움직이는 모션 컨트롤러의 패러다임

제조산업에서는 생산성 향상을 통해 보다 적은 투자 비용으로 더욱 빠른 제품출시를 위해 치열한 경쟁이 한참이다. 공장 자동화를 위한 시스템 통합은 필수 요소가 되고 있으며, 네트워크 기술의 급속한 발전은 이를 더욱 부추기고 있다. 공장 자동화에 핵심이라 할 수 있는 모션 컨트롤 시스템은 제품에 따른 경계가 통합이란 열풍속에서 점점 사라져 가고 있다.
글·이진수 기자(LJS@motioncontrol.co.kr)

기계 설비 및 제조 산업에서 점점 더 복잡해진 모션 제어를 위해 빠른 속도와 높은 정밀도를 갖춘 모션 컨트롤 시스템을 요구하고 있다. 또한 많은 제조업체들은 쉽고 빠르고 유연성 있는 시스템으로 타임 투 마켓을 단축시키기를 원하고 있다.
이런 요구들을 충족시키기 위해 많은 자동화 분야의 업체들은 통합 솔루션과 토탈 시스템을 전면에 내세우며 중점적으로 부각시키고 있다. 그 중심에 서있는 모션 컨트롤 시스템은 통합이란 열풍속에서 새로운 패러다임을 창조하고 있다.
PLC(Programmable Logic Controller)와 산업용 PC, 그리고 모션 컨트롤러로 뚜렷한 구분을 두고 성장해온 모션 컨트롤러 시스템이 이제는 PLC 로직 시스템에서 실제적인 생산성과 연결되는 모션 컨트롤의 비중이 늘어가고 있으며, 모션 컨트롤러에서도 PLC 기능을 추가하는 등 그 경계가 사라지고 있다.
보쉬렉스로스의 이종문 팀장은 “최근 들어 PLC와 모션 컨트롤러, 산업용 PC 등의 구분에 대한 경계가 점점 사라지는 상황으로 모션 컨트롤러를 정의함에 있어 어려움을 가지고 있는 것이 사실”이라며, “근래에 많은 사용자들이 PLC나 산업용 PC에 모션 제어 보드를 장착하여 모션 기능을 구현하거나 프로그램함으로써 전용 모션 컨트롤러를 대처해 사용하는 경향이 늘어나고 있으며, 이에 대한 대응을 위해 전용 모션 컨트롤러 또한 PLC 기능을 추가하고 있다.”고 설명했다.
작년 후반부에 이미 400억을 넘어선 모션 컨트롤 시장은 HMI (Human Machine Interface) 시장에 근접하고 있으며, 산업용 장비는 물론 반도체 및 자동차 관련 장비 등에 다양하게 거의 모든 산업장비에 사용되고 있다. 또한 PLC나 산업용 장비의 모션 제어를 포함한다면 모션 컨트롤러 시장의 크기는 훨씬 커질 것이다. 자동화에 핵심 시스템으로 부각된 모션 컨트롤 시장에서 새로운 패러다임을 주도하고 있는 업체들의 전략과 주요제품을 알아본다.

다양한 기능 수행하는
제품으로 사용편의성 제공

로크웰 오토메이션은 자동화 분야에서 통합 아키텍처(Integrated Architecture)를 제공한다는 모토하에 모션 컨트롤러 분야의 전략 또한 이를 따르고 있다. PAC(Programmable Automation Controller)에 기반을 둔 로크웰의 모션 컨트롤러 제품은 시퀀스(PLC), 모션, 프로세스, 인버터, 로봇 제어 등 다양한 기능을 제공하고 있으며, 특히 하나의 소프트웨어로 이들 기능을 커버함으로써 고객들의 다양한 요구를 충족시키면서도 사용편의성 또한 제공하고 있다.

