혁신적인 패키징 시스템 구축을 위한 Mitsubishi 서보 모터
케이스 포장기 및 트레이 포장기를 전문으로 하는 포장장비 제조 업체인 Hamrick Manufacturing(www.hamrickmfg.com, 이하 Hamrick)은 Mitsubishi Electric(www.mitsubishielectric. com)의 솔루션을 접목함으로써 섬세한 포장과 새로운 자동 포장 시스템을 설계하는 데에 성공했다. 이번 기사에서는 Hamrick 의 Controls Engineering 매니저인 Jeff Eckstein을 통해 Mitsubishi 솔루션 구축 성공사례에 대해 자세히 들어보았다.
Hamrick, 강력하고 컴팩트한 서보 모터 찾아
Hamrick은 새로운 자동 포장 시스템을 설계해야 하는 문제에 직면했을 때, 가능한 가장 작은 공간에 힘, 정밀성 및 부드러운 터치 를 결합하는 로봇의 픽 앤 팩 솔루션을 찾고 싶었다. 강력하면서 도 컴팩트한 서보 모터를 찾는 것이 가장 우선 순위였던 것이다. Hamrick의 Jeff Eckstein은 이에 대 해 “모두가 원하는 모터는 가장 작고, 가장 강력하고, 가장 빠른 것이다. 이 새로운 기계의 고객은 복잡하고 섬 세한 라벨이 붙은 용기에 담긴 다양 한 단백질 분말을 골라 포장해야 했 다. 정밀하게 제어되는 자동화를 구축 하면 라벨을 보호할 뿐만 아니라 서로 다른 제품 간에 더 빠르고 쉽게 전환할 수 있다. 그들은 이 라인에 서 약 20개의 서로 다른 SKU를 운영한다. 그들은 한 제품을 1~2 주 동안 연속으로 실행할 수 있었고 하루에 세 가지 다른 제품을 실행할 수도 있다. 그들은 프로세스 속도를 높이고 전환 중 작업 자 오류를 제거하기를 원했다”라고 설명했다.
복잡한 전환에는 1/4 회전 나사와 수동 크랭크를 사용하여 여러 매개변수를 수동으로 설정하는 작업이 포함되어 있다. Jeff Eckstein은 “눈금자에 대한 한 사람의 인식을 기반으로 무언가를 저울 아래로 밀고 많은 조정을 할 것이다. 매번 최대 30분 이 소요될 수 있는 작업이며, 매우 복잡한 프로세스이다. 그들은 서로 다른 모든 SKU 간의 가동 중지 시간을 줄이는 방식으로 자 동화하기를 원했다. 필러는 분당 40개 이상의 병을 가동하므로 여러 번 교체하는 데 1시간 30분이면 많은 병이 된다. 기계가 생 산하지 않는 매 순간이 버려지는 돈이다”라고 그는 덧붙였다.
컴팩트한 모터, 3000rpm 및 2.0 Nm 토크
Jeff Eckstein은 “수년 동안 Mitsubishi의 VFD(variable frequency drives; 가변 주파수 드라이브)를 사용해 왔다. Mitsubishi 유통업체인 Shaltz Automation에 전화를 걸어 1.0 Nm 이상의 토크와 1000 RPM 이상이 필요하다고 말했다. 그것은 우리가 원하는 서 보 모터의 크기에서 찾을 수 있는 가장 빠르고 강력한 것이었다. 몇 가지 조사를 한 후 3000rpm과 2.0 Nm 토크의 솔루션을 가지 고 왔다. 이것은 예상했던 것의 두 배 이상의 성능이었다” 라고 말했다. 그는 이어 “HG-KR23K 서보 모터의 크기를 확인했고 크기가 완벽했다. 모터를 위한 공간이 많지 않은 17축 기계 어셈블리 내 부에 모터를 배치했기 때문에 모터 자체는 컴팩트해야 했다. 그런 다음 새 기계는 FR-E800 VFD 및 EtherNet/IP 증폭기를 비롯한 다른 Mitsubishi 구성 요소를 중심으로 발전했다. 그리고 우리가 궁극적으로 개발한 기계는 각 패키지를 부드럽게 배치할 수 있을 만큼 충분히 정밀한 제어 기능을 갖추고 있었다”고 덧붙였다.
이더넷/IP 통합으로 제어 간소화
로봇의 세계에 익숙하지 않은 사람들을 위해 이더넷은 사무실 환 경에서와 공장 현장 로봇 작동에서 다소 다르게 작동한다. 파일 및 프린터에 액세스하는 대신, 공장 현장 컨트롤러는 드라이브 시 스템, 작업자 워크스테이션 및 I/O 장치에 내장된 데이터에 액세 스해야 한다. 그리고 모든 작업을 실시간으로 또는 가능한 한 근 접하게 수행해야 한다. Ethernet/IP는 실시간 제어 애플리케이션에 사용되는 일련의 고급 데이터 통신 표준이다. Mitsubishi 서보 모터의 경우를 포함 하여 다양한 유형의 제품에서 일관된 자동화 기능을 촉진하기 위 해 객체 지향 설계를 사용한다. Mitsubishi 서보 모터에는 자체 정보장치가 내장되어 있기 때문에 Ethernet/IP 네트워크는 훨씬 적은 양의 정보를 전송해야 한다. 이것이 바로 PLC가 더 간단하고 저렴할 수 있는 이유이다. Jeff Eckstein은 “서보가 A지점에서 B지점으로 이동하는 데 필 요한 작업과 거기에 도달하는 속도, 감속 속도, 수학, 알고리즘 및 프로그래밍 등 모든 것을 처리한다. 서보 드라이브 내부는 GPS 시스템이라고 생각하면 된다. PLC가 점 단위 방향을 제공하는 대 신 서보 모터가 모든 작업을 수행한다”고 말했다.
전환 시간이 30분에서 40초로 단축
이 모든 첨단 기술의 결과에 대해 Eckstein은 다음과 같이 말했다. “픽 앤 플레이 부분의 경우 모터가 우리가 사용하던 것보다 더 좋고 부드럽게 작동하기 때문에 성능이 향상되었다고 말할 수 있 다. Mitsubishi가 우리에게 제공한 크기도 더 정확했다. 또 전환 시간이 대폭 단축되기 때문에 고객은 더 많은 처리량을 얻게 됐 다. 이제 우리는 40초 안에 전환을 할 수 있었다.”
첨단 기술이 기계 설계에 통합되었음에도 불구하고 Eckstein의 관점에서 가장 눈에 띄는 것은 Hamrick이 Shaltz Automation과 Mitsubishi에서 받은 추가 마일리지 서비스이다. Eckstein은 “고객은 우리가 예상한 대로 제품을 제공할 수 없었 다. 이로 인해 개발이 지연되었지만 기한은 동일하게 유지되었다. 우리는 마감일에 이 기계를 출시하기 위해 할 수 있는 모든 일을 했 다. Mitsubishi는 우리가 모든 것을 통합하고 원활한 프로세스를 만 드는 데 도움을 주기 위해 최선의 노력을 다했다”고 말했다.
자료제공: Mitsubishi Electric(www.mitsubishielectric.com)
