CSI-C 주변 설비 통합 제어시스템

스마트 생산을 위한 주변설비 통합제어 기술

설계, 조달, 생산, 서비스 등 전 제조 프로세스의 효율성과 최적화를 목적으로 하는 4차 산업혁명은 궁극적으로는 스마트 공장으로 귀결되어 진다.

널리 알려져 있듯이 스마트 공장과 관련된 기술은 <그림 1>과 같이 생산, 기계 및 서비스 영역으로 나뉘어진다. 이 프레임에서 유럽의 플라스틱/고무 제조자 협회(이하 Euromap)에서는 스마트 사출공장과 관계된 기술을 구분하였고, Euromap의 회원사인 유럽의 사출성형기 제조사들은 각각 inject 4.0, plastic 4.0 등의 캐치프레이즈로 내걸고 관련 기술을 개발하고 있으며, LS엠트론 역시 “Connection” 과 “Smart” 라는 관점에서 스마트 사출 공장 대응 솔루션을 개발하고 있다.

본 자료에서 설명하고 있는 주변설비 통합 제어 시스템도 스마트 생산과 관계된 기술 중 하나이다. 주변 설비 통합 제어는 10여 년 전부터 성형 현장의 사용자 및 관리자로부터 개발 필요성이 제기되었었고, 기술의 한계로 사출기와 주변설비의 데이터가 분리된 형태로 수집되는 시스템으로 구성되어져 왔었던 기술이었다. 현재는 스마트 공장에서 기계학습 및 AI를 이용한 다양한 비즈니스 기회 가능성으로, 이에 필요한 유효한 생산 데이터의 확보가 선택이 아닌 필수가 된 상황이 되었고, 사업의 지속성과 차별화의 관점에서 각 장비 제조업체들의 협력으로 개발이 이루어지게 되었다.

과거와 미래를 연결하고, 호환성이 뛰어난 Modbus 프로토콜

LS엠트론의 주변 설비 통합제어(이하 CSI-C )에서 사용하고 있는 프로토콜인 Modbus는 온도와 습도를 측정하고 그 결과를 상위 시스템에 연결하는 시스템과 같이 하나의 네트워크에 연결된 많은 기기들 사이에 통신을 목적으로 PLC(Programmable logic controller)들과의 사용을 위해 1979년 Modicon(현 Schneider Electric)에 의해 최초 발표된 시리얼 통신 프로토콜이다. Modbus는 통용되는 표준 통신 프로토콜이 되었으며, 최근까지 산업용 전자 장비들을 연결하는 수단으로 가장 널리 이용되고 있다.

Modbus 통신을 위해서는 하나의 네트워크에 연결된 기기들이 마스터(Client)와 슬레이브(Server)로 역할이 나누어져 있으며, 슬레이브로 설정된 기기는 마스터가 요청하는 데이터에 대해 정해진 규격에 따라 응답을 하는 클라이언트-서버 구조로 <그림 2>와 같이 구성되어 있으며, 슬레이브는 마스터의 요청에 응답하는 수동적인 동작을 하는 한편, 마스터 기기는 슬레이브 기기를 선택하여 필요한 데이터를 읽어 오거나, 기입하는 등의 네트워크상에서 주도적인 역할을 수행하게 되어있다.

Modbus 프로토콜은 물리 계층의 구성에 따라, Serial 방식(Modbus-RTU, Modbus-ASCII)과 Ethernet 방식(Modubs-TCP)이 존재하며, 사출 현장에서 사용되는 주변 설비 업체들은 2가지 방식 중 하나를 지원하고 있으며, Modbus의 표준 명령어 집합 코드인 function code를 이용하여, 슬레이브 디바이스로부터 Bit나 Word의 형태로 코일과 레지스터로부터 값을 읽어 오거나 쓸 수 있다. 주변 설비 제조업체는 Data 인터페이스를 원하는 고객을 위하여, 다음 <표1>과 같은 형태의 Modbus통신을 위한 메모리 맵을 가지고 있으며, 제조 업체의 사업 정책에 따라 공개 또는 비공개화 하여 운영하고 있고, 최근에는 제한된 범위에서 공개하고 있는 추세이다.

