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단계별 기종 전환

CHT R. BEITLICH 회사의 분산형 제어 시스템과 격리된 PDA는 노후화의 증상을 보이고 있었다. 시스템은 생산을 최적화하기보다는 귀중한 자원에 제약을 가하고 있었다. 시스템의 변경은 점점 더 어려워지고, 교체 부품은 날이 갈수록 구하기 어려워졌다. 회사는 적절한 대체품을 위한 시장 조사를 시작했다. 마침내 그들의 모든 요건을 충족시키는 단 하나의 시스템이 발견되었다.

단계별 기종 전환

“우리 회사의 노후화되는 시스템이 더 이상 강화되는 요구를 따라갈 수 없으리라는 것은 점점 더 명확해지고 있었습니다.” CHT R. BEITLICH 회사의 생산 엔지니어링 책임자 Günther Schätzle는 말한다. 지난 수년 동안 제품 품질, 품질 보증, 공정 신뢰성 및 안전 규정에 대한 요건은 모두 극적으로 변화하였다.

“게다가 구식 기술로 새로운 주문을 받을 수 없었습니다.” Schätzle는 덧붙인다. 예를 들어서 새 밸브를 설치하고 가동시키는 데만 사흘이 걸렸다. 그 위에 기기들은 점점 더 자주 고장을 일으키고 교체 부품은 더욱 구하기 어려워졌다.

구형의, 유연성도 부족하고, 자주 고장을 일으키는 제어, HMI 및 데이터 획득 시스템을 최신 기술로 대체할 필요가 있었다. Schätzle는 덧붙인다. “모든 것을 완전히 자동화하는 것이 우리 회사의 1차적 목표가 아님은 명확하였습니다. 그렇게 하는 것은 우리 회사의 다기능 스테이션에 대해 너무나도 복잡한 작업이 될 것입니다.”

두 지역에 83개의 시스템
CHT는 섬유, 섬유 보호, 건설 화학제품 및 기능성 화학제품 분야의 특수 화학제품을 생산한다. 이 회사의 고객 지향적 제품 개발은 이미 광범위한 제품 스펙트럼을 지속적으로 확장시키고 있다. CHT 수익의 대부분은 주로 독일의 Dusslingen과 Oyten에 있는 생산 및 물류 센터에서 생산되는 복합 제품으로부터 발생한다.

이 현장들에는 높은 수준의 공급 시스템과 다양한 혼합 용기 및 화학 반응 장치가 포함된 수백 개의 시스템이 있다. 많은 생산 스테이션은 다기능 스테이션으로 100종류까지의 상이한 제품을 생산할 수 있다.

탁월한 APROL 프로세스 제어 시스템
CHT는 광범위한 구체적 기준의 매트릭스 표를 작성하고 세 가지 상이한 프로세스 제어 시스템과 두 입찰자로부터의 제어 및 HMI 솔루션을 심층 평가하기 위한 전문가 팀을 구성하였다. 결론은 B&R이 가장 우수하다는 것이었다.

“가장 결정적인 요인 중 하나는, 다른 시스템들과는 대조적으로, 단계별 기종 전환을 위한 최적의 지원을 제공하는 B&R의 공정 제어 시스템이었습니다. APROL은 구형 시스템을 병행하여 운전하면서 생산 설비를 순차적으로 새로운 프로세스 제어 시스템으로 이동하는 것이 가능하였습니다.”

두 지역에서의 프로세스 제어 기종 전환
Dusslingen 현장의 기종 전환은 2011년 봄에 시작되었다. 처음부터 다른 지역에서 반복될 수 있는 표준화된 절차의 작성에 관한 중요성이 강조되었다. “우리에게 있어서 모든 지역에서 일관성이 있는 표준화된 제어 절차에 도달하고 동일한 코드와 동일한 하드웨어를 사용할 수 있다는 것은 매우 중요한 일이었습니다.” Schätzle는 말한다. 이러한 준비로 2013년 초에 시작된 Oyten 현장에서의 기종 전환의 시행을 훨씬 더 빠르고 비용 효율적으로 수행할 수 있었다.

