모듈형 장비

모듈화 원리

기계 공학에서 모듈화의 핵심 아이디어는 복잡한 기계를 모듈로 분할하여 점점 더 많은 수의 동일한 부품으로 개별적으로 조립할 수 있도록 하는 것입니다. 이 모듈들의 조합은 다양한 기계 유형을 다룹니다. 이 규모의 경제로 모듈형 기계를 보다 빠르고 비용 효율적으로 제조할 수 있습니다. 또한 보다 신속하게 운영할 수 있으며 유연성이 향상됩니다.

장치를 쉽고 빠르게 결합하려면 표준화된 인터페이스가 필요합니다. 여기에는 기계 인터페이스 뿐만 아니라 전력 전송, 통신 및 필요한 경우 압축 공기에 필요한 인터페이스도 포함됩니다. 모듈화는 예 또는 아니오로 범주적으로 정의할 수 있는 특성이 아닙니다. 대신 낮은 모듈화에서 완전 모듈화까지 다양합니다.

분산 자동화로 모듈화 촉진

중앙 제어 캐비닛의 지점 간 배선으로 일관된 모듈화는 불가능합니다. 이러한 중앙 구조로 인해 모듈을 교체하거나 기계를 확장하기 어렵습니다. 장비 모듈에는 자율적 구조가 필요합니다. 이들은 IP20 구성 요소의 모듈로 소규모 현장 제어 박스에서 구현할 수 있습니다.

Multi-part modular machine with IP67 decentralized I/O components.

IP67 분산 I/O 모듈은 상호 연결성을 촉진하고 배선 비용을 최소화합니다

그러나 배선 및 설치는 일반적으로 추가 보호 장치없이 기계에 직접 장착 가능한 IP67 보호 등급의 구성 요소보다 더 복잡합니다. 하지만 특정 구성 요소가 IP67 등급이 아니거나 위생 설계, 식품 적합성 또는 내화학성과 관련하여 특별한 요구 사항이 적용되는 경우, 보호 하우징의 IP20 솔루션이 종종 필요합니다.

IP67 자동화 구성 요소는 상호 연결을 용이하게 합니다. 현장에 직접 장착할 수 있는 분산형 I/O 구성 요소를 사용하면 제어 캐비닛 없이 이더넷 연결을 통해 모듈에서 모듈로 신호를 수집하고 커플링할 수 있습니다. 따라서 최종 고객의 설치 비용이 절감되고 시운전 시간이 단축됩니다.

이더넷 프로토콜 간 변환하는 IP67 스패너

다른 이더넷 프로토콜을 사용하는 장비 및 모듈은 "스패너"를 사용하여 최소한의 노력으로 현장에서 직접 연결할 수 있습니다. 기존의 통신 표준을 사용하여 시운전 및 상호 연결이 쉽고 효율적으로 이루어집니다. 이는 모듈형 기계 공학에서 특히 그렇습니다.

Three gray, stylized machines are each positioned on a panel with the logo of the Ethernet protocols PROFINET, Ethernet/IP and Modbus TCP

글로벌화의 단순화: 스패너로 이더넷 프로토콜 간 변환

분산 안전 컨셉

보안 자동화가 필요한 어플리케이션은 모듈형 설계 전략으로 계획 및 구현할 수 있습니다. 동일한 전원 및 데이터 공급 개념으로 센서 또는 비상 정지 스위치의 안전 신호를 쉽고 효율적으로 수집할 수 있습니다.

Sketch shows the schematic structure of a safety application with HMI, , Ethernet connection lines, icons for safety functions and I/O modules for connecting them

안전 모듈은 각 모듈의 안전 기능을 제어하고 HMI/PLC 는 표준 어플리케이션을 제어합니다

모듈에서 직접 IP67 세이프티 컨트롤러를 통해 세분화된 방식으로 안전 기능을 제어할 수 있습니다. 이를 통해 중앙 안전 제어 장치의 사이클 시간이 길어지지 않아 궁극적으로 기계의 안전 거리가 줄어듭니다. 분산 안전 솔루션의 추가 장점은 기계 안전에 대한 기술 페이지에서 확인할 수 있습니다.

비디오: 모듈형 장비로 유연성을 높이는 방법

제어 솔루션의 모듈화

일관된 모듈화를 위해서는 다른 제어 기능을 기계 모듈로 재배치해야 합니다. 이러한 기능은 로직 컨트롤러가 통합 된 I/O 시스템 또는 실제 소형 PLC에서 수행할 수 있습니다. I/O 모듈 및 컨트롤러 제품 그룹 모두 제어 박스의 IP20 또는 현장에 직접 장착하기 위한 IP67 버전으로 설계될 수 있습니다. 이 경우 제어 캐비닛이 없는 IP67 버전은 배선 및 유연성 측면에서 분명한 이점을 제공합니다. I/O 모듈에서 재배치된 안전 로직은 중앙 안전 제어 또는 F-CPU가 필요하지 않기 때문에 안전 기능의 빠른 실행 또는 전체적으로 보다 비용 효율적인 안전 아키텍처와 같은 추가 이점을 제공할 수 있습니다.

현장 컨트롤러는 제어, 문서화 또는 시각화 목적으로 상위 레벨 컨트롤러 또는 HMI와 통신합니다. 적절한 제어 솔루션의 선택은 기계의 유형과 치수에 따라 다르기 때문에 무조건적으로 대형 제어 솔루션을 선택할 필요가 없습니다. 사용자의 작업은 최소한으로 유지되는 반면 기계의 효율성은 향상됩니다. 현장의 로직 모듈이 데이터를 사전 처리하므로 관련 프로세스 정보만 상위 레벨 컨트롤러로 전송하면 됩니다.

정보를 필드 레벨로 재배치

정보를 현장으로 재배치하는 것은 소프트웨어의 엔지니어링 부서에서 매핑되어야 합니다. 기계 모듈은 인접 모듈의 입력을 자율 시스템으로 처리하고 이를 기반으로 조치를 결정합니다. 모듈의 복잡성에 따라 논리 기능이 있는 I/O 구성 요소 또는 필드 PLC를 통해 이를 달성할 수 있습니다. 그런 다음 인접한 모듈에 필요한 정보만 두 머신 모듈 사이의 인터페이스에서 전송됩니다.

a triangular graphic of the automation pyramid in five layers; center: the triangular graphic with machine functions as icons; right: machine functions are freely connected to each other

분산된 정보는 기존 자동화 피라미드의 견고한 구조를 해체합니다

소프트웨어 기능을 재배치하면 다음과 같이 많은 이점이 있습니다:

  • 기본 통신 링크의 부하 절감
  • 메인 컨트롤의 부하를 줄이며 완전 교체
  • 시운전 및 연결 전 모듈 테스트
  • 중앙 제어 장치를 그대로 유지할 수 있어 타사 모듈 통합 용이
  • 간단한 공장 확장

보다 일관된 기계가 모듈화되고 지능이 분산될수록 자동화 피라미드의 견고한 구조가 불안정해지기 시작합니다. 계층 구조, 특히 센서/액추에이터 및 I/O 및 제어 수준에서 투명성이 향상됩니다.

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