동작 및 제어 솔루션으로 산업의 효율성과 지속 가능성 촉진

그림 1: 대형 발전소의 워터 펌프 (이미지 출처: Shutterstock)

전 세계 산업계는 환경 문제와 지속 가능한 전자 장치의 필요성에 직면해, 운영을 최적화하고 탄소 배출량을 최소화할 수 있는 솔루션을 모색하는 중입니다. 모든 업계가 에너지 사용량을 줄이고 낭비를 최소화하고 출력을 최대화하도록 공정을 제어해야 합니다.

동작 제품과 제어 제품은 전자 응용 제품 내에서 함께 작동하며 기계 소자의 움직임, 속도, 위치를 관리합니다. 이들 제품은 동작의 다양한 측면을 정확하고 효율적이며 안정적으로 제어하도록 설계되어, 기계와 장비가 최적의 성능과 최소의 오류로 기능을 수행할 수 있도록 지원합니다.

글로벌 전자 부품 유통업체인 DigiKey는 여러 제조업체의 다양한 동작 및 제어 제품을 제공하여 고객이 자동화 시스템의 지속 가능성과 효율성을 개선할 수 있도록 지원합니다.

동작 및 제어 시스템의 핵심 부품

동작 및 제어 솔루션의 핵심은 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 주요 수단인 전기 모터입니다. 응용 분야에 따라 여러 유형이 사용되며, 각 유형별로 고유의 특성과 장점이 있습니다. 예를 들어 AC 모터는 내구성, 효율성, 고속 작동 능력이 특징이며 산업용 기계, HVAC 시스템 및 기타 안정적이고 장기적인 성능이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 이에 반해 DC 모터는 토크 및 속도 제어가 우수하여 로보틱스, 자동차 시스템과 같이 정밀한 움직임이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 스테퍼 모터는 매우 정확한 포지셔닝이 가능하므로 3D 프린터, CNC 기계를 비롯한 정밀하고 점진적인 동작이 필요한 장치에 사용됩니다. 빠른 응답 시간과 높은 토크 출력을 자랑하는 서보 모터는 항공 우주 시스템과 같이 빠르고 정확한 움직임이 필요한 응용 분야에 사용됩니다.

동작 및 제어 솔루션은 다양한 구동기와 컨트롤러를 사용해 모터의 작동을 효과적으로 제어하고 조절합니다. 가변 주파수 구동기(VFD)는 AC 모터의 속도와 토크를 관리하는 데 사용되며 부드럽고 효율적인 작동을 구현하고 에너지를 절약할 수 있습니다. 서보 모터용으로 특별히 설계된 서보 구동기는 폐루프 제어를 제공하며 매우 정밀한 포지셔닝과 동작을 구현할 수 있습니다. 여러 동작 축을 동시에 처리할 수 있는 동작 컨트롤러는 매끄럽고 정확한 작동을 위해 다양한 부품의 움직임을 조정하고 동기화하는 복잡한 응용 분야에 사용됩니다.

액추에이터도 에너지를 동작으로 변환하고 기계 부품을 움직일 수 있는 힘을 제공하므로 동작 및 제어 시스템에서 중요한 역할을 담당합니다. 큰 힘을 출력하고 무거운 하중을 처리할 수 있는 유압식 액추에이터는 원시적인 힘이 필요한 건설 장비, 산업용 기계 등에 사용됩니다. 압축 공기를 사용하여 동작을 생성하고 빠른 응답 시간을 제공하는 공압 액추에이터는 포장, 조립 라인과 같이 빠르고 반복적인 움직임이 필요한 응용 분야에 사용됩니다. 선형 및 회전식을 비롯한 전동 액추에이터는 의료, 자동차, 항공 우주 장치 및 장비와 같은 응용 분야에서 정밀 제어 기능을 제공합니다.

그림 2: 스마트 공장의 로봇 시각 센서 카메라 시스템 (이미지 출처: Shutterstock)

센서, 피드백 장치 및 제어 시스템

센서와 피드백 장치는 동작 및 제어 시스템이 최고 수준의 정확도와 신뢰성으로 작동할 수 있도록 동작의 다양한 측면을 모니터링하고 측정하는 데 사용됩니다. 선형 및 회전식 전위차계와 같은 위치 센서는 정밀한 포지셔닝 및 추적이 가능하도록 기계 소자의 정확한 위치에 대한 실시간 데이터를 제공합니다. 증분식 인코더, 절대값 인코더 등은 정확한 속도와 위치 제어를 구현할 수 있도록 회전 샤프트의 각위치와 속도를 결정하는 데 사용됩니다. 인코더와 유사하지만 열악한 환경에서 사용하도록 설계된 리졸버도 민감한 응용 분야에서 높은 정확도와 신뢰성을 제공합니다.