로크웰의 CompactLogix

로크웰의 오상원 차장은 “하나의 하드웨어와 하나의 소프트웨어로 다양한 기능을 제공하는 것이 모션 컨트롤러 분야에서의 로크웰에 장점이며, 더불어 드라이버, 모터, 네트워크 등 호환성을 기본으로 토탈 솔루션을 제공하고 있다.”며, “이런 PLC 기반과 통합 솔루션의 제공이란 장점을 살려 로크웰은 자동차, 플랜트, 포장기, 컨버팅/컨수머, 섬유기계 등의 일반산업기계 분야와 반도체, 디스플레이, 전자조립 장비 등의 정밀산업기계 분야에 모션 컨트롤 사업을 전개하고 있다.”고 설명했다.
또한 그는 “PLC에서 PAC로 발전하는 현재 시장상황을 이끌고 있는 로크웰의 Logix 제품들은 PLC 기능뿐만 아니라 모션, 프로세스, 인버터, 로봇 제어 등 많은 기능을 수행하고 있다.”며, “전자기술의 발전, CPU의 연산능력의 향상, 네트워크 기술의 발전 등에 힘입어 발전하고 있는 PLC 제품들이 현재 모션 컨트롤러 시장에서 역량을 확대하고 있으며, 향후에도 지속적인 성장세가 예상된다.”고 덧붙였다.
로크웰이 제공하는 Kinetix 통합 아키텍처 모션은 256축까지 코디네이트(Coordinated) 제어가 가능하며, 단순 모션 또는 복잡한 모션을 지원하기 위해 동기제어, 직선/원호보간, 위치 기반의 캐밍(Camming), 키네마틱스(Kinematics) 등의 탁월한 성능을 제공한다. 특히 통합된 모션 프로그래밍을 제공하는 RSlogix5000에 축, 드라이브, 모터 그리고 액츄에이터의 설정 기능이 통합되어 있으며, ControlLogix L6x, CompactLogix L4x, SoftLogix5800 등 여러 플랫폼의 선택이 가능한 장점과 더불어 여러가지 인터페이스(Analog with AQB, SSI, LDT 피드백 옵션의 아날로그 인터페이스와 AQB, Hyperface 피드백 옵션의 SERCOS 인터페이스)를 선택할 수 있다.

로크웰의 ControlLogix

모션 8축까지 제어가 가능한 로크웰의 CompactLogix 컨트롤러 또한 확장성과 통합 모션 기능을 제공한다. CompactLogix는 시퀀스 제어, 모션 제어, 배치/프로세스 제어, 안전 및 인버터 어플리케이션 등에서 완전히 통합된 확장 가능한 제어 플랫폼이다.
로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처의 핵심인 ControlLogix 컨트롤러는 하나의 CPU로 모션 32축까지 제어가 가능하며, 비용을 절감시키면서도 성능, 유연성 및 확장용이성을 높이는 공통의 제어플랫폼, 프로그래밍 소프트웨어 및 통신 기능을 갖춘 로크웰 오토메이션의 Logix 제어 플랫폼(Control Platform)을 사용한다.
RSLogix 5000 Enterprise 시리즈 소프트웨어는 로크웰의 Logix 플랫폼을 지원하기 위해 만들어진 소프트웨어로 ControlLogix와 CompactLogix, FlexLogix, SoftLogix5800, DriveLogix 등 모든 Logix 계열 컨트롤러는 이 소프트웨어 패키지 하나로 시퀀스 제어, 프로세스 제어, 드라이브 제어, 모션 제어 프로그래밍이 가능하다.

모션 컨트롤러 MLC
새로운 패러다임 제시

현재 산업현장에서는 신뢰성을 바탕으로 한 모션 컨트롤(Trust), 유연성(Flexibility), 검증되고 다양한 라이브러리(Library), 표준화된 프로그래밍 환경 GAT(Generic Application Template), 모터 제어에 대한 다양한 동작 모드(토크, 속도, 위치, 위상, 전자 캠, 플렉스 모션 제어), 확장성(Extension), 통합된 프로그래밍 툴 등의 성능을 갖춘 모션 컨트롤러를 요구하고 있다.

보쉬렉스로스의 모션 컨트롤러

이를 충족시키기 위해 보쉬렉스로스에서는 MLC(Motion Logic Controller)를 출시하여 사용자가 원하는 다양한 어플리케이션에서 우수한 성능을 제공하고 있다. MLC는 사용자의 자동화 솔루션 개발의 복잡함과 시간을 줄여줌으로써 고객의 제품을 보다 빠르게 시장에 출시할 수 있도록 도와준다.
특히 MLC는 통합된 제어구조를 위하여 모션 제어와 PLC 로직을 기술적으로 통합시켰다. 또한 엔지니어링 비용을 최소화하고, 통일된 커미셔닝(Commissioning) 툴을 제공함으로써 사용편의성도 극대화시켰다. 게다가 유압기기는 물론 공압 및 타사의 제품들을 연결할 수 있는 유연성을 제공함으로 여러가지 컨트롤러에 추가되는 비용을 절감할 수 있다.
보쉬렉스로스의 이종문 팀장은 “모션을 주체로 하는 제어기가 아닌 경우 시퀀스(Sequence)를 처리하는 동안 모션을 제어하기 때문에 전체 시스템 타임에 영향을 주는 경우가 종종 발생한다. 이를 해소하기 위해서는 추가로 시스템의 보강이 필요하고 결과적으로 비용도 늘어나는 현상이 발생한다.”며, “최근에는 모션 컨트롤러에도 사용자가 원하는 프로그램을 위하여 IEC61131-3 규약에 따른 로직을 탑재하여 모션 컨트롤러의 유연성을 높이고 있다. 이는 컨트롤러의 주체가 모션 제어에 우선 순위를 둔 모션 컨트롤이므로 전체 시스템 타임에 영향을 주는 경우가 없다.”고 강조했다.

