공장 자동화를 위한 통합, 고성능, 전원 공급 장치 네트워크

공장 자동화의 목적은 제조 공정에 기술 및 첨단 제어 시스템을 적용하여 생산성을 높이고 제조 비용을 절감하는 것입니다. 이를 위해 컴퓨터로 제어되는 작업 공간을 활용하여 자재와 워크플로를 처리하므로 운전자는 감독, 모니터링, 조정, 유지보수만 수행하면 됩니다. 이를 실현하기 위해 많은 기술이 집합되어 있지만, 공장 자동화의 요구 사항을 염두에 두고 설계 및 제조된 신뢰성과 효율성이 뛰어난 통합 전원 공급 장치가 그 기반이 되어야 합니다.

예를 들어 Siemens의 SITOP 전원 공급 장치 제품군은 다양한 기본, 표준, 고급 옵션을 제공합니다. Siemens 고급 전원 공급 장치 제품군은 수년에 걸쳐 발전을 거듭하며 효율성, 작은 크기, 과부하 동작, 시스템 통합 등 뛰어난 신뢰성과 자동화된 기능성을 위한 최고의 선택으로 자리매김했습니다. Siemens SITOP 표준 클래스 전원 공급 장치는 상대적으로 덜 엄격하지만 견고성과 포괄적인 진단이 필요한 산업 응용 분야를 위해 설계됩니다.

위의 두 가지 SITOP 옵션에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

완전 통합형 고급 전원 공급 장치

대표적인 Siemens SITOP 전력 시스템 고급 전원 공급 장치로는 PSU8600 전원 공급 장치 계열에 속하는 6EP34378MB002CY0이 있습니다. 6EP34378MB002CY0은 DIN 레일에 설치되는 4출력, 24V(공칭) 전원 공급 장치입니다. 출력 전압은 4V ~ 28V까지 조정 가능합니다. 각 출력이 최대 10A를 공급할 수 있어 총 출력 전력 정격은 960W입니다. 출력 1과 2, 또는 3과 4를 병렬로 연결하면 두 출력에서 20A에 24V를 얻을 수 있습니다. 입력은 400V ~ 500V의 3상 AC입니다. PSU8600의 다른 버전은 단상 또는 2상 입력으로 제공됩니다.

6EP34378MB002CY0의 전체적인 효율성은 93%로, 열 발생 없이 작동합니다. 따라서 전원 공급 장치가 자연 대류를 통해 수동적으로 냉각됩니다. 금속 하우징의 양옆으로는 공간거리가 필요하지 않으며 위아래로 50mm(1.97인치)의 공간거리만 있으면 됩니다. -40°C ~ +60°C 온도 범위에서 작동합니다.

6EP34378MB002CY0의 크기는 매우 작아 너비는 125mm(4.92인치), 높이는 125mm(4.92인치), 깊이는 150mm(5.9인치)입니다. 기본 장치의 물리적 크기는 전원 공급 장치 확장, 버퍼, UPS(무정전 전원 공급 장치), 배터리 모듈을 포함하여 다른 PSU8600 보조 모듈을 보완합니다(그림 1).

그림 1: Siemens SITOP PSU8600 기본 전원 공급 장치와 확장 및 보조 모듈. 삽입된 그림은 시스템 클립 링크로, 모듈을 전기적으로 연결합니다. (이미지 출처: Siemens)

고유한 시스템 클립 링크를 사용하여 모듈을 추가함으로써 PSU8600 기본 전원 공급 장치의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 확장 전원 공급 장치 모듈을 사용하면 총 전력 출력을 최대 36개까지 추가할 수 있습니다.

단기간 정전이 발생하는 경우 100ms ~ 10s 동안 버퍼 모듈을 사용하여 전력을 공급할 수 있으므로 프로세스를 안전하게 종료할 수 있는 시간이 있습니다. UPS와 배터리 모듈은 더 긴 몇 시간 동안 백업 전력을 제공합니다.

모든 확장 모듈은 전력 및 데이터 전송을 모두 처리하는 시스템 클립 링크를 통해 기본 장치에 모듈을 전기적으로 연결하므로 추가 배선의 필요성이 최소화됩니다.

PSU8600 전원 공급 장치는 자동화 시스템과 TIA(Total Integrated Automation) 포털에 완전히 통합할 수 있습니다(그림 2).

그림 2: PSU8600 부품은 포괄적인 데이터 교환 및 통합을 제공합니다. (이미지 출처: Siemens)

PSU8600 기본 장치에는 듀얼 PROFINET 포트가 포함됩니다. PROFINET은 프로세스 현장 네트워크(Process Field Network)의 약자로, 산업용 이더넷을 사용하는 자동화 산업 데이터 통신 표준입니다. 이는 산업용 시스템의 데이터 수집 및 장비 제어를 위한 표준입니다.

또한 기본 장치에는 OPC-UA, 즉 개방형 플랫폼 통신 통합 아키텍처(Open Platform Communications Unified Architecture)가 포함됩니다. OPC-UA는 OPC Foundation에서 센서-클라우드 애플리케이션 간 데이터 교환에 대해 수립한 크로스 플랫폼, 오픈 소스 표준입니다. 이는 기본적으로 산업 자동화에 사용되는 사물 지능 통신 프로토콜입니다.