오늘날 CHT 라이브러리에 대한 변경은 양쪽 현장에서 동시에 적용되며, 이에 의해 타당성 확인 과정이 현저히 더 단순화된다. 원격 네트워크를 통해, 프로그래머들은 어디에서든 이 두 지역의 컨트롤러에 접근할 수 있다. Dusslingen 현장의 모든 주요 시스템들은 프로세스 제어 솔루션에 이미 통합되어 있는 반면에, Oysten에서는 전체 플랜트를 APROL을 사용하여 제어한다는 궁극적인 목표를 갖고 아직도 특수 목적 시스템의 기종 전환에 대한 작업을 수행하고 있다.

시스템 구조에 따라 완벽한 확장성을 갖춘 B&R 하드웨어
제어와 HMI 제품에 대한 B&R의 정교한 선택으로 CHT는 각 시스템의 PLC 성능을 요건에 정확하게 맞추고 각 시스템에 대해 맞춤형의 특정한 입출력 모듈 라인업과 자체의 HMI 장치를 갖출 수 있었다. 이 화학제품 제조업체가 프로세스 제어 시스템 이외에도 제어와 HMI 분야에서 B&R에 의존하게 된 것은 바로 이러한 시스템의 유연성이었다. Schätzle는 설명한다. “장점은 하드웨어 관점으로부터 완벽하게 단계별 기종 전환을 구현하는 데 도움이 되는 실제 시스템 구조를 직접 제어와 HMI 기술에 반영하는 것이 가능하다는 점이었습니다.” 그는 계속해서 설명한다. “그 결과. 한 곳에서 모든 솔루션을 한꺼번에 공급받는 것은 인터페이스와 통신 문제의 발생을 방지할 수 있다는 또 다른 이점을 제공해주었습니다.”

개방형 구조를 통해 제공되는 APROL의 유연성
CHT에게 있어서 선정된 시스템 통합 업체는 프로젝트의 전체 과정을 통해 특정한 요건을 수용하고 추가적인 변경에 대해 유연성 있게 반응할 용의와 능력을 모두 갖추어야 했다. 계약은 Erler GmbH에게 주어졌다. 기종 전환 프로세스는 Alois Erler 상무이사가 확인한 바와 같이 순조롭게 진행되었다. “APROL은 다른 프로세스 제어 시스템과 비교하여 프로젝트가 이미 진행 중일 때도 고객의 요구에 매우 유연하게 대응할 수 있도록 매우 개방적이었습니다. 우리는 기존의 구형 시스템에 연결하는 작업이 매우 용이함을 확인하고 대단히 기뻤습니다. 그것은 놀라울 정도로 잘 진행되었습니다.”

23,000개의 X20 입출력 설치
첫 번째 기종 전환은 2011년 말에 약 360개의 디지털 및 20개의 아날로그 입출력 채널을 갖춘 매우 복잡한 파일럿 설비에서 이루어졌으며, 그 이후 거의 매주 하나씩 새로운 생산 설비로 기종 전환이 진행되었다. 지금까지 Dusslingen 플랜트의 72개 시스템과 Oyten의 11 개 생산 라인이 APROL로 기종 전환되었고 구형 프로세스 제어 시스템은 제거되었다. B&R의 Power Panel 시리즈로부터의 54개 HMI 패널과 91개의 X20 컨트롤러가 설치되었다. 두 플랜트의 X20 디지털과 아날로그 입출력점은 약 23000개에 달한다.

VNC에 연결된 다양한 운전원 터미널이 교대 감독자를 위해 그리고 사무실 애플리케이션에 대한 링크를 제공하기 위해 설치되었다. 각 시스템에는 두 대의 런타임 서버, 한 대의 엔지니어링 서버 및 재난 복구 시스템에 의해 확보된 한 대의 VNC 서버가 포함되어 있다. 이중화된 리눅스 기반의 생산 네트워크는 명확히 정의된 인터페이스를 통해 기업 네트워크 상의 윈도우 장치들과 통신한다.

