[논문]PLC 시뮬레이션을 이용한 자동차 조립 라인 설계

이창호; 왕지남; 박상철

문제 정의

가상 생산 라인을 설계하고 구축하여 적용하는 연 구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 연구들은 가 상 생산 라인의 설계에 초점을 두었다면, 이 연구에서 는 생산라인을 설계하고 그에 해당하는 PLC프로그램 을 검증하여, 시제품 및 양산에 이르는 시간을 단축하는데 주 목적이 있다.
가상 생산 라인을 설계하고 구축하여 적용하는 연 구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 연구들은 가 상 생산 라인의 설계에 초점을 두었다면, 이 연구에서 는 생산라인을 설계하고 그에 해당하는 PLC프로그램 을 검증하여, 시제품 및 양산에 이르는 시간을 단축하는데 주 목적이 있다.
본 연구에서는 PLC 시뮬레이션을 위한 구조를 제 안하고 PLC Studio를 이용한 실제 라인에 대한 검증 절차를 소개하며, PLC 검증의 유용성을 입증하는 것 을 목표로 한다.
본 연구에서는 PLC 시뮬레이션을 위한 구조를 제 안하고 PLC Studio를 이용한 실제 라인에 대한 검증 절차를 소개하며, PLC 검증의 유용성을 입증하는 것 을 목표로 한다.

제안 방법

실제 시뮬레이션 수행 시, 실링 로봇의 반복 작업 현 상이 발생하였다. Logica모델을 확인한 결과 실링 로 봇의 동작 신호를 받으면 신호가 끝까지 살아있어 전 후 작업을 무시한 채 지속적으로 반복작업을 수행하 였다. 이는 L庭의 문제가 있음을 의미하며 , 이를 해 결하기 위해 동작 신호를 꺼주는 부분의 전후 공정의 로직을 찾아 수정 하면 된다.
5는 운반 로봇의 LD를 작성한 일부분이 다. 각 심볼의 이름은 디바이스의 이름과 동작명칭 및 순서를 고려하여 작성하였으며 또한 각 디바이스의 안전조건을 배제하여, 검증의 유용성을 쉽게 파악할 수 있도록 간단하게 작성하였다.
기존에 디지털 제조기술을 이용한 생산 라인 구축 과정은 체계화되어 있다기존의 구축방법을 바탕 으로 PLC프로그램을 검증하기 위해 PLC Studio를 이용하여 가상 라인을 설계하고 구축하였다. 이것은 Fig.
기존에 디지털 제조기술을 이용한 생산 라인 구축 과정은 체계화되어 있다기존의 구축방법을 바탕 으로 PLC프로그램을 검증하기 위해 PLC Studio를 이용하여 가상 라인을 설계하고 구축하였다. 이것은 Fig.
앞서 Fig. 4에서 제시된 3D그래픽 모델을 바탕으로 PLC 검증 시뮬레이션을 수행하기 위해 Siemems사의 Step7을 이용하여 L谚 작성하였다. PLC도 마찬가지 로 Step7의 가상PLC를 이용하였으며, 작성된 LD는 Fig.
동일한 디바이스는 같은 역할을 수행 하여 Logical모델이 일치하지만, 로봇 같은 경우 동일 한 디바이스이긴 하나, 서로 역할이 달라 모델링 다르 게 해야 한다. 예제에서는 로봇에 달린 건의 종류에 따라 수행하는 역할이 다르므로, 운반과 실링 작업의 두 종류의 로봇으로 나누어 모델링을 수행한다.
동일한 디바이스는 같은 역할을 수행 하여 Logical모델이 일치하지만, 로봇 같은 경우 동일 한 디바이스이긴 하나, 서로 역할이 달라 모델링 다르 게 해야 한다. 예제에서는 로봇에 달린 건의 종류에 따라 수행하는 역할이 다르므로, 운반과 실링 작업의 두 종류의 로봇으로 나누어 모델링을 수행한다.
이 연구에서는 가상으로 생산 라인을 구축하고, Logical 모델과 3D 그래픽을 이용한 PLC 검증 방법 을 제시하였으며, 이를 PLC Studio를 이용하여 검증 시뮬레이션을 수행함으로써 검증의 유용성을 확인하 였다. 이것은 PLC 검증을 기존에 생산 라인에서 사람 이 수작업으로 진행하던 것을 시뮬레이션을 이용하여 생산 라인에 직접 가보지 않고 가상으로 검증할 수 있 음을 의미한다.
이 연구에서는 가상으로 생산 라인을 구축하고, Logical 모델과 3D 그래픽을 이용한 PLC 검증 방법 을 제시하였으며, 이를 PLC Studio를 이용하여 검증 시뮬레이션을 수행함으로써 검증의 유용성을 확인하 였다. 이것은 PLC 검증을 기존에 생산 라인에서 사람 이 수작업으로 진행하던 것을 시뮬레이션을 이용하여 생산 라인에 직접 가보지 않고 가상으로 검증할 수 있 음을 의미한다.
이를 이용하여 PLC 프로그램을 이산 사건의 상태 (State)로 정의하고 초기상태에서 외부천이함수의 PLC 입 력신호를 바탕으로, 다음 상태 (State)로 변하게 되며, 이에 따른 내부천이함수로써 변화되는 PLC 출력 신호를 표현하여 모델링 방법을 말한다.
이를 이용하여 PLC 프로그램을 이산 사건의 상태 (State)로 정의하고 초기상태에서 외부천이함수의 PLC 입 력신호를 바탕으로, 다음 상태 (State)로 변하게 되며, 이에 따른 내부천이함수로써 변화되는 PLC 출력 신호를 표현하여 모델링 방법을 말한다.

