첨단 모션 제어 시스템으로 생산성 향상하기

전문가들은 2025년까지 운송, 제조, 소매 무역의 세 부문에서 일자리의 10~15%가 자동화될 높은 잠재력을 가질 것으로 예측합니다. 더 많은 기업이 자동화 프로세스와 기술을 채택함에 따라 공장과 생산 라인에서 모션 제어 시스템에 대한 수요가 기하급수적으로 증가했습니다. 모션 제어 시스템은 올바른 구성 요소를 올바른 장소에, 올바른 방향에서, 올바른 시간에 이동시켜 제품이 성공적으로 조립되도록 합니다.

이 가이드에서는 모션 제어 시스템이 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 누가 혜택을 받는지, 그리고 그 효과를 극대화하는 방법을 탐구합니다.

모션 제어 시스템이란 무엇인가?

모션 제어 시스템은 기계적 운동을 생성합니다. 모터에 의해 구동되며 정밀한 토크 제어, 속도 및/또는 위치를 위해 설계되었습니다. 자동화 산업에서 모션 제어 시스템은 기계 부품의 정확하고 제어된 움직임을 가능하게 합니다.

모션 제어 시스템은 운동의 빠른 시작과 정지, 별도 요소의 조정, 제품의 정확한 위치 결정이 필요한 상황에서 자주 사용됩니다.

대부분의 경우 모션 제어 시스템은 컴퓨터 제어를 사용하여 원하는 동작을 생성하고 힘, 속도, 압력 및/또는 위치에 영향을 미칩니다. 더 진보된 시스템은 속도나 위치와 같은 중요한 공정 데이터와 피드백을 수집하여 향후 운영 개선을 위해 특수 기술을 갖추고 있습니다.

모션 제어 시스템의 기본 구조

모션 제어 시스템은 모션 컨트롤러, 모터 드라이버 또는 앰프, 모터의 세 가지 기본 구성 요소로 구성됩니다.

모션 컨트롤러

모션 컨트롤러는 전체 시스템의 두뇌입니다. 시퀀스 실행, 서보 루프 폐쇄, 모션 경로 계획의 모든 계산 요구 사항을 처리합니다. 최종 사용자가 기계의 기능을 안내하는 명령을 수행하도록 제어합니다. 모션 컨트롤러는 축 수, 필요한 해상도, 업데이트 시간, 지원되는 특정 통신 버스에 따라 다릅니다.

모션 컨트롤러는 아날로그 또는 디지털 저전력 모터 명령 신호를 모터 드라이브에 공급합니다.

모터 드라이브 또는 앰프

모터 드라이브는 모션 컨트롤러로부터 저전력 신호를 수신하면 모터에 전력을 보냅니다.

모터 드라이브는 토크를 생성하고 부하를 움직이게 하는 모터에 적절한 전압과 전류를 공급하는 역할을 합니다.

드라이브는 아날로그, 디지털, 스테퍼, 리니어, 가변 주파수, 서보 유형이 있을 수 있습니다. 각 드라이브는 고유한 기능과 능력을 가지고 있습니다. 각 드라이브는 특정 모터와 작동하며 일부는 특정 응용 분야에 더 적합합니다.

모터

모션 제어 시스템의 근육으로도 알려진 모터는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 목표 위치로 이동하는 데 필요한 토크를 생성합니다.

모션 제어 시스템의 모터는 사용하는 전력 유형에 따라 DC 또는 AC로 분류됩니다.

AC 모터는 더 다양한 용도, 제어된 가속, 조정 가능한 토크 제한, 더 적은 전력선 장애를 제공합니다. 반면 DC 모터는 높은 기동 토크를 가지며 설치와 사용이 더 쉽습니다.

피드백 장치

피드백 장치는 폐루프 및 개루프 시스템 모두에서 찾을 수 있습니다. 위치, 방향 또는 속도 정보를 모션 컨트롤러에 다시 공급합니다. 컨트롤러는 목표 출력을 달성하기 위해 전류에 필요한 조정을 수행합니다.

모션 제어 시스템은 산업 및 제조 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 주로 다음 산업에서 찾아볼 수 있습니다:

• 섬유
• 농업
• 반도체 및 전자
• 인쇄 및 종이
• 플라스틱 및 고무
• 석유 및 가스
• 금속 및 기계 제조
• 의료
• 가구 및 목재
• 식음료
• 에너지
• 자동차
• 항공우주 및 방위

모션 제어 시스템의 효율성을 개선하는 방법

1. 특정 응용 분야에 적합한 모터 사용

응용 분야에 적합한 모터를 사용하면 더 나은 품질의 출력과 더 높은 에너지 절감으로 이어질 수 있습니다. 오늘날 모션 제어 시스템에서 가장 일반적으로 사용되는 세 가지 모터는 DC(브러시 및 브러시리스), 스테퍼, 서보 모터입니다.

