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스마트 팩토리를 위한 스마트 센서 기술Industry 4.0 with Turck

스마트 공장 지능화(FI) 베스트 프랙티스 컨퍼런스 2017│ ㈜터크코리아 정목해 │ 2017년 12월 6일

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Agenda

스마트 공장 지능화(FI) 베스트 프랙티스 컨퍼런스 2017

• 인더스트리 4.0 with Turck

• IO-Link 기술

• IO-Link 적용 어플리케이션

• IO-Link 확장 – 분산 제어

• IO-Link 디바이스

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Industry 4.0 with Turck


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Benefits & Requirements


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제 4차 산업혁명과 터크의 역할


장비 및 플랜트의 가용성 증가, 다품종 소량생산 등에 초점을 맞춘 사용자 중심의 기술 융합

OPC-UARFID I/O 모듈은 자동화 전 범위에 걸친글로벌 통신 표준 OPC-UA를 지원

EtherNet멀티프로토콜 기능으로 Profinet, EtherNet/IP™, Modbus TCP 3가지프로토콜을 하나의 모듈에서 사용

RFIDIP67 등급의 RFID와 이더넷 I/O 모듈, HF 및 UHF 변환을 위한 통합 데이터처리 기능

IO-Link다양한 센서 및 액츄에이터의 통신 표준,IO-Link를 통한 지능형 데이터 수집 및커뮤니케이션 솔루션

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Turck 솔루션과 제품


• TX500/TBEN-PLC – 프로그래밍이 가능한 HMI와 블록 I/O

• ARGEE – 멀티프로토콜 I/O 모듈의 SPS 기능

• TBEN – IP67 등급의 멀티프로토콜 이더넷 I/O

• TBEN-DCC – 미들웨어가 포함된 RFID 모듈

• IMX12-CCM – 콘트롤 캐비닛의 상태 모니터링

• 광범위한 IO-Link 포트폴리오 – 마스터, 커플러, 허브 및 각종 센서

TBEN-L-PLC

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Banner 솔루션과 제품


• IO-Link 센서 – 레이저 거리 측정 센서 등

• 무선통신 시스템 – 네트워크, 케이블 배선 대체, 센서, 경광등

• 무선 진동 센서 – 무선 진동 모니터링

• 무선 경광등 – 설비 무선 모니터링

• DXM 클라우드 서비스 – IIoT 서비스 (메일 및 문자 발송 기능)

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IIOT / Industry 4.0 사례


Turck 솔루션을 이용하여 부가적인 “Knowledge” 생성

어플리케이션: 밸브 포지션 추적

• 밸브의 열기/닫기 포지션을 모니터링

• 열기/닫기 시그널은 Raw 데이터

• Raw 데이터를 이용하여 밸브 동작 속도를 수집, 측정하여 추가 정보 수집

• 얼마나 빠르게 밸브 액츄에이터가 동작 하는지

• 추가 정보를 통해 얻을 수 있는 „knowledge“ 는?

+

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어플리케이션: 밸브 포지션 추적

t (s)

n

표준 시간

Safety Value

• Big Data를 이용하여 이전과 동일한지, 변화가 일어났는지 확인

• 액츄에이터 속도가 장기간에 걸쳐 점차 느려짐 – 마모

• 다음 유지보수 기간에 조치 가능

• 액츄에이터가 단기간에 현저히 느려짐 – 심각한 손상, 막힘

• 즉시 조치를 해야 함

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터크 솔루션으로 부가적인 „Knowledge“ 생성

= „knowldege“

어플리케이션 역량센서 정보TBEN-L

(ARGEE 또는 PLC)

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왜 CLOUD 가 필요한가?

• 공장의 모든 밸브 수천 개의 정보를 수집하면부가정보를 제공 할 수 있음

• 공장 내 모든 밸브 속도가 점차 느려짐• 공압 설비에 문제 발생?

• 주변 온도 저하?

• 미디어의 문제 발생? 높은 점도?

• 특정 지역의 밸브 속도가 느려짐• 이 지역에 문제 발생?

