봉투 제조기계 - RockwellAutomation.com...이런 기본 기능들 외에 봉투의 디자인에...

봉투 제조기계

봉투 제조업체들을 위해 설계 시간을 단축하고 성능을 향상시킵니다.

본 문서에서는 봉투 제조기계를 제작하는 데 활용할 수 있는 주요 기술

및 중요한 자동화 솔루션에 대해 살펴봅니다.

2 | 봉투 제조기계

목차

요약 .............................................................................................................................. 3

소개 ......................................................................................................................... 4-17

도전 과제 ............................................................................................................... 18-20

솔루션 및 이점 ....................................................................................................... 21-33

결론 ............................................................................................................................ 34

고객 사례 연구 ............................................................................................................ 35

참고 사항 .................................................................................................................... 36


요약

기계 제조업체들은 글로벌 경쟁과 급변하는 기술 가운데서 자사를 차별화해야 하는 과제를

안고 있습니다. 봉투 제조 업계는 높은 생산량, 신뢰성, 제품 품질과 함께 적은 인력 및 낮은

유지보수 비용을 보장하는 기계를 요구합니다. 기계는 또한

봉투의 길이, 재료 및 세련된 봉투 디자인의 변화에 대응할 수

있도록 융통성이 있어야 합니다.

비즈니스 및 상업적으로는 물론 기술적 관점에서도 로크웰

오토메이션은 고객의 요구사항을 충족하는 기계를 설계, 개발

및 납품하는 데 드는 총비용을 낮출 수 있는 솔루션과 서비스로

봉투 제조기계의 성능을 높일 수 있도록 지원합니다.

로크웰 오토메이션은 고객의 기계와 비즈니스 성과에 초점을

맞춘 전체론적 접근법을 추구합니다. "주문 단위(Order-by-

order)"로 시작된 관계가 나중에는 상호 보완적인 비즈니스

관계로 발전할 수 있습니다. 로크웰 오토메이션은 고객과

협력하여 기계의 전체 수명주기에 걸쳐 경쟁우위를 제공할 수

있는 솔루션을 개발할 것입니다.

로크웰 오토메이션 솔루션으로

봉투 제조기계의 설계, 개발 및

납품하는 데 드는 총비용(Total

Cost to Design, Develop and

DeliverSM)을 낮추십시오.

설계

설계 생산성

확장 가능한 엔지니어링

확장성

글로벌 표준

리스크 평가

지속 가능한 디자인

개발

출시 소요기간

효율적인 공급망

융통성 있는 장비 모델

간단한 통합

설계 최적화

납품

시운전

글로벌 서비스 및 지원

신뢰성 및 품질

기계 성능


소개

경쟁이 치열한 오늘날의 봉투 제조 산업에서 전세계의 기업들은 전례 없이 빠른 변화에 직면해

있습니다. 제조회사, 재료 공급업체, 장비제조업체 등은 변화하는 고객 수요, 세계화, 산업 통합,

기술 혁신, 안전 요건, 정부 규정 및 보다 낮은 고객 가격에 대한 요구의 영향을 받습니다.

봉투 제조업체들은 제조 공정의 모든 단계에서 생산성을 극대화해야 합니다. 그와 동시에 그들은

생산된 봉투가 고객의 제품 명세와 전반적인 품질 기준을 충족하게 해야 합니다.

봉투 / 파우치는 포장되는 제품이나 엔드 유저의 산업에 따라 재료, 모양, 크기 및 디자인이

다양합니다. 보통 식품 및 음료, 제약, 소비자 제품 업계에서 고체 및 액체 형태의 제품들이

포장됩니다.

봉투 제조기계는 기계로 제작되는 봉투의 종류에 따라 다양한 구성으로 나옵니다. 봉투

제조기계는 플라스틱 필름 롤을 열 밀봉, 절단, 고르기(combing) 같은 일련의 공정에 통과시켜서

봉투를 제조합니다. 필름은 보통 유연하고, 열 밀봉이 가능한 플라스틱입니다.

