사일로에 전기 시스템 설치 시 설치 비용을 크게 절약하는 콤팩트형 모터 스타터

수확기는 짧다. 그러므로 곡물, 옥수수, 포도 작물 등은 특히 신속하게 사일로로 운반해 보관해야 한다. 이 분야에서 지향하는 점은 고성능이면서, 고가동률 수준을 특징으로 하는 중앙 집하 플랜트를 갖추는 것이다.
독일 Thuringia 소재 Agri Futura가 운영하는 수확물 집하 플랜트는 산업용 컨트롤이 얼마나 중요한지를 보여준다. 전체 자동화 시스템의 주요 요소 중 하나는 최소 공간 및 설치 요건과 함께 열 발생 감소 기능을 갖춘 매우 콤팩트한 모터 스타터이다.

독일 Kassel 시 서부 Twistetal-Berndorf 소재 전기 엔지니어링 업체 Rolf Jäger 사의 Rolf Jäger 사장은 저장 및 혼합 유입 시스템 구축 분야에서 오랜 경험을 쌓았다. 그는 수확물 집하 플랜트에서 신뢰할 수 있는 컴포넌트, 고가동률, 통합 시스템 접근 방식의 가치를 잘 알고 있다. 그와 그의 동료 20여 명은 현지 설치 업체들과도 협력하고 있다. 이와 관련하여 Siemens의 TIA(Totally Integrated Automation) 기반 시스템 통합은 여러 면에서 그 강점을 입증했다.

예를 들면, Agravis Raiffeisen AG의 전기 엔지니어링 자회사인 Agri Futura GmbH는 Jena 인근 Reisdorf 소재 수확물 집하 플랜트에 전기 시스템을 공급했다. 이 회사는 모든 종류의 농산물은 물론 농업 서비스 분야에서도 널리 알려진 업체다. 예를 들면 2013년 이후 지름 23m, 높이 32m인 사일로가 4개 들어섰고, 이 사일로들은 각각 밀, 포도, 보리 등 작물 9,000t을 저장할 수 있다.

제어 캐비닛의 공간을 절약하는
콤팩트형 모터 스타터

청소를 포함하여 시간당 300톤의 유입 용량으로 사일로 시스템은 제때 수확할 준비가 되어 있었다. Rolf Jäger 사장에 따르면, “이 기간 중 고가동률이 중요하지만 천연 제품을 트럭을 이용해 개별 화물로 재집하할 때 후속으로 저장고에서 비우는 동안의 신뢰도도 중요합니다.” Jäger 사장은 Siemens의 신형 Sirius 3RM1 모터 스타터를 Reisdorf 프로젝트에서 처음 사용했는데, “이 디바이스의 최대 이점은 콤팩트 설계입니다.”라고 설명한다.

효율을 고려해 전체 전기 엔지니어링 시스템의 레이아웃은 분산형이다. 이 프로젝트에서는 예컨대, 주 캐비닛 하나와 5대의 분산형 현장 컨트롤러가 동원된다. 폭이 22.5mm에 불과한 이 디바이스는 다른 솔루션 대비 70%의 공간 절약 효과를 제공한다. 또한 또 다른 업체의 이전 모터 스타터와 비교하여 이 신형 디바이스는 상당히 우수한 연결 기능을 제공한다. 이는 400V 네트워크와 부하 연결 배열의 결과다. 신형 3RM1 디바이스에서 네트워크 연결이 후면에 있고, 부하 연결은 전면 하단에 있다.

Rolf Jäger 사장은 이렇게 설명한다. “덕분에 주 회로를 위한 삼상 인피드 시스템을 통해 그룹 대형을 사전 설치할 수 있고, 드라이브를 건설 현장의 모터 스타터에 직접 연결할 수 있습니다.” 이러한 방법으로 Jäger 사장은 각 프로젝트에서 추가 터미널 스트립을 줄여 설치 작업을 축소하고, 제어 캐비닛의 열 발생도 줄인다. 모터 스타터는 소형 콤팩트 디자인으로 단방향과 양방향 스타터의 사이즈가 동일하다. 따라서, 이전에는 필수였던 넓은 디바이스가 필요 없다.

기능 통합에 따른 설치 단순화

심지어 현장 작동을 위한 수동 스위치를 추가할 수 있다. 모터 기동 신호의 시작 위치(컨트롤러 또는 수동 스위치)는 상관이 없으므로 방향 전환에 필요한 인터록이 디바이스 내에서 이루어진다. “이는 다른 경우에는 필요한 수동 스위치 상의 인터록 없이 작업할 수 있음을 의미합니다.”라고 Jäger 사장이 말한다. Jäger 사장은 “수확물 집하 플랜트의 각 모터에 이런 수동 스위치를 설치하려고 함에 따라 배선도 상당히 간단해집니다. 그러면 중요한 영역도 특이 사항이 없이 쉽게 제어할 수 있습니다. 특히, 수확 기간 중 최대 가동률 보장을 위해 절대적으로 필요합니다.”라고 설명한다.

