하이브리드 케이블로 돌아가는 세상

하이브리드 케이블로 돌아가는 세상

오늘날 산업 프로세스가 아주 빠르게 자동화되며, 훨씬 더 효율적인 생산이 가능해지고 있다. 이와 동시에, 탈 집중화 경향은 물론 이전에는 분리되어 있던 것들이 하나의 중심개념으로 통합되는 경향이 나타나기 시작했다. 부품 제조업체인 Hengstler 유한회사와 랍그룹도 이러한 경향에 합류한 기업 중 하나이다. 로터리 인코더의 혁신적인 인터페이스 솔루션은 서보 모터를 더 효율적이고, 컴팩트하면서도 강력하게 만들었다.

배치(batch) 크기가 1인 최대의 생산 효율성 및 유연성을 달성하기 위한 공장의 비전, “인더스트리 4.0”은 디지털화 없이는 절대 이루어질 수 없었다. 이와 같은 스마트팩토리에서 기계와 각 부문은 네트워크 연결을 통해 서로 소통하는 독립적인 개체이다. 서보 드라이버는 이처럼 ‘연결되어 있으면서도 유연한’ 생산에 필수적인 역할을 한다. 모터와 컨트롤러를 연결하는 디지털 인터페이스를 통해 위치, 속도, 진동 또는 온도와 같은 주요 변수들이 전송된다. 따라서 엔진 및 시스템 제조자에 대한 시장의 요구가 계속해서 증가하고 있으며, 비용 절감, 공간 확보, 손쉬운 구현 및 최적의 성능 발휘에 그 초점을 두고 있다.

Hengstler 유한회사는 계산 및 컨트롤 적용을 위한 유럽 최고의 산업용 부품 제조업체로서, 최근 ACURO®link 인터페이스를 런칭하였다. Hengstler에 의하면, 이는 적어도 50%의 슬롯을 절약하고, 설치비용을 절감하며, 기계 안전성을 높여준다. 랍그룹이 설계한 특수 하이브리드 케이블을 통해 모든 모터 피드백 커뮤니케이션이 가능하다.

Hengstler의 이러한 기술을 ‘싱글 케이블 솔루션’이라고 한다. 이는 고성능 ACURO AD37 로터리 인코더와 새로운 ACURO®link 오픈 인터페이스의 혁명적인 조합이라고 할 수 있다. Hengstler는 1983년부터 로터리 인코더(엔코더) 개발에 뛰어들었다. “파일럿 프로젝트 단계에서부터 이루어진 고객과의 긴밀한 협력과 수년간 축적한 경험을 바탕으로 당사가 싱글 케이블 솔루션이 산업의 새로운 기준이 될 것이라 확신했습니다.” Hengstler의 마케팅 & 커뮤니케이션 팀장인 Adrian Benz가 말했다.

전기적 인터페이스의 데이터 프로토콜은 IEC 61508에 정의된 SIL3 과 EN ISO 13849에 정의된 Cat. 3 PLe 를 만족한다. AD37 로터리 인코더와 컨트롤의 IP 코어는 기능 안정성을 보장하지 않고 판매 되거나, 고객의 요구에 따라 SIL2 및 SIL3 수준을 만족한다.

AD37S는 컴팩트하고 완벽한 최강의 멀티턴 로터리 인코더로서 최대 온도 115°C, 최대 속도 12,000rpm 수준에서 작동이 가능하며, 28mm의 낮은 폭으로 설치를 할 수 있다. SIL3 구성 옵션에서, 이 고성능 로터리 인코더 AD37E는 새로운 기준을 확립했다. 로터리 인코더에는 모터의 권선 온도센서를 위한 별도의 커넥션 및 내부 온도센서가 있어야 이러한 정보를 인코더 자체에 기록할 수 있다. 로터리 인코더 판매처에서 언제든지 조회할 수 있는 표준화된 일렉트로닉 데이터 시트(EDS)는 구체적인 인코더 정보를 담고 있다. 모터와 드라이브 데이터는 인코더 내부의 OEM메모리에 저장된다.

작동 데이터 기록을 위한 엑스트라 모니터링 기능은 인더스트리 4.0 시나리오의 구현에 중요한 역할을 한다. ACURO®link는 ‘컴팩트한 서보 모터’같은 주요한 이점을 가지고 있다. 싱글 케이블 솔루션을 통한 모터 동력 및 모터 피드백 시그널은 효율성을 대폭 향상시키고, 대형 시스템에서의 주요 공간 확보 및 무게 절감을 실현할 수 있다.

