CaseStory
[적용사례] 더 큐티 컴퍼니, 하나의 플랫폼으로 사용자 경험을 높이는 HMI 솔루션
핀란드의 두 개발자가 어떻게 하면 다양한 플랫폼으로 작동하는 단일 시스템의 유저 인터페이스를 만들 것인가 하는 과제로 아이디어를 맞대었다. 이렇게 시작된 더 큐티 컴퍼니(The Qt Company; www.qt.io)가 웨어러블, IoT및 키오스크를 비롯해 각종 휴대용 기기에 적용되는 크로스 플랫폼 툴을 제공하며 최근 한국에 지사를 오픈했다.
전 세계에 1백만 명 이상의 유저를 확보한 시작된 이 회사는 ”스카이 큐”라는 무선 홈 엔터테인먼트 과 LG 전자의 스마트TV 플랫폼 웹OS 3.0에 UI 개발 프레임워크를 탑재하는 등 고객사를 늘리는 중이다.
본 기사는 지난 달 5월에 나스닥 헬싱키 상장을 성공적으로 등록한 이 회사의 솔루션이 한국의 산업, 정보 서비스 및 빌딩 자동화 애플리케이션용 임베디드 작업자 인터페이스 패널과 인간-기계 인터페이스(HMI) 시스템을 제조, 수출하는 M2I(www.m2i.co.kr)에 적용된 사례를 소개하는 내용이다.
M2I의 솔루션들은 교통 통제 및 감시를 비롯해 창고 물류 자동화, 공장 자동화와 은행, 병원 및 공항 등의 감시 제어 등에 사용된다. 이 회사의 대표적인 제품인 TOP Series는 자동화 시스템을 위한 하이 테크 코어 장비용이다. 이 솔루션은 강력한 성능과 맞춤형 디자인 그리고 탁월한 사용자 경험을 통해 화학, 제강, 식품, 섬유, 에너지, 반도체, 자동차 및 조선 분야 등 다양한 산업의 생산 공정을 효율적으로 운용하도록 해준다.
데스크탑과 내장형 기기의 두 애플리케이션에 사용되는 이 솔루션은 기계를 자동화, 제어하는 시스템과 인터페이스를 만드는데 필요한 설계 툴을 제공한다. 예를 들어 기계의 TOP 터치를 기반으로 한 스크린에 추가 명령 버튼이 필요한 경우 작업자는 이를 데스크 탑의 TOP 설계 툴에서 쉽게 추가하면 된다.
이 밖에도 사용자들이 활용할 수 있는 설계 분야들은 다양한 이미지 라이브러리, 템플릿, 동적 애니메이션, 수치 표시를 위한 여러 폰트들 뿐 아니라 다중 언어 옵션 등 무궁무진하다.
M2I의 TOP Series는 설계 데이터를 빠르고 신뢰할 수 있으며 안전하게 데스크 탑으로부터 기계 자동화를 제어하는 각종 내장형 기기로 전송해준다. 이러한 기능은 ▲ PC에서 구동 및 디버깅이 가능한 강력한 시뮬레이터 ▲ 수행된 편집 내용을 적용, 배치, 크기 변경 및 조정하는 보조 스크린과 메인 스크린간의 자동 기능 등 애플리케이션들간의 신속한 온라인 연결과 진단을 통해 가능하다.
TOP Series의 개발에서 핵심적인 요소는 데스크 탑의 가성 설계 인터페이스와 기계의 자동화 프로세스를 제어하는 실제 내장형 기기의 적용이었다. 이 두 요소들은 사용자에게 가능한 최대의 경험을 명확히 제공해야 했는데 이것을 가능케 한 것은 Qt의 크로스 플랫폼 역량과 방대하고 포괄적인 GUI였다.
사용자가 데스크 탑 애플리케이션에 대한 설계를 완료하면 그 설계 내용은 Qt를 통해 생성한 것과 정확하게 동일한 외관으로 기기에 나타난다. Qt의 솔루션은 설계자가 각각 Linux 와 Windows을 사용하는 서로 다른 두 시스템을 개발하지 않고도 데스크탑과 내장 애플리케이션 간에 하나의 소스 코드로 동일한 작업을 실행하도록 해준다.
Qt Thread 및 Qt Container솔루션들은 Qt의 QPF 라이브러리가 제공하는 다양하고 방대한 폰트를 사용해서 보다 자유로운 맞춤형 GUI를 제공하면서 내부 데이터 처리를 용이하게 해준다.
M2I의 김인식 팀장은 Qt의 크로스 플랫폼과 맞춤형 GUI 지원에 매우 만족했다며 ”Qt의 제품을 사용하기 전에는 모든 팀원들이 각 플랫폼에 대한 애플리케이션을 개발해야 했었다. 처음에는 Qt가 여러 개의 서로 다른 플랫폼들에 대해 하나의 소스 코드 만으로도 작업을 가능케 해준다는 것을 믿을 수 없었지만 실제로 이를 적용해봄에 따라 점차 생각이 바뀌었다”고 설명했다.
김팀장은 Qt가 개발 프로세스를 단순화해 줄 뿐 아니라 조금이라도 시간을 절약시켜주었다며 과거에는 모든 문자, 폰트 및 이미지를 캡쳐해서 직접 변환해야 했는데 이는 매우 노력이 많이 소요되면서도 결과는 만족스럽지 못했었다고 언급했다.
그러나 이 회사는 Qt의 라이브러리를 사용하면서 보다 풍부하고 개인화된 인터페이스를 더 매끄럽게 설계할 수 있었고 궁극적으로는 이를 통해 미래의 떠오르는 시장수요에 보다 유연하게 대응할 경쟁력을 확보하게 되었다. [제공. 더큐티컴퍼니 http://www.qt.io/]
아이씨엔 매거진 news@icnweb.co.kr
폴크스바겐 MIB II 인포테인먼트 시스템에 TI 야신투 프로세서 채용
독일 폴크스바겐((Volkswagen)이 2016년형 자동차를 위해 MIB II 인포테인먼트 시스템을 더욱 향상시켰다. 이는 TI의 야신투(Jacinto) 프로세서를 통해 구현된 플랫폼이다.
텍사스인트스루먼트(이하, TI)는 폴크스바겐(Volkswagen)과 협력하여 향상된 성능, 유연성, 적응성을 갖춘 새로운 인포테인먼트 플랫폼을 제공한다고 밝혔다. 폴크스바겐의 MIB II 인포테인먼트 플랫폼은 TI의 ’야신투(Jacinto)’ 프로세서, 전원 관리 IC, FPD-Link III 시리얼라이저 및 디시리얼라이저를 채택하고 있다. TI의 디바이스는 이 플랫폼에서 향상된 프로세싱 성능, 플랫폼 확장성, 응답성 뛰어난 사용자 인터페이스를 제공한다.
MIB II 플랫폼은 TI의 야신투 인포테인먼트 프로세서 제품군(Jacinto 5 Eco와 Jacinto 6)을 채택하여 다수의 차량에서 한차원 높은 성능과 기능성을 갖추게 되었다. 이들 프로세서는 고해상도 정전식 터치 디스플레이로 응답성이 뛰어난 사용자 상호작용을 제공하고, 향상된 그래픽 성능을 구현해 빨라진 프로세싱 속도를 제공한다. 또한, 야신투 제품군의 확장성을 활용하여 차량 모델에 따라 4종의 각기 다른 헤드 유닛 구성을 지원할 수 있다.
야신투 디바이스는 독일 전자업체 테크니사트(TechniSat)과 미국 자동차 부품업체 델파이(Delphi) 같은 협력사에 의해 개발되고 있는 MIB II 플랫폼의 핵심으로, 하드웨어를 가속화해 폴크스바겐의 Car-Net 스위트에 Apple CarPlay®, Android Auto™, MirrorLink® 등을 포함한 최신 커넥티비티 옵션을 구현하고 있다.
TI의 오토모티브 프로세서 총괄 책임자인 커트 무어(Curt Moore)는 “TI와 폴스크바겐은 MIB II 플랫폼을 통해서 차량 모델에 따라 다양한 수준의 프로세싱 성능을 제공하면서 사용자 경험을 향상시키고자 했다. TI의 ‘Jacinto’ 인포테인먼트 프로세서로 이 플랫폼은 향상된 모바일 커넥티비티 옵션을 제공할 수 있게 되었다. 또한, 더 높은 해상도와 더 응답성 뛰어난 사용자 인터페이스로 전반적인 사용자 경험을 향상시킬 수 있게 되었다”고 말했다.
아이씨엔 매거진 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr
대한항공, 매스웍스의 모델 기반 설계 통한 무인항공기 비행 제어 소프트웨어 개발
테크니컬 컴퓨팅 소프트웨어 분야의 선도기업인 매스웍스(kr.mathworks.com)는 대한항공이 매스웍스의 모델 기반 설계를 활용해 새로운 UAV비행 제어 소프트웨어를 개발했다고 밝혔다.