이 모든 부품을 동시에 실행하는 것은 동작 및 제어 솔루션의 전반적인 작동을 조율하고 관리하는 제어 시스템입니다. 제어 및 자동화를 위해 설계된 견고한 산업용 컴퓨터인 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러)는 공장 자동화, 공정 제어 및 기타 응용 분야에서 여러 입력 및 출력 신호를 동시에 처리합니다. PLC보다 뛰어난 유연성과 처리 성능을 제공하는 산업용 PC는 복잡한 다축 시스템에서 동작 제어 알고리즘을 시뮬레이션하기 위해 고급 동작 제어 소프트웨어와 함께 사용되는 경우가 많습니다.

산업 응용 분야의 동작 및 제어 부품

동작 및 제어 솔루션은 광범위한 산업 공정에서 효율성, 정확성, 생산성을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 예를 들어 로봇 암, 기계 공구와 같은 장비를 관리하여 산업 운영을 개선하고 오류를 최소화합니다. 자동차 공장 및 창고에서 동작 및 제어 시스템은 산업용 로봇, 협업 로봇(코봇), 자율 모바일 로봇(AMR)의 움직임을 조정하여 관리, 조립, 검사와 같은 작업을 수행합니다. 마찬가지로 산업 포장 응용 분야에서 동작 및 제어 솔루션은 컨베이어 시스템, 분류 기계, 자동 보관/검색 시스템(AS/RS)을 사용하여 상자, 팔레트와 같은 물품을 피킹하고 운반합니다.

의료 부문에서 동작 및 제어 시스템은 의료 서비스 제공 방식과 연구 수행 방식을 결정합니다. 수술 로봇, 진단 영상 시스템, 실험용 계측 등 의료 기기 및 장비에서 정밀한 포지셔닝, 투약, 자동화를 지원합니다. 예를 들어 동작 및 제어 부품이 장착된 수술 로봇은 최소한의 침습으로 정확하게 수술할 수 있으므로 환자의 회복 시간을 단축하고 전반적인 결과를 향상시킬 수 있습니다. 제약 연구실의 자동화된 액체 처리 시스템에서도 동작 및 제어 시스템을 사용하여 시약을 정확하게 분배하고 혼합하여 신약 개발 공정을 간소화하고 새로운 치료법 개발을 가속화합니다.

항공 우주 및 방위 산업에서도 위성 포지셔닝, 항공기 제어 시스템, 미사일 유도 등 필수적인 응용 분야에서 정밀 동작 및 제어 솔루션을 사용합니다. 이러한 분야에서는 의도한 동작이나 위치에서 조금만 벗어나도 치명적인 영향을 줄 수 있습니다. 동작 및 제어 기술은 이러한 시스템이 탁월한 정확도와 신뢰성으로 작동하도록 보장하여 위성이 궤도를 유지하고 항공기가 안전하게 비행하며 미사일이 목표물에 도달할 수 있도록 합니다. 또한 이러한 솔루션을 바탕으로 새로운 항공 우주 및 방위 기술의 개발과 테스트를 진행할 수 있으므로, 엔지니어는 복잡한 시스템을 현장에 배치하기 전에 시뮬레이션과 검증을 선행할 수 있습니다.