파워 릴레이에 추가하여, 모터 스타터는 드라이버를 사용해 케이스 전면의 설정 볼륨을 통해 최댓값 7A까지 삼상 모터를 보호하도록 설정할 수 있는 하이브리드 전력 소자가 내장되어 있어 완벽한 모터 보호가 가능하다. “이러한 기능 통합은 제어 캐비닛의 공간을 크게 줄일 뿐 아니라 전체 솔루션 비용도 절감합니다.” Jäger 사장의 설명이다. 그의 견해에 따르면 결국 경제적 측면이 신형 디바이스의 손을 들어주는 핵심 이점이. 또한, 인피드 선로의 백업 퓨즈를 통해 단락 보호 기능만 제공하면 된다. 모터는 좀처럼 동시에 작동하지 않아 터미널 바를 통해 그룹화하지만, 별도의 보호 수단이 제어 캐비닛에 필요 없다.

최적의 전체 솔루션을 위한 시스템 개념

곡물을 저장하려면 트럭이 기울임 통이나 투입 통까지 가야 한다. 여기에서 농작물은 벨트와 체인 컨베이어를 통해 세척 시스템으로 이송되고, 거기서 사일로로 이송된다. 저장고에서 제거 시 사일로의 슬라이드 게이트가 열려 곡물이 체인 컨베이어 위에 떨어진 다음, 엘리베이터를 통해 올려져 다시 적재 구역으로 이송된다. 시스템에는 슬라이드 게이트와 분배기 밸브를 위한 정, 역방향 전환 스타터 약 40대가 있어 요구사항에 따라 농작물을 저장하고 제거한다.

Rolf Jäger 사장은 “이 드라이브의 상당수는 일 년에 몇 번만 가동됩니다.”라고 설명한다. 따라서, 고품질 요구사항을 충족하는 신뢰할 수 있는 컴포넌트 사용이 특히 중요하다. 3RM1 디바이스를 통해 기동하는 드라이브 40대의 대다수에는 1A 또는 1.2A가 요구된다. Siemens의 Sirius 3RA6 콤팩트 스타터를 통해 최대 15kW 정격의 대형 드라이브와 최대 32A의 소비 전력이 기동된다. 여기서 IO-Link를 통해 통신이 이루어진다. Rolf Jäger 사장은 이렇게 말한다. “모든 모터에 버스 활성화 통신 기능이 장착되기를 원합니다. 그러면 설치가 상당히 쉬울 뿐 아니라, 설치류 피해에 따른 장애 위험도 줄기 때문이죠.”

이에 따라 모든 제어 관련 네트워킹은 Profinet을 통해 처리되며, 디바이스는 Simatic ET 200S 분산형 I/O와 연결된다. 3RM1 및 3RA6 모터 스타터와 대형 엘리베이터용 3RW30 소프트 스타터는 매우 명확하고 신속하게 제어시스템에 통합된다. 시각화는 Siemens의 TP 1200 터치 패널의 지원으로 처리된다. 이들 역시 Profinet을 통해 지극히 간편하게 전체 개념에 통합할 수 있다. Rolf Jäger 사장의 설명이다. “Profinet의 스위치 기술 옵션 덕분에 통신 아키텍처가 신속 간단하게, 안정적이고, 명확하게 설정됩니다.”

매우 명확한 통신을 지원하는 Profinet

투입 통의 폐쇄 루프 제어용 Micromaster 주파수 인버터도 Profinet을 통해 통합된다. 유입 용량을 곡물 품질에 따라 개별 조정해야 하므로 이러한 장치들이 필요하다. 곡물 더미의 불순물 또는 불필요한 요소의 비율이 극히 높으면 저장이 느려진다. 이 원칙은 적재 차량의 적재 능력에 맞추어 조정해야 하는 제거 공정에도 그대로 적용된다.

“모든 전기 시스템이 완벽하게 일치하고 기획 및 제어 측면 모두에서 조화를 이루는 것이 매우 중요합니다.”라고 전기공학 전문가인 Rolf Jäger 사장이 말한다. 이 말은 모든 산업용 컨트롤, 드라이브, 제어시스템은 물론 안전 엔지니어링에도 적용된다. 그의 경험에 따르면, Atex 지침에 따른 방폭 Zone 20이 사일로와 컨베이어 시스템 내부에 필요하기 때문이다. Zone 21은 필터와 세척 시스템에 적용되며, Zone 22는 기울임 통과 곡물이 공기에 노출되는 영역에 적용된다.