대한항공 항공우주사업본부 엔지니어들은 UAV 비행 제어 소프트웨어를 직접 코딩했는데, 여러 UAV 플랫폼을 대상으로 하는 단일 비행 제어 시스템의 경우 여러 가지 단점이 발견되었다. 엔지니어링 팀이 개발 중이던 알고리즘은 C언어를 사용해 수작업으로 프로그래밍하기에는 너무 복잡했고, 제어 규칙 개발 엔지니어와 구현 프로그래머 간의 의사소통이 제대로 되지 않아 지연이 발생했다. 또한, 수작업 코드 검토와 단위 테스트에 많은 시간과 노력이 필요했다.
비행 테스트 및 인증 관련, 정해진 마감 시한을 준수하기 위해 대한항공은 설계 모델 시뮬레이션, 자동 코드 생성, 생성 및 직접 작성된 코드의 런타임 오류 존재 여부 검증을 수행하여 개발 기간을 단축할 필요가 있었다. 대한항공 엔지니어링 팀은 모델 기반 설계를 통해 이러한 검증 단계뿐만 아니라 UAV 비행 제어 소프트웨어의 전체 개발 과정을 가속화했다.
엔지니어들은 시뮬링크 모델을 개발해 높은 수준의 요구 사항을 구체화하고, 자동 착률 안내 서브시스템 등 비행 관리 및 제어 시스템을 모델링했다. 또한 비행 제어 규칙을 검증하고 제어 응답 데이터를 수집하기 위한 데스크탑 시뮬레이션을 수행한 후 대한항공 엔지니어 팀은 매트랩으로 비행 테스트 결과를 분석했다. 이 외에도 매스웍스에서 제공하는 툴박스를 활용하여 비행 역학 및 성능 검증과 관련된 모델 매개 변수를 예측하고, 비행 제어 규칙을 설계해 최적의 제어 이득을 예측하기도 했다.
모델 기반 설계를 통해 모델 재사용, 코드 생성 및 테스팅 시간 단축이 가능해지면서 엔지니어들이 개발에 투자하는 시간이 60% 줄어들었다. 또한 비행 테스트 수행 시, 많은 비용이 소요되는데 모델 기반 설계를 통해 시뮬레이션이 올바르게 수행되는지를 알 수 있었다., 예를 들어, 기본적인 오토파일럿 기능 검증을 위한 비행 테스트가 10회에서 3회로 줄었다. 매스웍스 솔루션을 활용한 대한항공 엔지니어 팀은 예정된 일정에 맞춰 개발을 완료할 수 있었고, 개발된 UAV는 한국 정부 감항인증(Airworthiness Certification) 을 획득했다.
대한항공 문정호 선임 비행 제어 시스템 엔지니어는 “매트랩 및 시뮬링크를 활용함으로써 모델 재사용 및 효율성 향상이 가능해져 시간 및 비용을 절감할 수 있게 되었다”며, “모델 기반 설계 덕분에 수작업 코딩보다 소요 시간이 50% 이상 단축되고 프로젝트의 복잡성이 커질 수록 모델 기반 설계의 장점은 커졌다.”고 밝혔다.
로크웰 오토메이션, Midrange 시스템 포트폴리오 확대로 기계 및 장비 제조 고객을 위한 고성능 제어/정보 솔루션 보급 나서
I/O가 200개 미만인 어플리케이션은 중급 통합 아키텍처 시스템을 이용해 동작과 안전, 표준을 제어할 수 있습니다.
확장형 Allen-Bradley 서보 드라이브, 가변 주파수 드라이브, 산업용 이더넷 스위치, 통합 엔지니어링 및 체계화된 설계 방식이 주축이 된 로크웰 오토메이션의 ‘확장된 Midrange 시스템 포트폴리오’가 기계 및 장비 제조 업체의 비용을 낮추고 복잡도를 개선시킬 전망입니다.
그리고 관련 경쟁력 있는 성능 중심의 제품을 각 국에 공급할 예정입니다. 이 제품을 이용하면, 엔드 유저는 한 가지 공통 기술을 표준화 하여 협업의 효율을 높이고 프로젝트 관리를 간소화 하는 한편 시스템 배치를 앞당길 수 있습니다.
로크웰 오토메이션의 Market Development 매니저인 John Pritchard은 “올해 확장된 Midrange 시스템 은 장비 제조 고객과 엔드 유저를 도와 단일 플랫폼으로 표준화하고 글로벌 표준과 확장 가능 하드웨어, 협업 방안, 안전 문제와 같은 주요 비즈니스 이슈를 해결하는 데 초점이 맞춰져 있다”고 말했습니다.
이어 “앞을 내다보는 장비 제조 업체(OEM)와 엔드 유저라면 같은 고성능 장비라도 더 큰 규모의 시스템으로 활용해, 다양한 기계에 확장 가능한 통합 안전/모션 옵션을, 그것도 모두 같은 컨트롤러로 더 저렴한 비용으로 활용할 수 있다”고 덧붙였습니다.
로크웰 오토메이션 통합 아키텍처 시스템은 Allen-Bradley ControlLogix와 CompactLogix PLC제품군을 구비하고 있습니다. ControlLogix 컨트롤러는 I/O와 모션 축이 각각 많게는 10,000개와 100개에 이르는 어플리케이션에 적합합니다.
한편 CompactLogix는 I/O와 모션 축이 각각 200개, 16개 미만인 어플리케이션에 적합합니다. 로크웰 오토메이션은 통합 모션과 안전도, Ethernet/IP 연결 성능, 재사용 가능한 개발 도구와 같은 고성능 기능을 발판으로 사용자를 도와 크고 작은 어플리케이션을 하나의 제어 플랫폼으로 표준화합니다.
올해 필라델피아에서 열리는 오토메이션 페어에서 로크웰 오토메이션의 기계 제조 파트너 Aagard사는 자사의 ‘올인원 컴비네이션 카토너 케이스 포장 및 팔렛트 구성’ 기계에 들어갈 새 로봇 모듈을 선보일 예정입니다.
Aagard가 작은 규모로 고성능 모듈러 기계를 구축한 데에 CompactLogix 5370 컨트롤러를 기반으로 하는 Midrange 시스템이 큰 힘이 되었습니다. 이 기계는 통합 아키텍처 부스 915호에 전시됩니다.
Steve Mulder Aagard 사장은 “전에는 여러 가지 제어 플랫폼을 사용하던 출하 기계 때문에 정비와 지원이 매우 복잡했다.”면서 “우리 기계는 맞춤, 모듈 형태기 때문에 로크웰 오토메이션의 Midrange 시스템으로 표준화 하면서 성능과 확장성, 글로벌 지원이라는 요구 사항이 모두 충족되었다.”고 말했습니다.
로크웰 오토메이션의 확장된 Midrange 통합 아키텍처 시스템 포트폴리의 주요 특징은 다음과 같습니다.
로크웰 소프트웨어 Studio 5000, 엔지니어링과 설계 환경 통합– Studio 5000의 환경은 엔지니어링 협업의 수단이 됩니다. Studio 5000 debut는 ControlLogix 5570과 CompactLogix 5370 PLC의 프로그래밍과 구성에 적합한 Logix Designer를 내장하고 있습니다. 후속 버전은 HMI 개발이나 코드 라이브러리 관리, 모션 어플리케이션 사이징 같은 엔지니어링용 플러그인을 추가로 지원할 예정입니다.
Allen-Bradley Kinetix 5500 서보 드라이브와 EtherNet/IP의 VPL 서보 모터 – Kinetix 5500 서보 드라이브와 스마트 케이블 기술이 적용된 VPL 저관성 서보 모터는 EtherNet/IP에 탑재되는 통합 모션 솔루션으로 전작에 비해 더 작고 사용하기 쉬우며 시스템 배선이 더욱 간결합니다.
Kinetix 5500 드라이브와 VPL 드라이브 모터 시스템은 포장, 원재료 관리 시설, 6축 이상 시스템의 전환에 적합하며 분리 파워 레일이나 추가 액세서리가 없어도 되기 때문에 필요할 때 기계를 확장할 수 있습니다.
모터와 드라이브 등급의 조합이 이상적이어서 경쟁 솔루션 대비 에너지 소비가 절반 밖에 안 되면서도 125 μsec 루프 결합으로 최대 성능을 냅니다. 외장 공통 AC/DC 버스는 단축과 다축 시스템 모두 단일 플랫폼을 이용하므로 하드웨어 선택의 폭이 넓고 완벽한 확장성을 보장합니다.
또 출력 밀도가 동급 최고 수준으로 소요 공간을 절반으로 절약합니다. 끝으로, 출력 전송과 피드백이 한 케이블로 가능하기 때문에 관련 하드웨어나 와이어 단말이 필요 없습니다. 그 만큼의 원가 절감을 뜻합니다.
Allen-Bradley Stratix 5700 Layer 2 관리 산업용 이더넷 스위치 – 로크웰 오토메이션과 시스코 기술의 핵심만을 모아 만든 Stratix 5700 스위치는 확장성이 좋고 크기가 작은데다가 엔트리 레벨 기계 제작 어플리케이션부터 컨버전스 또는 IT 용 통합 사용자 솔루션에 이르기까지 폭넓은 스위칭 기능을 구비하고 있습니다.