랍그룹의 ÖLFLEX® SERVO FD 7DSL 및 ÖLFLEX® SERVO 7DSL는 ACURO®link 디지털 인터페이스에 맞춘 커스텀 핏 하이브리드 케이블이다. 이 솔루션을 통하여 전력 및 데이터가 하나의 공유 케이블을 통해 전송된다. 또한, 이는 온도센서 같은 다른 센서의 시그널에도 적용되어 디지털 모터 피드백 프로토콜에 통합된다. FD버전은 튼튼한 폴리우레탄 외피로 구성되어 가이드 체인에 매우 적합하지만, 케이블이 고정 설치되어 있을 때는 저렴한 PVC버전이 더 적합하다. 폴리프로필렌(PP)은 도체의 절연을 위해 사용되는 범용 소재이다. 이는 저용량 케이블의 필요성과 편조쉴드(braided shield)의 심각한 누전 문제를 해결한다. 더 나아가, PP를 사용하면 PVC를 사용했을 때보다 케이블 벽을 더 얇게 만들 수 있다. 케이블 절연 두께가 얇아지면 케이블 외경 역시 줄일 수 있게 된다. 따라서, PVC와 비교해 최대 20%까지 절약효과를 볼 수 있다. “Lapp은 비틀림(torsion)적용을 위한 케이블 전문기술을 제공하고, 이 분야의 까다로운 요구사항을 만족하는 제품을 만들어 냅니다.” Lapp의 제품 관리(케이블)책임자 Lucas Kehl이 말했다.

ACURO®link는 10 MBd에 이르는 전송속도와 34 KHz에 이르는 데이터 교환 속도로 고성능 모션 컨트롤을 지원한다. 또한, 완전한 위치 데이터는 인터페이스가 매우 높은 전자파 적합성(EMC)을 지니고 있음을 의미한다. 이러한 특성의 조합으로 시장에서 독보적인 위치를 점하고 있으며, 또한 모터 케이블을 최대 100 m 길이로 통합할 수 있다.

전원 및 데이터 전송을 위해 오직 하나의 케이블만 필요하기 때문에, 별도의 로터리 인코더 케이블과 커넥터가 불필요하므로 큰 절약 효과를 거둘 수 있다. 특히, 소형 드라이브의 경우, 피드백 케이블과 M23 커넥터에 대한 비용이 과소평가 되어서는 안 된다. 설치 또한 간편해졌다. 전자파 적합성 문제로 특히 서보 및 로터리 인코더 케이블은 최소한의 거리를 유지하면서 에너지 체인과 로봇에 사용되는 케이블은 설치 공간을 최소화하는 것이 중요하다.   

최근에는 데이터 페어(pair)에 7- 또는 19-와이어 주석도금 구리 도체를 많이 사용한다. 주석도금을 통해 절연체와 구리의 직접적인 접촉(열적 노화)을 막고, 일반적인 산화를 방지(내구성을 위한 기본 요소)할 수 있다.

전력과 컨트롤 시그널뿐만 아니라 데이터 시그널 역시 하이브리드 케이블을 따라 전송되어야 하기 때문에 특성 임피던스, 감쇠 값과 더불어 단위 길이당 저항, 정전용량, 유도용량과 정의된 주파수 범위 내 파동 임피던스, 라이프사이클 같은 전기적 변수의 범위가 매우 중요하다. 예를 들어, ACURO®link의 파동 임피던스는 110 ± 10 Ω의 범위로 정의된다.

구성품 및 배선이 감소하면 큰 비용 절감효과를 거둘 수 있다. 로터리 인코더 케이블을 쓰지 않는 것만으로도 최대 35%까지 비용을 절감할 수 있다. 조립 및 유지보수에 걸리는 시간 또한 최소화된다.

추가적으로, 산업용 이더넷 또는 광데이터 전송 시스템인 POF(폴리머 광섬유)나 PCF(폴리머-클래드 광섬유) 같은 대체 하이브리드 솔루션도 가능하다. 랍그룹은 이 분야에 풍부한 경험을 지니고 있다. 특히 EMC를 고려하면, 전자파 문제에서 비롯되는 전자 시스템 오작동이나 고장 위험이 급격히 증가하였기 때문에 광데이터 전송 시스템이 합리적인 선택이 될 수 있다.