• 한 개의 밸브 속도만 느려짐• 이 밸브에 문제 발생?

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IO-Link 기술


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현재 자동화 시스템


PLC 레벨

필드버스레벨

현장레벨

최하단센서들에액세스불가!

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IO-Link를 사용한 자동화 시스템


PLC 레벨

필드버스레벨

현장레벨

최하단센서들에액세스가능!

15스마트 공장 지능화(FI) 베스트 프랙티스 컨퍼런스 2017

Fieldbus

Industrial EtherNet

Communication PLC

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IO-Link 기술


• 표준 통신 기술 (IEC 61131-9) V1.0, V1.1

• IO-Link 시리얼 통신 (pin 4) 사용

• 스탠다드 I/O (SIO)

• Port Class A, Port Class B (5 pin 사용, 별도 전원 공급)

• IO-Link 통신:

• 어플리케이션 결과에 대한 Cyclic 데이터 제공 : Process data, Value status(ex. 측정값, 값에 대한 품질 상태)

• 파라미터 및 진단을 위한 Acyclic 데이터 제공 : Device data, Events(ex. 스위칭 포인트 설정, 에러 메시지, 내부 온도 경고)

• 각 디바이스는 IODD (IO Device Description) 파일 보유

• IO-Link를 통해 활용가능한 데이터의 유형과 포맷 정의

• IO-Link Configuration Tool 활용

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IO-Link를 사용하는 5가지 이유


비용절감 하나의센서또는 액츄에이터로여러요구사항을충족

자재비용절감및공간효율성증대

혁신적인설계

설치시간단축

생산성향상

유지보수혁신

스마트기기를통해센서와지속적통신

혁신적인기계나시스템설계가능

비실드케이블과표준커넥터사용 설치시간단축

IO-Link 기기의인식기능과자동으로파라미터설정가능

다운타임시복구시간단축

자가진단기능 새로운예지보전설계가능

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IO-Link의 장점


비용 절감

케이블및 I/O 모듈의자재비용절감 전장설계간소화

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IO-Link의 장점


혁신적인 설계

필드에서제어수준까지의원활한통신

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IO-Link의 장점


• 원격으로 장치 설정 확인 및 변경

• 빠른 설정과 시운전

• 복수의 장치 간에 설정 복사

• 센서 설정을 위한 타겟 불필요

• 콘트롤 시스템에서 실시간으로 변경

• 타켓 변경 조정 또는 신속한 제품 변경

• 연결, 장치 상태 모니터링 및 진단

• 실시간 데이터를 기반으로 한 판단 제공

혁신적인 설계

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IO-Link의 장점

• 센서레벨 데이터 접근으로 혜택 제공

• 연속적인 데이터 모니터링과 상태 진단 제공

• 장비는 쉽게 IIOT 와 Industrial 4.0 를 위한 데이터를 생성

• 세가지 타입의 통신

• Process – 센서 결과 (on/off, 측정값 등)

• Service or ‘device’ – 설정 값, 추가 적인 장비 정보 (Excess gain)

• Event – 에러 메시지, 경고, 보전 경고


데이터 가용성 증가

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IO-Link의 장점


• 케이블 표준화로 배선 감소

• 기본 3선 케이블 사용

• 다양한 종의 케이블 재고 감소

• 실드 케이블 사용 최소화

• 배선 시간 최소화

• 아날로그 신호 대체

• 스페셜 I/O 카드와 케이블 불필요

• 보다 높은 정확도의 아날로그 값 (D/A 와 A/D 변환 불필요)