세계 최고의 네트워크 인프라 소프트웨어 (시스코 IOS) 를 이용하는 Stratix 5700 스위치는 현장에서 전사에 이르기까지 사업에 없어서는 안 될 서비스와 지원을 안전하게 통합합니다. 또한 Stratix 5700가 관리하는 스위치는 구성 및 감시 도구를 통해 기계 단위 네트워크의 설계와 개발도 간소화합니다. 이 툴은 통합 아키텍처 시스템 내부에서부터 설정과 진단을 간소화 하여 IT와 자동화 엔지니어 사이의 간격을 좁히는 역할도 합니다.
Allen-Bradley PowerFlex 525 AC Drive – PowerFlex 525 인버터는 차세대 컴팩트 전천후 드라이브의 첫 주자로서 0.5-30 마력 또는 100-600 볼트 입력일 때 0.4-22 kW 출력 대역에서 모듈러 디자인이 특징적입니다.
임베디드 EtherNet/IP, 우수한 안전성, USB 프로그래밍 지원, 에너지 절감 효과, 각종 모터 컨트롤 옵션을 제공하는 것도 장점입니다. 고객은 PowerFlex 525 인버터로 비용 절감과 시스템 출력 극대화, 설계 및 납품 기간 단축과 같은 혜택을 누릴 수 있습니다.
통합 아키텍처 간편 툴 – 로크웰 오토메이션은 프로젝트 수명 주기 각 단계마다 유용한 무료 툴 몇 가지를 제공하고 있습니다. 이 간편 툴은 기계 및 장비 제작 업체와 시스템 통합 업체가 자동화 제어 시스템을 설계하고 개발하고 인도하는 데 편리하게 사용할 수 있습니다.
간편 Quick Starts부터 Accelerator Toolkits까지 생산성 향상에 큰 도움이 됩니다. 통합 아키텍처 도구 홈페이지에 기계 제작 시 유용한 무료 툴이 모두 게시되어 있습니다. 프로젝트 각 단계에서 빠르고 간편하게 이용할 수 있습니다.
아이씨엔 매거진 2013년 01월호
유방암의 진단 및 치료를 위한 종양 경계 마킹 로봇의 위치 제어 시스템 개발[아이씨엔 매거진]
해결 과제:
로봇에 사용된 모터의 개수만큼 엔코더와 컨트롤러를 사용하여 뛰어난 동기화 효율성과 GUI 품질을 갖춘 6 자유도(DoF) 로봇용 서보 시스템을 제작합니다.
솔루션:
NI 아날로그 입력, 모터 활성화와 엔코더 신호 피드백을 위한 타이머 카운터 보드 등의 하드웨어와 동기화 및 PID 제어 기능, GUI를 위한 LabVIEW 소프트웨어를 사용하여 제어 시스템을 구축합니다.
저자_ Junggun Kim, 국립암센터
개요 및 문제점 설명
국립암센터(NCC) 의공학과의 연구원들은 MR(자기공명영상촬영장비) 갠트리에서 환자의 유방암 종양을 표시하기 위한 MR(자기공명영상촬영장비) 호환 로봇을 연구 및 개발하고 있습니다. 국립암센터는 한국 유일의 정부 지원 암센터이며 암에 대한 연구, 의료, 교육을 선도함으로써 전국적인 암 억제 프로그램을 지원하고 있습니다. 이 프로젝트는 국립암센터의 연구비 지원을 받아 진행되었습니다.
로봇의 위치를 정확하고 안정적으로 제어하기 위해 조종기의 각 모터가 정확한 시간에 0.09° 이하의 오차로 계산된 각도에 도달해야 합니다. 이러한 기능에는 스테핑(stepping) 모터가 적합합니다. 그러나 스테핑 모터는 MR에 호환되지 않기 때문에 이 경우에는 사용할 수 없었습니다. 스테핑 모터 대신 MR 호환이 가능한 비자성 초음파 모터를 사용했습니다. 초음파 모터를 사용하는 로봇에 필요한 정확성 및 동기화 성능을 확보하기 위해 그림 1과 같이 컨트롤 및 엔코더가 장착된 서보 시스템을 구현해야 했습니다.
서보 시스템을 구축하기 위해서는 엔코더 신호 처리를 위한 다채널 카운터와 제어 프로그램에 구동 전압을 제공하기 위한 다채널 아날로그 출력 단위가 필수적입니다.
프로젝트 설명 및 문제 해결
유방암의 진단 및 치료 시 의사가 육안으로 맨살과 종양을 구별하는 것은 매우 어렵습니다. 이 때 MRI(자기공명 영상 촬영 장비) 를 사용하면 종양을 쉽게 구별할 수 있습니다. 이러한 MRI의 장점을 활용하기 위해 MR 환경에서 사용하기에 적합한 생검 및 시술 시스템이 활발히 개발되고 있습니다.
그 중 하나가 국립암센터의 MR 유방 생검 로봇입니다. 이 로봇의 목적은 유방암 병변이 바늘로 표시되어 있는 MR 영상을 통해 의사가 환자의 유방암 병변 위치를 쉽게 파악하고 생검과 시술을 효과적으로 실시할 수 있도록 돕는 것입니다.
그러나 이러한 시스템을 구현하기 위해서는 몇 가지 어려운 문제를 해결해야 합니다. 우선 이러한 로봇 시스템은 반드시 MR과 호환 가능해야 합니다. 즉 이러한 시스템으로 인하여 MR 영상의 왜곡이 생기거나 시스템이 MR 간트리의 강한 자기장(대략 3 테슬라)의 영향을 받는 등의 문제가 발생해서는 안 됩니다. 뿐만 아니라 MR 환경에서 안전하게 사용할 수 있어야 합니다. 이 로봇은 델타 유형의 일종으로 전반적인 구조는 다음과 같습니다:
역기구학을 통해 계산한 액추에이터 각도가 제어 프로그램에 전달됩니다. 그 다음에는 다리 부분의 모터가 활성화되고 세 다리 움직임의 조합에 따라 상판이 움직입니다. 상판이 움직인 후, 침투 바늘이 달린 엔드 이펙터(end effector)가 회전하고 기울어져 유방의 모형에 바늘을 삽입할 준비를 합니다. 마지막으로 종양의 위치 정보에 따라 엔드 이펙터의 바늘이 유방 코일로 삽입되어 타겟에 표시를 합니다. 종합하자면 이러한 전체 과정에서 세 가지 모션이 일어나며, 각 모션은 모터 움직임의 조합으로 구성됩니다.
안정성과 안전을 확보하기 위해서는 모든 모션이 동기화되어야 합니다. 뿐만 아니라 구동 전압 신호와 엔코더 신호를 효과적으로 처리하기 위해 편리한 DAQ 장비가 필요합니다. 또한 무엇보다 손쉽게 제어 프로그램을 작성하여 모든 제어 과정을 구현하고 이해하며 효과적으로 모니터링할 수 있어야 합니다. 이러한 이유 때문에 우리는 PCI-6733 보드, PCI-6602 보드, LabVIEW 소프트웨어를 선택했으며 NI 엔지니어 및 DAQ 교육 프로그램의 지원을 받았습니다.
하드웨어 설정
아날로그 출력과 엔코더 신호의 피드백에 두 개의 보드를 사용하여 모터의 PID 제어를 수행했습니다.
고속 아날로그 출력, 1 MS/s, 16 비트 8채널을 갖춘 PCI-6733 및 32 비트 카운터가 내장된 8채널의 PCI-6602를 사용했습니다.
소프트웨어
제어 프로그림은 LabVIEW를 사용하여 작성했습니다. LabVIEW는 프로그래밍 구문이 훨씬 직관적인 그래픽 단위로 되어 있기 때문에 프로그램을 작성하기가 쉽습니다. 또한 운영자가 여섯 개의 모터를 효과적으로 모니터링할 수 있도록 지원합니다.
기술 지원이 필요할 경우에는 NI 엔지니어 서비스와 DAQ 및 신호 컨디셔닝 교육과정 등의 교육 프로그램이 큰 도움이 되었습니다.
결론
LabVIEW를 사용함으로써 제어 프로그램을 용이하게 구축할 수 있었습니다. 그래픽 VI는 프로그램을 매우 효율적으로 이해하는 데 유용합니다. 프로그램 운영자가 프런트패널을 사용하면 편리하게 로봇을 구동하고 제어 과정을 모니터링할 수 있습니다. DAQmx 채널 생성(CI-POSITION-Angular-Encoder) VI를 사용하여 효과적인 엔코더 신호 피드백을 수행했습니다. 또한 PID VI를 통해 신속하게 PID 제어 기능을 구현할 수 있었습니다. 경로 분리 방식으로 동기화 문제도 해결했습니다. 동기화 요건을 충족시켜야 하는 모션 내에서 각 모터가 움직이며 바꾸는 모든 각도를 수백 개 ~ 천 개에 이르는 경로로 분리하였습니다. 모터 각도의 각 경로에는 LabVIEW 시스템 클럭으로 카운트한 똑같은 초 수를 할당합니다. 움직인 각도를 전부 합한 것이 모터의 동기화 움직임이 됩니다.
프로토타입 로봇에서는 합리적인 에러 수준(2 mm 이하)의 뛰어난 위치 제어 성능을 구현할 수 있었습니다. 이 에러에 대해서는 알고리즘 및 기계적인 관점에서 논의가 이루어질 것입니다.
