EMS의 제어 프로그램 검증을 위한 가상 모델 구축 및 시뮬레이션

Abstract

자동차 공장의 차체조립, 의장, 도장 공정과 식품 공장 등에서 활발히 이용되고 있는 EMS(Electric Monorail System)는 유, 무선 통신을 바탕으로 승, 하강과 저속, 고속주행의 속도제어 및 정지가 가능한 자동 물류운반 시스템이다. EMS는 PLC(Programmable Logic Controller)에 다운로드 되어 있는 PLC 프로그램에 의해 제어되는데 이는 사람에 의해 설계되는 것으로 잠재적인 오류를 내포하고 있다. 현재 EMS를 제어하는 PLC 프로그램의 검증은 설비가 갖추어진 후에 직접적인 시운전을 통해 검증하는 방법과 핵심 모듈에 대한 모사 설비를 만들어 부분적인 테스트를 진행하는 방법이 사용된다. 하지만 오류에 따른 물리적 충돌 등의 잠재적인 위험과 시간 및 비용을 감수해야하기 때문에 이를 보완할 수 있는 방안이 요구된다. 이를 위해 본 연구에서는 제어 프로그램의 사전 검증을 통한 조기 안정화를 목적으로 가상공장을 구축하여 시뮬레이션을 통한 가상 시운전을 수행하였다. 먼저 Layout, 공법서 등 관련 도면 및 데이터를 분석하여 EMS의 메커니즘을 파악하고, 사건에 의해 상태의 변화를 정의하는 이산사건시스템의 특성을 지닌 EMS의 논리적 특성을 I/O 모델 방법론을 사용하여 설계하였다. I/O 모델은 설비의 기계적 특성 및 동작을 면밀히 표현하는 3D 그래픽 모델과 연결되고, PLC 프로그램과의 신호 교환을 통해 그래픽 모델을 제어하게 된다. 여기에 현장과 같은 제어 환경 구축을 위해 HMI(Human Machine Interface)를 제작, 연결하여 실제와 동일한 환경에서 가상 시운전을 시행하였다. 이를 통해 공정 설비간의 시퀀스, 제어 상황, 설비간의 충돌, 이상 여부 등을 판단하고 해당 PLC 프로그램을 수정하여 검증할 수 있었다. 그 결과 PLC 프로그램에서 3개의 오류를 발견하여 수정하였고, 반복적인 시뮬레이션 과정과 전문가의 검토를 거쳐 시운전 전 단계에서 제어 프로그램의 신뢰도를 향상시킬 수 있었다. 본 연구의 방법론을 도입하면 EMS 구축 시 제어 프로그램 검증을 위한 시운전 시간을 줄여, 제품 양산까지 소요되는 리드타임을 최소화 할 수 있을 것이라 확신한다.