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스마트 팩토리 시대, 인더스트리 4.0 환경에 딱 맞는 디지털 모터 관리 시스템 ‘TeSys island’

기사입력 : 2021년 02월 22일 11시 16분
ACROFAN=김보라 | bora.kim@acrofan.com | SNS
4차 산업혁명을 필두로 세상은 점차 디지털화되고 정보화되고 있지만, 사람들에게 필요한 것들을 만들어내는 대부분의 공장 내 생산 설비는 아직 이러한 변화를 받아들이기에 낯선 모습을 보이고 있다. 최근 1년간 지속되고 있는 코로나19 바이러스의 여파로 디지털 전환이 더욱 가속화되고 있는 가운데, 공장에서는 빠른 디지털화를 위한 최선의 선택으로 ‘스마트 팩토리’를 도입할 수 있다. 무선 통신으로 연결되어 실시간으로 모든 공정을 모니터링 및 분석할 수 있는 ‘스마트 팩토리’는 앞으로의 디지털화 및 정보화된 세상을 만나볼 수 있도록 도우며, 기계가 자동화 및 자율화 될 경우 공장의 가동 중지 시간과 시장 출시 시간을 단축할 수 있기 때문이다.

장비 제조업체 공장에서는 핵심 장비 구성품을 선택하기 쉽고 배선 및 설치가 간단 할 때 설계 효율성이 증가하고 있으며, 인더스트리 4.0 및 산업용 사물 인터넷(IIoT)과 같이 빠르게 변화하는 기술 트렌드에 따라 OEM 작업 프로세스가 단순화되는 방향으로 변화하고 있다. 최근까지도 대부분의 장비 제조업체는 더 나은 설계, 설치 및 장비 유지 관리 결정을 내리는 데 필요한 데이터에 즉시 액세스하기 위해 모터 또는 기타 부하를 인터넷에 연결할 수 있는 능력을 갖지 못한 상황이었다. 이제 공장에서는 ‘스마트 팩토리’를 통해 이전과 다른 방식으로 작동할 수 있는 디지털 방식을 새롭게 도입할 필요성을 느끼고 있다.

이에 슈나이더 일렉트릭은 OEM 작업 효율성 향상을 목표로 디지털화된 솔루션을 개발하고, 그 중 모터 스타터 및 모터 부하 관리 기술 분야에서 최근 진행된 몇 가지 기술을 발표했다. 공개된 객체 지향 모터 관리 시스템들은 완전히 디지털화되어 장비 수명주기의 모든 단계에서 효율성 향상을 제공한다. 그 중에서도 스마트 팩토리에 필수적인 인더스트리 4.0 환경에 연결성을 제공하는 디지털 모터 관리 시스템 ‘TeSys island’는 스마트 팩토리로의 여정을 더욱 수월하게 도와줄 수 있다.

▲ ‘TeSys island’는 스마트 팩토리에 필수적인 인더스트리 4.0 환경에 중요한 연결성을 제공한다.(사진제공:슈나이더 일렉트릭)

무엇보다도 연결성이 중요한 인더스트리 4.0 환경과 스마트 팩토리에 있어서 ‘통신’은 핵심적인 기술이며, 이는 곧 모든 모터와, 모터의 시동과 스위칭 역할을 담당하는 모터 스타터에 대한 데이터를 디지털화 한다는 뜻이다. 모터 스타터는 정격보다 약 10배 이상의 전류가 흐를 때 모터와 케이블을 보호하기 위해 빠르게 차단하는 ‘단락보호’, 모터 전원을 제어하는 ‘스위칭’, 과부하 발생 시 모터가 손상되지 않도록 보호하는 ‘과부하보호’ 세 가지 기능으로 구성되며, 이 중 하나라도 부족하면 모터가 보호받을 수 없거나 정상적인 작동을 할 수 없다. 이때 ‘스마트 팩토리’ 내 설비나 장비에 설치된 모터 스타터는 현장에 직접 가지 않아도 모니터링과 관리가 용이해 신속하고 효율적으로 대응할 수 있게 한다.

설치의 용이성 측면에서, 공장에서 기존 시스템 상 모터 스타터 제어와 데이터를 상위 PLC와 연결하기 위해서는 보조 릴레이와 보조 접점을 추가로 설치하고, 각 포인트에 대한 케이블들이 PLC I/O에 연결되어야 했다. 또한 추가적으로 고급 보호 기능을 도입하려면 전자식 모터 보호 계전기가 필요했다. 반면 슈나이더 일렉트릭의 ‘TeSys island’는 산업용 필드 버스를 통한 결선으로 제어 및 보조 배선 및 I/O 모듈의 필요성을 줄여 케이블 작업이나 추가 설치 없이 통신 케이블만 PLC에 연결하면 배선 작업이 완료되도록 설계되었다. 따라서 기존의 케이블과 제품을 추가 설치하는 것에 대한 비용을 절감할 수 있으며, 기존 솔루션 대비 설계 시간을 40% 단축하고 비용은 30%까지 절감할 수 있다.
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슈나이더 일렉트릭이 선보이는 디지털 모터 관리 시스템 ‘TeSys Island’는 이러한 인더스트리 4.0 환경에 맞춰 데이터 통찰력을 기반으로 장비의 부하를 간편하고 안정적으로 관리할 수 있도록 돕는 제품으로, 효율적으로 모듈을 조합해 설치할 수 있다는 장점을 가진다. 모터 및 기타 전기 부하를 최대 80A까지 관리할 수 있고, 전기 및 장비 구성에 대한 기본적인 이해만 가지고도 제품 수명 주기 동안 쉽게 업데이트하여 관리할 수 있다. ‘TeSys island’의 혁신적인 객체 지향 컨셉의 애플리케이션인 ‘TeSys아바타’는 디지털 트윈과 같은 온라인 툴에서 기계 설계, 부하 통합, 제어까지 시뮬레이션 해볼 수 있으며, 각 설비 구성 요소를 선택하여 시운전 작업을 간편하게 진행할 수 있다.

