제조기업이 소프트웨어 기반 제어 솔루션을 도입해야 하는 이유는 머신 제어를 위한 리모트 IO, 로봇 일반 서보 제어까지 무리 없이 수행할 수 있기 때문이다. 게다가 제어 프로그램을 일원화하고 관리 포인트를 줄임으로써 개발에서 관리까지 효율적으로 구현할 수 있고, 추가 하드웨어 없이 소프트웨어적으로 라이선스만 변경해 제어축 수를 늘릴 수 있다. ‘2022 스마트제조 대전망 온라인 컨퍼런스’에서 모벤시스 김기훈 실장이 소프트웨어 기반 제어 솔루션 도입의 필요성에 대해 발표한 내용을 정리했다.
스마트제조 환경에서 소프트웨어 기반의 모션 제어기기는 앞으로 점점 중요한 요소로서 자리잡을 것으로 보인다. 이유는 네 가지다. 첫 번째는 오픈 아키텍처, 두 번째는 생산성을 높이고 효율적인 재활을 위한 고성능 제어, 세 번째는 설비의 타임 투 마켓을 앞당기고 효율적인 개발 과정을 도울 수 있는 머신 디지털 트윈, 마지막으로는 벤더의 구속에서 자유롭게 사용자 최적화된 디바이스 선택을 할 수 있는 멀티벤더 확장과 호환성이다.
소프트웨어 기반 모션 제어 WMX란?
하드웨어 기반의 모션 제어기기의 경우, 모션과 모션 네트워크를 구성하기 위해 전용 하드웨어를 장착, 사용해야 하고 경우에 따라서 별도의 전용 프로그램을 사용해야 한다. 그에 반해 소프트웨어 기반의 모션 제어기는 표준화된 IPC, OS와 랜카드를 이용해서 고성능의 모션 제어를 구현할 수 있다.
이러한 것들은 멀티코어 중에 한계를 중요한 모션 제어의 용도로 할당하고 고속 연산 처리를 수행함으로써 유저의 애플리케이션을 운용하는 것과 동시에, 고성능 모션 제어를 처리할 수 있다.
PC상에서 추가 하드웨어 없이 온전히 PC라는 하드웨어와 랜카드만으로 모션 제어를 할 수 있는 것을 소프트모션이라고 한다. 모벤시스는 WMX라는 소프트모션 솔루션을 제공하고 있다.
소프트웨어 기반의 모션 제어는 하드웨어 전용 제어기를 사용한 모션 제어와 비교해 어떠한 부분에서 이점이 있을까. 하드웨어 기반의 모션 솔루션의 경우, 대부분 공장의 상위 시스템과 데이터 처리를 위해 엣지 컴퓨터 또는 CIM PC를 사용한다. 엣지 PC는 하드웨어 모션 제어기기와 통신을 해야 하는 번거로움이 있고, PC와 모션 제어기 프로그램을 별도로 관리, 경우에 따라 전용 HMI 기기, 추가 프로그램을 2중 3중으로 별도로 관리해야 할 수도 있다.
또한, 보편적으로 하드웨어 기기는 리모트 IO, 로봇 일반 써보 시스템이 네트워크를 별도로 구성해야 하는 불편함이 있다. 그리고 여기에 제어축 수가 증가함에 따라 추가 하드웨어가 요구되기도 한다.
그러나 소프트 기반의 모션 제어는 하나의 PC를 통해서 상위 호스트 시스템과 연계한 대용량 데이터 처리에서 머신 제어를 위한 리모트 IO, 로봇 일반 서보 제어까지 무리 없이 수행할 수 있다. 게다가 제어 프로그램을 일원화하고 프로그램 인력을 최소화하고 관리 포인트를 줄임으로써 개발에서 관리까지 효율적으로 구현할 수 있고, 추가 하드웨어 없이 소프트웨어적으로 라이선스만 변경해 제어축 수를 늘릴 수 있다.
