스마트 센서: 원격 모니터링 및 OEE에 IO-Link를 사용하는 방법

이 문서에서는 현장 장치 수준에서 사용자에게 원격 모니터링 기능을 제공하는 핵심 기술(IO-Link 통신)에 대해 설명합니다.    또한 이 기술을 통해 액세스한 원격 데이터가 기업의 수익에 영향을 미치는 장비의 가동 시간, 생산성 및 처리량을 높이는 데 어떻게 기여할 수 있는지 설명합니다. 

센서와 기타 현장 장치는 완전하게 작동을 멈춘 상태가 아니면 액세스하기 힘들었습니다. 많은 제조업체에서 이러한 장치는 작업에 대한 더욱 정확한 파악과 데이터를 기반으로 더 나은 의사 결정을 위한 잠재력을 제공합니다. 

IIoT(산업용 사물인터넷)의 등장으로 작업자와 플랜트 관리자가 이제는 장치 수준 데이터에 액세스할 수 있게 되어 장비 성능, 공정의 비효율성 등의 중요한 정보를 파악할 수 있게 되었습니다. 센서 상태의 실시간 원격 모니터링을 통해 작업자는 문제 발생 시 이를 해결하고 일반적으로 우려 사항이 라인 중단으로 이어지기 전에 해결할 수 있습니다.  

IO-Link 통신은 현장 장치 수준에서 사용자에게 원격 모니터링 기능을 제공하는 핵심 기술입니다.

IO-Link (IEC61131-9)는 개방형 표준 직렬 통신 프로토콜로, IO-Link를 지원하고 마스터에 연결된 센서 및 장치 간에 데이터의 양방향 교환을 가능하게 합니다. IO-Link 마스터( )는 다양한 네트워크, 필드버스 또는 백플레인 버스를 통해 센서 및 표시기와 같은 IO-Link 장치에서 데이터를 전송합니다.   따라서 PLC 또는 HMI 등과 같은 컨트롤러를 통해 즉각적인 조치 또는 장기적인 분석을 위해 장치 데이터에 액세스할 수 있습니다. 이에 따라 사용자는 장치에 대한 정보를 더 많이 얻을 수 있고 장비 성능을 원격으로 모니터링할 수 있습니다.

센서의 출력 정보를 모니터링하고, 실시간 상태 알림을 수신하고, 실제로 장소에 관계 없이 설정을 조정할 수 있는 기능을 통해 사용자는 센서 수준에서 발생한 문제를 파악해 시기 적절하게 해결할 수 있습니다.    또한 이러한 이점은 사용자가 장비 구성품에서 전송된 실시간 데이터를 기반으로 의사를 결정할 수 있음을 의미하며, 이는 값비싼 비용을 치러야 하는 가동 중단 시간의 단축과 전반적인 효율성 개선으로 이어질 수 있습니다. 

IO-Link 기술에 대한 자세한 내용은 IO-Link란 무엇이며, 이 기술의 5가지 주요 이점을 참조하십시오.  

IO-Link를 이용하면 사용자가 제어 시스템 소프트웨어를 통해 장치 매개변수를 읽고 변경할 수 있어 신속한 구성과 시운전이 가능하고 이로 인해 시간과 리소스를 절약할 수 있습니다.    또한 IO-Link 센서는 필요에 따라 예를 들어, 제품을 변경하는 경우 제어 시스템에서 빠르고 적극적으로 변경이 가능한 여러 레시피를 수용할 수 있습니다.   예를 들어, 시간별로 서로 다른 크기의 제품을 운영하는 라인에서는 센서의 거리 임계값을 변경해야 합니다.

변경 중 IO-Link 마스터가 센서에 새 임계값을 쓰기만 하면 되고 학습을 위해 센서가 있을 필요는 없습니다.    따라서 변경을 위한 센서 구성에 드는 시간이 크게 줄어 가동 중지 시간이 단축되고, 생산성과 처리량이 늘고, 장비가 훨씬 더 다양한 제품을 수용할 수 있습니다.  

또한 IO-Link 통신은 실시간 센서 데이터를 기반으로 알람 및 예측 유지보수 작업을 설정할 수 있는 기능을 제공합니다.  예를 들어, IO-Link가 있는 Q4X 레이저 거리 센서( )와 같은 센서는 IO-Link를 통해 초과 이득 데이터를 제공하여 센서 청소가 필요한 시기를 식별하는 데 사용할 수 있습니다(센서 렌즈에 먼지 및 기타 입자가 쌓이면 초과 이득이 감소함).      부스러기 등이 쌓여 감지 기능에 영향을 미치기 전에 센서를 청소할 수 있도록 알림을 설정할 수 있습니다.     또한 장치 연결 문제가 실시간으로 보고되어 적시에 해결할 수 있습니다.

중요한 상태 정보를 제공하는 것 외에 IO-Link는 사용자가 전체 런타임 데이터를 추적해 장치 교체 시기를 예측할 수 있도록 합니다.    이러한 정보를 통해 예정된 유지보수 작업 중 센서를 교체해 불필요한 가동 중지 시간을 피할 수 있습니다.   또한 런타임 데이터는 OEE 계산에도 사용할 수 있습니다(아래 3번 내용 참조).

게다가 IO-Link를 통한 탐색 기능은 특히, 다수의 센서가 함께 사용되는 경우 어떤 센서에 주의를 기울여야 할지 표시합니다.      아래 이미지의 예에서는 한정된 공간에 Q4X 센서 여러 대가 있어 어떤 센서에 청소가 필요한지 파악하기가 어렵습니다.    탐색 기능은 문제가 있는 센서가 깜박이도록 해 문제의 빠른 식별 및 해결을 더욱 쉽게 만듭니다.  

IO-Link 장치는 OEE 계산을 위한 데이터 제공에도 도움이 됩니다. OEE(전반적인 장비 효율성)는 가용성, 성능 및 품질, 이렇게 3가지 기본 요소를 고려하여 제조 공정의 효율성을 계산하는 것입니다. 

가용성 요소는 계획된 중지(예: 제품 변경) 및 갑작스러운 중지를 비롯해 총 런타임을 줄이는 이벤트를 고려합니다. 성능 요소는 제조 공정이 실행되는 동안 속도를 저하시키는 모든 요소를 고려합니다.      그리고 품질 요소는 품질 기준을 충족하지 못하는 부품 또는 제품을 고려합니다(폐기 또는 재작업이 필요해 시간 낭비를 일으키는 부품). 

OEE 계산은 이러한 요소를 평가해 그 결과를 백분율 값으로 표시합니다. 100%는 양호한 부품만 제조되고(품질), 최대한 빨랐고(성능), 한 번도 중지되지 않았음(가용성)을 의미합니다.    이러한 계산의 결과를 통해 제조 작업 시 낭비의 중요한 원인을 파악할 수 있습니다.  

낭비를 줄이고 OEE 개선을 위해 비효율성이 발생하는 지점과 시점을 센서 수준까지 파악하는 것이 중요합니다.   따라서 IO-Link 센서와 인디케이터의 성능 및 런타임 데이터에 액세스하는 것은 OEE 계산과 장비, 공정 및 인력의 효율성 개선을 위한 단계 파악에 매우 중요합니다.