▲ ‘TeSys island’는 케이블작업 및 추가 설치가 필요없이 통신 케이블만 PLC에 연결하면 모든 배선작업이 완료되어 효율성을 높인다.(사진제공:슈나이더 일렉트릭)

‘TeSys island’의 제어모드에는 자율 제어 모드와 로컬 제어 모드가 있다. 자율 모드를 사용하면 PLC와 독립적으로 부하를 제어할 수 있으며, TeSys 아바타 로직이 센서(압력, 흐름)에서 나오는 값을 모니터링하고 사전 설정된 임계 값을 일치시켜 부하가 최적화된 방식으로 나오는지 확인한다. 때문에 자율 제어 모드에서는 PLC에 연결할 수 없는 경우에도 응용 프로그램을 계속 실행할 수 있다.

또한 ‘TeSys island’는 슈나이더 일렉트릭의 에코스트럭처 머신 (EcoStruxure Machine)과의 연동을 통해 비정상적인 전기 부하 가동이 감지될 때 사전 경보를 발생시켜 장비 가동중지를 최소화할 수 있도록 한다. 예측 경보는 온도 또는 액체 점도와 같은 센서 값에서 생성되는 보호 기능 경보와 펌프의 액체 레벨 및 유량 압력과 같은 적용 공정 변수 입력 조건의 조합에 의해 트리거 된다. 예를 들어, 시스템은 이 두 가지 경고를 결합하여 수정 조치를 취하지 않는 한 펌프가 고갈될 가능성이 높다는 것을 알려줄 수 있다.

운영자는 원격으로 정보에 액세스하고 종합적인 장치 상태, 부하 수준 에너지 소비량 및 애플리케이션별 데이터를 확인할 수도 있다. 타사 자동화 시스템에도 쉽게 통합되고, 이더넷, IP, 모드버스 TCP(Modbus TCP)뿐만 아니라, 프로피넷(PROFINET) 및 프로피버스(PROFIBUS)와 같은 주요 자동화 필드 버스를 지원한다. 통합 오토메이션TIA(Total Integrated Automation) 포털에서도 기본 장치로 작동해 슈나이더 일렉트릭의 모터 제어 장치 소프트웨어인 SoMove를 통해 AML 파일 인터페이스를 가져올 수 있다. 결과적으로 OEM과 최종 사용자는 라이브러리를 프로그래밍하고 개발하는 데 시간을 할애할 필요가 없어, 엔지니어링 비용을 줄일 수 있다.


▲ ‘온라인 컨피규레이터’를 통해 번거로운 엔지니어링 과정을 3단계로 나누어 처리할 수 있다.(사진출처:슈나이더 일렉트릭 홈페이지)

기존의 일반적인 장비제조업체 또는 구매자가 모터 스타터/부하 관리 솔루션을 구성할 시에는 다양한 물리적 카탈로그를 뒤져보고 제품에 필요한 접촉기(contactor) 유형을 찾아 적절한 부품 번호를 기록한 후, 각각의 부품을 주문해 PLC에 연결하고 프로그래밍하는 과정을 거쳐야 하는 번거로움이 있었다. 이러한 ‘TeSys island’는 ‘온라인 컨피규레이터(Online Configurator)’를 통해 이렇게 번거로운 엔지니어링 과정을 3단계로 나누어 간소하게 처리할 수 있다. 사용자 또는 구매자는 원하는 사양에 맞게 부품을 취사 선택하여 솔루션을 구성할 수 있도록 제공하는 ‘제품 선택 도구’인 ‘온라인 컨피규레이터’를 사용해 온라인으로 미리 제품을 선택하여 솔루션을 구성해볼 수 있다.