보쉬렉스로스의 인드라워크

보쉬렉스로스의 MLC는 통합된 하드웨어 플랫폼에 필요한 레디 메이드(Ready Made) 라이브러리를 제공함으로써 모션 컨트롤러가 사용되는 모든 산업장비에 적용이 가능하다. 최근에는 일반 산업 장비에서 반도체 장비 및 인쇄기기까지 다양한 어플리케이션 환경을 제공하고 있다.
특히 IndraWorks를 이용한 통합된 개발 툴을 제공하여 보쉬렉스로스 및 타 기종의 모든 하드웨어를 사용할 수 있도록 하였다. IndraWorks의 가장 큰 특징은 HMI 화면 작화를 위한 툴은 물론 통신 관련 툴 및 오실로스코프, 로직 프로그램과 모션 라이브러리를 하나의 통합된 프로그램으로 사용할 수 있는 것이다. 또한 HTML 형태의 화면을 인터넷 익스플로러를 사용함으로써 원격으로 시스템의 현 상태를 모니터링 하는 기능과 유지 보수가 가능한 장점으로 서비스 비용까지 절감시킨다.
이종문 팀장은 “새로운 모션 컨트롤러 기술을 적용하여 생산력을 높이고 장비의 성능을 증가시키는 일을 위하여 최적화된 모션 컨트롤러를 선택함으로써 불필요한 요소들을 줄여 나가야 한다. 예컨대 단지 몇 대의 모터를 구동하기 위하여 별도의 모션 컨트롤러를 추가하기 보다는 드라이브가 모션 컨트롤 기능을 가지고 있는 제품들을 선택하는 방법을 찾을 수 있다.”며, “보쉬렉스로스에서는 드라이브에 로직은 물론 모션, 그리고 안전 기능까지 포함한 제품들을 출시함으로써 장비에 따라 적용할 수 있는 선택의 폭을 넓혀 주고 있다.”고 말했다.

반도체, LCD를 타깃한
기술적인 우위로 대응

ACSMotionControl은 LCD 및 반도체 분야에 주력하고 있다. 이 분야를 주도하고 있는 아시아(한국, 일본, 대만) 시장을 공략하기 위해 한국에 ACS MotionControl 지사를 설립하고 20년 이상 하이엔드 모션 컨트롤 부분을 선택해서 집중해 왔던 노하우와 검증된 제품의 성능을 바탕으로 활발한 활동을 전개하고 있다.

ACSMotionControl의 SA 제품

모션 컨트롤러 분야에서 반도체의 이슈는 선두기업들이 2012년까지 450mm 웨이퍼 규격전환에 합의하는 등 향후 시장의 재편에 나선 것과 LCD 라인은 2012년 전환되는 디지털 방송과 신흥 경제 부국으로 떠오르는 인도 등의 약진으로 꾸준한 수요가 전망된다.
ACSMotionControl의 박태곤 팀장은 “위와 같은 상황에 따라 ACS MotionControl은 수 나노, 수십 나노로 정밀하게 제어해야 하는 반도체와 고속이면서도 정밀한 갠트리 컨트롤이 필요한 LCD 시장을 타깃하고 있다.”며, “이는 기술적으로 경쟁업체와 차별화할 수 있는 전략이며, 이 후에는 로봇 어플리케이션 시장을 수요처로 보고 있고 활발한 연구개발을 진행하고 있다.”고 밝혔다.
ACSMotionControl 제품은 크게 두 가지 형태의 제품으로 라인업 됐다. 하나는 컨트롤러만 있는 제품이고 다른 하나는 파워-컨트롤러-엠프까지 결합된 제품이다. MC4U와 CM은 파워-컨트롤러-엠프가 내장된 제품이며, SA, PCI와 3U는 컨트롤러만 있는 제품이다.
이들 제품의 소프트웨어 장점은 시뮬레이터가 있어서 유저가 하드웨어 없이도 서전에 개발한 프로그램의 검증이 가능한 것이다. 또한 시스템의 기구적인 공진이나 시스템의 주파수 응답을 측정할 수 있으며, 이를 이용해서 게인 튜닝, 공진을 제거할 수 있는 툴이 기본 소프트웨어로 포함되어 있다. 하드웨어의 장점은 리니어 엔커더의 체배수가 65,536까지 가능한 것과 모든 축을 20KHz로 고속 제어가 가능한 것이다.
ACSMotionControl의 박태곤 팀장은 “ACSMotionControl 소프트웨어의 가장 큰 특징은 갠트리 컨트롤에 관련해서도 뛰어난 성능을 발휘하여 업계 최초로 ‘Input Shaping’ 기술을 통해 진동 없이 기계를 가동시켜 주는 것”이라며, “사용자 편의성 측면에서도 몇 개의 파라미터만 입력하면 동작하기 때문에 사용편의성을 극대화시켰다.”고 설명했다.