• I/O 허브를 사용하여 IO-Link를 지원하지 않는 장치를연결할 수 있으므로 추가 배선비용 절감

설치 시간 단축

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IO-Link의 장점


생산성 향상

자동설정정보전송및인식으로신속한툴체인지 개별생산 가능

기존인프라에통합

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IO-Link의 장점

• ADR (Auto-Device Replacement) 기능은 사용자가 저장한 설정 정보를 교체 한장치에 그대로 전달 가능

• 신규 장치를 위한 수동 설정 불필요

• 다운타임 최소화 및 에러 위험 감소

• 표준 IO-Link v1.1


간단한 장비 교체

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IO-Link의 장점


유지보수 혁신

기존인프라에통합진단정보수집으로

예방및예지보전가능

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IO-Link의 장점


• 실시간 정보를 기반으로 경보 및 예방 유지보수 가능

• 사용자는 표준 유지보수 일정을 실시간으로 재설정

• 즉시 세척이 필요한 센서를 식별하기 위한 액세스 게인 설정

• 주의해야 할 센서를 나타내는 Discovery 기능

• 총 사용 시간 확인으로 교체 시기 예측

• OEE (Overall Equipment Effectiveness) 최대화

유지보수 혁신

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IO-Link 적용 현황


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IO-Link 디바이스


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IO-Link 포트폴리오


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IO-Link 디바이스


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근접센서 with IO-Link


• 근접센서의 다양한 변화

• 2 개의 스위칭 포인트

• IO-Link: Pin4

• SIO (스탠다드 I/O): Pin 4 & Pin 2

• 출력 설정 기능과 특수기능

• 센서와 별도의 연결 없이 제어기에서 설정

• IO-Link 인터페이스

• 진단 기능

• 데이터 모니터링

• etc.

다양한 어플리케이션을 위한 유연성

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다양한 운영 모드


1.One switching pointOutput 1 : 거리 설정Output2 : 온도지시

2.Two switching pointOutput 1 : 거리 설정Output 2 : 거리 설정

3.Analog Mode20% 단위로 Process데이터 송신

4.Speed Monitoring500Hz 주파수모니터링

5.Pulse Divider지정된 펄스 이후신호 전달

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다양한 출력 설정


다양한 출력 설정:

• N.C., PNP/NPN

• N.O., PNP/NPN

• PushPull, inverted/ not-inverted

• Temperature indicator

각 근접센서 마다 개별적인 출력 설정

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스위치 On-Off 딜레이


딜레이 기능으로 특별한 어플리케이션 또는 PLC의 부하를 감소

Switch-on 딜레이

스위치 On 지연 Timer가 활성화되면, Output 신호는 실제 센서 작동 후에 생성됩니다.

Switch-off 딜레이

스위치 Off 지연 Timer가 활성화되면 스위치 신호 펄스의 생성이 센서 작동 후 설정 시간만큼 지연됩니다.

