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그 기업엔 무언가 특별한 것이 있다.

초연결시대, 기계상태를 진단하고 연결하라 <발루프코리아>

4차산업혁명의 성격을 요약하는 단어 중 하나가 ‘연결’이다. 무엇이든 연결하는 초연결시대를 맞은 상황이다. 4차산업혁명의 핵심기술 중 스마트팩토리는 그 구축에 있어 제조설비의 원활한 작동 여부와 가동상태 정보를 제어 시스템(PLC), 나아가 현재 스마트팩토리의 핵심 솔루션으로 꼽히는 제조실행 시스템(MES)에 연결하는 것으로 시작한다. 설비에서 정보를 얻는 것은 센서이고 이 정보는 디지털화하여 데이터로서 상위 시스템과 연결돼야 의미 있는 가치를 갖기 때문에 센서와 통신기술은 전에 없는 중요한 역할을 맡게 됐다.

금속가공분야는 말할 것도 없고 반도체, 철강, 자동차, 에너지 산업 등 산업전반에 거쳐 수많은 센서를 공급하며 자동화의 근간을 받쳐온 <발루프>가 센서의 성능을 고도화하면서 스마트팩토리에 부응하는 아이오링크(IO Link) 통신방식을 적용하여 국내시장에서 고객층을 확장하고 있다. 발루프 코리아 강철민 대표는 “경쟁사들보다 일찍 아이오링크를 스마트 센서에 적용하여 스마트공장을 구축하려는 한국 고객들의 호평을 받고 있다”고 말했다.

글/신동완 기자

 

센서의 스마트화

센서의 발전은 그 자체의 성능향상과 취득한 데이터를 연결하는 통신기술과 맞물려 있다. 더구나 초연결을 의미하는 사물인터넷을 빼놓고는 4차산업혁명을 말할 수 없게 된 현실에서 기계설비의 데이터 취득과 이를 연결하는 통신방식은 과거와 다른 차원을 요구하고 있다. 기계설비를 진단하는 모든 센서는 단순한 진단에 그치는 것이 아니라 진단 데이터를 실시간으로 상위 시스템에 보내야 한다. 기계의 주축이나 테이블의 회전상태, 가공물과 공구의 클램핑 상태 등이 실시간으로 모니터링돼야 고장을 진단하고 나아가 계획 생산이 가능해지는 스마트공장을 실현할 수 있기 때문이다.

모든 센서가 이런 데이터를 생성하여 제어시스템에 보내려면 고도화한 통신기술이 수반돼야 하는데, 이 통신방식이 몇 년 전부터 부상한 아이오링크(IO Link)다. 아이오링크란 센서와 상위 시스템이 통신하는 표준 플랫폼으로 인더스트리4.0을 구현하기 위해 여러 센서 제조사들의 다양한 센서 간 통신방식을 일치시킨 통신기술이다.

센서-아이오링크 솔루션을 비교적 일찍 선보인 곳은 발루프다. 발루프의 센서 제품은 국내 대리점을 통해 이미 35년 전부터 반도체, 금속가공, 철강, 자동차, 에너지 등 광범위한 산업에서 써왔다. 인더스트리4.0의 본고장인 독일에 본사를 둔 발루프는 2016년 한국지사 발루프코리아를 설립하여 본격적으로 고객밀착 영업을 전개하면서 마침 부상한 아이오링크 통신방식을 센서에 접목시켜 센서의 성능향상은 물론 스마트팩토리에 최적화하는 적용기술을 확산시키고 있다. 발루프코리아 강철민 대표는 ‘이제 센서의 단순한 비교보다 어느 센서가 아이오링크 통신을 적용하는가가 중요해진 시대’라고 강조했다.

