[연재 목차]
1. SERCOS, 국제 표준 모션 네트워크 인터페이스
2. SERCOS, 혁신적 갠트리 스테이지 동기제어
3. SERCOS, 미래 성장산업 인쇄전자 위한 모션 솔루션
4. SERCOS, 고성능 장비 모션 제어 위한 제안
지난 5월호에는 국제 표준 모션 네트워크 인터페이스인 SERCOS Ⅲ의 특성과 국제 표준화, 네트워크 신뢰성 및 세이프티에 대해 소개했다. 6월호에는 실시간 인터페이스인 SERCOS Ⅲ 기반으로 갠트리 스테이지의 동기 제어를 위해 보쉬 렉스로스가 제공하는 다양한 솔루션을 소개하고자 한다.
갠트리 스테이지는 디스플레이, 반도체 생산 공정에서 필수적인 장비로서, 각 축은 수 μm 이내의 정밀도로 동기화(Synchro nization)돼야 한다. 이와 같은 정밀 제어를 위해 값비싼 제어기와 드라이브 및 리니어 모터가 사용돼 왔다. 그러나 시장에서는 점차 정밀도와 가격 경쟁력 모두를 충족시키는 갠트리 스테이지를 요구하고 있다. 보쉬 렉스로스 코리아는 이를 충족시키기 위해 SERCOS Ⅲ 기반의 혁신적인 갠트리 스테이지 솔루션을 소개하고자 한다.
[그림 1. 다축 동기화를 위한 드라이브 기반 아키텍처.]
지능형 드라이브 기반 위상 동기 제어
“별도의 모션 제어기 없이 갠트리 스테이지의 실시간 동기 제어가 가능한가?” 이러한 질문에 대해 보쉬 렉스로스는 이에 대한 솔루션을 갖고 있다고 말할 수 있다. 바로 31.25μs의 사이클 타임까지 지원하는 SERCOS 인터페이스를 기반으로 한 보쉬 렉스로스의 지능형 드라이브로 갠트리 제어 시스템을 구성하면 가능하다.
SERCOS 인터페이스는 많은 응용분야에서 다축 분산 제어 시스템을 구축하기 위한 토대로서 폐(Closed)루프, 인터폴레이션, 레지스트레이션과 같이 축에 좌우되는 제어 함수를 모션 제어기가 아닌 드라이브에 위치시킬 수 있도록 해준다. 또한, 리밋 스위치, 버튼, 다양한 센서와 같은 I/O 기능을 통합하며, 장치들은 하드웨어와 소프트웨어의 변화 없이 장비나 생산라인에 추가될 수 있다. SERCOS 인터페이스 기반의 분산 제어는 처리능력과 의사결정을 모션 제어기에서 드라이브 및 센서로 이동시킴으로써 장비의 유연성을 향상시켜준다.
보쉬 렉스로스의 지능형 드라이브인 IndraDrive는 PLC를 내장해 SERCOS 인터페이스를 기반으로 분산 제어뿐만 아니라 드라이브 간 실시간 크로스 통신을 할 수 있다. 이와 같은 혁신적인 기술과 드라이브를 사용해 외부의 제어기 없이 갠트리 스테이지를 8축까지 실시간으로 동기 제어할 수 있다.
이러한 솔루션을 통해 장비의 공간을 줄이고 가격 경쟁력과 실시간 결정성을 확보할 수 있다.
보쉬 렉스로스의 MLD(Motion Logic Drive)는 드라이브에 내장되는 모션 로직 컨트롤 소프트웨어로서 IEC61131-3 호환 PLC를 지원한다. MLD는 갠트리 동기를 위해 가상의 로터리 마스터를 제공하며, 이를 이용해 가상 마스터와 각 축을 위상 동기 함수를 이용해 위상 동기화를 시킨다.
갠트리 축을 사용하기 위해서는 모터 파라미터와 힘, 속도, 위치를 위한 극성 파라미터, 제어 루프 파라미터와 같은 파라미터 세팅이 동일해야 한다. SERCOS 인터페이스 표준에 명시된 기본 파라미터는 보쉬 렉스로스의 컨트롤러 및 드라이브의 S 파라미터와 일치하고, 모든 S 파라미터는 다음과 같이 고유 번호에 의해 인식된다.
● 포지션 제어 파라미터 S-0-0047.
● 속도 제어기 비례 게인 S-0-0100.
● 속도 제어 적분시간 파라미터 S-0-0101.
갠트리 축에서 리니어 가이드, 리니어 스케일은 평행하게 설치하고, 각 축들은 제어기에 개별 축으로 등록해야 한다.
[그림 2. 다축 동기화를 위한 MLC 아키텍처.]
컨트롤 기반 위상 동기 제어
보쉬 렉스로스는 SERCOS 인터페이스 기반 드라이브 솔루션 외에도 다축 정밀 제어 시스템을 구축할 수 있는 다양한 솔루션을 제공한다.
