간편한 상태 모니터링 (with IO-Link)

상태 모니터링은 매우 복잡하고 높은 투자 비용이 드는 것으로 생각됩니다. IO-Link는 다릅니다. IO-Link로 장비 제어 시스템과 별개의 모니터링 네트워크를 얼마나 쉽게 설정할 수 있는지가 이번 포스트의 주제입니다. 그리고 발루프의 "Condition Monitoring Starter Kit"를 소개해 드립니다.  

상태 모니터링은 무엇인가? 

귀사의 제조 환경에 기본적인 상태 모니터링 시스템을 구축하는 방법에 대해 이야기하기 전에 상태 모니터링의 의미와 작동 방식에 대해서 설명하고자 합니다. 

정의

독일 온라인 용어사전 Electronics Compendium 은 일반적으로 사용할 수 있는 상태 모니터링에 대한 정의를 내립니다 :

"상태 모니터링은 공정 상태를 지속적으로 모니터링하거나 상태 중심의 보전을 의미합니다. 상태 모니터링의 목표는 지속적으로 공정과 장비의 상태를 기록, 전송, 및 평가하는 것입니다. 데이터는 지속적으로 생성되어 처리하고 전송됩니다. 보다 큰 규모의 상태 모니터링 시스템 (CMS)는 데이터를 글로벌로 전송 및 병합해야 하므로 상응하는 대역폭을 필요로 합니다" 

Plant Maintenance 에서 영문 원본을 확인하실 수 있습니다. 

대용량 데이터 전송은 혁신적인 솔루션을 요하는 도전 과제입니다. 이 점에서 향후 몇 년 안에 독일에서 Industrial Internet of Things (IIoT)를 위해 구축될 새로운 5G 네트워크는 촉망받고 있습니다. 저는 이 프로젝트에 큰 기대를 걸고 있습니다. 다시 본 주제로 돌아가겠습니다 .. ^^

상태 모니터링과 기존 방법과의 차이점은?

전통적인 플랜트와 설비의 검사는 정기적으로 진행됩니다. 이는 아직 필요하지 않더라도 검사가 진행됨을 의미합니다. 반대의 경우 검사를 필요로 하지만 플랜트의 상태에 대한 배경 지식이 부족하여 진행되지 않는 경우도 있습니다. 전통적인 방법을 사용하면 장기, 단기 또는 일시적인 이벤트가 기록될 수 없습니다. 

반면 상태 모니터링은 실시간으로 상태를 감지합니다. 상태를 기록하고 오면 기간동안 자료를 문서화할 수 있습니다. 갑작스러운 상태 변화나 일시적인 변화도 감지합니다. 초반에 장비의 고장을 감지하여 장기간 시스템 고장으로 인한 비용을 절감할 수 있습니다. 

상태 모니터링의 표준 파라미터는 온도, 진동, 위치, 레벨, 습도 및 주파수입니다. 

상태 모니터링으로 플랜트의 상태를 상시 모니터링하여 플랜트 가동 중에 유지 보수를 할 수 있습니다. 다운 타임을 최소화하고 목적에 맞게 인원을 배치함으로써 비용을 상당히 줄일 수 있습니다. 

오픈 소스 vs 독점 소프트웨어

상태 모니터링은 다양한 방법으로 구현할 수 있습니다. 이러한 솔루션은 시스템 또는 제조업체에 연결된 독점 솔루션과 오픈 소스 솔루션으로 나눌 수 있습니다. 후자의 경우 서로 다른 공급업체의 하드웨어와 소프트웨어를 조합할 수 있습니다. 오픈소스 솔루션의 장점은 확장 가능한 컨셉, 제조업체와 컴포넌트 선택의 폭이 넓다는 점과 낮은 라이선스 비용입니다. 

표준 통신 IO-Link는 오픈 소스 솔루션을 지원합니다. IO-Link를 사용하면 다른 프로세스 데이터를 센서 레벨에서 제어 레벨로 전송할 수 있습니다. 

센서에서 데이터의 시각화까지 - 상태 모니터링 스타터 키트 (Condition Monitoring Starter Kit) 구성품

다음 구성 제품은 산업용 어플리케이션에 상태 모니터링 시스템을 조립하는 것이 얼마나 쉬운지를 보여줍니다. 주요 구성품은 IO-Link 마스터로 장비 제어 시스템과 독립된 모니터링 네트워크를 설정하는데 사용할 수 있습니다. 필드 레벨에서 선정한 게이트웨이까지 데이터를 제공하므로 안정적인 상태 모니터링이 가능하게 합니다. 지능형 센서를 추가로 사용하면 지속적인 진단으로 보다 자세한 결과를 얻을 수 있습니다. 