이 기계는 플렉소 인쇄(Flexo Printing), 분할 장치 또는 필름 압출 성형기 같은 상류 공정의 기계나

HFFS (horizontal form fill and seal, 수평 형태 충전 및 밀봉) 같은 하류 공정의 기계들과 통합되어

완전한 포장 라인을 구축할 수 있습니다.

파우치 종류별

양측 밀봉 플랫 파우치

기립형 파우치

거싯(안감을 댄) 파우치

주둥이가 있는 파우치

STEB 봉투

셰브론 봉투

챔버 봉투

헤더 봉투

사이즈 기준

소형 < 300mm

보통 >300<1000

대형 > 1000mm


기계 개요

봉투 제조기계는 식품 및 음료, 제약, 소비자 제품 업계에서 다양한 종류의 제품을 포장하는 데

사용되는 봉투/파우치를 제조합니다. 일반적으로 이런 기계들은 완전히 자동이므로 원재료를

보충하거나 완제품을 운반할 때만 작동자의 개입이 필요합니다.

봉투 제조에는 보통 재료 투입, 밀봉, 절단, 적재 등으로 이루어진 주요 기능들이 사용됩니다.

투입 부분에서는 롤로 투입되는 유연 포장재 필름이 투입기 롤에서 풀려 나옵니다. 투입기 롤러는

필요한 작업을 수행하기 위해 필름을 움직여서 기계에 통과시키는 데 사용됩니다. 필름 투입은

보통 간헐적인 작동이며, 밀봉 및 절단 같은 기타 작업은 투입이 멈추었을 때 수행됩니다. 댄서기

시스템은 필름의 일정한 장력을 유지하는 데 사용됩니다. 투입기와 댄서기는 필름 투입 시 장력과

필수적인 정확성을 유지하기 위해 필요합니다.

밀봉 부분에서는 온도 조절 밀봉 요소가 지정된 시간 동안 필름과 접촉하여 재료를 적절하게

밀봉합니다. 밀봉 온도와 밀봉 시간은 재료의 종류에 따라 결정되며, 그것은 기계의 다양한 속도에

대하여 일정하게 유지되어야 합니다. 밀봉 요소의 구성 및 그로 인한 기계 형태는 봉투의 디자인에

의해 결정되는 밀봉의 종류에 따라 다릅니다. 대부분의 기계 형태에서 밀봉은 절단을 동반하며,

이 2개 공정은 투입이 멈추었을 때만 수행됩니다.

절단 및 적재 공정은 밀봉과 마찬가지로 보통 기계 주기 중 비투입 시간에 수행됩니다. 밀봉과

마찬가지로 절단 및 적재 작업도 이상적인 기계 형태를 결정합니다. 이런 기본 기능들 외에 봉투의

디자인에 따라 지퍼, 천공, 손잡이, 변조 방지 씰, 주둥이, 뚜껑 등의 추가 공정이 수행될 수

있습니다. 추가 공정을 수행하기 위해 기본적인 기계에 부속장치가 부착됩니다.


기계의 각 부분

i. 언와인드 (Unwind)

필름 언와인더는 필름의 장력을 유지하면서 롤 형태의 필름을 풀어서 기계 안으로

투입하는 일을 담당합니다. 일부 기계의 필름 언와인드 부분은 (동력이 공급되지 않는)

정적인 굴대 형태일 수 있으며, 공압식 브레이크나 마찰식 브레이크를 사용하여 언와인드

동작을 제어하고 필름에 적절한 장력을 제공합니다. 다른 기계들에서는 언와인드 굴대에

VFD(variable frequency control), 서보 제어 또는 DC 기어 모터 형태의 제어장치가 필요할

것입니다. 이는 표면 구동 구성일 수도 있고 중심 구동식 구성일 수도 있습니다.

언와인드 부분에는 종종 이중 굴대, 롤 리프트 같은 롤 변경 기능이 있습니다. 언와인드

부분에는 또한 필름 장력 유지 장치나 댄서기가 포함되기도 합니다. 댄서기는 언와인드

제어 회로에 속도 피드백(아날로그 또는 이산)을 제공하고, 봉투의 색인을 위해 필름 누적

구역으로도 제공할 수 있습니다.

ii. 댄서기 (Dancer)

댄서기는 웹의 지속적인 움직임이 간헐적인 동작으로 변경될 때 장력을 유지합니다.