저자 프로필:
Junggun Kim
Department of Biomedical Engineering, National Cancer Center
Ilsan
solafide@ncc.re.kr
출처. 한국내쇼날인스트루먼트 http://www.ni.com
빌딩 로비 보안, 이제는 방문자 관리도 스마트하게
서면 방문자 관리대장의 결점을 보완한 간편하고 안전한 방문자 관리 시스템
전도유망한 모 중견기업의 보안관리자 A(48)씨는 최근 골머리를 앓고 있다. 회사 규모가 점점 커지면서 거래처 사람들이 드나드는 횟수가 많아짐에 따라, 방문객들의 신상정보가 기입되어 있는 방문자 관리대장을 엑셀파일로 문서화 시키는 과정에서 매번 어려움을 겪기 때문이다. 방문자들의 정보를 엑셀파일로 정리하는 작업은 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 일일이 옮겨 적는 과정에서 정보가 누락되거나 오류가 발생한다. 방문객들의 손 글씨를 알아보기 힘든 경우도 종종 있어서 업무에 어려움을 겪고 있다.
영업사원 B(32)씨는 수도 없이 걸려오는 스팸 전화와 자신의 SNS에 올라오는 이상한 음란 게시물로 인해 곤란한 일을 겪었다. 최근 거래처 건물에 출입하기 위해 로비 안내데스크에 비치된 방문자 관리대장에 소속, 연락처, 주소 등 개인정보를 기입한 것이 화근이었다. 관리대장에 개인정보를 기입하는 동안 이전 방문자의 개인정보를 그대로 볼 수 있어 께름칙했는데 역시나였다. 누군가가 B씨의 신상정보를 빼돌려 각종 성인물 광고업체에 팔아넘긴 것이다.
다행스럽게도 A관리자와 B사원의 고충을 해소시켜 줄 기술이 가까운 곳에 있다. 수기 방식의 방문자 관리대장의 문제점을 보완한 HID Global의 전자 방문자 관리 시스템 ‘이지로비(EasyLobby)’가 바로 그것이다. 이 이지로비 소프트웨어는 사내 출입보안 시스템과 연동되어 방문객들이 안전하고 간편하게 회사 건물을 출입할 수 있게 하며, 기존의 서면 방문자 관리대장보다 훨씬 스마트하게 방문객들을 관리할 수 있다.
스마트한 방문객 관리, 이지로비(EasyLobby)
이지로비 방문자 관리 시스템은 대개 건물 로비의 안내데스크에 있는 PC에서 운영된다. 방문객의 정보 등록부터 방문증 제공까지 전 과정이 자동화되는 것이 특징이다. 방문객이 신분증이나 명함을 데스크에 제출하면 이 명함을 스캐너가 스캔하여 OCR로 읽고 카드 프린터가 출입카드를 빠르게 출력해 낸다. 이와 동시에 담당 직원은 이메일 또는 SMS를 통해 방문객의 도착 알람을 받게 되고, 방문객은 이 임시 출입증을 가지고 사내에 입장할 수 있다.
기존에 직접 손으로 쓰던 방문자 관리대장은 자신 이전에 누가 다녀갔는지 한 눈에 볼 수 있는 등 사소한 부분을 놓치는 보안 실수 또한 적지 않았다. 반면 방문객에게 발급된 임시 출입카드는 최신 출입보안 시스템과 연계되어 기관이나 기업의 효율적인 출입통제를 가능하도록 한다. 방문객도 왠지 대우받는 것 같은 느낌이 드는 것은 물론이고 기업 입장에서는 더욱 효과적인 보안체계가 가능해지므로 일석이조인 셈이다.
신속하고 안전한 로비보안
이지로비 방문자 관리 시스템은 명함 스캐닝을 통해 이름, 회사, 직위, 연락처 등 방문객의 정보를 출입시간, 담당자 이름, 만료시간 등의 추가정보와 함께 자동으로 중앙 관리자 데이터베이스 파일에 저장한다. 이 때 건물에 입장이 허가되지 않은 사람이 발견될 경우 중앙 관리자 시스템은 보안 담당자들에게 자동 메일 경고가 발송되도록 할 수 있어 원치 않는 방문객을 차단할 수 있다.
방문객이 실수로 출입카드를 가지고 나가거나 분실하는 경우에도 건물은 안전하다. 출입카드를 가지고 건물을 벗어나는 순간 자동으로 체크아웃 처리 되어 해당 카드는 비활성화되기 때문이다. 이러한 기능은 화재와 같은 비상상황에서도 효력을 발휘한다. 방문자 관리 시스템을 통해 건물 내 남아있는 사람들의 신원과 위치를 파악할 수 있어 빠르게 대피시킴으로써 인명피해를 최소화할 수 있다.
대개 회사의 로비는 거래처, 파트너사, 신입직원 등 방문객들에게 있어 그 회사의 첫인상을 심어주는 중요한 공간이 된다. 또한 로비는 수많은 사람들이 자유롭게 드나들 수 있는 공간이자 회사에 입장하기 위한 일차적인 관문과도 같은 장소이다. 최신 출입통제 시스템과 완벽하게 통합된 방문자 관리 시스템은 회사를 방문하는 고객들에게 회사에 대한 긍정적인 이미지 뿐만 아니라 자신이 보호받고 있으며, 이 곳이 안전하다는 느낌을 심어줄 수 있다. 특히 고객사들의 방문이 잦은 업체일수록 중앙 네트워크 시스템과 통합된 방문자 관리 시스템은 더욱 빛을 발하게 된다.
제공. HID Global (www.hidglobal.kr)
[사례연구] LIG Nex1사의 NI CompactRIO을 활용한 자율형 해저 무인 잠수정(AUV) 개발
“우리는 CompactRIO, LabVIEW, PXI Express를 사용하여 알고리즘 테스트와 HIL 테스트를 위한 AUV 플랫폼을 성공적으로 개발할 수 있었습니다.”
– Moon Hwan Kim, Maritime R&D Lab, LIG Nex1 Co., Ltd
해결 과제:
최소한의 비용으로 신속하게 알고리즘 테스트 베드를 구축하기 위해 유연한 인터페이스, 신뢰성 높은 소프트웨어, 높은 활용도를 갖춘 자율형 무인 잠수정(AUV)의 프로토타입을 제작하는 것 입니다.
솔루션:
CompactRIO 하드웨어와 LabVIEW FPGA Module을 사용하여 손쉽게 알고리즘을 제어하고 NI HIL 시스템으로 AUV 모션 테스트 플랫폼을 개발함으로써 개발 및 테스트 시간을 절감합니다.
저자:
Moon Hwan Kim – Maritime R&D Lab, LIG Nex1 Co., Ltd
LIG Nex1
LIG Nex1은 1976년에 설립된 이후 한국 첨단 방위 산업 분야의 발전을 선도해 왔습니다. LIG Nex1은 C4I, ISR, PGM, EW, 항공 전자 공학을 포함하여 사실상 군사 작전의 모든 영역에서 핵심 원천 기술과 첨단 무기 시스템을 개발함으로써 한국의 국방 역량을 향상시키는데 기여해 왔습니다. LIG Nex1는 2014년에 LIG Nex1 AUV를 새로운 비즈니스 영역으로 개발하기 시작했습니다.
배경 지식
통계 포털에서 실시한 조사에 따르면 지난 14년간 해양 사고로 사망한 사람의 수는 9,856명에 달합니다. 최근에 발생한 대형 해양 사고로는 2014년 4월 16일의 세월호 침몰을 꼽을 수 있습니다. 한국의 여객선이 476명의 승객과 24명의 선원을 싣고 인천에서 제주도로 항해하던 도중에 전복된 사건입니다. 구조팀의 노력에도 불구하고 강한 바람, 비, 안개, 낮은 수온 때문에 290명의 사상자를 낳는 큰 재앙이 되고 말았습니다. 빠른 해류 등의 해양 조건 때문에 구조 작업에 많은 난항을 겪었습니다. 우리는 자율형 무인 잠수함(AUV)이 있었다면 인명 구조와 위험한 해양 조건 극복에 큰 도움이 되었을 것이라 생각했습니다. 따라서 최소한의 비용으로 신속하게 알고리즘 테스트를 위한 프로토타입 AUV를 제작하고자 했습니다.
기존의 무인 항공기(UAV)나 무인 지상 차량(UGV)과는 달리, AUV는 특수한 해양 환경에 맞는 추가적인 설계 파라미터를 고려해야 한다는 어려움이 있습니다. 우선 수중에서 GPS를 사용하기가 쉽지 않기 때문에 AUV에는 모션 제어를 위한 높은 정밀도의 관성 항법 시스템 (Inertia Navigation System, INS) 이 필요합니다. 두 번째로 AUV에는 전기 장치를 염수에서 보호할 수 있도록 물이 새지 않는 바디가 필요합니다. 세 번째로 AUV는 유체 저항을 받기 때문에 UAV나 UGV보다 많은 에너지를 소모합니다. 이것은 AUV의 작동 시간과 움직임 범위가 한정될 수밖에 없다는 의미입니다. 마지막으로 AUV를 테스트하기 위해서는 현장으로의 이동, 진수, 바다로부터의 회수 등이 필요하므로 많은 비용이 듭니다. 따라서 실제 AUV 하드웨어 시스템을 개발하고 현장에서 테스트하는 것은 매우 복잡한 작업입니다.