이에 따라 당사는 항상 고장 안전 컨트롤러에 의존하며, 대개의 경우 이것은 Reisdorf 프로젝트에서와 같이 Siemens의 Simatic S7-315 F를 의미한다. 한편으로는 15°C 미만이어야 하는 저장 온도를 모니터링하며, 다른 한편으로는 엘리베이터를 모니터링한다. 벨트의 트랙 이탈을 모니터링해 스파크를 방지해야 한다.

첨단 전체 시스템 개념에 적합한 모터 스타터

따라서, Siemen의 신형 콤팩트형 Sirius 3RM1 모터 스타터는 Agri Futura의 Reisdorf 프로젝트의 모터 스타터처럼 전문가가 효율적이고, 경제적이며, 콤팩트한 사일로 시스템용 자동화 솔루션을 구현할 수 있는 범위를 보완한다. 사일로의 규모가 커지면서 시스템 운영 복잡도도 커진다. 이에 따라 올바른 전체 시스템으로 간편하고 비용 효과적으로 운영을 구현할 수 있다.

Rolf Jäger 사장은 말한다. “다년간의 이 분야 경험을 통해, 우리는 TIA(Totally Integrated Automation) 기반 통합 자동화 시스템의 가치를 높이 평가합니다. 동시에 Siemens가 신형 3RM1 디바이스로 또다시 시험대에 올린 소형화와 기능적 통합을 향한 추세를 환영합니다.” 그의 결론이다. “공간뿐 아니라 하드웨어도 절약할 수 있어 비용과 설치 요구사항이 줄어듭니다.”

대량생산에 있어서 안전한 용접

SIMATIC S7-1200 : 용접 기계와 특수 장비 제조업체인 Dalex가 사용하는 이 컨트롤러의 Fail-safe 버전은 EU 기계류 지침의 높은 안전 요구사항을 충족한다.

작업자를 보호하기 위해 용접 기계에 대한 안전 요구사항이 매우 높다. 그래서, Dalex Schweissmaschinen GmbH & Co. KG는 SIMATIC S7-1200의 Fail-safe 버전을 제어시스템으로 선택하였다. 컨트롤러는 LOGO! 모듈과 안전 릴레이의 조합을 대체하여, 이 독일 제조업체와 전 세계 고객에게 많은 이점을 제공하는 미래형 솔루션이 된다.

표준 기계든 특수 기계든, 로봇 셀이든, 첨단 도구든 독일 Wissen의 이 용접 기계 제조업체는 저항 용접을 전문으로 하며, 이 기술에 관해서는 세계 최고의 제조업체 중 하나다. Dalex GmbH는 국제적으로 스폿, 투영, 심 용접을 위한 PMS 시리즈로 유명하다. 그러나 현재는 자동회전식 인덱싱기, 연동식물, 로봇세포 등 특수 시스템에서 연간 매출의 60% 이상을 창출하고 있다. 그들의 고객들은 자동차산업과 그 공급자들에서부터 전기산업, 펀치와 구부러진 부품들, 문과 창문, 심지어 항공우주산업까지 다양하다.

Dalex의 더크 슈나이더 전기설계 담당 부국장은 “기계의 높은 안전요건을 충족시키기 위해서는 용접 실린더의 이동을 포함한 특정 기능을 성능 수준 D에 따라 설계해야 한다.”고 말한다. F 기능에는 또한 비상 정지 및 투영 용접을 위한 양손 작동도 포함된다. 더크는 “작업자의 손이 기계와 우발적으로 접촉하지 않도록 하기 위해 투사 용접을 두 개의 제어 데스크에서만 시작할 수 있다.”고 말한다.

안전 릴리이보다 뛰어난 유연성

이전에는 용접기의 안전성과 자동화를 보장하기 위해 LOGO와 함께 안전 릴레이 및 용접 컨트롤러를 요구하였다. 안전 릴레이는 안전 기능을 제공하고 LOGO에 연결되었으며, LOGO는 특정 용접 컨트롤러와 통신하여 실제 용접 프로세스를 시작했다. 더크는 “해결책은 수년에 걸쳐 입증됐지만 배선은 매우 복잡했다.”고 설명했다. “요건이 추가되면 또 다른 안전 릴레이가 필요했고, 이를 다시 연결해야 했기 때문에 결함이 생기기 쉬웠다는 것입니다. 그래서 우리는 보다 유연한 해결책을 찾기 시작했습니다.”라고 덧붙였다.