댄서기의 도움으로 유지되는 장력은 기계의 기능, 주로 웹의 정확한 투입에 매우

중요합니다.

댄서기에는 2세트의 롤러가 있는데, 그중 하나는 정지해 있고, 다른 하나는 움직입니다.

웹은 정적인 롤러 세트와 움직이는 롤러 세트 간에 교대로 라우트됩니다. 움직이는 롤러

세트의 움직임은 선형 스프링, 공압식 또는 서보 시스템을 사용하여 제한되며, 이는 주로

필수 장력을 유지하는 데 도움이 됩니다. 선형 변환기, 전위차계 또는 정전형 센서는 롤러

세트의 위치 피드백을 제공하는 데 사용됩니다.

iii. 모서리 위치 제어 (Edge Position Control, EPC)

EPC는 봉투 제조 공정 중에 웹 모서리의 위치를 유지합니다. 기계 제조업체들은 다른 업체의

EPC를 공급 받아서 그것을 그들의 기계에 통합합니다. 댄서기에 의해 유지되는 웹의 장력은

EPC가 최적의 성능을 발휘하는 데 매우 중요합니다.


EPC는 공급업체에 따라 수평 또는 수직 형태로 출시됩니다. 이 기계에는 보통 웹의 모서리를

감지하는 특별한 센서와 웹의 위치를 조정하는 장치가 있습니다. 일부 기계에서 이 장치는

언와인드 롤을 적절하게 움직여서 모서리 제어를 실시할 수 있습니다.


iv. 인피드 (In-feed)

인피드는 언와인드 부분에서 재료를 당겨서 그것을 투입기 부분으로 전달하는 역할을

담당합니다. 이 장치는 언와인더가 정지된 굴대인 기계에서 특히 중요합니다. 이 장치는

언와인드 부분에 있는 웹의 지속적인 작동을 투입기 부분의 매우 역동적인 간헐적 작동과

분리하는 데 기여합니다.

이 장치는 공압식 실린더에 의해 서로 압착되는 2개의 (고무 라이닝이 있는) 롤러로

이루어졌으며, 이 롤러들 사이에 재료가 압착됩니다. 말단에 있는 기어에 의해 결합된 이

롤러들은 한 개의 모터에 의해 서로 반대 방향으로 구동됩니다. 보통 이들은 VFD 제어장치에

의해 구동되지만 일부 초고속 기계에서는 서보 제어장치로 구동됩니다.

v. 투입 제어 (Feed Control)

재료는 인피드/언와인드 부분에서 투입기에 의해 밀봉기 및 절단기로 투입됩니다. 투입기는

봉투를 적절한 시점에 정확한 길이로 투입될 수 있게 합니다. 이 기계는 또한 인쇄 마크 센서의

피드백에 응답하여 인쇄된 웹이 정확한 위치로 투입되게 합니다. 투입기들은 절단기/밀봉기가

열린 위치일 때만 웹을 이동시켜야 합니다. 또한 이 장치들은 서로 협력하여 그 사이에서

장력을 유지함으로써 그들 사이에 장착되는 모든 부속장치들이 적절히 작동할 수 있게 합니다.

투입기는 공압식 실린더에 의해 서로 압착되는 2개의 (고무 라이닝이 있는) 롤러로

이루어졌습니다. 재료는 이 롤러들 사이를 통과하며, 롤러 사이에 가해지는 압력에 의해

고정됩니다. 말단에 있는 기어에 의해 결합된 이 롤러들은 한 개의 모터에 의해 서로 반대

방향으로 구동됩니다. 이 장치들은 높은 역동성(높은 속도와 가속/감속)과 정확성을 필요로

하므로 보통 서보 모터로 구동됩니다.

vi. 장력 제어 (Tension Control)