“스마트팩토리에 접근할 수 있는 센서를 요구하는 때입니다. 스마트팩토리는 4차산업혁명의 핵심기술이어서 제조활동이 얼마나 스마트해지느냐는 것으로 그 완성도를 가늠합니다. 제조활동의 스마트화는 설비가 스마트해야 하는데, 이는 설비가 계획하고 목표한 제조활동을 최적인 상태로 뒷받침해야 한다는 것을 의미합니다. 센서는 설비상태를 감지합니다. 설비에 따라 압력, 속도, 유량, 온습도, 초음파 센서들이 쓰이죠. 문제는 과거와 달리 센서의 진단정보를 모니터링하여 실시간으로 부하와 고장을 예측할 수 있어야 스마트시대의 센서라 할 수 있다는 것입니다. 단순한 진단을 넘어서 정보를 제어시스템에 보내야 하는데, 이 때 정보는 디지털화한 데이터여야 실시간 모니터링이 가능하고 적절한 제어를 할 수 있습니다. 아이오링크는 센서가 수집한 정보의 디지털화와 실시간 송신을 가능케 하는 통신방식입니다. 우리는 이 통신방식을 다른 경쟁사보다 일찍 센서에 접목해 국내 고객들이 스마트 제조라는 혁신적 제조방식에 접근하도록 제안했습니다. 현재 국내 자동차 조립라인, 금속가공 현장에 적용되어 효율성을 인정받았고, 다른 산업분야에도 적용이 확산 중입니다. 특히 자동차 조립라인을 새로 구축하는 데는 필수적으로 이아오링크를 접목한 센서들을 적용하고 있습니다.”

발루프 센서-아이오링크 솔루션

아이오링크 통신방식을 센서에 적용하면 4차산업혁명이라고 부르는 혁신적 제조세계의 문턱을 넘어선 것과 같다. 생산단의 핵심인 설비와 이의 데이터를 수집하는 센서, 그리고 ‘연결’로 대표되는 스마트 제조방식에서 데이터 통신이 확보되기 때문이다.

그러나 국내 스마트공장 구축은 이상하게도 MES 도입하는 것에서 시작하여 애초에 출입문을 잘못 찾은 형상인데, 이 때문에 스마트공장 솔루션은 활용도가 현저히 떨어진다. 계획한 생산을 실행시키는데 설비 데이터의 중요성은 알지만, 설비의 생산량 데이터, 품질 모니터링 같은 것에 초점이 맞춰져 있다. 설비의 건강성은 다른 것에 우선한다. 생산을 할 수 있고 없는 상태진단이 중요하다. 제조실행 솔루션은 센서와 센서가 생성한 데이터, 그리고 이를 연결하는 통신을 중시해야 활용도를 높일 수 있다. 

더구나 센서-아이오링크 솔루션이 매력적인 것은 부가적 디바이스와 추가 비용이 크게 들지 않는다는 점이다. 국내에서도 이미 기계 OEM들과 엔지니어링 업체들이 이를 입증한 사례도 많다. 강철민 대표는 ‘센서-아이오링크 솔루션은 배선을 간소화하여 비용효율성이 큰 기술’이라고 말한다.

“센서-아이오링크 솔루션은 스마트공장의 요구에 부응하면서도 설치가 간단하고 배선이 편리해 비용도 전통적 결선방식에서 필요한 장치비용을 크게 넘어가지 않습니다. 전에는 하지 못했던 모니터링이나 사전 문제진단이 기본 기능인데도 사용하던 피엘씨나 3선식 센서 등이 아이오링크 솔루션과 공유하는데 전혀 문제가 없게 설계되었습니다. 어떤 표준 아날로그 센서든 아이오링크 아날로그 컨버터를 이용하면 똑 같이 통합할 수 있습니다. 아이오링크 마스터나 디바이스를 세팅하게 되면 비용이 더 들 거라고 생각할지 모르지만 기존에 있던 리모트 아이오 같은 것이 없어지고, 결선을 크게 간소화 시킵니다. 따라서 전통적 결선방식 비용을 상쇄하고 특히 양방향 커뮤니케이션이 가능해져 오히려 성능과 효율성에서 얻는 것들을 고려하면 비용절감 효과가 있다고 말할 수 있습니다.”

