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첨단 기술 제조업을 위한 합리적인 가격의 PC 기반 모니터링 및 예측정비 솔루션

2016-11-28
 프로젝트 소개:
현대의 많은 자동차·패널·웨이퍼·금속·화학·플라스틱·식품 등의 제조사들은 생산 효율성과 제품 수율 향상시키기 위해 로봇 어플리케이션을 도입하여 로봇 암의 높은 효율성, 내구성, 정밀한 작업 능력을 활용하고 있습니다. 그러나 수많은 로봇들이 자동화 생산 프로세스에 도입하는데 있어 가장 큰 문제 중 하나인 갑작스러운 장비 고장은 생산성에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 첨단 기술 제조사들은 24시간 가동을 멈추지 않고 생산을 해야 하기 때문에 생산 라인 정지가 발생할 경우 엄청난 손실을 가져올 수 있습니다. 따라서 센서를 통해 로봇 정보들을 수집하고 그것들을 분석하여 사전에 발생할 수 있는 잠재적인 문제들을 파악하는 것이 안정적인 생산 능력을 갖추는데 있어 중요한 요인입니다.
 

시스템 요구 사항:
첨단 기술인 패널 제조 산업에서 로봇은 무겁고 충격에 약한 유리 기판을 운반하는데 필요한 필수 시스템입니다. 세계적으로 유명한 한 대만 패널 제조사는 10곳이 넘는 공장에 거쳐 6,000여 대의 로봇 팔을 활용하여 자재를 운반하고 있는데, 유지 보수는 고장이 발생할 경우나 연간 계획에 맞추어 이루어지고 있었습니다. 그러나 이러한 접근 방법은 로봇의 현재 '작동' 상태를 실시간으로 파악하는 데는 무리가 있습니다. 예기치 못한 상황 발생 시, 생산 라인 가동을 멈추게 되고, 이 때문에낮아진 생산량으로 납기를 맞추지 못해 배송이 늦어질 수 있습니다. 이 때문에 제조사는 문제 발생 시 즉각적으로 점검 및 수리를 마련하여 로봇 가동률을 높이고 유지 보수 비용을 낮출 수 있는 장비 모니터링 및 조기 경고 솔루션을 필요로 하게 되었습니다.
패널 생산은 수백 가지의 과정을 거쳐 이루어지므로 제조사는 최소 12개의 로봇 팔을 각 생산 라인에 보유하고 있습니다. 로봇의 비정상적 상태는 데이터 비교를 통해 사전에 발견될 수 있어, 고속 장비 모니터링 솔루션은 초당 1000개의 아날로그 신호를 수집할 수 있어야 합니다. 이후 수집된 신호들은 모니터링 관리 및 데이터 분석을 위해 관제소로 전송되어야 하며, 네트워크 대역폭의 데이터 과부하를 방지하기 위해, 모니터링 시스템은 임시 저장 기능을 제공하여 시스템이 일정한 시간마다 정기적으로 데이터를 송신하게 하는 중계국 역할을 해야 합니다. 큰 공장 부지의 개별 생산 라인에 새로운 장치를 도입하기 위해서는 제한적인 공간을 활용해야 하기 때문에, 분산 데이터 수집 능력과 간소화된 하드웨어 설치가 프로젝트에 요구되었습니다.
 

시스템 세부사항:
어드밴텍은 APAX-5000 시리즈 제품 (PAC 컨트롤러, 아날로그 인풋 모듈, 백플레인 모듈(backplane module))을 활용하여 개발한 로봇 모니터링 및 예방정비 솔루션을 통해 필요한 고속 데이터 수집 요건을 충족할 수 있었습니다. APAX-5580은 인텔 프로세서를 탑재하여 고효율 컴퓨팅뿐만 아니라 제어 플랫폼이 다양한 I/O 모델과 통합될 수 있도록 높은 유연성을 자랑하고 있습니다. 12채널 APAX-5017H 아날로그 인풋 모듈을 통해 변류기(current transformer: CT)를 6-축 로보틱 팔에 연결하는데, APAX-5580은 수집된아날로그 신호를 내장 하드 드라이브에 임시 보관할 수 있습니다. 관제소의 모니터링 시스템은 사용자의 설정에 따라 (5~10분 마다) 주기적으로 산업용 컴퓨터 데이터를 공장 인트라넷을 통해 보내 세부적인 전류 변동 데이터를 얻어 로봇 팔에 문제가 있는지 분석하게 됩니다.
단순한 논리 기능만을 다루는 전통적인 PLC와 달리 어드밴텍의 APAX-5580은 고속 데이터 프로세싱, 고용량 메모리 및 저장공간, 표준 이더넷 인터페이스 지원, 폭넓은 모듈 연결을 지원하여 중요한 데이터 게이트웨이 작업들을 수행할 수 있는 최적의 장치입니다. 또, 분산 데이터 수집 설정을 통해 많은 양의 프런트 엔드 아날로그 신호를 수집할 수 있으며, PC 기반 개방형 환경은 손쉽게 사용자가 개발한 어플리케이션과 통합할 수 있게 만들어 줍니다. 콤팩트한 팬리스 설계의 APAX-5580은 공간 제약이 있는 작업환경에 사용하기 최적입니다. 어드밴텍은 APAX-5002, 듀얼 슬롯 백플레인 모듈을 통해 직렬 연결 (daisy chain) 기능을 제공하여 스위치와 같은 추가적인 장치 없이 다수의 APAX-5017H 모듈을 연결해 최소한의 하드웨어 요구 조건으로 로봇 모니터링 솔루션 시스템 효율성을 극대화하였습니다.
 
시스템 구성도:     




결   론:
어드밴텍은 다년간의 장비 모니터링 및 예방정비 분야에 대한 경험으로 수많은 반도체, 그리고 첨단 기술 제조사들에게 최고의 솔루션을 공급해왔습니다. 본 사례의 패널 제조사는 기존에 어드밴텍의 장비 진단 및 모니터링 시스템을 공장에 도입하여 만족스러운 결과를 얻어, 로봇 모니터링 시스템 도입 건과 관련하여 다시 한번 어드밴텍과 협력하고자 했습니다. 프로젝트 시험 단계에서 솔루션은 비정상 전류 신호를 정확하게 수집하였고, 해당 로봇 팔은 며칠 후 작동이 제대로 이루어지지 않았습니다. 이 때문에 제조사는 이런 모니터링 시스템 도입의 필요성을 더더욱 실감하게 되었습니다. 더 나아가 로봇이 완전히 사용 불가능할 때까지 계속 활용하는 것은 추후 매우 높은 장비 교체 비용을 필요로 하였습니다. 반면 조기 경고 시스템은 교체 비용의 10% 정도의 비용만으로 장비를 유지 보수할 수 있게 도왔습니다. 현재 Central Taiwan에 위치한 제조사의 공장은 어드밴텍의 솔루션을 도입하여 300대 이상의 로봇 팔을 관리하고 있으며 미래 다른 공장에도 이와 같은 시스템을 도입할 계획임을 밝혔습니다.

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