이중화(redundancy)의 이중화 가용성을 보장
이중화를 다시 이중화하기도 하였다고 Schätzle는 덧붙인다. 두 가지의 버스 시스템 즉 운전원 버스와 프로세스 버스를 통해 스테이션의 모든 구성품에 도달할 수 있다. 각각의 버스는 필요한 경우에 다른 버스의 임무를 넘겨받을 수 있다. 또한 각 스테이션에는 각각 상호 백업이 가능한 2개의 포트가 갖춰져 있다. 이것은 스테이션이 필요로 하는 높은 가용성을 보장한다.

기종 전환이 끝나기도 전에, CHT가 새로운 시스템이 단순히 과거의 시스템을 대체하는 것뿐만이 아님을 알게 되었다는 것은 명확하다. “APROL 시스템은 유연성이 훨씬 더 높으며, 새로운 밸브를 설치하는 데 과거에 며칠씩 걸리던 것이 몇 시간이면 가능해졌습니다. 소프트웨어에 대한 변경 작업에서 오류가 발견되는 경우에 단 한 번의 클릭으로 복원할 수 있습니다.”

프로세스 시퀀스의 분석도 요즈음에는 훨씬 단순한 업무가 되었다. Schätzle는 설명한다. “트렌드 뷰어(TrendViewer)와 감사 추적(AuditTrail) 기능을 이용하여 과거에는 접근이 불가능하였던 프로세스를 분석할 수 있었습니다. APROL은 실시간으로 프로세스 사이의 상호작용을 분석하여 현장에서 프로세스 최적화를 구현할 수 있도록 합니다. 고장난 배치(batch)도 프로세스 데이터 로그 기록을 기반으로 사후에 추적하고 분석할 수 있습니다.” CHT에서 이러한 추가 정보를 이용하는 또 하나의 방법은 에너지 소비를 분석하여 감축하는 것이다.

APROL로 미래의 프로젝트를
CHT는 2015년 7월부터 지금까지 독일의 모든 지역의 시스템에 대한 ISO 50001 인증을 획득하였다. 에너지 관리 시스템에 대한 다음 단계는 APROL로 에너지 데이터 획득 시스템을 구현하는 것이다. 이 프로젝트는 2015년 9월에 시작되었다. Dusslingen과 Oyten의 경보 시스템도 또한 교체가 필요하기 때문에, CHT는 이들에 대해서도 APROL을 사용하기로 결정하였다.

“우리는 지금 2개 장소에서 네트워크를 확장하고 APROL로 모든 신호를 연결함으로써 B&R의 에너지 감시와 상태 감시 솔루션의 시너지 효과로부터 많은 편익을 누리고 있습니다.” Schätzle는 말한다. 먼저 Dusslingen에서 구현되고 나중에 Oyten에서 계속될 예정인 이 프로젝트는 궁극적으로 프로세스 제어 시스템에 4,000개의 입출력점을 추가하게 될 것이다. 이것이 완료되면 CHT는 이렇게 새로이 획득된 데이터의 중앙집중식 평가를 통해 잠재적 에너지 절약을 달성하고 플랜트 안전성과 시스템 가용성을 개선하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 희망한다.

빠르고 유연한 반응
CHT는 이미 그들이 얻게 된 다량의 데이터를 이용할 수 있는 다른 방법을 생각하느라고 바쁘다. 2017년에는 데이터를 활용하기 위해 ERP 시스템에 인터페이스를 갖춘 맞춤화된 생산 실행 시스템(manufacturing execution system: MES)의 개발을 시작할 예정이다.

Schätzle는 기분 좋게 말한다. “우리는 지금까지의 기종 전환 진행 상황에 대해 절대적으로 만족합니다. 단계적 접근 방식, APROL과 구형 시스템의 병행 운전 및 데이터 집중 장치를 통한 결정 등은 모두 생산에 거의 지장을 주지 않았고 어떠한 데이터도 상실되지 않았습니다”. “이 시스템은 최신 연구 개발에 보다 유연하고 신속하게 대응할 수 있도록 하고 비용 효율적으로 변경 사항을 구현하도록 합니다. 이러한 긍정적인 결과는 다른 생산 시설 현장에서도 APROL로의 기종 전환을 지속할 수 있다는 확신을 갖게 되었습니다.”

 


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