DigiKey의 다중 제조업체 전략

DigiKey는 여러 제조업체와 제휴하여 엔지니어와 시스템 설계자가 다양한 제품에 접근할 수 있도록 지원합니다. 이 전략은 제품의 다양성을 높일 뿐만 아니라 가용성을 개선하고 가격 경쟁력을 높이며 풍부한 기술 전문 지식에 대한 접근성을 제공합니다. DigiKey의 다중 제조업체 접근 방식은 다양한 산업 요구 사항을 충족할 수 있다는 분명한 장점을 가집니다. 정밀 계측을 위한 콤팩트 스테퍼 모터부터 중장비 자동화를 위한 고토크 서보 구동기까지, DigiKey의 제품군은 모든 응용 분야에 적합한 솔루션을 제공합니다. 이러한 다양성 덕분에 엔지니어는 전반적인 시스템 성능과 효율성을 최적화할 수 있는 특정 요구 사항에 가장 적합한 제품을 찾을 수 있습니다. 또한 여러 제조업체로부터 소싱하는 방식을 통해, DigiKey는 한 제조업체에서 생산 문제나 지연이 발생할 경우 다른 제조업체의 대체 제품을 소싱하여 고객에게 안정적이고 일관된 공급을 보장하여 공급망 중단 위험을 최소화합니다. 이러한 탄력성은 아주 작은 다운타임도 리소스, 예산, 운영에 큰 영향을 미칠 수 있는 산업 시설에서 큰 차이를 만듭니다.

업계 선도업체가 제공하는 고급 동작 및 제어 제품

Schneider Electric, Siemens, Omron과 같은 주요 제조업체와의 파트너십에서 품질과 혁신에 대한 DigiKey의 분명한 노력을 잘 볼 수 있습니다. 업계를 선도하는 이들 기업은 고급 기능과 기술을 통합해 효율성과 지속 가능성을 높이는 최첨단 동작 및 제어 솔루션으로 유명합니다.

Schneider Electric의 Altivar™ Soft Starter ATS480(그림 3)은 이전 버전의 시작/정지 성능을 기반으로 장비 수명을 더욱 연장하고 까다로운 환경에서도 응용 제품 가용성을 극대화합니다. Altivar 212 VSD는 HVAC 시스템에서 시스템 통합업체와 최종 사용자에게 최대한의 사용 편의성과 보안을 제공하여 에너지를 절약하고 건물의 쾌적성과 관리를 개선합니다. 마찬가지로 ATV320 VFD는 단순화된 설치 및 효율적인 공간 사용을 위해 콤팩트한 폼 팩터로 안전, 신뢰성, 단순성을 제공합니다.

그림 3: Schneider Electric Altivar™ Soft Starter ATS480 (이미지 출처: Schneider Electric)

Schneider Electric의 Easy TeSys 제품군에는 최대 다이얼 설정의 13배에 달하는 자기 보호 기능을 갖춘 수동 모터 시동 장치, 나사 클램프 단자 연결을 갖춘 열 과부하 계전기, 약 100만 번의 전기 작동 수명을 제공하는 3극 접촉기 등이 있습니다. 이러한 장치는 일반적인 모터 응용 제품을 전환하고 보호하도록 설계되었습니다. TeSys™ island 통신 모터 시동 장치는 리본 케이블 클릭 한 번으로 제어 배선 및 PLC IO를 제거하여 산업용 통신 프로토콜을 통해 데이터에 액세스할 수 있습니다.

콤팩트하고 견고한 러기드 설계로 공정 및 제조 시설의 다양한 기본 구동 응용 분야에 적합한 Siemens의 SINAMICS V20 구동기가 있습니다. 또한 SIRIUS 3RA23 계열 역전형 접촉기 조립품은 주 회로와 제어 회로의 배선 오류를 방지합니다. 제어 SIRIUS 접촉기는 전기 부하를 전환할 수 있는 유연한 옵션을 제공하며, 기존 작동 메커니즘이나 무접점 작동 메커니즘 중에 선택할 수 있습니다.

Omron의 MX2 계열 가변 주파수 구동기는 VFD 기술로 고급 모터 및 기계 제어 기능을 제공해 정밀 작동을 구현하고 에너지를 절약하며 고장으로부터 보호합니다. MX2는 고급 설계와 알고리즘을 통해 제로 속도까지의 원활한 제어와 개방 루프에서의 토크 제어 성능을 제공합니다.

그림 4: Schneider Electric TeSys 열 과부하 계전기 (이미지 출처: Schneider Electric)

자동화된 생산 라인의 지속 가능성 향상

제조 공장의 자동화된 생산 라인을 예로 들어 동작 및 제어 기술이 지속 가능성에 미치는 영향을 설명하겠습니다. 제조업체는 컨베이어 속도와 포장 기계 모터의 정밀 제어부터 로봇 암의 통합, 안전 시스템 구현까지의 요소를 통해 에너지 소비와 낭비를 최소화하는 동시에 공정의 안전과 신뢰성을 보장할 수 있습니다.

