#02. 스마트팩토리 (Level 0) - 센서 및 액추에이터

지난 글에서 ISA-95 기준으로 스마트팩토리에 대해 설명을 드렸습니다. 이번에는 그 중에서 가장 하위 부분에 대해서 설명드리려고 합니다. 일반적으로 Level 0는 실제 생산 공정이 진행되는 물리적인 설비라고 생각하시면 될 거 같습니다. 어쩌면 설비의 세부 구성요소라고도 볼 수 있는 센서와 액추에이터 중심으로 설명드리겠습니다.

 

■ 센서 (Sensor)

출처: https://www.nvp.co.kr/news/articleView.html?idxno=306272

산업분야의 디지털화가 가속화함에 따라서 생산라인에서부터 원자재를 공급하는 공급 채널 전반에 걸쳐서 각종 센서의 사용이 급증하고 있습니다. 센서는 측정하고자 하는 파라미터에 따라 적합한 것을 사용해야 합니다. 산업공정에서는 온도와 압력을 측정하는 것에서부터 장비로 진동을 모니터링하고 주요 자산들에 대해서 위치를 추적하는 것에 이르기까지 다양할 수 있습니다. 또한 코일 내부에 설치된 센서를 통해 모터의 상태를 확인하고, 광 센서를 사용해서 절단 블레이드 휨이나 로봇 팔의 방향과 같은 것을 정확하게 측정할 수 있습니다. 이미지 센서를 사용해서 광학적 검사를 할 수 있으며, 이미지 인식 소프트웨어를 사용해서 로봇을 유도할 수도 있습니다.

 

센서의 경우는 전력 문제가 중요합니다. 센서 하드웨어를 구축할 때는 전력 소모를 매우 중요하게 고려해야 합니다. 공장 이곳저곳으로 추가적인 전선을 설치하는 것은 실용적이지 않고 비용적으로 경제적이지 않습니다. 매년 수십만개의 배터리를 교체한다는 것도 마찬가지입니다. 센서와 그에 딸린 통신 트랜시버의 전력 소모를 낮춤으로서 공장의 전반적인 가동 비용을 낮추는데 기여할 수 있습니다. 그래서 현재 배터리를 대체하기 위한 연구개발이 활발하게 연구되고 있으며, 그 중 주변 환경으로 부터 에너지를 수집해서 센서를 구동하는 방법도 있습니다. 에너지 수집은 온도 차이, 진동, 전파 등을 사용할 수 있습니다.

 

■ 액추에이터 (Actuator)

출처:  https://m.daara.co.kr/mc/sell_view.html?no=440984

자동제어를 실질적으로 구현하기 위해서는 물리적 동작을 가능하게 하는 액추에이터(Actuator)가 반드시 필요합니다. 예를 들어 집 안 가스 배관에서 가스가 누출된 상황을 가정하면 센서가 가스 누출을 감지해서 신호를 보내는 것만으로는 가스 누출을 막을 수 없습니다.. 신호를 보냄과 동시에 가스 밸브를 잠글 수 있는 액추에이터가 필요한 것입니다. 그리고 제동 제어를 위해서는 이런 액추에이터의 정확하고 효율적인 제어가 절대적으로 요구됩니다. 

 

액추에이터는 센서로부터 수집된 정보를 Micro-Controller를 통해 만들어진 전기 신호를 동작, 빛, 열 등 물리적 움직임으로 변환시킵니다. 액추에이터는 일반적으로 유압식, 공압식, 전기식, 기계식 4가지로 분류됩니다.

1) 유압식: 물이나 기름과 같은 액체의 힘으로 실린더나 유체 모터를 구동해 기계를 작동 ( 유압 실린더, 유압 모터)

2) 공압식: 액체 대신 압축 가스를 사용 (공압 실린더, 공압 모터, 공압 인공근육)

3) 전기식: 전기에너지를 기계적인 토크로 변환하는 모터를 구동 (직류(DC)모터,동기형 교류(AC)모터,유도형 교류(AC)모터,스테핑 모터,리니어 직류 모터,리니어 동기 모터,리니어 유도 모터,리니어 스테피 모터,솔레노이드)

 

스마트팩토리의 Level 별로 실제로 직업들이 분화되어 있고, 실질적으로 전체적인 부분을 경험하는 것이 쉽지 않습니다.. 실제 위에 설명한 센서, 액추에이터 등은 설비엔지니어들은 잘 알고 있을 수 있으나 시스템을 하는 사람들은 잘 알지 못하는 경우가 많이 존재합니다. 하지만 상위 시스템에서 분석하는 데이터의 근본 Source가 어디인지, 설비에 명령을 내려 제어를 할 때 실질적으로 어떻게 물리적으로 동작하는지 알게 된다면 광의적인 관점에서 스마트팩토리에 접근하는데 도움이 될 것이라 생각합니다. 

 

 

(참고 Site)

센서 부분 : https://icnweb.kr/2020/44882/ 

[연재] 스마트 팩토리를 가능하게 하는 기술들 -(2) 센서

액추에이터 부분: https://www.e4ds.com/sub_view.asp?ch=29&t=0&idx=12938 

기획 - 우리 생활을 바꾸는 IoT, 첨단 기술이 구현(3)-액추에이터 - e4ds 뉴스