ACSMotionControl의 MC4U 제품군

ACSMotionControl가 지난 2월에 출시한 MC4U는 모듈형 구조의 모션 제어기로 하나의 랙에 8축 컨트롤러와 최대 8개의 드라이브(AMP)를 장착할 수 있는 장점과 CANOpen 네트워크를 통해 64개 노드(서보드라이브 혹은 I/O 디바이스)를 추가로 확장할 수 있는 성능을 제공한다. 또한 IEC61131-3 표준을 지원해 기존 PLC 사용자도 프로그램을 개발할 수 있다.
스탠드 얼론 컨트롤러인 SA 제품은 고속 픽-앤-플레이스, 프린터 패키징, CAM, 프로파일링, 로보틱스, 반도체 그리고 FPD검사 응용에까지 광범위한 사용이 가능하다. 또한 SPiiPlus SA의 성능이나 Throughput의 손실 없이 해상도와 서브 나노미터 해상도, 그리고 고속 구동의 성능을 제공한다.

어울림의 통합관리
실질적인 성능 향상

지멘스가 추구하는 통합 자동화(TIA: Totally Integrated Automation)에 모션 컨트롤러 분야도 하나의 축을 구성하고 있다. 이를 기반으로 지멘스는 국내에서 일반산업기계 분야에 무게 중심을 둔 모션 컨트롤러 전략을 펼치고 있다.

지멘스의 Simotion

지멘스의 김성렬 부장은 “지멘스는 자동화 분야의 세계적인 리더로서 통합 자동화 환경이 주는 이점을 모션 컨트롤러에도 적용하는 있다.”며, 지멘스의 장점은 컨트롤러, 드라이브, 모터가 서로 어울리는 통합적인 관리로 궁극적인 모션 제어를 위한 포트폴리오를 갖추고 있는 것과 상위 시스템과의 유연성 있는 네트워크 시스템”이라고 설명했다.
또한 그는 “현재 국내 자동화 산업은 상위로 도약하고 있는 단계지만 기계산업은 잠재력과 기술력에 비해 아직은 고급 기종에 대한 제작능력이 미흡하다.”며, “지멘스의 모션 컨트롤러 전략은 생산설비, 프로덕션 머신 등 일반기계산업에 포커스를 맞추고 고용량 파워를 고효율적으로 이용가능한 분야를 적극 공략하고 있다.”고 밝혔다.
지멘스에서 제공하고 있는 모션 제어 시스템인 Simotion는 복합한 고속 고정밀 모션 컨트롤을 주로 필요로 하는 기계설비에 사용하도록 특별히 개발되었다. 특히 작업에 사용되는 최적의 솔루션을 보장하기 위해, 대부분의 기계설비에서 발견되는 두 가지의 다른 제어 기능(로직 펑션과 기술 펑션)의 모션 컨트롤을 혼합한 새로운 시스템 접근방법을 사용한다. 또한 모션 제어, 로직 및 테크놀러지 기능 등이 통합되어 있으며, 이들 모든 기능은 하나의 엔지니어 시스템인 스카우트(SCOUT)를 사용하여 유연성과 효율성까지 제공하고 있다.
김성렬 부장은 “Simotion에는 SCOUT라는 하나의 툴을 사용하고 이는 PLC에도 적용이 가능해 기계 및 건설 분야에서 탁월한 사용편의성과 호환성을 제공한다.”고 말하며, “SCOUT는 구성에서 프로그래밍과 테스팅은 물론 시운전과 진단기능에 이르는 엔지니어링 공정에서도 적용이 가능하다.”고 덧붙였다.
Simotion의 세가지 하드웨어 플랫폼(PLC 제어기 기반, PC 기반 및 드라이브 기반의 플랫폼)은 매우 상이한 기계들에 대해 범용 자동화 솔루션을 실행하기 위해 최적화된 제품군을 제공한다. 이 플랫폼은 고객의 요구조건에 따라 기계 설계를 위해 시스템을 최적화하도록 선택되고 조합될 수 있다.
산업용 PC에 기초한 개방형 버전인 Simotion-P는 Simotion 소프트웨어, 시각화 및 표준 PC 어플리케이션들을 단독 플랫폼 상에서 설치과정 없이 즉시 실행이 가능하게 한다. Simatic S7 패키징 테크놀로지에 의한 모듈형 버전인 Simotion-C는 S7-300 범위에서 다수의 모듈들로 확장이 가능하다. 분산 자동화 구조를 위한 컴팩트한 버전인 Simotion-D의 기능과 드라이브 제어 기능은 공통 제어 보드상에서 수행된다.
지멘스는 최근 국내에서 지멘스의 Simotion을 이용해 RFID 라벨 머신을 개발했으며, 이 기계의 성능은 독일의 제품보다 우수하다고 전했다.