CompactRIO와 LabVIEW로 AUV 개발하기
AUV는 유도 항법 및 제어(GNC), 추진, 통신, 감지 시스템으로 구성되어 있습니다. 이러한 시스템 중에서 GNC는 다른 모든 구성요소와 통신하며 동작을 제어하여 주어진 미션을 달성합니다. 따라서 GNC는 뛰어난 처리 및 멀티태스팅 기능을 갖추고 있으며 다양한 통신 방법을 지원해야 합니다. CompactRIO와 LabVIEW FPGA Module을 사용함으로써 MathWorks, Inc. MATLAB®을 기반으로 한 알고리즘을 손쉽게 컨트롤러를 통해 구현할 수 있었으며, 그 결과 개발 시간을 18개월에서 3개월로 크게 단축할 수 있었습니다.
AUV GNC 프로토타이핑
우리가 개발한 GNC 장비는 CompactRIO 컨트롤러와 삽입 가능한 인터페이스 모듈로 구성되어 있습니다. GNC 컨트롤러는 최대 10 ms의 루프 시간 주기로 11개 이상의 기기와 인터페이스 해야 합니다. CompactRIO 컨트롤러는 인터페이스 모듈을 변경하여 인터페이스를 설정합니다. (예를 들어 시리얼 통신, 아날로그 입력 또는 출력). 따라서 개발중에 발생하는 구성요소 변경에 따른 인터페이스 변경에 유연하게 대처할 수 있습니다. 또한 GNC 소프트웨어도 부분적 업데이트를 통해 전체 구조를 유지할 수 있습니다.
그림 1. LIG Nex1 AUV는 길이 2.2 m, 직경 8 in.의 어뢰 타입 AUV입니다. 부유 상태의 무게는 68 kg입니다.
표 1. LIG Nex1 AUV의 구성요소 목록
표 2. 구성요소 인터페이스 타입의 목록
LabVIEW를 기반으로 한 GNC 소프트웨어
우리는 LabVIEW Real-Time Module로 리얼타임 OS (RTOS)에서 작동하는 GNC 소프트웨어를 설계하습니다. LabVIEW는 뛰어난 안정성을 바탕으로 하여 여러 분야의 시스템 개발에 활용되어 온 솔루션입니다. 고도 및 위치 제어를 위한 제어 시스템에는 결정성이 높은 루프 시간이 필요하기 때문에 GNC는 RTOS를 지원해야 합니다.
LabVIEW의 기능은 VI 파일로 나타냅니다. 그림 2는 GNC 소프트웨어의 VI 구조를 나타냅니다. Control.vi와 Naviation.vi는 제어 및 항법 알고리즘의 서브루틴입니다. HCL.vi는 HCL 알고리즘을 구현하는 VI입니다. OPlogic.vi와 Data Recording.vi는 작동 상태를 관리하고 원 데이터를 기록합니다. SSS와 추가적인 장비는 Equipment.vi에서 관리합니다. 모든 서브루틴 VI는 Main.vi에서 제어합니다. 작업 사이에서 데이터를 교환할 때는 대부분 프로세스 공유 변수를 사용합니다.
그림 2. LIG Nex1 AUV의 VI 구조
결정성있는 루프 시간을 확보하기 위해 Timed 루프 구조와 자가 콜백 멀티스레드를 사용하여 기본 루프 설정에 정밀한 루프 시간을 구현했습니다.
그림 3. MathScript Node가 있는 Timed 루프 구조
GNC 소프트웨어는 MATLAB 시뮬레이션 코드와 호환이 되어야 소프트웨어 마이그레이션 작업을 최소화하하고 시뮬레이션과 테스트 작업을 손쉽게 수행할 수 있습니다. MATLAB을 시뮬레이션 언어로 사용하는 경우, 코드를 C/C++로 변환해야 합니다. 이것은 사소한 문제처럼 보일 수도 있습니다. 그러나 항법과 제어 알고리즘에는 정확한 계산이 필요하기 때문에코드 변환 과정이 추가되면 알고리즘에 예상치 못한 에러가 발생할 수 있습니다. MATLAB과 LabVIEW를 조합함으로써 신속한 프로토타입이 가능했습니다.
그림 4. 지상에 있는 원격 제어 시스템 프로그램은 LabVIEW를 사용하여 주기적으로 HCL과 통신하고, 미션을 제어하며, AUV의 상태를 모니터링합니다.
NI PXI 기반 HIL 테스트 시스템을 사용하여 테스트 시간과 비용 절감
AUV 테스트를 하려면 현장으로의 이동, 진수, 바다로부터의 회수 등이 필요하므로 많은 비용이 듭니다. 따라서 실제 AUV 하드웨어 시스템을 개발하고 현장에서 테스트하는 것은 쉽지 않습니다. 우리는 NI RTOS를 갖춘 PXI Express 시스템을 사용하여 AUV 모션 테스트 HIL 플랫폼을 개발했으며 보통 1달 이상의 시간이 소요되는 무인 잠수함 테스트를 1주 이내에 성공적으로 완료했습니다.
대체적으로 짧은 시간 내에 뛰어난 안정성을 요구하는 시스템을 개발할 때에는 HIL 테스트를 실시합니다. 그림 6은 비행 모션 시뮬레이터(FMS), IMU, LIG Nex1 AUV의 HIL 테스트 설정을 보여줍니다. 우리는 통합 시스템의 성능을 확인하는 데에도 똑같은 테스트 시나리오를 적용했습니다. 깊이는 0에서 5 m로, 헤딩은 0°에서 180°로 변경되었습니다.
LIG Nex1은 2013년 이후 NI PXI Express 시스템을 FMS 리얼타임 컨트롤러로 채택해 왔습니다. LabVIEW Real-Time을 기반으로 하여 HIL 테스트 소프트웨어를 개발했으며 3년간 다양한 수중운동체들을 성공적으로 테스트해왔습니다. AUV 프로젝트에서는 기존의 리얼타임 소프트웨어와 MathScript를 기반으로 한 코드 합성 방식을 결합하여 AUV HIL 시스템을 개발하였습니다. 이것은 M&S SW 툴의 핵심 모델이 HIL 시스템에 적용되었다는 의미입니다. 현장 엔지니어의 관점에서 보면 이것은 알고리즘 개발의 측면에서 혁신적인 변화입니다. 이 솔루션을 사용하여 알고리즘 설계에서 HIL 테스트에 이르기까지 1주일 안에 항법 알고리즘을 개발할 수 있었습니다.
그림 5. HIL 테스트 결과
그림 6. HIL 시스템의 설정과 LIG Nex1 AUV의 HIL 테스트 장면
참고. LIG Nex1 AUV의 HIL 테스트 영상
실제 테스트를 시작하기 전에 HIL 테스트를 통해 검증을 완료함으로써 첫 번째 수조 테스트를 성공적으로 완료할 수 있었습니다. 과거에는 수조 테스트에서 발생한 문제를 해결하기 위해 여러 차례 테스트를 반복해야 했습니다. 이렇게 여러 번 테스트를 반복했기 때문에 테스트 시간이 길어지고 테스트 비용이 상승하는 결과를 낳았습니다. 그러나 AUV 프로젝트에서는 HIL 시스템을 통해 충분한 검증을 실시했기 때문에 첫 번째 수조 테스트에서 성공을 거둠으로써 개발 시간을 크게 단축하게 되었습니다.
그림 7. 탱크 작동 테스트
향후 계획
AUV와 같은 솔루션을 개발하는 것은 해양 사고가 발생하지 않도록 방지하고 보다 효과적으로 대응하려고 노력하는 엔지니어들에게 가장 큰 과제 중 하나입니다. 우리는 CompactRIO, LabVIEW, PXI Express를 사용하여 알고리즘 테스트와 HIL 테스트를 위한 AUV 플랫폼을 성공적으로 개발할 수 있었습니다. 우리는 이 솔루션을 개방형 아키텍처 기반 솔루션으로 확대하고, 다양한 학술 및 산업 연구 시설에 제공하여 AUV 관련 어플리케이션을 개발할 때 사용할 수 있도록 할 계획입니다. 우리가 개발한 솔루션을 기반으로 하여 업계의 여러 기관이 해양 작업 수행을 위한 다양한 솔루션을 개발할 수 있기를 기대합니다.
24시간 가동하는 제마솔라 태양열 발전소
이미지 Posted on
아부다비와 스페인의 합작사인 토레솔 에너지(Torresol Energy)는 태양열 발전의 가장 큰 문제점인 해가 진 후의 발전을 하지 못하는 단점을 극복하였다. 스페인 안달루시아 지역에 19.9 MW 규모 제마솔라(Gemasolar) 발전소를 건설했다. 이 발전소는 용융염(molten salt; MSES)이라고 하는 두 개의 탱크를 설치하여 낮 동안의 에너지를 이 곳에 저장하여 밤에도 발전을 하여 24시간 가동하고 있다.