소프트 모션이 필요한 이유
스마트제조에 소프트 모션이 필요한 이유는 크게 2가지이다. 첫째, 오픈 아키텍처는 여러 개의 파일을 잘 정렬해서 하나의 박스에 패키지화하는 것과 같다. 즉, 스마트제조를 위한 여러 솔루션을 쉽게, 마치 하나의 소프트웨어처럼 통합해서 구성할 수 있다는 것을 의미한다. 반대로 하드웨어 기반의 제어기기의 경우, 여러 가지 솔루션을 통합하기 위해서 추가적인 하드웨어, 별도의 인터페이스, 추가 게이트웨이 등을 사용함으로써 시스템 구성이 복잡해지거나 무거워지는 등 불합리한 요소로 작용할 수 있다. 가끔 현장에서는 이런 것들 때문에 매우 기형적인 구성의 시스템이 구현되기도 한다.
둘째, 하이퍼포먼스다. 빠른 차가 경주에서 이기고 제 시간에 목적지에 도착할 수 있는 것처럼, 제조 환경에서 데이터의 도달 시간, 응답 시간은 매우 중요한 요소로써 작용한다. 고성능 제어기는 설비의 택타임을 줄이고 생산량을 늘릴 수 있는 방법 중 하나다.
최근 2차전지 분야에서 공정 개선을 통해 택타임을 줄이기 위한 활동이 매우 활발하다. 분야의 특성상 폭발적인 수요를 만족시키고, 공간 효율을 동시에 생각해야 하기 때문에, 예전처럼 공장의 수만 많이 늘려 생산량을 늘리는 방식보다는 점차 고속처리와 효율적인 방법을 동시에 모색해 나가야 한다. 이 분야에서 고성능 제어기의 빠른 응답성으로 탭타임을 줄여 궁극적으로 생산량을 늘릴 수 있게 된다. 이러한 이유로 모션 제어기 WMX는 최소 125마이크로세크라는 제어주기로 16축을 제어할 수 있는 고성능의 제어기다.
셋째, 소프트웨어 기반의 제어기기 때문에 비교적 쉽고 간단하게 가상화 솔루션을 통합시키고 구현할 수가 있다. 디지털 트윈이 가져다주는 이점은 설비 제작 전에 기구 도면을 활용해서 시퀀스나 사용자 알고리즘을 사전 개발, 검증할 수 있다 점이다. 그리고 이러한 활동을 통해서 제어, 기구, 조립, 인력들이 원활한 협업을 도모할 수 있다. 좀 더 나아가 로봇 티칭을 하고 기구와의 간섭 등을 사전에 검증하고 좀 더 안전한 커미셔닝을 도와줄 수 있다. 또한, 이러한 가상화된 솔루션은 영상을 통해 설비의 홍보, 사원들의 교육 등을 할 수 있는 역량으로 활용될 수 있다. 소프트웨어 기반의 제어기기 때문에 오로지 PC 한대를 통해 구현할 수 있다.
넷째, 벤더에 의한 제한을 최소화할 수 있는 확장성, 또는 이기종 간의 호환성이다. 앞서 언급한 것처럼 오픈 아키텍처와 모듈화된 구성으로 여러 필드 네트워크와 무수히 많은 시장의 디바이스들을 조합할 수 있고, 고객은 하나의 벤더에서 적절한 디바이스를 찾지 못해 고심하거나 또는 기형적인 구성을 해야 하는 상황을 피할 수 있다. 또는, 제품의 단종 시기가 도래했을 때, 전용 하드웨어 제어기가 아닌 표준화 IPC와 호환성 높은 디바이스들은 단종에 대한 부분도 비교적 쉽게 해결할 수 있다. 고객의 입장에서 최적의 솔루션이 제공되는 환경 또한 스마트제조에서 매우 중요한 요소다.
헬로티 이동재 기자 |
