IO-Link 통신을 활용하여 고기능 열 처리 플랜트의 자기금융 현대화 

독일 아헨 근교 심머라스에 위치한 Schwartz GmbH는 30년간 가까이 열 처리 장비를 만드는 데 힘써왔습니다. 이제 이 회사는 업계에서 가장 유명한 회사로 자리 잡았습니다. 2013년 말부터 가동되기 시작한 용광로는 최초로 대규모 IO-Link 통신의 이점을 활용하는 특수 기능을 갖추고 있습니다. Schwartz GmbH의 전기 엔지니어링 책임자인 Andreas Hollesch는 이렇게 설명했습니다. "이 기능은 상당한 배선 비용을 절약해줄 뿐만 아니라 고객에게 가치 있는 진단 옵션과 최적화된 공정 엔지니어링을 제공할 수 있도록 도와주었습니다."

IO-Link는 향후 예방 유지보수에도 사용될 수 있기 때문에 이 진단 옵션은 지대한 영향을 미칩니다. 또한 큰 수고 없이도 장치를 교체할 수 있습니다. 하지만 프로젝트 초창기에는 공정 엔지니어링을 더욱 정확하게 모니터링하거나 스위치보드에 현대적인 디지털 장치 기술을 갖춘 자기금융 전기 솔루션을 개발하는 것이 더 큰 우선순위였습니다. 이에 대해 Andreas Hollesch는 매우 만족하며 이렇게 말했습니다. "이 일을 거의 완벽에 가깝게 해내고 있어요."

배선 비용 절감

배선 비용을 크게 절감할 뿐만 아니라 스위치보드 도어의 전류계와 각 시스템 케이블의 변류기 수를 상당량 줄일 수도 있었습니다. 이는 용광로가 여러 개의 챔버로 이루어진 덕분입니다. 각 챔버는 몇 개의 구역으로 나누어집니다. 각각의 구역은 Siemens의 IO-Link 지원 전류 모니터링 릴레이를 통해 매일 모니터링됩니다. 장치는 아래에서부터 전력 접촉기로 직접 연결되어 공간 및 배선 비용을 줄일 수 있습니다.

신호 접점만 사용 가능하던 과거와 비교해보면 이와 같은 3상 전류 측정은 각 위상 결함을 즉시 감지하기 때문에 커다란 이점을 가져다줍니다. 이는 여기에 선택된 스타 결선 때문으로 위상 결함은 남은 위상에서 급격한 전류 증가를 초래합니다. "새로운 모니터링 릴레이를 통해 즉시 등록할 수 있으며 여기에 영향을 주어 기간을 통제하고 전류 흐름을 조정할 수 있습니다." Andreas Hollesch는 이렇게 설명했습니다. 또한 현대적이고 계량적인 설계가 가져오는 또 다른 흥미로운 점에 대해 이렇게 말했습니다. "스위치보드 도어의 개구부 수가 줄어들었습니다. 따라서 미국 배송 시 필요한 UL 조건에 따라 높은 수준의 보호 등급을 확보할 수 있습니다."

가공품은 최대한 빠르게 공정 온도에 도달해야 합니다. 이를 위해 3상 전력 접촉기가 기능 모듈을 통해 전환됩니다. 다른 IO-Link 지원 장치와 동일하게 Siemens의 Simatic ET 200S 분산 I/O를 위한 IO-Link 마스터 모듈로 직접 연결됩니다. 분산 I/O 및 컨트롤러는 Profinet을 통해 연결됩니다.

중복성을 포함한 디지털 온도 모니터링 

각각 4개의 포트(채널)가 포함된 IO-Link 마스터는 용광로 시스템의 스위치보드에 위치합니다. 각 채널은 순환 데이터 전송 또는 스위칭 및 모니터링 장치를 모니터링하기 위해 최대 2바이트의 입력 및 출력을 지원합니다. 하나의 IO-Link 장치 또는 최대 4개의 개별 접촉기 로드 피더가 있는 그룹은 채널 하나에 연결할 수 있습니다. 접촉기 4개가 하나의 IO-Link 채널에 연결되지만 구역 가열 시스템을 위한 소형 전력 접촉기가 있어 개별적으로 전환할 수 있습니다. 이는 플랫 케이블로 연결된 해당 기능 모듈을 통해 작동합니다. "이 역시 배선 비용을 절감해주는 요소가 분명합니다." Andreas Hollesch는 이렇게 말했습니다.