후안 카를로스 1세(Juan Carlos I) 스페인 국왕과 셰이크 모하메드 빈 자예드 알 나얀(Sheikh Mohamed bin Zayed Al Nahyan) 아부다비 왕위 계승자 겸 아랍에미리트 국군 부사령관이 지난 10월 4일 발표를 통해 스페인 푸엔테스 안달루시아에 새로 건설된 태양열 발전소 제마솔라(Gemasolar)의 가동을 공식화했다.
가동식 행사에는 셰이크 하자 빈 자예드 알 나얀(Sheikh Hazza bin Zayed Al Nahyan) 아랍에미리트 국가안보 자문관 겸 아부다비 집행위원회 부회장, 셰이크 압둘라 빈 자예드 알 나얀(Sheikh Abdullah bin Zayed Al Nahyan) 아랍에미리트 외무부 장관, 아랍에미리트 외교관, 스페인 정부 관계자 등이 참석했다.
트리니다드 지메네즈(Trinidad Jimenez) 스페인 외무협력부 장관과 미구엘 세비스찬(Miguel Sebastian) 관광통상부 장관도 이날 행사에 초대됐다. 세바스찬 장관은 호세 안토니오 그리난(Jose Antonio Grinan) 안달루시아 독립정부(훈타 데 안달루시아) 대통령과 함께 행사에 참석했으며, 호세 안토니오 그리난 대통령은 이날 행사에서 마지막 연설자로 나섰다.
아부다비의 진보적 통합 신재생 에너지 기업 마스다르(Masdar)와 스페인 엔지니어링 건축 산업의 리더 세네르(SENER)가 공동투자한 토레솔 에너지(Torresol Energy)가 소유하고 있는 제마솔라는 일광반사장치가 결합된 센터타워에 용융염(molten salt; MSES) 저장고를 도입한 세계 최초의 상용화 발전소이다.
중동과 유럽의 태양에너지 국제 협력
제마솔라 발전소는 글로벌 태양에너지 산업의 괄목할 만한 혁신을 표상하며, 스페인과 아랍에미리트의 주요 협력 부문이기도 하다.
이번 행사에서 연설을 한 엔리크 센다고르타(Enrique Sendagorta) 토레솔 에너지 회장, 조르게 센다고르타(Jorge Sendagorta) 세네르 회장, 술탄 아메드 알 자베르(Dr Sultan Ahmed Al Jaber) 마스다르 최고경영자 겸 박사는 이번 프로젝트의 중요성을 강조했다.
엔리크 센다고르타는 “우리는 지속가능한 전력의 원천으로 태양열 집중 에너지 사용을 개발하고, 이를 통해 미래 세대를 위한 환경보호에 기여하는 글로벌 기업이 되고자 한다. 오늘 우리가 첫 출발을 알린 신규 발전소 가동은 이러한 방향으로 나아가기 위한 중요한 걸음이다. 파트너사인 세네르와 마스다르의 기여가 없었다면 토레솔 에너지 소유의 제마솔라도 가능하지 못 했을 것”이라고 말했다.
다음으로 연단에 오른 조르게 센다고르타는 “지난 10년간, 세네르는 태양열 집중 발전을 통한 열전자 에너지 발전을 도모하고 열전자 에너지 상용화를 위해 막대한 지적•경제적 노력을 쏟아부었다. 기술, 열 저장 발전을 위해 세 가지 점에서 구체적인 기여를 하고 발전소 가동성을 대폭 향상시킴으로써 우리는 그 노력에 상응하는 결과를 얻었다.
또한 태양열이 없는 상태에서도 전력을 만들어내는 것이 가능해졌다. 아주 높은 온도에서도 작동되는 수신장치를 통해 열전자 효율성을 높인 데다 산업화된 설계•공정을 통해 비용을 줄인 덕분이다. 이러한 모든 혁신을 두드러지게 보여주는 곳이 바로 이 제마솔라 발전소이다.”라고 말했다.
알 자베르는 “아부다비의 목표는 같은 생각을 가진 나라들을 서로 이어줌으로써 전 세계적으로 가장 큰 문제라 할 수 있는 에너지 안보, 기후변화 완화, 지속가능한 인간개발 등의 문제를 해결하는 데 있다. 오늘은 이러한 노력이 중요한 결실을 남긴 날이다. 마스다르는 해외 파트너사와의 협력을 통해 가장 최신의 과학기술 혁신을 개발, 도입하며, 에너지 다양화의 일환으로 신재생 에너지의 역할을 높인다. 이를 통해 우리는 미래 에너지에 대한 지식과 전문성을 세계에 제시함으로써 에너지 수출국가라는, 기존의 아랍에미리트가 국제사회에서 가지고 있던 역할을 앞으로도 이어갈 것이다. 이 발전소의 장점은 신기술을 경제 사회 발전으로 이어간다는 데 있다.”고 말했다.
새로운 혁신, 용융염(molten salt; MSES) 장치기술
제마솔라는 CSP 부문의 혁신이며, 제마솔라 상용화는 용융염(molten salt; MSES) 장치기술을 갖춘 센터타워 발전소 설립을 이끌 것으로 예상된다. 용융염수신장치기술은 신재생 에너지 원천에서 얻은 전기의 효율성을 향상시키는 효율적인 시스템이다.
제마솔라는 고온 태양열 발전소로, 가동온도가 500°C를 넘는다. 이는 파라볼릭 통 기술 발전소의 가동온도보다 훨씬 높다. 또한 석유를 필요로 하지 않고 전도 유동체로 융해소금을 거의 직접 이용한다. 온도가 높은 만큼 터빈에서는 상대적으로 더 뜨겁고 압축된 스팀을 만들어내게 돼 발전소의 효율성을 크게 향상시킨다.
소금저장설비 도입을 통해 제마솔라 발전소는 태양 발광이 있든 없든 관계없이 사용 니즈에 맞춰 그리드에 에너지를 공급할 수 있다. 따라서 공식 발전량 19.9 MW의 제마솔라는 스페인 남부 2만 7500 가구에 전기를 공급할 수 있다. 제마솔라는 최대 발전 시 연간 총 6450 시간 가동을 통해 해마다 순수 총 에너지 110여 GWhe를 만들어낼 것으로 예상된다.
제마솔라의 연간 생산량(110GWhe)을 기존의 열 발전소와 비교해보면 갈탄 8만 9000톤을 태운 것 또는 석유 21만 7000배럴을 에너지로 바꾼 것에 준하는 생산량이다. 따라서 제마솔라 발전소 가동을 통해 연간 CO2 발생량을 3만 톤 이상 줄일 것으로 예상된다.
제마솔라의 최첨단 장비 개발은 세네르가 맡았다. 세네르는 EPC를 이끌었으며, 발전소 업무 수임, 제마솔라에 도입된 모든 기술 공급, 제마솔라 기본 엔니지어링 및 구체적인 엔지니어링 설계를 책임졌다.
마스다르의 경우, 신재생 에너지 전력 프로젝트 전략 개발을 맡았으며, 발전소 자금조달 및 운용에 필요한 상업적 접근을 지원하는 역할을 했다.
발전소 건설을 위한 상업적 개발과 건설 관리를 맡은 토레솔 에너지는 세계 각지에 CSP 발전소를 소유•운영하고 있으며, 스페인 정부로부터 25년간 조건부 관세 혜택을 받고 있다. 카디스 인근에서는 발레 1과 발레 2 발전소를 추가로 개발 중이다.
전력생산량 50MW의 발레 발전소에서는 파라볼릭 통 기술을 도입할 예정이며, 순전력 생산량은 연간 160 GWh에 이를 것으로 보인다. 이는 4만 가구의 평균 전력 소비량에 해당된다. 발레 발전소를 통해 CO2 발생량이 연간 9만 톤 줄어들 것으로 보인다. 두 발전소 모두 오는 2011년 말에 가동에 들어갈 예정이다.
발전소 설립을 통해 스페인 정부는 유럽 2020 기후•에너지 목표치에 기여할 전망이다. 유럽 2020 기후 에너지 목표치는 온실가스 배출량을 20% 줄이고 주요 에너지 원천으로서 신재생 에너지 사용량을 20% 늘리는 한편, 효율성 증진을 통해 주요 에너지 소비를 20% 줄이는 데 있다.
태양을 따르는 어레이를 움직인다
단순한 기술적 시연이나 R&D 설비 수준을 넘어서 중앙 타워식 태양열 설비 구축이 이제 완벽한 발전 단지로 만들어지고 있다. 스페인 남부의 제마솔라(Gemasolar) 발전소가 이의 선도주자이다. 이 발전소의 모바일 일광 반사장치의 정밀하고 안정적인 동작을 위해 2,650여 개의 미러로 구성된 방대한 어레이에는 노드 드라이브 시스템즈(NORD Drivesystems)가 공급한 5,300개의 견고한 기어드 모터가 장착되어 있다.
제마솔라(Gemasolar) 발전소의 기본 구성은 타워 꼭대기에 수용기를 갖춘 중앙 타워와 인접 터빈을 통해 에너지를 발전할 수 있는 열 교환기 및 저장 탱크를 비롯해 액체 순환주기, 그리고 리시버에 태양광선의 초점을 맞추기 위한 미러장치 어레이로 구성되어 있다.