브러시 DC 모터는 제어가 간단하고, 저속에서 뛰어난 토크를 가지며, 합리적으로 효율적이고 대부분 저렴합니다. 가청 소음과 전자파 소음을 발생시켜 시스템 내 간섭을 일으킬 수 있습니다. 또한 브러시가 결국 마모되므로 브러시 DC 모터는 지속적인 유지보수가 필요합니다.

일반적인 응용 분야: 휴대폰 진동, 장난감, 휴대용 선풍기, 무선 드릴, 자동차 창문.

브러시리스 DC 모터는 표면 간 접촉이 없으므로 브러시 모터보다 조용합니다. 같은 이유로 더 효율적이기도 합니다. 브러시리스 DC 모터는 같은 크기의 자석으로 브러시 DC 모터보다 더 많은 전력을 제공합니다. 단점은 제어가 어렵고 종종 특수 컨트롤러가 필요하다는 것입니다.

일반적인 응용 분야: 세탁기, 에어컨, 컴퓨터 팬, 디스크 드라이브, 드론

스테퍼 모터는 정밀한 위치 결정 및/또는 속도 제어에 사용됩니다. 저속에서 뛰어난 토크를 가지며 높은 유지 토크가 필요한 응용 분야에 완벽합니다. 저가 마이크로컨트롤러로 쉽게 제어할 수 있습니다. 단점은 소음 발생, 고속에서 제한된 토크, 낮은 효율입니다. 지속적으로 전력을 소비하므로 뜨거워지는 경향이 있습니다.

일반적인 응용 분야: 보안 카메라, 자동차 사이드 미러 틸트, 프린터

서보 모터는 2000rpm 이상의 속도에서 뛰어난 토크를 가집니다. 폐루프 피드백으로 최고 위치 정확도를 가집니다. 대부분의 고급 모션 제어 응용 분야에 필요합니다. 서보 모터의 가능한 단점은 비용과 위치를 유지하려 할 때 발생할 수 있는 지터(jitter)입니다.

일반적인 응용 분야: 3D 프린팅, CNC, 포장, 카르테시안 시스템

2. 적절하고 효율적인 속도 드라이브 사용

오늘날 제조업체는 경쟁에서 앞서고 변화하는 고객 요구를 충족하기 위해 더 큰 기계 및 전반적인 성능 효율을 추구합니다.

최신 세대의 가변 주파수 드라이브(VFD)는 설계 및 생산 단계 모두에서 운영 효율을 가속화하는 데 핵심적인 역할을 합니다. VFD는 모터의 속도를 피구동 기계의 원하는 속도에 맞춰 정렬하는 데 도움이 됩니다. 또한 저소음, 부드러운 시작, 유지보수 감소를 위해 설계되었습니다.

3. 올바른 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 선택

PLC는 사용하기 쉽고 정확하고 수정 가능한 제어를 제공하기 때문에 다양한 산업에서 인기 있는 자동화 도구입니다.

PLC를 선택할 때 제어 기본 사항과 미래 확장성을 포함한 응용 분야 요구 사항을 정의하는 것이 중요합니다. 고려해야 할 다른 중요한 요소는 다음과 같습니다:

• I/O의 수와 유형
• 필요한 제어 기능
• 데이터 수집 및 특수 기능 요구 사항
• 통신 옵션
• 플랜트 인력의 자동화 경험 및 역량

일부 플랜트 인력은 자동화에 정통하지만 다른 이들은 최신 기술에 대한 경험이 거의 없습니다. 다행히 초보자를 위해 특별히 설계된 다양한 PLC가 시장에 있습니다. 종종 작고 단순하지만, 이 컨트롤러는 쉬운 확장을 위해 설계되었으며 대형 PLC에서 발견되는 많은 기능을 갖추고 있습니다.

4. 적절한 구성 요소만 사용

모션 제어 시스템은 벨트 및 베어링과 같은 다양한 기계 부품으로 구성됩니다. 각 구성 요소는 전체 시스템의 전반적인 성능에 영향을 미칩니다. 이것이 설계 단계부터 설치까지 모든 부품을 지속적으로 검토하고 테스트해야 하는 이유입니다.

5. 정기적인 유지보수 일정 수립

모든 구성 요소는 정상적인 마모를 겪으며, 이는 시스템 효율 저하로 이어질 수 있습니다. 계획된 예방 유지보수는 고장으로 인한 비용이 많이 드는 가동 중단을 제거합니다. 또한 모션 제어 시스템의 수명을 연장하여 주요 수리와 기계의 조기 교체를 방지합니다.

귀하의 필요에 맞춘 강력한 자동화 기술

전력, 생산성, 움직임의 정밀성이 매우 중요한 생산 라인에서 올바른 모션 제어 시스템을 갖는 것은 성공과 실패의 차이를 만들 수 있습니다.

John Henry Foster는 귀하의 특정 응용 분야에 맞게 사용자 정의할 수 있는 모션 제어 시스템 구현을 도울 수 있습니다. 1938년부터 로봇공학, 자동화 및 산업 시스템을 각 고객의 고유한 요구에 맞게 제공해 왔습니다. 당사 팀에 연락하여 견적을 받아보세요.