 

스마트공장형 기계설비 구성을 이루는 발루프의 솔루션들

센서가 PLC 등 제어시스템과 통신하려면 복잡한 와이어링을 거쳐야한다. 결선은 복잡하고 기능은 단순했다. 센서 시그널을 PLC에서 받기만 하는 것이어서 이상 감지정보는 현장에 가서 확인해야 했다. 과거 리모트 아이오의 결선은 배전반에 많은 선을 연결하는 식이어서 결선작업은 물론 유지보수와 제어에도 어려움을 겪었다. 강 대표는 ‘아이오링크 마스터는 여러 아이오를 하나의 배선으로 제어시스템과 연결한다’고 했다.

“아이오링크 마스터 모듈 하나로 많은 센서들이 수집한 데이터가 컨트롤러로 보내져 모니터링할 수 있고 아이오가 제어됩니다. 특히 아이오링크 분산제어 모듈은 모든 정보가 통합되는 스마트공장 솔루션에서 개별 센서들의 고장 유무를 판단하게 해줍니다. 스마트공장이 정보를 통합하여 중앙집중식 모니터링과 제어를 실행하는 과정에서 자칫 놓칠 수 있는 디바이스 정보를 분산시키는 기능인데, 공정 전체에 끼치는 악영향들을 사전에 막을 수 있습니다.”

발루프의 아이오링크 모듈은 프로피버스, 프로피넷, 이더넷 아이피, CC링크 등의 모든 필드버스와 인터페이스를 통해 분산제어를 실행한다. 통용되는 모든 필드버스 시스템에 맞게 설계된 것이다. 필드버스 블록인 아이오링크 블록 BNI003K는 프로피버스, BNI007M은 프로피넷, BNI006A는 이더넷아이피, BNI005A는 디바이스넷과 인터페이스하여 중앙으로 집중하는 데이터를 분산시켜 제어한다.

 

금속가공에서의 이아오링크 장치

발루프는 여러 산업에 아주 많은 센서를 공급한다. 금속가공산업에는 선반과 밀링머신, 프레스 등 공작기계를 중심으로 한 센서 제품군과 공구관리와 금형관리에 필요한 센서 솔루션들을 공급한다. 여기의 센서들도 아이오링크 통신방식을 적용하여 시판한다.

공작기계에 적용하는 센서-아이오링크 솔루션은 BIP시리즈다. BIP시리즈는 고객이 프로토콜을 자유롭게 쓸 수 있도록 했고, 정밀도 높은 진단을 할 수 있어 국내 유명 공작기계 제조사들이 적용을 확대하는 추세다. 강 대표는 ‘BIP시리즈는 공작기계에서 여러 센서를 하나로 묶는 기능이 있다’고 소개한다.

“예를 들어 선반의 심압대나 터릿의 포지셔닝을 진단하고 머시닝센터에서 공작물의 클램핑 상태를 측정하려면 근접센서를 달아야 합니다. 종전에 측정이 필요한 곳마다 3개의 센서를 달아야 했다면 아이오링크를 적용한 BIP 근접 포지셔닝 시스템은 하나의 센서로 여러 위치를 측정할 수 있습니다. 센서 3개의 배선과 3개의 신호처리가 하나로 통합되어 비용과 제작공수를 줄이면서 성능이 좋은 공작기계를 만드는데 큰 역할을 하죠.”   

선반에서는 바로더의 모니터링, 액추에이터와 센서를 통합하여 방진구의 포지셔닝을 측정한다. 또 터릿의 위치 감지, 심압대 포지셔닝, 공작물 클램핑 체크용 솔루션들이 있다. 밀링머신에서는 BIP 근접 포지셔닝 시스템으로 절삭공구의 클램핑 상태를 모니터링하고 공구 매거진에서 공구를 식별하여 최적의 공구를 선정하도록 한다. C축의 회전각을 감지하는 센서 자기 인코더는 주축의 회전상태를 모니터링하는 것 못지않게 중요해진 보조축의 회전각을 감지한다. 자기 인코더를 사용하면 센서 신호를 자동 추적하여 정지 지점을 모니터링할 수도 있는데, 이 센서가 축의 트래블 경로를 모니터링하는 센서로 머시닝센터에서는 매우 중요한 역할을 한다. 최근 활용도가 부쩍 높아진 5축 머시닝센터에는 회전과 스위블 상태를 진단하는 센서가 있다. 센서와 액추에이터를 스위블 테이블에 부착해야 할 경우 이 센서는 비접촉 방식인 근접 커플러의 전원을 공급받아 신호를 전송한다.