데이터처리

PLC Studio에서 사용하는 Logical모델은 이산사건 시스템 (DEVS)의 Timed-FSA(Finite State Automata) 를 이용하여, PLC프로그램을 검증한다. 이 방법은 공 정을 각 디바이스 별로 모델링을 수행하며, 디바이스 들은 입출력과 상태의 집합으로 나타낼 수 있다.

이론/모형

PLC 프로그램은 IEC-61131-3에 의해 국제 표준안 으로 LD(Ladder Diagram), IL(Instruction List), FBD(Fuction Block Diagram), SFC(Sequence Function Chart)의 다섯 가지 형태의 언어로 규정하고 있으며⁽¹¹⁾, 그 중 이 연구에서는 자동차 분야에서 주로 사용하는 LD(Ladder Diagram)를 사용하여 검증한다.
PLC 프로그램은 IEC-61131-3에 의해 국제 표준안으로 LD(Ladder Diagram), IL(Instruction List), FBD(Fuction Block Diagram), SFC(Sequence Function Chart)의 다섯 가지 형태의 언어로 규정하고 있으며, 그 중 이 연구에서는 자동차 분야에서 주로 사용하는 LD(Ladder Diagram)를 사용하여 검증한다.

성능/효과

실제 시뮬레이션 수행 시, 실링 로봇의 반복 작업 현 상이 발생하였다. Logica모델을 확인한 결과 실링 로 봇의 동작 신호를 받으면 신호가 끝까지 살아있어 전 후 작업을 무시한 채 지속적으로 반복작업을 수행하 였다. 이는 L庭의 문제가 있음을 의미하며 , 이를 해 결하기 위해 동작 신호를 꺼주는 부분의 전후 공정의 로직을 찾아 수정 하면 된다.
실제로 LD에서 확인한 결과, 운반작업을 끝마치고 실링 작업을 하는 로봇에게 “Rl_Pick2”라는 신호를 주어야 하는데, Fig. 9와 같이 “Rl_Pick2”가T 1 로 작성되지 않고, T/l- 신호로 잘못 작성되어 , R2_Ready 조건이 충족되어 계속적 인 State 변화를 주게 되었던 것이었다.
9와 같이 “Rl_Pick2”가#로 작성되지 않고, #신호로 잘못 작성되어 , R2_Ready 조건이 충족되어 계속적 인 State변화를 주게 되었던 것이었다. 이를 통해 실링 로봇의 반복 작업 현상을 해결하였고, PLC검증의 유용성을 확인 할 수 있었다.
9와 같이 “Rl_Pick2”가#로 작성되지 않고, #신호로 잘못 작성되어 , R2_Ready 조건이 충족되어 계속적 인 State변화를 주게 되었던 것이었다. 이를 통해 실링 로봇의 반복 작업 현상을 해결하였고, PLC검증의 유용성을 확인 할 수 있었다.

후속연구

그러나 제안한 PLC검증 방법은 문제점을 발견하는 정도만 가능할 뿐, 문제 발생한 부분을 정확하게 집어 내지는 못한다. 또한 PLC 수정도 직접 해주어야 하는문제도 지니고 있다.
그러나 제안한 PLC검증 방법은 문제점을 발견하는 정도만 가능할 뿐, 문제 발생한 부분을 정확하게 집어 내지는 못한다. 또한 PLC 수정도 직접 해주어야 하는문제도 지니고 있다.
또한 PLC 수정도 직접 해주어야 하는문제도 지니고 있다. 나아가 검증에서만 그치지 말고 PLC 프로그램을 자동으로 생성해주고, 수정을 해줄 수 있는 추가 연구가 필요하며 , 또한 자동차 라인뿐만 이 아니라 PLC를 사용하는 모든 산업에 적용하여 PLC프로그램의 검증의 유용성을 확인하는 것이 필요 하다
또한 PLC 수정도 직접 해주어야 하는문제도 지니고 있다. 나아가 검증에서만 그치지 말고 PLC 프로그램을 자동으로 생성해주고, 수정을 해줄 수 있는 추가 연구가 필요하며 , 또한 자동차 라인뿐만 이 아니라 PLC를 사용하는 모든 산업에 적용하여 PLC프로그램의 검증의 유용성을 확인하는 것이 필요 하다

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