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온도 지시 기능


온도 한계: -25 ℃ ~ 70 ℃ 사이에서 설정 가능

• 설정된 온도 알람을 Output 2로 전송

• IO-Link process data

현재 온도를 비주기 Parameter data 전송으로 확인

• 단위 변경 : ℃, ℉ or Kelvin

센서 내부의 온도 한계를 설정하여 출력신호 발생 또는 IO-Link 데이터 송신

* 주변온도 비해당

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태그 기능


• 센서 내부의 32 Byte 메모리에인식 정보 입력

• Process Data에 1 Byte의 개별정보 인식

• 256개의 디바이스별Process Data 구분 가능

개별 일련번호와 32 byte의 태그 정보는, 센서 교체 시 다운타임 감소

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속도 지연 기능


지연 시간 등록 T=0…60000 ms

• 시작 지연시간 이후 Output 동작

• Process Data를 통해 시작 지연 신호 전송

회전 속도 모니터링 사용 시 시작 지연 기능을 이용하여 초기 회전 측정 제외

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설정 툴 예시


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설정 툴 예시


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설정 툴 예시


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IO-Link 어플리케이션


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Application 1


• Factor 1 센서가 브레이크 위치를감지

• 두번째 Output에 브레이크의마모 포인트 설정

• 센서 내부의 온도 설정 알람으로예지 보전에 활용

산업용 브레이크 시스템 적용

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Application 2


로봇 공정의 툴 체인지

• Factor 1 센서로 IO-Link 통신

• 32 Byte의 개별 인식정보로툴 체인지 오동작 방지

• 진단 기능 사용

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Application 3

• IO-Link 디바이스에서 인식 가능한 태그를사용하여 자동 식별: 신속한 툴 체인지 가능

• 인덕티브 커플러를 통해 마모 없이데이터 및 파워 송수신 가능


IO-Link 파워커플러를 이용하여 프레스 툴 자동 인식 및 I/O 송수신

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Application 4


부품 감지 공정

• IO-Link 레이저센서는 Excess gain 등다양한 진단 기능을 통해 센서 교체 시기또는 세척시기를 판단

• IO-Link의 태그 인식으로 어떤 센서가문제인지 확인 가능

• 예지 보전을 통해 다운타임 줄여서 생산성향상

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적용사례

• 필드버스 게이트웨이에 IO-Link 마스터 모듈을설치하고, I/O 허브와 연결하여 최대 16개의스위칭신호를 모아 한번에콘트롤 캐비닛으로전송

• 기존의 대형 다극 케이블 및 패시브 정션박스대체로 3선식 일반케이블을 사용하여,

비용절감및 배선오류 감소

• 스페어 파트 장착 시, 자동식별 기능을통해플랜트확장 및업그레이드에 용이


차량 배기장치 생산 관리

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적용사례

• 곤돌라 암의 수평확인을 위해, 각 12개의 유압실린더에근접센서를 5개씩 설치하여 승차제어 시스템을사용했으나, 측정값이근사치인 경우가 많아제어가 어려움

• 유압실린더에 1개의 리니어 포지션센서를 설치하여, 아날로그신호로 정확한 위치확인이 되도록 구현

• IO-Link를 통해 PLC에서 파라미터 설정후 측정범위를벗어나면센서의 LED 및 콘트롤러로알람

• 리니어의 경로 진단 데이터를 바탕으로 놀이기구의예방유지보수가능

• MTBF (Meantime Between Failures) 수명 138년으로안전한 놀이기구 운영 보장


놀이기구에 적용된 IO-Link 리니어 포지션 센서

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적용사례

• 스키드 이송장비는 높은 내구성과 누수방지기능을 요구하므로 시스템 작동 시간이 깁니다.

• IP67 등급의 비접촉식커플러를 이용하여전원및신호 전송이 가능하며, 하드웨어 및 로컬필드버스 시스템에 적용 가능합니다.

• 비접촉식 커플러는 12W 출력을전송하며, 최대전송거리는 7 mm, 이격이발생해도연결이가능합니다.


완성차 공장의 스키드 이송장비

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적용사례

• 표준화된 신호 전송과 배선으로상당한 비용절감을 실현한 사례로, 목재 가공중 이동한경로를 측정하는 어플리케이션

• 기존의제어 시스템을 변경하지않고, IO-Link 마스터모듈만 추가하여 시스템 구현

• 리니어의 경로 진단 데이터를 바탕으로부가적인 Knowledge 를 생성하여, 유지보수에 활용


목재 가공 장비의 경로 측정

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적용사례

• 간단한 연결로 배선 감소및 간섭없는신호전송으로 효율적인 작동 구현

• 기존의제어 시스템을 변경하지않고 IO-Link 마스터모듈만 추가하여 적용 가능

• 자동화 프로세스 기반의 디바이스 설정 가능


독일의 기계 설비에 적용된 와이어 드로잉 공정

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IO-Link 확장 – 분산 제어


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IO-Link


One device (m)any signal(s)!

PLC

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분산 제어 확장


Field Logic Controller (FLC)

