[칼럼] 스마트 팩토리의 디지털화는 어디까지, 이제는 모터

제조업 디지털 전환(DX) 및 스마트팩토리 고도화에 있어 공정 및 설비의 디지털화는 빼놓을 수 없는 요소이며, 많은 기업에서 운영 효율 향상에 도움을 주는 디지털화를 달성하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 기업 DX 실행 과정에서는 제조 설비부터 제조 방식까지 다양한 사항을 고려해야 되지만, 모터나 관련 디바이스 같이 공장 내 최하위단에 위치한 설비들에 대한 내용은 놓치기 쉽다.

실제로 제조 현장 내 설비의 대부분은 모터를 기반으로 작동하고 있으며, 전 세계적으로 분포되어 있는 모터의 개수는 대략 3억 개 이상으로 추산되고 있다. 모터는 장기간 사용에 의한 노후화, 과부하로 인한 불량 및 기타 복합적인 이유로 고장이 발생한다. 모터가 고장 날 경우, 공장 생산라인이 중단돼 품질 불량이 발생하고, 이로 인해 생산성이 감소되고, 수리비, 인건비 등의 손실이 발생한다.

수많은 모터를 안전하고 효율적으로 운영하고, 보호하는 것은 우리에게 매우 중요한 과제다. 이것을 수행하는 전기 시스템이 ‘모터 관리 시스템’이며, 통신 연결 기반의 모터 관리 시스템을 ‘디지털 모터스타터’ 혹은 ‘스마트 MCC(Motor Control Center)’라고 부른다.

모터스타터는 장비 제어반에서 핵심적인 역할을 한다. 10배 이상의 큰 전류를 보호하는 △단락보호(Short-circuit protection), 모터의 기동과 정지를 제어하는 △제어 기능(Switching)부터 과부하에 대한 설비를 보호하는 △과부하보호(Overload protection), 정상 상태에서 전류를 통전하고 단로시키는 △단선(Disconnection) 기능까지 수행하며 모터를 보호한다.

더 나아가 제품은 차단기, 개폐기, 모터보호가 가능한 일체형 모터 스타터부터 2~3가지 제품을 결합하는 구성하는 방식까지 발전했다. 일체형의 경우 배선이나, 설치시간, 공간 등이 절약되나, 비싸고 용량이 제한적이라는 단점이 있다.

모터 스타터는 산업용 사물 인터넷이라는 새로운 시대에 대비하여 통신으로 데이터를 제공해 올바른 정보를 토대로 장비 성능 최적화를 위한 판단을 내릴 수 있도록 도와줄 뿐만 아니라, 사용자 친화적인 엔드투엔드 디지털 고객 경험을 제공할 수 있게 발전했다.

제조 현장에서는 많은 설비들이 모터를 활용하고 있어 모터 스타터를 관리하고 운영하기가 까다롭다. 기업의 입장에서는 모터에 문제가 발생하지 않도록 미리 점검하고 준비해야 생산성도 높일 수 있다.

장비 제조 업체는 효율성과 안전성을 높이기 위해 끊임없이 고민한다. 이 고민을 해결하기 위해서는 모터 부하 관리 시스템의 설계 방식에 혁신적인 변화가 필요한데, 슈나이더 일렉트릭의 디지털 모터 관리 시스템 테시스 아일랜드(TeSys Island)가 그 솔루션이 될 수 있다. 이를 사용하면 장비 엔지니어링, 제조 및 납품까지의 전 과정이 그 어느 때보다 빠르고 쉽게 이루어질 수 있다.

디지털 모터스타터는 여러 라인을 하나의 ‘아일랜드(Island)’ 그룹으로 통합한다. 모터스타터는 기본적으로 전자접촉기와 과부하 계전기가 1개 모듈로 통합된 형태로 구성되어 있다. 각 모터스타터는 리본 케이블로 연결되어 있어 별도 제어용 회로 배선이 불필요하다. 통신 연결을 통해 전류, 전압, 전력, 사고 기록 등의 모니터링 및 제어까지 가능하다. 기존 시스템과 비교하면, 필요한 장비의 개수도 현저히 적다는 장점이 있다. 전자 접촉기, 과부하 계전기, 정한시 보호를 위한 EOCR, 계측을 위한 미터기 등 4가지 제품이 1개의 모듈로 통합된다.

테시스 아일랜드를 이용하면 어떤 부하, 어떤 PLC에 대한 설계도 가능하다. 실시간으로 장비 데이터를 수집하고, 그 데이터를 활용해 신뢰할 수 있는 서비스를 제공할 수 있다. 설계에서부터 시운전 및 수리까지 장비 제조를 디지털화하여 이를 통해 비즈니스 성장을 위한 새로운 방식을 모색할 수 있다.

또한 부하 관리를 위한 혁신적인 디지털 솔루션을 제공한다. 산업용 사물 인터넷이라는 새로운 시대에 대비하여 운영 데이터를 제공하고, 올바른 정보를 토대로 장비 성능 최적화를 위한 판단을 내릴 수 있도록 돕는다. 더불어 사용자 친화적 인터페이스로 고객 맞춤화된 사용 경험을 제공한다.

테시스 아일랜드의 또 다른 강점은 확장성과 컴팩트함이다. 1개의 아일랜드 구성으로 최대 연결할 수 있는 스타터의 개수는 20개다. 따라서 부하의 개수가 많은 MCC 판넬에서 더욱 강점이 있는 제품이다.

테시스 아일랜드는 슈나이더 일렉트릭의 에코스트럭처(EcoStuxure)에 완전히 통합되어 있다. 주요 자동화 필드 버스를 지원하는 것은 물론, 타사 PLC와의 호환성이 중요한 OEM 업체의 특성을 고려해 타사 자동화 시스템과도 쉽게 통합할 수 있도록 했다.

전체 시스템에 대한 레퍼런스가 20개에 불과한 테시스 아일랜드는 제한된 수의 물리적 개체로 광범위한 애플리케이션과 스위칭 토폴로지를 포괄한다. 여기에는 버스 커플러 3개, 표준 스타터 5개 및 SIL 스타터 5개, 파워 인터페이스 모듈 3개, I/O 모듈 2개, 전압 인터페이스 모듈 1개 및 SIL 인터페이스 모듈 1개가 있다.

지금까지 자동화 엔지니어는 복잡한 프로그래밍을 통해 각 컨택터에 연결된 PLC 정보를 입력, 출력하는 전 과정을 관리해야 했다. 테시스 아일랜드는 복잡한 프로그래밍 없이도 버스 커플러가 전체 테시스 아일랜드의 단일 액세스 지점을 제공하고 장치 로직을 관리한다. 이에 자동화 엔지니어는 더 중요한 부하 관리에 집중할 수 있고, 기업은 효율성과 안전화라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있다.

리본 케이블로 모든 모듈을 버스 커플러에 연결하므로, 통신 지점이 단일화되어 제어 배선도 따로 필요하지 않다. 따라서 설계 및 설치 시간이 감소하고 수작업 시 발생하는 오류를 피할 수 있다. 테시스 아일랜드의 진단 기능은 장비 가동 시간을 늘리고, 자산 관리를 개선할 수 있도록 한다. 또한 테시스 아일랜드는 비정상적인 동작을 모니터링하고 알람을 트리거하여 예상되는 문제를 미리 대비할 수 있도록 하여 불필요한 장비 가동 중단을 방지한다. 작동 및 유지보수 도구를 통해 언제 어디에서나 테시스 아일랜드의 전체 데이터에 액세스할 수 있다.