이 전원 공급 장치는 Siemens의 인간 기계 간 인터페이스(HMI) 시스템인 SIMATIC WinCC를 지원합니다. Siemens는 사용자에게 SIMATIC PCS 7에 대한 직접 통합을 위한 모듈과 면판을 제공하는 SITOP 라이브러리를 제공합니다. 또한 SIMATIC TIA Portal 또는 SIMATIC PCS 7과 같은 엔지니어링 프레임워크와 별개인 SITOP 전원 공급 장치의 최초 구성(커미셔닝), 엔지니어링, 모니터링을 위한 도구인 SITOP Manager를 제공합니다.

이중 어떤 시스템이라도 PSU8600을 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 출력 전압을 설정 또는 변경할 수 있으며 출력 전류, 전압, 과부하와 같은 작동 상태 및 진단 정보를 입력하거나 단락 상태를 모니터링할 수 있습니다.

표준 전원 공급 장치

표준 클래스 전원 공급 장치는 작고 견고하며 에너지 효율성이 뛰어나고 설치가 쉽고 빠릅니다. 고급 전원 공급 장치와 같이 높은 수준의 제어가 필요하지 않은 다양한 정전압 산업 분야를 위한 전원 공급 장치입니다. 시스템 통합은 운영 상태와 진단에 중점을 둡니다.

Siemens PSU6200 계열 전원 공급 장치와 추가 모듈은 표준 클래스 전원 공급 장치의 핵심입니다(그림 3).

그림 3: AC 또는 DC 전원과 1.3A ~ 40A의 출력 전류를 제공하는 PSU6200 전원 공급 장치의 예(이미지 출처: Siemens)

PSU6200 계열 전원 공급 장치는 유사한 DIN 레일 인클로저를 사용하므로 나란히 설치할 수 있고 대류 냉각이 가능합니다. 출력 전압은 12V, 24V 또는 48V이고, 출력 전류 정격은 1.3A ~ 40A입니다. 더 보편적으로 사용되는 PSU6200 전원 공급 장치의 사양이 표 1에 요약되어 있습니다.

전압이 동일하고 출력 정격 전류가 서로 다른 다양한 전원 공급 장치가 제공되므로 높은 전력 수준으로 매우 쉽게 업그레이드할 수 있습니다. 또한 이러한 전원 공급 장치의 소스 전압은 AC 또는 DC 단상이며, 이 계열의 다른 전원 공급 장치는 3상 AC를 사용합니다.

모든 PSU6200 계열 전원 공급 장치는 95% 이상의 뛰어난 효율을 제공하므로 열이 많이 발생하지 않고 신뢰성이 높습니다.

기본 전원 공급 장치에 확장, 중복, 선택, 버퍼, UPS 모듈을 추가하여 성능을 향상할 수 있습니다(그림 4).

그림 4: 추가 모듈은 전원과 부하가 불안정한 경우 전력 버스의 신뢰성과 안정성을 향상합니다. (이미지 출처: Siemens)

확장, 버퍼, UPS 모듈에 대해서는 앞서 설명한 바 있으며 표준 클래스 전원 공급 장치에서도 동일한 기능을 수행합니다. 중복 모듈은 두 전원 공급 장치를 연결하여 하나에 장애가 발생하면 나머지 하나가 부하에 전원을 공급하여 다운타임을 방지합니다. 선택 모듈은 개별 버스 라인 전류를 모니터링하고 단락 또는 예상보다 높은 부하가 발생하는 경우 장애가 발생한 회로를 차단하여 버스 전체의 손실을 방지합니다.

표에서 최대 전력 출력 레벨이 240W 이상인 전원 공급 장치는 능동 PFC(역률 보정) 기능을 갖추고 있습니다. 또한 진단 LED 디스플레이, 자동화 소프트웨어와의 연결을 위한 진단 인터페이스 포트가 내장되어 있습니다.

진단 디스플레이 모니터는 전압 양호, 현재 활용률, 사용 수명 상태를 비롯한 주요 작동 파라미터와 상태를 보여줍니다. 진단 인터페이스는 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러) 또는 기타 자동화 소프트웨어에 접속하는 직렬 데이터 버스입니다. 진단 포트는 출력 전압, 부하 전류 상태, 작동 시간, 온도 상태뿐 아니라 장치 유형도 제공합니다(그림 5).

그림 5: 진단 모니터 디스플레이(왼쪽) 및 WinCC PSU6200 계열 면판(오른쪽)은 전원 공급 장치 상태를 보여줍니다. (이미지 출처: Siemens)

결론

자동화된 생산 현장에서의 전력 요구 사항에 상관없이, Siemens SITOP 전원 공급 장치 및 보조 추가 장치를 통해 주요 생산 공정을 지원할 수 있습니다. 포괄적이고 엄선된 다양한 전력 제품과 사용하기 쉬운 소프트웨어가 오늘날 생산 환경에 바로 적용할 수 있으며 신뢰성이 뛰어난 전력 시스템을 구현합니다.