이러한 미러는 새벽부터 해질녘까지 온종일 가능한 오래도록 태양에 잘 노출되도록 하여 최대한 많은 양의 태양광이 타워의 해당 영역에 반사될 수 있도록 기울어지거나 돌릴 수 있도록 설계되어 있다.
노드 드라이브시스템즈(NORD Drivesystems)는 제마솔라 발전소의 일광 반사장치를 위해 5,300여 개의 NORDBLOC.1 디자인의 기어드 모터를 공급했다. 2,650개의 평판 미러 장치는 각각 이러한 기어드 모터를 2개씩 가지고 있으며, 이를 통해 태양의 진로를 따라 2축으로 매우 정확하게 움직일 수 있다.
캔에 태양열 유지 – 태양을 만들다
제마솔라 발전소는 방대한 면적의 일광 반사장치를 수용하기 위해 185헥타르 이상으로 확장되었다.
아부다비의 국영기업인 미래 에너지 기업 마스다르(Masdar)와 스페인 유수의 엔지니어링 기업인 세네르(SENER)의 합작사인 토레솔 에너지(Torresol Energy)이 운영하고 있는 제마솔라는 용융염(Molten Salts)에 기반한 열저장 시스템을 구현한 중앙타워 기술을 갖춘 세계 최초의 상용화된 CSP(Concentrated Solar Power) 발전소이다.
액화 질산염은 저장탱크에서 펌핑되어져 리시버 구역으로 빠르게 확산되고, 타워에서 고도로 응집된 태양광 복사열을 흡수하게 된다. 이 액체의 온도는 항상 500ºC 이상을 유지하며 통과한다. 이 액체가 수용기를 떠나면, 용융염은 열 교환기를 통해 흐르면서 다시 냉각되고, 발전기에 동력을 전달하는 스팀 터빈을 구동하기 위해 수증기를 생성한다. 생성된 에너지는 전기 그리드에 공급된다.
가장 주목할 만한 점은 제마솔라 발전소의 용융염 사이클은 혁신적인 저장 옵션을 가지고 있다는 것이다. 터빈이 변환할 수 있는 것보다 더 많은 열 에너지가 발생할 때마다 이 여분의 에너지를 용융염의 흐르는 방향을 일부 바꿈으로써 이 액체가 열 교환기에 도착하기 전에 저장하는 것이다.
특수 탱크에 저장된 열 매개체는 태양광 복사열이 불충분하거나 혹은 전혀 없을 때 발전소가 표준 동작을 할 수 있도록 나중에 사용이 가능하다. 이 솔루션은 오랫동안 구름이 많거나 어두운 밤에도 시스템이 저장된 열을 통해 최고 15시간 동안 에너지를 생산할 수 있도록 해준다.
연간 총 6,500 시간의 생산적인 운영이 가능한 이 발전소는 변화하는 조건에 완전히 의존해야 하는 기존의 재생 에너지 설비에 비해 훨씬 효율적이다.
항상 태양을 향하도록 설계
태양광 응집은 이 설비의 단일 중앙 타워 상의 동일한 리시버 영역에서 항상 태양을 향하고 있는 2,650개의 평판 미러를 통해 이뤄진다. 이러한 미러 장치의 크기, 무게, 형태는 각각 강력하면서도 튼튼하고 견고한 드라이브 솔루션에 기반하여 안정적으로 태양을 추적할 수 있도록 만들어졌다. 이는 매우 높은 환경 온도에 노출되는 애플리케이션으로, 여기에 사용된 모든 장비는 반드시 이러한 조건을 견딜 수 있도록 만들어져야 한다.
또한 각각의 일광 반사장치는 가끔 자연적으로 발생하는 강풍은 물론 여러 환경에 견딜 수 있을 만큼 강력한 약 120m²의 평면으로 되어 있다. 가장 혹독한 기후 조건에서도 일광 반사장치와 발전소는 전체적으로 적절하게 동작하도록 유지되어야 한다. 토레솔의 일광 반사장치는 사이즈 5의 NORDBLOC.1 시리즈 기어드 모터를 탑재하고 있다. 동일한 사이즈의 기존 세대 단일 하우징 솔루션과 비교해 이러한 시스템은 이전보다 훨씬 뛰어난 에너지를 얻는데 적합하다.
특히 사용자에게 매우 편리한 탑재 옵션이 제공되는데, 비용 효율적인 모터 직접 탑재 방식이나 혹은 매우 짧게 부착되는 공간 절감형 경량의 IEC 어댑터 중 선택할 수 있다. 환기는 모든 탑재 위치에서 유지된다. 기어의 알루미늄 하우징은 페인트 마감을 할 필요없이 견고하면서도 뛰어난 기본 내부식성을 제공한다. FEM에 최적화된 디자인을 기반으로 한 이러한 모델은 보다 견고할 뿐만 아니라 이전 제품에 비해 훨씬 더 가볍다.
최대 사이즈 6 기어의 경우 UNICASE 디자인을 통해 보다 큰 베어링 탑재가 가능하며, 따라서 이 장치는 보다 높은 추가 부하에도 견딜 수 있고, 주어진 부하에서는 더 오래간다. 또한 높은 온도 보다 더 까다로운 조건이나 불리한 환경 조건이라 하더라도, 모든 종류의 ATEX 버전을 적용할 수 있다.
[참조]
토레솔 에너지 http://www.torresolenergy.com
세네르 http://www.sener.es
노드 드라이브 http://www.nord.com
아이씨엔 매거진 2011년 12월호
[적용사례] 반도체 장비에서의 네트워크를 통한 배선절감
DeviceNet을 사용하여 제어 장치를 상호 연결하면 장치 네트워크를 보다 쉽고 저렴하게 구축할 수 있을 뿐만 아니라, 그보다 훨씬 더 많은 이익을 얻을 수 있다. DeviceNet의 기능은 성능과 생산성을 극대화하면서 시간과 비용을 절약하도록 도와준다.
경기도 화성에 위치한 코닉시스템 (Kornic Systems Corporation)은 1994년에 ETRI의 출자 회사로 설립되었다. 처음에 이 회사의 주요 사업 분야는 장비 제어 소프트웨어 및 엔지니어링이었다. 코닉 시스템즈는 삼성 반도체 및 대만, 일본, 독일의 여러 반도체 제조업체들과 같은 OEM(Original Equipment Manufacturer)들에게 반도체 및 LCD 장비를 공급한다.
2001년에 코닉 시스템즈의 매출액은 총 1,040만 달러를 기록하였다. 이 회사의 주요 제품은 생산 및 R&D에서 사용하는 웨이퍼를 위한 KORONA RTP 시리즈의 자립형 고속 열처리(RTP) 시스템과 EasyCluster 장비 제어기 및 제어 소프트웨어, 그리고 LCD용 드롭 형식 액정 크리스탈 필링 기계 등이다.
제품 신뢰성 확보 방안
1994년에 설립된 이후, 코닉시스템은 국내의 반도체 장비 산업에 제어 및 통합 서비스를 제공함으로써 입지를 확보하였다. 반도체 장비 기술을 개발함에 있어서 더욱 커다란 역할을 수행하기 위해, 코닉 시스템즈는 자사의 사업 범위를 반도체 공정 장비 뿐만이 아닌 전체적인 공정 장비 기술을 포함하도록 확장하고자 했다.
이를 위한 중요한 조치 중 하나는 아시아 태평양 지역이 상당한 경제적인 어려움에 처해 있었던 1998년에 취해졌다. 코닉시스템은 자사의 사업 범위를 확장하고 Korona RTP 시스템을 개발하기 시작했는데, 이 시
스템을 통해 회사는 대만, 싱가포르, 중국 등과 수출 관계를 맺음에 따라 시장을 해외로 확장할 수 있었다.2000년에 코닉시스템은 LCD 장비 사업을 시작하였으며, 화성에 새 공장을 개설하였다.
코닉시스템은 이러한 사업확장을 계속하려면 제품이 안정성, 생산성 향상, 표준화 및 단순화된 유지 보수를 제공해야 한다는 것을 알고 있었다. 코닉 시스템즈는 해외 고객들에게 장비를 수출하고 있기 때문에, 전세계에서 다른 제품들과 사용하고 통합할 수 있는 개방형 표준을 채용한 솔루션을 모색하였다.
반도체 제조 장비를 제어하는 가장 흔한 방법은 직접 I/O 방식이었다. 이 방식에서는, 산업용 PC가 반도체 웨이퍼의 슬롯에 부품을 주입하는 것을 제어하는 I/O 모듈에 전자회로로 연결되어 있다. 코닉시스템을 포함한 여러 장비 제조업체들은 Windows 소프트웨어에 의해 구동 되는 ISA PC를 사용해 왔다. 직접 I/O는 속도에서 이점을 제공하긴 하지만, 장치를 제어기에 연결하기 위해서는 더 많은 배선을 필요로 한다. 이는 광대한 배선 체계로 인한 유지보수의 문제를 야기한다. 이와 더불어, 공기 압력 밸브와 진공 센서와 같은 장치들이 장비의 여러 위치에 장착되어 상당한 배선을 필요로 했다. 여러 장치를 호스트 시스템에 연결하기 위해 너무나도 많은 케이블이 필요했기 때문에, 문제의 진단 및 해결은 어려웠다.