컨베이어 시스템: 자동화된 생산 라인에서 컨베이어 시스템은 제조 공정의 여러 단계 사이에서 자재 및 제품을 운반하는 데 중요한 역할을 합니다. Schneider Electric의 Altivar 212 VSD 또는 Omron MX2 계열 VFD를 통합하여 필요한 생산 속도에 맞게 컨베이어 모터의 속도를 제어할 수 있습니다. 컨베이어를 최적의 속도로 작동하면 에너지 소비가 줄고 기계 부품의 마모와 손상이 줄어듭니다. 또한 Schneider Electric의 Altivar™ Soft Starter ATS480과 같은 소프트 스타터를 사용하면 컨베이어 모터를 부드럽게 시작하고 정지하여 기계적 응력을 줄이고 장비의 수명을 연장할 수 있습니다.

포장 기계: 포장 기계는 자동화된 생산 라인의 필수적인 부분으로 제품 포장, 밀봉, 레이블 부착을 담당합니다. 이러한 기계에서 일관되고 정확한 포장을 보장하려면 모터 속도와 토크를 정밀하게 제어해야 합니다. Schneider Electric의 ATV320 VFD를 통합하면 포장 기계 모터를 고정밀 제어하여 시스템의 전반적인 성능과 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.

로봇 암: 로봇 암은 자동화된 생산 라인에서 자재 관리, 조립, 품질 검사 등과 같은 작업에 널리 활용되고 있습니다. 이러한 암으로 작업을 정확하고 효율적으로 수행하려면 여러 동작 축을 정밀하게 제어해야 합니다. Schneider Electric의 TeSys island Communicating Motor Starters는 로봇 암 모터를 제어할 수 있습니다. TeSys island에는 복잡한 배선 및 PLC IO가 필요하지 않으므로 로봇 암 제어 시스템을 빠르게 설치하고 쉽게 구성할 수 있습니다. 내장된 디지털 인터페이스와 스마트 구성 도구로 커미셔닝과 조정을 간소화하고, 통신 프로토콜을 통해 중요한 데이터에 액세스하여 원격 모니터링 및 예측 유지보수를 수행할 수 있습니다.

펌프 및 팬: 펌프와 팬은 냉각 시스템, 유압 동력 장치, 환기 시스템 등 자동화된 생산 라인의 다양한 측면에서 필수적입니다. 이들 부품의 성능을 최적화하면 에너지 소비를 줄이고 가동 시간을 극대화할 수 있습니다. 콤팩트하고 견고하게 설계된 Siemens의 SINAMICS V20 구동기는 산업 환경에서 펌프와 팬을 제어하는 데 적합합니다. PID 제어, 멀티 펌프 제어, 에너지 절약 모드 등 다양한 기능을 제공합니다.

안전 시스템: 제조 시설에서는 직원과 장비의 안전을 확보하는 것이 가장 중요합니다. 안전 등급 접촉기 조립품을 사용하면 생산 라인에서 높은 수준의 안전성을 보장하여 사고와 다운타임 위험을 줄일 수 있습니다. Siemens의 SIRIUS 3RA23 계열 역전형 접촉기 조립품은 모터 제어기 시스템에서 안전 기능을 구현할 수 있습니다. 이러한 조립품은 IEC 61508, ISO 13849-1과 같은 국제 표준에 따라 기능 안전 시스템에 원활하게 통합됩니다. 3RA23 계열의 통합된 기계 및 전기 인터로크 기능은 배선 오류를 방지하고 역전형 모터 회로의 안전한 작동을 보장합니다.

그림 5: 디지털 공장 생산을 위한 스마트 산업용 로봇 암 (이미지 출처: Shutterstock)

결론

고급 동작 및 제어 솔루션은 다양한 산업 분야에서 효율성과 지속 가능성을 높이는 중요한 원동력입니다. 제조업체는 이 기술을 자동화된 생산 라인에 통합하여 운영 효율성을 개선하고 에너지 소비를 줄이고 자재 낭비를 최소화하며 장비 수명을 연장할 수 있습니다. 엔지니어와 설계자는 여러 제조업체로부터 소싱한 DigiKey의 제품 포트폴리오를 이용해 친환경적이면서 높은 성능을 제공하는 시스템을 만들 수 있습니다. DigiKey는 엔지니어가 응용 분야에 가장 적합한 동작 및 제어 제품을 탐색, 비교, 구매할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.