기계의 다양한 위치에서 웹의 장력은 다양한 장치들에 의해 유지됩니다. 투입기들 사이에서는

이 장치들의 투입 비율을 조정함으로써 웹의 장력이 유지됩니다. 댄서기는 일부 위치에서

장력을 유지하는 데 도움을 줍니다. 일부 재료는 뜨거울 때 늘어나는 경향이 있습니다. 밀봉기

이후에는 늘어나는 것을 막기 위하여 웹의 장력이 때때로 완화/축소됩니다.


vii. 인쇄 마크 제어 (Print Mark Control)

인쇄 마크 제어장치는 투입기에서 봉투를 절단기와 밀봉기 아래에 정확하게 위치시키는 데

기여합니다. 이 부분에는 필름 등록 센서 및 배치 조정 장치도 포함됩니다. 필름 등록은

그래픽이나 사전 인쇄된 정보가 있는 필름에 사용됩니다. 인쇄 공정의 변화, 필름의 확장, 가속

중 필름의 미끄러짐 및 기타 요인들로 인해 그래픽이 완성된 봉투 위의 이상적인

미학적/마케팅적 위치에서 벗어날 수 있습니다. 등록 마크는 봉투에서 밀봉 및 절단의 실제

위치를 미세하게 조정하는 방법을 제공하는 역할도 합니다. 봉투에 인쇄물이나 그래픽이

없으면 이 공정은 길이에 대해서만 정의됩니다

viii. 절단/밀봉 제어 (Cut/Seal Control)

절단기/밀봉기는 봉투 제조 중에 위아래로 움직입니다. 봉투는 여기에서 밀봉 및 절단되므로

이 부분은 봉투 제조 공정의 핵심입니다. 이 부분의 구조가 기계의 종류를 결정할 것입니다.

진동 동작은 때때로 유도 모터로 구동되는 기계식 캠을 통해 진행됩니다. 이러한 기계들의 이

장치는 모든 다른 축이 동기화되는 주축입니다. 그런 위치에서는 캠에 결합된 보조 인코더를

사용하여 기계식 캠의 위치 피드백을 얻는 것이 중요합니다. 일부 구성에서는 서보 모터와

구동장치 조합이 이 동작을 일으키는 데 사용됩니다. 서보 솔루션은 VFD 솔루션보다 높은

유연성, 정확성 및 속도를 제공합니다.

ix. 온도 제어 (Temperature Control)

밀봉기가 적절한 온도로 유지되어야만 봉투의 밀봉이 적절한 품질로 이루어집니다. 온도는

독립형 하드웨어를 사용하거나 PID 루프를 제어하는 특별한 부가적 지시를 기반으로

유지됩니다. 밀봉 온도는 주로 봉투의 재료에 의해 그리고 부분적으로는 봉투의 디자인에 의해

결정됩니다.

일부 기계에서는 밀봉기나 냉각 롤러와 유사한 구조의 냉각 장치가 밀봉 공정 후 재료의 온도를

낮추는 데 사용됩니다. 냉각기를 통과하여 흐르는 냉수가 온도를 내리는 데 사용됩니다.

x. 적재기 / 컨베이어 (Stacker/Conveyor)

봉투는 기계 끝부분에 있는 이런 모듈들에 의해 적재 및 운반됩니다. 이 장치들은 봉투의

디자인 및 하류의 레이아웃 요건에 따라 다양한 구성을 갖습니다. 일부 기계에서는 하나의 하류

공정으로서 봉투가 이 모듈에 의해 개별적으로 적재되어 운반되거나 운전자가 개입하여


적재물을 치워야 합니다. 다른 기계에서 봉투가 개별적으로 다음 기계로 운반될 수도 있습니다.

이런 장치들은 기능에 따라 VFD 또는 서보 구동식이거나 그 둘의 조합일 것입니다.

xi. 부속장치

부속 모듈들은 봉투에 구멍/손잡이, 지퍼, 변조 방지 씰, 주둥이 등을 추가하는 것과 같은 일부

작업을 수행하기 위하여 기본 기계에 추가됩니다. 모듈의 위치는 기능에 따라 다릅니다.