PLC

IO-Link는 FLC에 128 개의 I/O 신호를 구축 가능

Status/Control

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FLC-ARGEE


ARGEE: 멀티프로토콜 이더넷 블록 I/O 모듈에 제어기능 무상 탑재

&

TBEN-S1-8DXP

간단한 AND 로직

FEN20-4DIP-4DXP

속도 모니터링

현장에서직접확장로직구현

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Application 1


톱니바퀴 감지로 펄스 간격 측정

• IO-Link 근접센서로 휠 톱니 감지

• 감지한 톱니 2개의 펄스 간격 측정

• 속도가 느리거나 너무 빠르면 알람 발생

• ARGEE 로 FLC 구현

활용 예: 컨베이어 시스템

FLC 적용

속도 및 슬립 모니터링

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Application 2


탱크의 정확한 수위 레벨 보장

• 불규칙한 배출로 상시 수위 모니터링 필요

• 아날로그 IO-Link 초음파 센서로 수위 상시 감지

• 최소 수위에 도달하면 펌프 동작시켜 액체 충진

• 최대 수위에 도달하면 펌프 동작 중단

• ARGEE로 FLC 구현

활용 예: 탱크 수위 모니터링

FLC 적용

펌프 제어

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Application 3


운송 벨트에서 제품을 감지하여 제품이 운송 되지 않을 경우 알람

• 아날로그 IO-Link 레이저 변위센서로 벨트 위의 제품까지의 거리를 측정

• 제품까지의 거리가 커지면 벨트 위에 제품이 없는 것으로 판단

• 일정 시간 내에 제품운송이 감지되면, 제품 운송으로 판단

• 일정 시간내로 제품운송이 감지되지 않으면, 벨트 가동 중지 및 알람 표시등 또는필드버스를 통해 상위 PLC에 신호전달


활용 예: 식품 생산 라인

TBEN-S..

운송 중지 감시

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Application 4


신호의 전송 속도 증가

복잡한 센서 데이터를 전 처리하여 필드버스 전송 시간 단축

• 센서 데이터 수신 (e.g. Array 센서 각 빔의 상태)

• 데이터 평가 (e.g. 상단 위치, 홀의 시작과 끝, 하단의 위치)

• 필드버스로 줄인 데이터를 전송

활용 예:

• 타이어 생산 공정

• 물류라인의 분류작업TBEN-L..

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Application 5


운송 중 Flap 또는 스위치 고장 경고

작동 시간의 변화 모니터링 구현

• Flap의 종단에 2개의 감지용 센서를 설치

• 작동 시 감지된 시간을 측정

• 작동 시간의 변화는 기계적인 문제가 발생 한 것으로 판단

• 특정 시간 제한에 도달하면 알람을 필드버스를 통해 상위에 전달


활용 예: 분류 라인

TBEN-S..

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Application 6


검사와 이젝터 간의 운송 모니터링

이미지 처리결과에 대한 FIFO-stack 처리

구현• 캔 이미지 검사 결과를 FIFO stack 으로 저장

• Pusher 앞에 포토센서를 설치하여 이젝터 전에 제품을 감지

• 가장 먼저 들어온 결과가 감지된 제품의 결과로 인식

• FIFO stack에서 결과를 삭제하고 불량 결과인 경우 이젝터 실행


활용 예: 식음료 캔의 품질 관리TBEN-L..

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ARGEE란?


A Really Great Engineering Environment

ARGEE 는 간단한 PLC 기능을 수행합니다

ARGEE 는 터크의 모든 블록 I/O 모듈에 지원됩니다

ARGEE 는 사용자가 무상으로 이용 가능합니다

ARGEE를 통해 이더넷, IO-Link 및 RFID와 같은 필수기본 기술을 지원하여 인더스트리4.0 요구 사항에 적합

ARGEE는 최신 웹 표준인HTML5를 사용. PC 또는 태블릿사용 여부에 관계없이 HTML5 지원 웹 브라우저를 실행하는기기에서 모든 기능 사용 가능

PROFINET, EtherNet/IP™ 및Modbus TCP 를 통해 상위 제어시스템과 데이터를 교환하고처리 가능, FLC는 분산형 신호전처리 가능

터크는 모든 블록 I/O 모듈에ARGEE 프로그래밍 환경을무료로 제공. 지속 가능한 I/O 솔루션 제공

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ARGEE 모듈


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간단한 프로그래밍


• 소프트웨어 요구사항• Windows 운영체제가 설치된 PC • 크롬 or 모질라 파이어 폭스 웹 브라우저

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발표자 정보


정목해Cheong, MokhaeSoultion Consulting Director

Mobile 010 6214 4746E-Mail [email protected]

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감사합니다!

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