1. 파워 서플라이

   • Balluff의 IO-Link 인터페이스 파워서플라이   는 사용한 제품 시간과 부하 상황에 따라 남은 제품 수명을 계산하여 이를 제어 시스템에 보고합니다. 예측에 따라 전원 공급 장치가 고장이 나기 전에 새로운 제품으로 교체할 수 있습니다. IO-Link로 전압 및 전류값을 확인하고 시스템에 연결된 액추에이터의 상태에 대한 피드백을 제공합니다. 
     

2. 센서 

   • 유량 센서 : 열 유량 컨트롤러 BFF0001은 펌프의 성능이 저하되거나 필터가 막혔는지를 감지합니다. 필터를 특별히 청소하거나 특정 한계를 넘으면 교체할 수 있습니다. 
   • 압력 센서 : 파이프의 누수와 더 나아가 액체의 손실을 감지하여 필요한 유지 보수를 가능하게 합니다. 
   • 온도 센서 : 모터의 온도를 지속적으로 측정합니다. 측정 온도가 작동 온도 범위를 벗어날 경우 장비의 다운타임을 방지하기 위해 대책을 세울 수 있습니다.  
   • 자가 진단 기능이 있는 센서 기술: 발루프의 광전 다기능 센서 BOS 21M ADCAP 는 작동 상태를 기록, 수집, 및 처리하여 IO-Link로 데이터를 전달합니다. 진단 기능이 내장되어 있어 오염이나 초기 단계에서의 이상 증세를 감지합니다. 

3. Fieldbus-Module

   • 네트워크 모듈, Profinet 지원 IO-Link Master 및 Ethernet/IP 연결을 지원하는 발루프의 IO-Link 마스터는 필드 레벨 신호를 수집합니다. 네트워크에 연결된 모든 컴퓨터는 Balluff 마스터의 웹 서버를 통해 데이터를 교환할 수 있습니다. 
     

4. Gateway-Hardware (게이트웨이-하드웨어)

   • Raspberry Pi 또는 유사 제품: 현재 판매 중인 Raspberry Pi 는 평가 유닛에서 데이터를 수신하여 추가로 처리합니다. 소프트웨어로 데이터를 시각화하여 컴퓨터에 보관 (Archi ve) 할 수 있습니다. 센서 및 액추에이터도 제어 및 파라미터 설정 할 수 있습니다. 
   • Windows PC: 윈도우 운영 체제를 사용하여 개인용 컴퓨터에 연결할 수 있습니다. MS 엑셀과 같은 프로그램이 있는 친숙한 사용 환경 
   • Server (가상 장비) : 기존 서버는 게이트웨이로 사용할 수 있으며 전체 네트워크에 접근할 수 있습니다. 
     

5. 데이터 취득 및 시각화

   • NodeRed (소프트웨어): 웹 기반의 프로그래밍 도구는 데이터 처리 및 시각화를 처리합니다. 클라우드 서비스, 데이터베이스, 하드웨어, OPCUA, 및 기타 여러 API에 대한 인터페이스가 제공되는 이점이 있습니다. 그래픽 개발 도구를 사용하면 모듈식 원리에 따라 개별 대시보드를 구축할 수 있습니다. 그래픽 개발 도구를 사용하면 모듈식 원리에 따라 개별 대시보드를 구축할 수 있습니다. NodeRed는 별도의 라이선스 비용이 발생하지 않는 오픈소스 소프트웨어입니다. 예를 들어 NodeRed 서버는 Raspberry Pi에서부터 시작 가능합니다. 
   • Microsoft Excel/Microsoft Power BI (소프트웨어): 가장 잘 알려진 계산 프로그램인 엑셀로 간단한 대시보드를 만들 수 있습니다. Power Query를 사용하여 IO-Link 마스터로부터 데이터를 요청/수신할 수 있습니다. Power BI는 보다 전문적인 대시 보드를 구성하는데 사용할 수 있습니다. 
     

6. 경광등 (하드웨어)

   • 스마트라이트 경광등은 IO-Link로 파라미터 설정을 할 수 있으며 다양한 모드가 있어 공정 상태를 시각화하기에 적합합니다. 
     
     

      

     
     생산 공정의 시각화

     
     콤팩트한 사이즈의 데모 케이스로 컨디션 모니터링 상태를 시각화

자체 상태 모니터링 어플리케이션 구축

상태 모니터링에 대한 입문 자료로 비디오도 제공됩니다. 여기서 IO-Link 디바이스와 윈도우 기반 컴퓨터로 연속 상태 모니터링을 설정하는 것이 얼마나 간단한지 알 수 있습니다. 별도의 프로그래밍 지식이 필요하지 않습니다. 

귀사에 상태 모니터링을 어떻게 구현하십니까? 

상태 모니터링에 대한 경험이 있으십니까?

상태 모니터링에 대한 경험과 의견을 발루프와 자유롭게 공유해 주시면 감사하겠습니다 :)