신뢰성의 거인

이동형 기기 자동화

사람이 삽으로 몇 주 동안 고생하며 날라야 하는 양을 광산용 굴착기의 대용량 버킷은 단 한 번에 거뜬히 운반할 수 있다. 그러나 이러한 대형 기계들이 한꺼번에 더 많은 양을 운반할수록, 예상하지 못한 유지보수가 요구되면 매초마다 발생하는 손실이 더 커지게 마련이다. 지능형 유지보수를 통해 이러한 결정적인 신뢰성 비용을 현저히 줄일 수 있다.

Reliable giants
Reliable giants

문명과 담을 쌓은 오지 중 오지에서 거대한 괴물이 높이 솟아 올라 인간의 명령에 따라 막대한 양의 토사를 운반한다. 세계에서 가장 큰 광산용 굴착기는 길이가 24미터, 폭이 8.8미터, 높이가 11미터, 중량이 800,000 킬로그램에 달한다. 운전자는 아찔한 높이인 지상 10미터에 위치한 운전석에 편안히 앉아서 조이스틱을 조정하여 용량이 무려 47세제곱미터나 되는 버킷을 제어한다. 이 거대한 기계는 단 20초만에 80톤이나 되는 짐을 운반한다. “이런 거대한 굴착기에 고장이 발생하면, 조작자에게 값비싼 생산성 손실이 뒤따를 뿐 아니라, 그 영향은 전체 물류 사슬을 통해 확산됩니다.” B&R의 이동형 기기 자동화 제품 부장인 Stefan Taxer는 설명한다.

그러므로 예상되지 않은 정지 시간의 발생을 방지하는 것은 최우선 순위이다. 이러한 목적을 위해 유압 펌프, 모터 및 기어박스와 같은 회전 컴포넌트들은 전통적으로 과잉 설계되거나 보수적으로 단기간에 교체된다. 정지 시간이 발생하더라도 가능한 한 단축하기 위해 광산 기업들은 상당량의 교체 부품을 현장 근방에 배치해 둔다. “이러한 모든 솔루션에 있어서 공통적인 것은 추가 비용이 발생한다는 것입니다.” Taxer는 지적한다. 이러한 비용은 분석과 유지보수에 대한 현대적 접근방식을 적용함으로써 감축될 수 있다.

고장 예측

시간의 흐름에 따라 회전 기계 컴포넌트가 성능이 악화되기 시작하면, 흔히 전문적으로 훈련 받지 않은 사람들도 귀로 그 차이를 구별할 수 있다. “자신의 자동차의 휠 베어링에 문제가 발생하면 거기에서 발생하는 특징적인 소음으로 인해 상대적으로 용이하게 알 수 있게 됩니다.” Taxer는 말한다. 그러나 광산용 굴착기는 소음이 엄청나기 때문에 귀로 들을 수 있는 차이를 구별하는 것은 불가능하다. “바로 여기에서 진동 기반의 상태 감시가 편리하게 이용됩니다.”

결국 들을 수 있는 소음은 특정 주파수의 진동에 불과하기 때문이다. 적절히 설정된 상태 감시 시스템은 임박한 고장의 특징으로써 특정 주파수 범위에서 진동 진폭의 스파이크(spike)를 인식할 수 있다. 스파이크의 높이는 손상의 심각도를 표시하고 얼마나 조기에 문제의 부품을 교체해야 하는지를 보여준다.

진동 데이터 활용하기

“진동 데이터의 평가는 두 가지 중요한 요소에 좌우됩니다.” Taxer는 지적한다. 한편으로는 충분히 높은 빈도로 데이터를 판독할 수 있는 고성능 하드웨어가 필요하고, 다른 한편으로는 막대한 양의 데이터에서 아주 작은 편차도 검출할 수 있는 지능형 소프트웨어가 요구된다.

B&R의 모듈형 X90 제어 시스템이 상태 감시를 구현하기 위한 옵션의 회로 기판과 함께 제공될 수 있다. 진동 센서를 직접 연결하고 컨트롤러 상에서 데이터를 평가할 수 있다.
B&R의 모듈형 X90 제어 시스템이 상태 감시를 구현하기 위한 옵션의 회로 기판과 함께 제공될 수 있다. 진동 센서를 직접 연결하고 컨트롤러 상에서 데이터를 평가할 수 있다.

“당사의 모듈형 X90 제어 및 입출력 시스템은 완벽한 하드웨어 플랫폼을 제공합니다.” Taxer는 말한다. 시스템의 심장부는 강력한 ARM 프로세서와 48개까지의 다기능 입출력 채널을 갖춘 X90 컨트롤러이다. 이 모듈형 컨트롤러는 상태 감시용의 것과 같은 옵션의 입출력, 인터페이스 또는 회로기판을 장착할 수 있다. “당사의 mapp 소프트웨어 컴포넌트와 짝을 이루면, 이것은 기계 건강 상태를 감시하고 조작자가 제 시간에 조치를 취하도록 정보를 제공하는 매우 고성능의 시스템을 구성합니다.” Taxer는 말한다. “mapp 컴포넌트는 손쉽게 설정되고 자동적으로 다른 컴포넌트들과 통신하기 때문에 실제 프로그래밍 작업량은 최소한으로 줄어듭니다.”