IndraMotion MLC
보쉬 렉스로스의 MLC(Motion Logic Control)는 다양한 애플리케이션에서 사용되는 다축 고성능 모션을 위한 모션 로직 컨트롤 소프트웨어다.
SERCOS Ⅲ 인터페이스는 최대 511개의 슬래이브까지 지원하고, SERCOS Ⅲ 기반의 링 토폴로지에서 MLC는 64개 드라이브와 32개 I/O 모듈까지 실시간 이더넷 통신을 지원한다. SERCOS Ⅲ의 표준화된 컨트롤 크로스 통신(C2C)을 통해 64개의 컨트롤러와 128개의 마스터를 통한 동기 모션 제어가 가능하며, 이를 통해 반응 시간을 줄일 수 있다. 또한, SERCOS Ⅲ와 병행으로 PROFINET, PROFIBUS, Ethernet/IP를 지원해 개방적인 연결성을 제공한다.
인라인 I/O에서 디지털인 경우에는 16개의 디지털 입/출력을 위해 대략 200μs 정도로 반응 시간이 짧다. 아날로그인 경우에는 4개의 아날로그 입력과 2개의 범용 아날로그 출력이 지원되고, 채널당 반응 시간은 4ms다. 사이클 타임은 200μs와 65ms 사이에서 결정될 수 있다. 라인과 링 토폴로지가 지원되고, Redundancy를 지원하기 때문에 링 토폴로지에서 에러가 발생할 경우 25μs 내에 라인 토폴로지로 변환된다.
NYCe4000
보쉬 렉스로스의 NYCe4000 모션 제어기는 반도체, FPD 및 태양광 산업에 최적화돼 있고, 컨트롤과 드라이브 유닛이 하나의 하우징에 통합돼 산업용 PC보다 차지하는 공간이 적다. 개방형 소프트웨어 구조는 장비 구성의 높은 유연성을 제공하며, 10개의 리니어 모터, 토크 모터, 피에조 모터, 스테퍼 모터, 서보 동기 모터를 핸들링한다. 1kW 이하의 소형모터는 하우징 내의 드라이브 카드에 통합되고, 1kW 이상의 모터는 외부 드라이브를 SERCOS Ⅲ 통신 모듈에 연결해 실시간 제어 및 모니터링이 가능하다. 또한, 120개의 디지털 및 아날로그 I/O가 실시간으로 연결될 수 있다.
NYCe4000은 야스카와, 미쓰비시, 파나소닉 등의 타사 드라이브와도 아날로그 방식으로 제어하는 유연한 시스템을 구축할 수 있고, IEEE1394B(Firewire) 방식으로 HMI 및 산업용 PC와 연결해 고속으로 모니터링 및 진단이 가능하다.
NYCe4000 모션 제어 시스템은 31.25μs의 포지션 루프와 함께 빠른 제어 루프를 지원하고, C언어 기반의 프로그래밍을 지원하기 때문에 사용자가 C언어로 갠트리의 정밀 동기 제어를 할 수 있다.
[그림 3. NYCe4000 아키텍처.]
PC 기반 동기 제어
보쉬 렉스로스의 SERCANS Ⅲ는 제어 유닛에 SERCOS Ⅲ 인터페이스를 간단하고 비용 절감형으로 구현하도록 제공된 액티브 마스터 카드로서, 산업용 PC의 PCI 슬롯과 실시간 운영체제(RTOS)가 필요하다. 이는 32비트 PCI 인터페이스 기반으로 라인 및 링 토폴로지를 구성할 수 있고, 128개 노드까지 지원한다. 또한, 최소 250μs의 사이클 타임과 100Mbit/s의 전송률을 제공한다. 최대 16개의 주기적인 명령값과 실제값을 전송할 수 있고, 드라이브 파라미터 핸들링 기능을 제공한다.
SERCANS는 전 세계 70개 이상의 회사들이 산업 현장에서 그 기능들을 입증해왔다. 시스템의 리얼타임은 SERCOS의 메커니즘에 의해 보장되고, 데이터 전송 속도와는 독립적이다.
사용자는 SERCANS Ⅲ를 사용해 자유로운 개발 환경에서 갠트리의 위상 동기뿐만 아니라 다양한 정밀 모션 제어를 위한 프로그램을 개발할 수 있다.
지금까지 보쉬 렉스로스에서 제공하는 SERCOS Ⅲ 기반의 혁신적인 갠트리 동기 제어 솔루션에 대해 소개했다. 7월호에는 미래성장산업인 인쇄전자산업을 위한 SERCOS Ⅲ 기반 솔루션에 대해 소개하고자 한다.
[그림 4. SERCANS Ⅲ 아키텍처.]
