지능형 자동화를 위한 과제
지속성 있는 건축은 사회 전반에 걸쳐 중요한 문제입니다. 탄소 발자국을 줄이는 방법 중 하나는 짚과 같이 재생 가능한 천연 소재를 활용하는 것입니다. 수세기에 걸쳐 인류가 사용해 온 이 지속성 높은 단열 소재를 완성된 건축 요소로 완전 자동 가공하려면 지능형 시스템 개념, 무엇보다 강력하고 유연한 모션 컨트롤 솔루션이 필요합니다.
모션 컨트롤을 통한 지속성 있는 건축
HOLZ automation GmbH는 Siemens의 효율적인 모션 컨트롤로 단 한 번의 생산 교대 만에 집 전체에 사용할 목재 짚 건축 요소를 생산할 수 있습니다.
주요 이점
모든 작업을 위한 단일 시스템
모션 컨트롤 솔루션은 축 동기화, 모듈 이송, 프레스 이동을 포괄하며 향후 더 많은 프로세스를 지원할 가능성도 있습니다. 이를 통해 확장 가능하고 표준화된 솔루션과 높은 효율성 및 유연성을 실현합니다.
복잡한 동작의 간편한 엔지니어링
모든 기능은 TIA Portal에서 엔지니어링되었습니다. SIMATIC S7-1500 T-CPU의 캠 에디터를 통해 베일러 프레스 내 모든 축의 복잡한 동기 운동을 신속하게 조정하고 수정할 수 있습니다.
추적성 및 데이터 투명성
Siemens 자동화 솔루션은 추적성과 품질 관리를 지원합니다. SIMATIC Industrial Edge를 활용하여 톱날의 마모를 모니터링하고 트리밍 장치를 그에 맞게 재조정합니다.
새로운 건축 요소 자동 생산 시스템의 핵심 구성 요소는 — 실로 적절하게도 — 농업 분야에서 가져왔습니다. HOLZ automation GmbH의 Managing Director인 Jürgen Holz는 "저희는 베일러 프레스를 구입하여 자동화가 가능하도록 개조했습니다."라고 회고합니다. 이 대담한 행보에 대해 Jürgen Holz는 다음과 같이 덧붙입니다. "저희는 자동차 산업용 기어 및 드라이브 샤프트와 같은 정밀 부품의 조립 및 테스트 작업을 위한 특수 기계 제작에서 출발했습니다. 이 분야에서는 물성이 명확히 정해져 있지만, 천연 소재인 짚은 공정에 전혀 다른 요구를 부과합니다. 다양한 줄기 길이와 복원력과 같은 소재 물성의 편차를 정확하고 자동으로 제어하는 것이 진정한 도전이었습니다."
HOLZ automation GmbH의 소프트웨어 및 개발 책임자인 Alexander Fromm에게 이는 흥미로운 과제였습니다. "농업용 유압-기계식 프레스를 자동화된 산업 공정에 활용할 수 있도록 전기화해야 했습니다. 이를 위한 선례가 전혀 없었습니다." 그에게 중요했던 것은 HOLZ automation GmbH가 축 동기화, 모듈 이송, 프레스 이동 등 수많은 공정을 하나의 시스템으로 커버할 수 있어야 한다는 점이었으며, "아직 알지 못하는 작업까지 포함하여"라고 덧붙였습니다. 이에 따라 Siemens의 모션 컨트롤 솔루션을 선택하게 되었습니다. "저희는 드라이브를 함께 조율하고 개념을 개발했습니다. 그 결과 효율적이고 유연하게 운용할 수 있는 확장 가능하고 표준화된 솔루션이 탄생했습니다."
현재 플랜트의 6개 스테이션에서 건축 요소는 목재 컴포넌트로 조립되고, 후면 패널이 장착된 후, 로봇에 의해 정밀하게 압축된 짚 충전재가 채워집니다. 마지막으로 돌출된 짚을 가지런히 절단하여 미장 처리하거나 추가 가공이 가능한 직선형 벽 요소가 완성됩니다. 베일러 프레스를 위한 안전 기능이 통합된 중앙 SIMATIC S7-1500 T-CPU 외에도, 6개의 생산 스테이션 각각에는 I-디바이스로서 분산형 SIMATIC ET 200SP Controller가 설치되어 있습니다. 이를 통해 총 16개의 축이 제어됩니다. 동기 축 10개와 위치 결정 축 6개입니다. 여기에는 플랜트 안전 컴포넌트와 현재 6대의 로봇과의 통신도 포함됩니다.
HOLZ automation GmbH는 시스템의 기계 및 전기 설계를 단계별로 개발하고 검증했으며, Alexander Fromm은 "솔루션이 즉시 작동할 수 있도록" 하기 위해서였다고 회고합니다. 이를 위해 그는 TIA Portal의 트레이스 기능 등을 활용하여 관련된 모든 컴포넌트의 시스템 동작과 신호를 검증했습니다. 그 결과 완성도 높고 모듈식이며 유연한 시스템이 완성되었으며, 이동식 설치도 지원합니다. "집이 건설되거나 짚이 수확되는 현장으로 시스템을 손쉽게 이동할 수 있습니다. 이를 통해 자재 및 건축 요소의 운송 경로를 단축하고 배출량을 줄일 수 있습니다." 조율된 표준화 자동화, 사전 테스트된 라이브러리, 직관적인 운용은 효율적인 커미셔닝을 지원하며, 이 또한 해당 솔루션의 주요 장점입니다.
수석 개발자인 Alexander Fromm은 엔지니어링 단계뿐 아니라 이후에도 기술 객체를 통한 간편한 드라이브 제어와 플랜트 안전을 위한 통합 기능의 이점을 활용했습니다. 통합 모션 컨트롤 솔루션은 간단한 수정 및 최적화 작업에서도 그를 지원했습니다. Alexander Fromm이 특히 주목하는 부분은 베일러 프레스의 서보 드라이브입니다. "다양한 드라이브 크기와 기계적 키네마틱스를 갖춘 서보메카니컬 솔루션은 높은 수준의 드라이브 다이나미제이션이 요구됩니다. 이전에는 6개의 동기 축을 올바르게 조절하고 조율하는 데만 2주를 예상했지만, SINAMICS 서보 드라이브의 원버튼 튜닝(One-Button Tuning)으로 2시간 만에 완료했습니다."
건축 요소는 이미 첫 번째 적용 사례를 찾았습니다. 새 생산 공장의 내벽이 목재와 짚으로 개조되었습니다. 시스템은 매우 유연합니다. "저희는 개방형 인터페이스를 통해 건축 설계사나 건설사의 계획 시스템과 저희 프로세스를 직접 연결할 수 있습니다. 현재 저희 제품군에는 다양한 너비와 형태의 건축 컴포넌트 108종이 포함되어 있으며, 또 다른 스테이션에서 건축 컴포넌트에 점토 미장을 적용할 계획도 있습니다. 모듈식 플랜트 개념 덕분에 이는 전혀 문제가 없습니다."
전 세계적으로 사람들은 저렴하고 지속성 있는 건축을 위한 솔루션을 찾고 있습니다. 저는 이것이 자동화 없이는 불가능하다고 확신합니다. 그리고 Siemens에서 적합한 파트너를 찾았습니다.