 

기계상태 모니터링 없이 맞는 가동중단 사태를 막으려면

대부분의 기계가 그렇지만 가동중단 상태를 맞는 것은 최악이다. 양산을 위한 프레스와 같은 성형기계는 영향을 더 크게 받는다. 발루프의 프레스 적용 센서는 편심 프레스의 전원제어에 활용하는데, 제어계통 내 여러 개의 전원공급·차단 포인트를 결정할 수 있다. 프레스 툴을 보호하기 위해 센서가 툴에 부착되어 근접 커플러와 함께 데이터를 제어장치로 전송한다. 이는 비접촉식 시스템인데, 플러그 커넥션 없이도 문제의 툴을 교체할 수 있다.

공구를 관리할 수 있는 Tool ID는 국내 금속절삭 가공현장에 광범위하게 적용되는 솔루션이다. RFID를 이용하여 이 태그에 보유된 공구의 길이, 직경, 사용횟수가 CNC 패널에 전송된다. 공구를 선정하는데는 빌트인 형태의 RFID 판독·기록 헤드를 갖춘 세팅기가 공구 코드를 이용해 자동으로 공구를 선정한다. 삽인된 공구는 실제 툴 파라미터를 측정하여 툴홀더에 내장된 RFID 태그에 기록한다. 강 대표는 ‘공구의 사용 횟수 정보는 중요하여 공작기계가 공전하는, 사실상 가동중단과 같은 사태를 막을 수 있다’고 했다.

“사용연한이 지난 공구가 장착될 경우 사실상 절삭이 이루어지지 않는다고 볼 수 있고, 절삭품질도 크게 떨어집니다. 툴 아이디는 공구의 모든 정보가 기록되어 있는 솔루션으로 제어 패널에서 실시간으로 이들 데이터를 받아 볼 수 있습니다. 국내 절삭공구 업체들에게 이를 공급하는데, 현장의 반응이 매우 좋습니다. 쓰던 공작기계에도 적용이 가능하기 때문입니다.”

 

인식기술의 확대를 위한 비전 솔루션 기업 인수

발루프는 독일의 메트릭스비전이란 회사를 인수하면서 비전 솔루션의 포트폴리오를 확장했다. 바코드인식기 등 비전센서가 있긴 했지만, 자동화 솔루션의 큰 축인 비전인식 기술을 스마트 카메라와 같은 머신비전까지 확장했다. ‘한국에 비전랩이 만들어질 것’이라고 강 대표는 설명했다.     

“비전 솔루션은 컨설팅이 필요하여 수요업체들과 최적화하는 랩을 열 계획입니다. 독일과 한국, 아시아 등지에 세워질 예정으로 현재 본사는 인력환경을 구축 중입니다. 발루프는 2년 후면 창사 100주년을 맞는데, 새로운 시장과 새로운 솔루션으로 의미 있는 한 세기를 다시 열겠다는 비전을 갖고 있습니다. 발루프코리아는 국내 제조업이 미래 공장으로 여기는 스마트팩토리에 대응하는 제품을 발전시키며 지속적으로 공급할 계획입니다. 이미 스마트공장 추진단에는 솔루션 공급업체로 등록이 되어 있고, 앞으로는 간단한 센서부터 아이오링크 솔루션, RFID, 세이프티, 스마트카메라 등 우리가 갖고 있는 솔루션 다 넣어 스마트팩토리에서 하나의 장비가 어떤 역할을 할 수 있는지 다 보여줄 것입니다. 이것이 현재 스마트팩토리 추진단과 협의 하고, 준비하는 내용들입니다. 스마트 센서가 필요한 공작기계와 같은 장비 제작업체들도 이미 메가 트렌드로 자리잡은 스마트공장 수요요구에 응답하고 있으므로 기계장비의 데이터 획득과 연결 기술을 갖고 있는 우리는 좀 더 사용자 친화적인 제품개발과 고객과 밀착한 영업에 집중해야 할 때로 판단하고 있습니다.”