구역의 실제 온도 제어는 반도체 릴레이를 통해 처리합니다. 이 부품은 마모되지 않으며 컨트롤러를 통해 정확하게 조절할 수 있습니다. 따라서 공정 엔지니어링이 정확하게 측정되어 무분별하게 온도가 증가하거나 냉각되는 현상을 방지합니다. Siemens의 통신 지원 온도 모니터링 릴레이는 컨트롤러와 함께 각 개별 챔버를 모니터링합니다. 모니터링 릴레이와 컨트롤러 간의 통신 역시 IO-Link를 통해 처리됩니다. Andreas Hollesch는 이렇게 설명했습니다. "IO-Link 연결을 갖춘 디지털 측정 장치를 체계적으로 사용하여 중요 지점에서 중복성이 형성되었습니다. 이는 공정과 안전성 관점 모두에서 매우 큰 가치를 지닙니다."

안전 엔지니어링의 개별 적용 

공정 안전과 함께 운영 안전 역시 높은 설치 전원 등급을 가진 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 이유로 표준 자동화에서는 안전 엔지니어링에 더 많은 관심이 집중되었습니다. 새로운 안전 릴레이는 전면에 배치되어 이전 솔루션의 약점을 보완합니다. 지금까지 접점은 여러 장치를 나란히 연결하는 데 사용되었습니다. 새로운 안전 릴레이를 사용하면 이러한 문제점을 해결해줍니다. 이는 백플레인 버스를 통해 연결된 최대 5개의 확장 모듈을 하나의 기본 장치에 추가할 수 있기 때문입니다(왼쪽의 입력용, 오른쪽의 출력용). Andreas Hollesch는 이 장비가 정말 실용적이라고 말합니다.

시스템의 모든 부품에 있는 비상 정지 푸시버튼이 모니터링되며 인클로저의 보호 도어가 전자동 시스템으로 운영됩니다. 또한 개별 구역 도어를 모니터링하여 개방되었는지 또는 폐쇄되었는지 확인합니다. Andreas Hollesch가 말하는 또 다른 장점으로는 인클로저 전면의 DIP 스위치를 통해 장치를 보호 상황에 맞게 개별적으로 적용할 수 있다는 점입니다. Andreas Hollesch는 직접 스위칭 간 선택 및 시간 지연 기능 역시 굉장히 실용적이라고 말했습니다. 유연한 설계 덕분에 개별 안전 및 차단 개념을 적용할 수 있습니다. Andreas Hollesch는 이렇게 말했습니다. "안전 릴레이는 우리의 안전 개념에 아주 이상적입니다."

IO-Link의 도움으로 공정 향상  

센서와 액추에이터가 제어 수준에 통합되면 IO-Link를 통한 통신은 최상의 전제 조건을 제공합니다. 이러한 이유로 독일 아헨 근교 심머라스에 위치한 Schwartz GmbH는 2013년 말 최초로 이 기술을 대규모로 일부 용광로 시스템에 적용했습니다.

이를 통해 배선 비용을 크게 절감하여 현대 기술 장치에 드는 부가 비용을 거의 상쇄할 수 있었습니다. 이는 관련 IO-Link 기능 모듈을 통해 피더에 가열 전력을 갖출 수 있었고 전류 모니터링 릴레이도 IO-Link 기능을 갖추고 있기 때문입니다. 아래에서부터 커넥터를 통해 접촉기에 간단히 접촉하여 공간 및 배선 비용을 줄일 수 있습니다.

온도 모니터링 릴레이 역시 사용됩니다. 이 릴레이는 안전을 위해 용광로 구역의 온도를 모니터링합니다. 컨트롤러 아키텍처로의 통합은 직접 IO-Link 연결을 통해 비교적 간단하게 이루어집니다. Schwartz GmbH의 전기 엔지니어링 책임자인 Andreas Hollesch는 배선 비용 절감 외에 상세 진단 역시 열 처리 장비 제조 분야에서 중대한 기술적 진보로 보고 있습니다. 이는 상세 진단 기능이 전반적인 공정 엔지니어링에 가치 있는 정보를 제공하여 예방 유지보수와 간소화된 서비스의 기본적 역할을 하기 때문입니다. Andreas Hollesch는 이렇게 평가했습니다. "현대적인 IO-Link 장치를 통한 측정 결과 거의 비슷한 비용으로 상당한 공정 개선을 이룰 수 있었습니다."

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