‘온라인 컨피규레이터’의 첫번째 단계는 표준(IEC/UL), 전압, FieldBus, 방향(수평/수직) 등의 기본적인 사양을 선택할 수 있으며, 웹사이트에서 간편하게 클릭하는 형태로 구성되어 있다. 다음 2 ‘아바타’ 설정 단계로, 원하는 부하 및 장치를 선택하거나, 릴레이 단계와 AC 전압, 전력, 등급, 단락 보호 등 세세하게 원하는 대로 골라 취사 선택할 수 있다. 필요한 기능을 나타내는 적절한 아바타를 선택하기 만하면 구성 도구가 적절한 자재 명세서(BOM (Bills of Materials))를 자동으로 생성하며, 사용자가 선택한 아바타들(부품)이 모여 최종적인 솔루션을 물리적 뷰로 확인할 수 있다. 솔루션 프로그래밍을 시작하면 구성 도구에서 생성한 파일과 선택 프로세스에 표시된 모든 설정 값을 자동으로 가져올 수도 있다.

마지막 세번째 단계에서는 사용자가 취사선택한 구성품들의 최종 BOM을 저장하고, 사용자의 이메일로 보내거나, 해당 BOM을 인쇄 및 3D 모델로도 볼 수 있다. 무료로 제공되는 ‘온라인 컨피규레이터 툴’은 슈나이더 웹사이트에 접속해 ‘tesys island’를 검색 후 ‘제품 선택 도구’를 클릭하여 서비스를 이용할 수 있다. ‘온라인 컨피규레이터 툴’을 통해 장비업체나 구매자들은 사양을 이중, 삼중으로 입력하는 시간 소모적인 작업을 피할 수 있고, 그동안의 번거로움과 비효율을 해결할 수 있게 된다.

▲ ‘TeSys Island’는 한번에 다양한 기능을 손쉽고 간편하게 사용할 수 있도록 설계됐다.(자료제공:슈나이더 일렉트릭)

슈나이더 일렉트릭의 ‘TeSys Island’는 먼저 출시한 유럽지역에서 물류, 공작기계, 펌프 등 여러 장비에 적용되고 있으며, 적용할 수 있는 범위는 식음료 업계나 재료 작업, 자재 취급, 포장 등으로 점차 넓어질 것으로 기대되고 있다. 또한 국내에서는 2020년 12월 출시되면서 앞으로 많은 러브콜을 받을 것으로 예상하고 있다. 기존 시스템과 차별화로 모터스타터의 진단과 관련된 동작시간, 횟수를 바탕으로 전기적 수명을 예측하며 미리 알람 신호를 줌으로써 모터스타터의 소손 전에 교체해 생산성 및 가동시간을 향상할 수 있고, 에너지데이터를 바탕으로 각 모터의 에너지 관리가 용이하다는 장점이 두드러지기 때문이다.

이와 함께 OMT(Operational and Maintenance Tool)라는 웹페이지를 내장하고 있어 ‘TeSys Island’의 데이터 모니터링 및 설정 값을 변경할 수 있고, 모바일이나 웹에 접속이 가능하기 때문에 작업자는 장비에 직접적인 케이블 연결 없이도 간편하게 관리가 가능하도록 돕는다. 새롭게 출시한 M262 PLC와도 연결해 슈나이더 일렉트릭의 클라우드 기반 장비 모니터링 서비스 플랫폼 ‘에코스트럭처 머신 어드바이저(EcoStruxure Machine Advisor)’에 통합되기 때문에, 클라우드를 통해 언제 어디서나 전세계에 위치한 모든 장비에 간편하게 접근할 수 있고 운전 상태 및 문제점을 추적하기 쉬워진다.

‘에코스트럭처 머신 어드바이저’를 통해 ‘TeSys Island’는 여러 부하가 있을 수 있는 한 기계 내에 특정 부하만 지원할 수 있다. 먼저 1단계로 기계의 일부만이 가지고 있던 연결성을 2단계를 거쳐 시간이 지남에 따라 전체 기계의 모든 부하를 연결하고 디지털화 한다. 3단계에서는 기계와 기계를 서로 연결하고 연결된 플랜트를 갖도록 진화하면서, 점진적인 확장과 접근이 가능해진다. 이러한 통합을 통해 다양한 슈나이더 일렉트릭의 제품과 서비스를 한눈에 파악하고, 용이하게 관리할 수 있도록 지원받을 수 있다.

2019 IF 디자인 어워드 산업제품 부문에서 수상한 바 있는 ‘TeSys island’는 2020년 독일에서 열린 국제 자동화 시스템 및 부품 박람회(SPS IPC Drives)에 참가해 자동화 부문(Automation Awards)에서 3위에 선정되기도 했다. 전세계적으로 인정받고 있는 ‘TeSys island’를 통해 기존 장비 제조업체들은 기존에 사용하고 있던 장비 제어 패널에 Industry 4.0 자동화 및 가장 간편하고 효율적인 데이터 교환 기능을 적용시킬 수 있게 됐다. 디지털 기술을 기반으로 이루어지는 제조 혁신은 데이터의 축적과 분석을 핵심으로 이루어진다. 그 중심에 선 ‘TeSys island’는 앞으로 스마트 팩토리로의 여정에 있어 앞장서서 이끌며, 슈나이더 일렉트릭의 에코스트럭처 플랫폼과 통합된 서비스로 한층 빠르게 파트너의 옆에 다가올 것이다.

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