메일이 도착했습니다… 당신의 기계로부터

어떻게 mapp 컴포넌트가 통신하는 지에 대한 한 가지 실례로 mapp Alarm과 mapp Tweet을 이용하는 경보와 고지 시스템 사이의 대화를 들 수 있다. “사용자는 경보가 발생할 때마다 서비스 기사가 전자 우편이나 텍스트 메시지를 수신하도록 이들 컴포넌트를 용이하게 연결할 수 있습니다.” Taxer는 말한다. 이 메시지는 기사에게 특정한 베어링이 마모되었고 특정 기간 이내에 교체해야 한다는 것을 알려줄 수 있다. “가장 흥미 진진한 부분은 경보 시스템의 설정과 같이 용이하게 전체 유지보수 전략에 영향을 미칠 수 있다는 점입니다.” Taxer는 이렇게 말하며 비용 절약에 대한 막대한 가능성에 대해 언급한다.

진동 분석 데이터는 조작자가 특정 컴포넌트를 교체해야 할 최적의 시기를 식별하는 데 도움이 된다.
진동 분석 데이터는 조작자가 특정 컴포넌트를 교체해야 할 최적의 시기를 식별하는 데 도움이 된다.

상태 기반 유지보수는 예비품 물류를 합리화해주고 서비스 수명이 끝나기 훨씬 전에 완벽하게 멀쩡한 컴포넌트를 교체해야 할 필요성을 제거한다.

특정 상태 감시 데이터를 기계 제작사와 공유하는 것도 가능하다. “제작사가 자신의 기계의 건전성을 추적할 수 있다면 장래의 고장 확률을 현저히 줄일 수 있습니다.” Taxer는 설명한다. 이것 또한 조작자의 이해와 일치한다는 것은 물론이다.

이동형 기기 제작사는 또한 자신의 설계를 최적화하기 위해 선택된 데이터를 이용할 수 있고 서비스로써 기기 감시와 같은 새로운 사업 모델을 추구하는 것도 가능하다. 이 경우에, 기기 조작자는 기기를 유지 보수해야 하는 골치 아픈 문제에서 해방되고, 단순히 대체 부품이 언제 제공되고 설치되는 지에 대한 통지만 받는다.

손상이 검출되지 않고 더 오래 지속될수록 결과적인 유지보수 비용은 더 높아진다.
손상이 검출되지 않고 더 오래 지속될수록 결과적인 유지보수 비용은 더 높아진다.

윈-윈 상황

이것은 Taxer에게 또 다른 이점을 제공한다. “더 이상 그렇게 많은 수의 컴포넌트를 과잉 설계할 필요가 없습니다.” 공급자와 사용자 양쪽에 모두 이익이 되는 또 하나의 팩트이다. 제조사는 생산 비용을 절약하고, 조작자는 기계에 대해 더 낮은 가격을 지불한다. X90 컨트롤러는 기존의 CAN 아키텍처에 연결될 수 있기 때문에, 기존의 이동형 기기들에 상태 감시를 장착하는 것이 용이하다. “오늘날의 기계에 의해 생성되는 데이터의 양을 처리할 수 있는 현대식 실시간 버스 시스템을 향해 단계별로 전환하는 것이 가능해집니다.”

광산용 굴착기의 예상하지 못한 고장에 대한 전통적인 전략은 많은 비용이 소요되고 자원집약적이다. With B&R의 X90 시스템과 상태 감시 기술을 이용하면, 이동형 기기 제조사와 조작자 모두 그들의 강철로 만들어진 거대한 기기의 신뢰성을 높이는 솔루션을 이용하여 더 많은 부가가치를 발생시킬 수 있다.

경험의 적용

B&R은 다양한 산업 분야에서 자동화 솔루션을 창출하고 혁신을 추진해온 경험이 거의 40년에 이르고 다양한 분야에서 POWERLINK와 같은 고성능의 산업용 이더넷 프로토콜을 성공적으로 구현해왔다. 오늘날의 이동형 기기는 그의 가장 심각한 도전의 일부를 해결하기 위해 이러한 귀중한 경험을 이용할 수 있다. X90 이동형 기기 제어 시스템은 이동형 기기 제조사에게 있어서 그들의 기기의 신뢰성과 수익성 부문에서 미래 대비형 투자이다.

automotion
B&R 코리아에서 고객님들께 제공하는 기술 매거진 오토모션(automotion) 한국어판 에디터입니다. 자동화, 모션, 에너지 관련 최신 기술, 신제품, 적용사례 등의 기사와 B&R의 국내외 뉴스를 한국어로 제공합니다.
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