하드웨어포함시뮬레이션 기반 생산 시스템 설계

Abstract

본 연구는 하드웨어포함시뮬레이션 기반 생산 시스템의 설계에 관련된 세 가지 이슈에 대하여 기술한다. 제조 시스템의 제어에 폭넓게 활용되는 PLC 하드웨어에 대하여 시뮬레이션을 위한 공장모델 자동생성 방법론, SOP 정보 기반 제어코드 자동생성을 위한 모델링 접근법, 마지막으로 PLC 제어 기반 생산 시스템의 모니터링 방법론을 제안한다.

PLC 시뮬레이션을 위해 필수 불가결의 요소인 가상 공장모델은 PLC 심볼의 작명 규칙의 제안으로 자동 생성된다. PLC 심볼 이름에 공장모델을 생성하기 위한 정보를 체계적으로 포함시킴으로써 PLC 시뮬레이션을 위한 DEVS 형식론 기반 공장모델을 생성한다. 여섯 가지 레벨을 가지는 작명 규칙은 공장 내 디바이스의 소속에 관련된 ‘라인’필드, ‘공정’필드, ‘설비’이름 필드를 가지며 설비의 제어에 관련된 PLC 입력 혹은 출력 신호의 여부에 따라 4번째 레벨 필드가 정의된다. 개별 설비의 구동 및 행위는 상태 단위로 표현되며 설비의 상태 정보는 다섯 번째 작명 필드에 정의된다. 소속에 관련된 정보에 의하여 디바이스모델을 생성하기 위한 관련된 심볼의 추출이 가능하며, 다섯 번째 작명 필드에 의해 디바이스가 취하는 구동상태가 정의된다. 입,출력 작명 필드에 의해 상태 전이 및 상태 감지 신호의 할당이 완료됨으로써 디바이스모델이 완성되며 이는 디바이스의 셋으로 정의된 전체 공장모델을 정의하게 된다. 제안하는 방법론은 여러 형태의 제조시스템에 적용 및 테스트 하였으며 상용 ‘PLCStudio’ 소프트웨어에 적용 구현 되었다.

SOP(Sequence of Operation) 기반 제어코드 자동생성 모델링 방법론은 이산 사건 시스템 시뮬레이션의 결과로 도출되는 설비의 레이아웃 정보의 재활용과 설비 상태 및 공정 단위에 속하는 설비의 SOP 입력 정보에 기반한다. 제어코드의 다양한 각 부분에 대한 특성 파악과 이를 생성하기 위한 세부 접근법이 기술된다. 레이아웃 정보, 설비의 가능한 구동상태 정보로부터 제어에 관련된 PLC 심볼이 자동으로 생성되며 모델링의 세 번째 입력요소인 공정 단위 SOP 정보로부터 공정제어 코드 부분, 운전모드 코드 부분, 이상상황 코드 부분이 각각 생성된다. 제안하는 모델링 방법론에 의해 생성되는 PLC 심볼은 앞서 공장모델을 생성하기 위한 작명 규칙을 따르도록 하여 모델링 방법론의 출력 요소로 공장모델 또한 자동 생성이 가능하다.

생산 시스템 제어 모니터링 방법론은 정상상태 신호패턴 수집, 정상 기준 패턴 생성, 실시간 패턴 비교의 세 단계로 구성된다. 제안하는 모니터링 방법론을 적용하기 위하여 Cycle Division(CD) 심볼, Key Monitoring(KM) 심볼, 그리고 General Monitoring(GM) 심볼의 세 가지 종류로 심볼을 분류한다. CD 심볼에 의하여 모니터링의 시점을 구분하는 공정 싸이클의 시작과 끝이 정의되며, KM 심볼은 공정의 시퀀스를 결정하는 주요 관심대상 모니터링 심볼이다. 정상 기준 패턴의 KM 시퀀스와 실시간 입력 KM 시퀀스의 비교를 통하여 오류 발생 시, 공정 진행 상황과 예정된 다음 KM 심볼, 그리고 GM 심볼 패턴의 비교를 통하여 가능성 높은 공정 오류의 원인 탐색 및 알람이 가능하다. 제안하는 모니터링 방법론은 'PLC Monitoring System' 상용 소프트웨어에 적용 및 개발 되었다.