SIMATIC S7-1200 제어시스템의 Fail-safe 버전이 2015년에 출시되었을 때, 특히 SIMATIC CPU 121 4FC는 기계 제조업체 Dalex의 정확한 니즈와 요구사항에 대응했다. 더크는 “이 PLC는 우리가 찾던 것”이라고 말한다. 또한 “안전 릴레이들을 처분하고 소프트웨어의 배선을 관리할 수 있게 되어 설계 엔지니어들이 시간을 감소시킬 수 있었습니다. 이제, 만약 우리가 추가적인 안전 기능이 필요하다면, 우리는 단순히 컨트롤러의 추가 입력 모듈을 사용할 수 있습니다. 나머지는 프로그래밍입니다.”라고 말한다.

예를 들어, 고객이 6개월 후에 자신의 기계에 대한 추가 기능을 요구할 경우 시스템을 쉽게 확장할 수 있다. CPU 버전 1214FC는 최대 8개의 표준 또는 페일 세이프 신호 모듈까지 확장할 수 있다. 더크는 “이는 또한 우리가 더 큰 기계에 그것들을 사용할 수 있게 해준다.”고 말했다. SIMATIC S7-1200과 용접 제어 사이의 Propinet을 통해 기계 내에서 이루어지는 통신은 추가 배선이 필요하지 않다.

표준화를 통한 효율성 향상

요컨대, 그 해결책은 이전 것보다 비싸지 않고 오히려 미래 구매 비용을 절약할 수 있는 것이다. Dalex 전기 설계 엔지니어는 PMS 시리즈의 모든 기계에 대한 제어 캐비닛 설계를 표준화할 수 있었고, 이제 마운팅 플레이트를 대량 생산할 수 있게 되었다. 더크에 따르면 완전히 새로운 시각화는 또한 효율성을 증가시키는 역할을 한다고 한다. 그는 “연초에 컨트롤러를 교체할 때 모든 기계에 SIMATIC 기본 패널 KTP 400을 장착하고, PMS 시리즈의 모든 기계에 사용할 수 있도록 소프트웨어를 표준화하기로 했습니다. 이를 통해 우리는 패널을 사용하여 쉽게 매개변수를 지정하고, 커미셔닝할 수 있게 되었습니다.”라고 더크는 설명했다.

Profinet을 통한 데이터 전송을 통해 패널에서 용접 프로그램을 미리 선택하거나 전극이 변경되어야 하는 용접 작업 수를 입력할 수 있는 반면, 용접 작업은 스폿 카운터로 추적할 수 있는 것이 가장 큰 장점이다. 지정된 숫자에 도달하면 표시기에 보여진다.

표준화된 엔지니어링,
단순 진단

TIA 포털과 함께 표준화된 엔지니어링을 통해 PMS 시리즈 및 SIMATIC S7-1200용으로 개발된 표준 모듈의 라이브러리를 가장 까다로운 특수 기계에도 사용할 수 있다. “오늘날 우리는 특히 복잡한 작업을 위해 기계에 SIMATIC S7-1500F를 사용하지만 부분적으로 용접 프로세스는 그대로 유지됩니다. TIA Portal과 Step 7 덕분에 우리는 단순히 SIMATIC S7-1500의 프로그래밍에 구성 요소를 복사할 수 있습니다.”라고 더크는 말한다. 대형 SIMATIC 기본 패널 KTP 700이 필요한 경우에도 HMI 소프트웨어에 적용이 가능하다.

또한, 표준화, 연속성 및 패널은 서비스를 개선하여 고객에게 도움이 된다. 즉, “서비스 기술자가 프로그래밍된 구성 요소에 익숙하다면 문제 해결이 훨씬 쉬워집니다.”라고 더크는 말한다. “고객은 이전에는 표시등만 있던 SIMATIC 패널을 통해 일반 텍스트 정보를 수신합니다. 그들은 이 정보를 해당 진단 이미지에 액세스할 수 있는 저희 서비스 부서에 전달할 수 있습니다.” 고객의 요청에 따라, SIMATIC S7-12 00으로 VPN 라우터를 통한 원격 정비가 가능하다.
 
인더스트리 4.0을 위한 준비

SIMATIC 컨트롤러의 통신 능력 덕분에 PMS 시리즈의 기계는 더 큰 라인에 쉽게 통합되어 Dalex의 전략적 방향을 더욱 뒷받침한다. 따라서, 사용자는 인더스트리 4.0을 위해 클라우드 기반 개방형 IoT 운영체제인 MindSphere를 설치하였다. 이러한 많은 장점과 함께, 더크는 이미 광범위한 Dalex 포트폴리오 내에서 컨트롤러를 사용할 수 있는 다른 장소를 고려하고 있다. 그는 “지멘스와의 오랜 협력 관계를 통해 Siegen에 있는 담당자인 앙드레 마이어가 항상 믿을 만한 지원을 해 줄 것이라는 것을 이미 알고 있다.”고 말했다.