존 전력 측정 시스템에 필요한 다운스트림 퓨즈가 필요하지 않다.
PC 기반 제어 내의 종단간 전력 측정 체인은 모든 자동화 레벨에서 소프트웨어와 하드웨어 측면의 개별 요구사항에 따라 최적으로 적용될 수 있다. 사진: Beckhoff Automation
광범위한 변류기 및 전력 측정 터미널
SCT 시리즈 변류기는 PC 기반 제어 내에서 원활한 전력 측정 체인의 시작점 역할을 한다. 광범위한 제품 포트폴리오는 1 A부터 5,000 A까지 그리고 링형 및 스플릿 코어 변압기에서 3상 변압기까지 모든 관련 어플리케이션에 적용 가능하다. 이를 통해 사용자는 PC 기반 제어 시스템의 표준 구성 요소로 신뢰할 수 있는 전력 센서를 현장에 직접 구현할 수 있으며, 광범위한 설계와 성능 클래스를 통해 확장성이 뛰어난 콘셉트를 선택할 수 있다.
– SCT 포트폴리오는 저가의 건축 기술용 3상 변압기 세트부터 기계용 표준 산업용 변압기, 검사소용 솔루션, 정밀도가 높은 테스트 벤치에 이르기까지 매우 광범위하다.
– 적합한 제품 범주의 선택은 사용 유형에 따라 달라지며, 링형 변압기는 특히 새로운 설비에서 비용 효율적이고 정확한 데이터 수집에 적합하다. 스플릿 코어 변압기는 설치가 쉽기 때문에 손쉬운 개장 솔루션으로 지정되었다.
또한 EtherCAT 전력 측정 터미널은 정밀하고 확장 가능하며 유지보수 및 폐쇄 루프 제어를 비롯해 전원 모니터링에 이르는 어플리케이션에도 사용될 수 있다. 뿐만 아니라 EtherCAT 전력 측정 터미널은 성능 범주와 관련해 정확도와 데이터 수집 속도에 따라 차이가 있으며, 오실로스코프 기능의 대역폭은 초, 밀리초에서 마이크로초까지 다양하다.
– Beckhoff는 전압, 주파수, 위상의 모니터링과 같은 간단한 측정 작업에 대해 EL3483을 네트워크 모니터로, EL3423을 전력 측정용으로 제공한다.
– EL34xx 시리즈 터미널은 폐쇄 루프 기계 제어 어플리케이션과 같은 하위 밀리초 범위에서의 측정을 처리한다.
– 예를들어, 테스트 랙에서와 같이 마이크로초 정확도의 전압과 전류 값을 순간적으로 파악하는 전력 모니터링은 EL37xx 시리즈의 고성능 터미널을 사용해 구현할 수 있다. PLC에서 순간 전류 및 전압 값에 접근할 수 있기 때문에 완벽한 시스템 통합이 가능해진다.
– EL37xx 시리즈에 비해 EL34xx 시리즈는 사전 조정된 SI 단위를 통해 훨씬 쉬운 프로그래밍, 터미널 내에서 직접 통계 분석, 사전 설정된 상한값과 하한값을 위반했을 때의 경고 기능을 특징으로 한다.
1 A부터 5,000A에 적합한 SCT 전류 변압기는 링형(왼쪽 두 개)이나 스플릿 코어 변환기(오른쪽 두 개)로 이용할 수 있다. 사진: Beckhoff Automation
EtherCAT 전력 측정 터미널은 여러 특수 기능들과 함께 다른 추가적인 이점들도 제공한다. 여기에는 최소/최대/평균 분석, 사전 설정된 간격에 대한 전력 총계, 사용자 제어 입력 신호, 63차 고조파까지의 전류 및 전압의 고조파 분석 등의 특징들이 포함된다. 또한 EL3453에는 기본적으로 통합된 4-전류 측정 채널(4-current measurement channel)이 포함되어 있어 기계에 대한 전원 공급이 갑자기 중단되는 등의 이벤트가 발생하기 전에 절연 결함을 찾을 수 있다.
클라우드 통신 및 클라우드 기반 데이터 분석
전력 측정 데이터를 로컬 제어 PC 또는 EK9160 IoT 커플러를 통해 클라우드로 전송할 수 있다. TwinCAT 자동화 소프트웨어의 엔지니어링, PLC, 모션제어, 세이프티 관리, 시각화 및 측정 기술에서 통신에 이르는 모든 기계 기능은 로컬 제어 PC에 의해 관리된다. 또한 TwinCAT Power Monitoring은 특별한 네트워크 분석 기능을 제공한다. IoT 커플러를 사용하면 OPC UA Pub/Sub 또는 MQTT와 같은 통신 프로토콜을 통해 원하는 클라우드 환경으로 전력 데이터를 안전하고 쉽게 전송할 수 있으므로 클라우드 기반 엔지니어링, 중앙 집중식 데이터 분석 및 다양한 공공 클라우드 플랫폼의 스토리지 서비스와 손쉽게 통합할 수 있다.
EK9160 IoT 버스 커플러는 특정 제어 프로그램 없이 EtherCAT I/O를 IoT에 직접 연결할 수 있는 기능을 제공한다. 또한 EK9160은 E-bus 신호를 다양한 IoT 통신 프로토콜로 전송함으로써 I/O 데이터를 클라우드 기반 통신과 데이터 서비스에 쉽고 표준화된 방식으로 통합할 수 있도록 한다. 이는 컨트롤러나 프로그래밍을 요구하지 않는다. 즉, 사용자는 통합 웹 서버와의 간단한 구성 대화상자를 통해 어떠한 브라우저에서도 I/O 데이터를 매개 변수화할 수 있다. 인증, 암호화 등 각각의 클라우드 서비스와 보안 기능도 브라우저를 통해 쉽게 구성할 수 있다. 매개변수가 설정되면 버스 커플러는 관련 타임스탬프를 포함한 디지털 또는 아날로그 I/O값을 선택한 클라우드 서비스로 전송한다. 인터넷 연결이 중단되면 전송할 I/O 데이터를 로컬에서 버퍼링할 수 있다.
사용자는 전력 데이터에 대한 클라우드 기반 분석을 신속히 수행함으로써 전력 관리를 최적화할 수 있다. TwinCAT Analytics는 이를 위한 이상적인 솔루션이며 사용자의 필요에 따라 선택적 또는 지속적인 데이터 분석이 가능하다. 예를 들어, TwinCAT Analytics Service Tool은 기술자의 커미셔닝 프로세스를 개선하고 단순화하는 반면, Analytics Workbench는 향상된 기능을 특징으로 하며 프로그램 코드의 자동 생성을 지원한다. Analytics Workbench는 상시 런타임 구현을 통해 일관되고 원활한 데이터 분석을 가능하게 한다. 이러한 방식으로 기계 제조업체는 고객에게 개별 데이터 분석 솔루션을 제공하고 새로운 예측 유지보수 개념을 제공할 수 있다.
분산 전력 측정으로 단일 전압 측정은 임의의 수의 전류 측정치에 디지털 방식으로 연결할 수 있어 각 계량 지점에서 정확한 전력 값을 쉽게 파악할 수 있다. 사진: Beckhoff Automation
링크: www.beckhoff.com/energy-management
Fabian Assion 박사, Beckhoff Automation I/O 제품 관리자. 사진: Beckhoff Automation
저자: Fabian Assion 박사, Beckhoff Automation I/O 제품 관리자
연락처:
Beckhoff Automation Co., Ltd.
www.beckhoff.com/kr
info-kr@beckhoff.com