머신 비전과 연계해
시스템 개발과 인프라 구축

커미조아는 단기적인 모션 컨트롤러 시장의 전망으로 추가적인 머신 비전시장의 활로에 관계되어 있다고 판단하고 있다. 국내 머신 비전시장은 그 수요에 비해 기술적으로 열악한 상황을 반영한 결과다. 머신 비전 시장과 모션 컨트롤러 시장의 연계성은 지금까지 많은 분석과 긍정적인 전망을 보여왔지만, 실제적으로 국내 머신 비전시장에 기존 모션 컨트롤러 회사나 신규 업체가 성공을 거둘 수 있는 기술적 바탕이나 환경적 요인이 많이 부족하다.

커미조아의 이명해 팀장은 “위와 같은 상황에 따라 커미조아에서는 머신 비전시장에 대한 검토와 현재 판매되고 있는 커미조아의 제품과 연동할 수 있는 신제품을 개발하는데 많은 관심을 가지고 있다.”며, “또한 디지털 계측제어의 전문회사로서 커미조아는 모션 컨트롤 기술을 기반으로 국내 대표의 계측 및 수집 제어 시스템을 개발하고 인프라를 구축하는 역할을 수행해 나가기 위해 준비하고 있다.”고 설명했다.
또한 그는 “장기적인 모션 컨트롤 시장에서는 PC 기반 운영체제에서 커미조아의 모션 컨트롤 제어 제품과 주새로이 개발된 주변 제품과의 통합화와 일관성 있는 제품 라인업을 구축하는데 있다.”며, “커미조아는 이미 축적된 경험과 기술을 바탕으로 다양한 DAQ(Data Acquisition) 제품을 개발하여 판매하고 있으며, 이러한 제품들의 고급화와 성능 향상에 주력하고 있다.”고 덧붙였다.
작년에 출시된 커미조아의 C-NET 제품의 경우, 고속 필드 버스 시스템으로 노드 당 15.1㎲의 스캔 시간을 자랑하며, 전체 64개의 노드를 1ms 이내에 스캔 할 수 있는 성능을 제공한다. 실제 다양한 핸들러 장비를 비롯한 반도체 장비에 적용되어 안전성과 고속 디지털 입출력 제어에 특화된 기능을 검증 받았다.
기존의 C-NET 제품이 디지털 입출력 전용 제품이었다면, 지난 7월에 출시된 CEIP 제품은 기가비트 이더넷 기반 통신 방식의 모션 컨트롤러와 디지털 입출력, 아나로그 입출력, 카운터 모듈군 등을 아우르는 제품이다.
커미조아의 CEIP 제품의 가장 큰 특징은 독자적으로 개발한 Compact Ethernet/IP 프로토콜을 통해 분산노드 명령전달의 패킷 크기를 효과적으로 줄인 것이다. 또한 전체 시스템의 트래픽 발생을 최소화시킨 프로토콜 디자인 위에 주기적 메시지 전달 시스템과 명령형 메시지 전달 시스템을 각각 프로토콜 특성에 맞게 분류한 기술 등도 장점이다.

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