직접 I/O를 사용하는 대신, 일부 장비에는 PLC가 보조 I/O 시스템으로 포함되어 있다. 각 클러스터에서, 클러스터 도구 제어기(CTC)는 반도체 제조 공정의 단계들을 수행하는 여러가지 모듈들을 스케쥴링하고 제어한다. 이러한 유형의 아키텍쳐는 간단한 배선을 제공하기는 하지만, PLC에는 직접 I/O 시스템들이 제공하는 프로그래밍 유연성과 속도가 결여되어 있다.
확장성과 설치 공간 절약
로크웰 오토메이션은 한국 내 배급 업체인 해성전기와 함께 코닉시스템이 요구하는 안정성 향상을 실현하고 고속으로 쉽게 프로그램할 수 있는 시스템을 제공하기 위해 노력하였다. 그 솔루션은 Flex I/O 제품
과 DeviceNet을 적용하는 것이었다.
Flex I/O 모듈 제품군은 코닉시스템 반도체 장비를 위해 작은 크기와 확장성이라는 이점을 결합한다. I/O를 센서와 작동기 가까이에 위치시킴으로써, 코닉시스템은 배선 비용을 절감하고 복잡성을 최소화할 수 있었다. 코닉시스템의 열처리 시스템은 각각 18 개의 Flex I/O 모듈을 사용한다.
Flex I/O 모듈의 작은 크기와 뛰어난 확장성이 결합하여, 코닉시스템이 추구하는 반도체 장비의 장점을 만들어냈다. 프로세서로부터 멀리 떨어진 위치에 있는 분산형 I/O 모듈들은 로크웰 오토메이션의 DeviceNet 네트워크를 사용하여 연결된다.
DeviceNet은 간단한 산업용 장치들(센서 및 액추에이터 등)과 보다 높은 수준의 장치들(PLC 제어기와 컴퓨터 등) 사이의 연결을 제공하는 개방형 표준의 장치 레벨 네트워크이다. DeviceNet은 입증된 IP(Control and Information Protocol; 제어 및 정보 프로토콜)를 사용하여 코닉시스템의 장비에 제어, 환경설정 및 데이터 수집 기능을 제공하여 광범위한 진단을 제공한다. 여러 케이블 대신 하나의 케이블만을 사용함으로써, 이제는 더욱 쉽게 장비를 설치하고 유지할 수 있다.
DeviceNet 네트워크는 다양한 네트워크 속도와 단일 위치로부터의 복수 네트워크와 같이 반도체 장비가 요구하는 다양한 조건을 수용할 수 있는 유연성을 갖고 있다.
로크웰 오토메이션의 기본 제품 가격이 경쟁사보다 높기는 하였지만, 코닉 시스템즈는 Flex I/O와 DeviceNet이 총 소유 비용을 크기 절감시켜 줄 것이라 생각했다. 이 회사는 이 솔루션이 아날로그 모듈을 사용
한 설정과 같은 코닉시스템의 기존 시스템과 잘 통합될 수 있을 것이라는 점도 인식하였다.
반도체 장비 생산성 향상
코닉시스템은 로크웰 오토메이션 솔루션을 적용한 것을 완전한 성공이라고 생각하고 있다. 배선은 50% 줄었으며, 이는 설치시간을 70% 이상 크게 줄이는 결과를 가져왔다. 엔지니어링팀의 정주영 팀장은 ”우리는 로크웰 오토메이션이 코닉시스템을 위해 제공한 솔루션에 만족합니다. 우리가 로크웰 오토메이션을 선택한 이유는 제품의 안정성과 브랜드 인식도라는 면에서 최선의 선택이라고 생각했기 때문입니다. 로크웰 오토메이션은 우리가 기대했던 것과, 그 이상의 것을 함께 제공했습니다.”고 말했다.
다른 제품과 쉽게 통합되는 특징으로 인해 코닉시스템은 장치를 교체할 때 시간을 절약할 수 있었으며, 이는 그들이 시스템을 신속하게 온라인 상태로 되돌릴 수 있다는 것을 의미하였다. 그리고, 코닉시스템의 OEM 고객들에게 가장 중요한 것은 반도체 장비의 생산성이 향상되었다는 것이다.
로크웰 오토메이션 제품으로 변경한 이후 매출액이 두 배로 증가한 가장 큰 이유가 이러한 생산성 향상에 있다. 코닉시스템이 자사의 사업 범위를 확장하고자 하는 지속적인 계획의 일환으로, 이 회사는 이제 유사한 로크웰 오토메이션 솔루션을 자사의 LCD 제조 장비에 채용할 계획을 연구중에 있다.
아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호
[사례연구] 폭스바겐 공장의 에너지 잡는 그런포스 펌프 제어 시스템
폭스바겐이 오는 2018년까지 25%의 에너지 감축을 목표로 내세웠다.
이에 폭스바겐 그룹(Volkswagen Group)은 에너지 소비 절감을 위해 브라운슈바이크에 소재한 생산공장에 그런포스(Grundfos)의 펌프 제어 시스템을 설치했다.
폴스바겐을 낳은 독일 브라운슈바이크 공장
한 오래된 건물 지붕에 설치된 폭스바겐 로고에 태양이 반사된다. 이 곳은 1938년 폭스바겐이 태어난 곳이다. 바로 이 곳 독일 브라운슈바이크에서 폭스바겐이 탄생했다. 오늘날 이 공장에서 생산된 차축과 브레이크 패드, 완충기가 폭스바겐 그룹이 생산하는 모든 다양한 모델의 차종에 공급된다. 이 같은 규모의 생산시설을 가동하기 위해서는 상당한 에너지 소비가 필요하다.
기계를 돌리기 위해 사용되는 에너지뿐만 아니라 윤활유를 냉각시키는 데에도 엄청난 에너지가 소비된다. 각각의 생산조립 라인에는 윤활유를 냉각시키는 거대한 탱크가 있으며, 펌프 시스템을 통해 조립기계가 원활하고 지속적으로 고품질의 성능을 발휘하도록 한다.
유진 트레더(Eugen Treder) 폭스바겐 전기 엔지니어는 “폭스바겐이 ‘씽크 블루 팩토리(Think Blue. Factory)’라는 개념을 내놓았을 때, 우리는 생산 단계에서 에너지 소비를 줄일 방법을 찾기 시작했다. 우리는 브라운슈바이크 생산공장에 있는 펌프 시스템이 엄청난 에너지를 소비하고 있다는 것을 발견했고 그런포스에 소비를 절약할 방안을 찾아달라고 의뢰했다”고 말했다.
폭스바겐 그룹은 2018년까지 생산 차량 및 부품 당 에너지 소비를 25% 줄이는 야심찬 목표를 가지고 있다.
유진 트레더는 “이 목표를 달성하기 위해, 우리는 특정 분야에 대한 지식을 보유한 파트너가 필요했고, 펌프 솔루션 최적화 분야에서 그런포스는 아주 소중한 파트너”라고 말했다.
제어 시스템이 열쇠
그런포스가 한 펌프에 대한 검사를 진행한 뒤 문제가 명확해졌다. 에너지 소비를 줄일 수 있는 펌프 자체에는 문제가 없었다. 문제는 연결 고리가 약한 펌프 제어 시스템에 있었다. 이런 경우 그런포스의 아이솔루션(iSolution)이 적격이었다. 폭스바겐은 지능 솔루션을 사용해 펌프 시스템을 최적화 시키는 이 솔루션의 도입을 결정했다. 폭스바겐이 도입한 이 시스템에 MPC 펌프 제어기가 장착되어 압력의 변화를 감지하고 실 수요에 따라 외부에 장착된 펌프의 주파수 변환기를 조절한다. 이 결과 한 생산조립 라인에서 25% 이상의 에너지가 절감됐다.
유진 트레더는 “그런포스는 놀라운 결과를 냈다. 그런포스의 소프트웨어는 직관적이며 관리하기 간편했다. 압력 센서 덕분에 시스템은 필요에 따라 속도를 조절할 수 있으며 만일 하나의 특정 지역이 가동되지 않으면 펌프 또한 가동되지 않아 에너지를 줄일 수 있다”고 말했다.
현명한 투자
아이솔루션의 놀라운 결과를 경험한 폭스바겐의 브라운슈바이크 공장은 2014년 세 개의 솔루션을 추가했다. 그리고 2015년에 2 개가 추가될 예정이다.
하인츠 마이어(Heinz Maier) 그런포스 경리부장은 시스템이 구현된 설계에 따라 다르지만, 그런포스의 아이솔루션으로 최대 40%까지 에너지 소비가 가능하다고 설명했다.
그는 “우리는 진솔함과 신뢰를 바탕으로 폭스바겐과 강한 유대관계를 맺었다. 이를 통해 우리는 우리의 경험과 지식을 이용한 다양한 솔루션을 제공하고 있다”고 말했다.
이미 사용하고 있는 시스템 4기의 투자수익률은 1-2년 사이다.
그는 “우리에게 이 시스템은 현명한 투자다. 그런포스의 지원을 통해 앞으로 이와 비슷한 더 많은 프로젝트을 진행하길 바란다”고 했다.
ICNweb의 톡톡산업뉴스 블로그 