사출기 중심의 주변 설비 통합 제어 기술 CSI-C

LS 엠트론의 CSI-C는 기본적으로 Modbus serial 프로트콜을 이용하고, 주변 설비 제조사에서 제공하는 메모리맵을 이용하여, 사출기 사용자 패널상에서 주변 설비의 현재값(PV), 설정값(SV) 및 동작 상태를 모니터링하고, 제어하기 위한 기능이다. 전체 시스템 구조는 <그림 3>과 같다.

CSI-C에 연결하기 위한 Serial의 통신 사양은 <표 2>에 기술하였고, 현재 국내외에서 시판 되고 있는 대부분의 장비가 해당 프로토콜을 지원한다. CSI-C는 <그림 4>와 같이 일반과 설정으로 나뉘어진 2개의 사용자 인터페이스를 기본으로 하고 있으며, 핫러너 제어기와 같이 많은 채널 수를 이용할 경우, 추가적인 사용자 화면을 제공한다.

현재 CSI-C의 현장 적용을 위하여, 사전에 검증이 완료된 장비와 현재 검증이 안된 장비에 대해 다음과 같이 대응할 계획이다.

● CSI-C 동작 검증한 장비

▷ ‌메모리 번지를 입력하여 사용할 수 있게 하는 <그림 5>와 같은 프로그램 탑재 출하

▷ 검증 장비 리스트는 <표 3>과 같음

● CSI-C 동작 미검증 장비

▷ ‌영업 상담 단계에서 설비 사양 검토 및 테스트 계획 협의

▷ ‌해당 장비용 프로그램 개발 및 검증 실시

CSI-C 는 기능적으로 실시간으로 사출기에서 주변 설비를 제어하는 기능 외에도 사용자가 특정 금형에 대한 성형 조건을 저장할 경우, 해당 주변 설비의 조건도 함께 성형조건 데이터로 저장하고 있고, 동일 금형으로 재생산 시 작업자가 사출성형기에 저장된 성형조건을 불러오는 순간 사출기에 연결된 주변설비에 해당 조건을 통신으로 기입하는 기능이 있다.

이 기능과 사출기 기능 중 금형 ID에 의한 성형조건 불러오기, 사출기 Data 인터페이스 기능으로 개발된 Modbus(Server)를 같이 이용하면, <그림6>에 표현된 데이터 흐름 1, 2와 같이 금형 자동 인식 기능과 ERP와 MES에 의한 생산 계획에 따라 생산할 금형에 해당하는 성형 조건을 사출기 및 주변 설비에 동시에 로딩하는 시스템을 구현할 수 있다.

지속적으로 발전하는 CSI-C

향후 18년 말까지 이더넷 통신을 장착한 장비 연결을 위하여 Modbus TCP를 개발하고, 현재 미 검증 장비의 현장 적용 시 LS엠트론의 개발자가 관여해야 하는 불편함이 있어, 사용자의 편의성 향상을 위하여, 제조사 및 기종에 관계 없이 사용자에게 필요한 데이터를 사출성형기에서 직접 화면을 편집하여 사용할 수 있는 구조로 변경할 예정이다.

또한, 장기적으로 industry4.0에 대응하여 OPC UA 기반으로 주변 설비와 로봇 인터페이스로 진행 중인 Euromap 82와 Euromap79의 공식 버전 출시 이후에는 <그림 7>과 같이 해당 기능을 이용하여, CSI-C와 같은 기능을 구현할 예정이며, 또한 OPC UA를 미지원 하는 기기와의 호환성 측면에서도 Modbus 기반의 CSI-C를 병행하여, 사용자의 주변 설비 이용의 편의성을 지속적으로 향상시키고자 한다.