손잡이/천공 모듈은 보통 투입기 부분 사이에서 볼 수 있으며, 지퍼나 변조 방지 씰 모듈은 EPC

바로 다음에 있고, 뚜껑/주둥이 모듈은 기계의 밀봉/절단 부분 앞에 위치합니다. 부속 모듈들은

공압식, 서보 시스템에 의해 구동되거나 다른 부분에 결합되어 작동합니다.


기계의 형태

봉투의 종류와 봉투가 사용되는 엔드 유저 산업에 따라 기계는 다양한 구성을 가질 수 있습니다.

아래에서는 몇 가지 일반적 기계 형태를 간단히 설명합니다.

종류 1: 측면 밀봉

이것은 가장 일반적인 기계 종류입니다. 언와인더에서 나온 재료는 반으로 접혀서 기계에 투입됩니다.

재료는 보통 뜨거운 칼로 절단되는데, 이때 밀봉과 절단이 동시에 이루어집니다. 봉투의 측면만

밀봉되므로 기계의 이름이 측면 밀봉기입니다.

봉투의 하부는 접힘 공정을 거치면서 닫히며, 봉투의 상부는 열린 상태로 있거나 지퍼 또는 유사한

부착물에 의해 닫힐 수 있습니다. 이런 종류의 단순한 구성에서는 투입기에만 서보가 사용되며, 다른

적재기 투입기 투입기

언와인더

댄서기 밀봉 헤드


모든 축에는 VFD 가 사용됩니다. 이런 기계는 최대 500mm 의 봉투를 분당 200 개까지 제조할 수

있습니다. 개량된 기계에서는 서보가 투입기, 밀봉기 및 적재기에 사용되어 봉투를 분당 최대

300 개까지 제조할 수 있습니다.

종류 2: 하부 밀봉

이런 종류는 보통 2000mm 의 긴 봉투를 분당 120 개의 속도로 제조하는 데 사용됩니다. 튜브(2 겹)

형태로 된 재료는 언와인더에서 투입됩니다. 재료는 1~2 세트의 서보 구동식 투입기를 사용하여

투입됩니다. 유도 모터로 구동되는 기계식 메인 캠은 밀봉 헤드, 플라잉 나이프 및 적재기를

구동합니다. 플라잉 나이프는 벨트에 부착된 날로 이루어졌으며, 벨트가 회전하면 날이 재료를

플라잉 나이프

투입기 투입기

언와인더

댄서기 밀봉 헤드

적재기


절단합니다. 튜브가 밀봉되고 그 밀봉 부위 아래에서 절단이 이루어지면 하부가 닫힌 튜브가

만들어지므로 기계의 이름이 하부 밀봉기입니다. 보다 속도가 높은 종류의 하부 밀봉기에서는 2 개의

서보 투입기와 서보 구동식 플라잉 절단기를 사용하여 분당 180 개의 봉투를 제조합니다.


종류 3: 파우치

파우치를 제조하는 기계는 매우 다재다능하고 정교한 봉투 제조 기계입니다. 이 기계들은 독립적인

언와인더로부터 최대 4 겹의 재료를 공급 받아서 기립형 파우치를 제조합니다. 이런 기계에는 보통

2~3 세트의 서보 구동식 투입기가 있습니다. 횡단 밀봉기와 측면 밀봉기는 봉투의 4 면을 밀봉하는 데

사용됩니다. 단순한 기계에서는 모든 밀봉기의 상부가 한 개의 유도 모터에 의해 움직이고, 밀봉기의

하부는 정지되어 있습니다. 복잡한 구조에서는 밀봉기의 상부와 하부가 서보 모터에 의해 서로 반대

방향으로 움직입니다. 이런 기계는 분당 200 개의 파우치를 제조할 수 있습니다.

측면 밀봉

측면 밀봉

횡단 밀봉

투입기 적재기

언와인더

밀봉기 리프트

댄서기

투입기 투입기


종류 4: 봉투 & 롤

이것은 연속 작동 봉투 제조기의 한 종류입니다. 언와인더에서 풀려 나온 재료는 접힌 상태로 회전

중인 밀봉 헤드로 발송됩니다. 다른 종류의 봉투 제조기계와 다르게 여기서는 밀봉 단계에 재료의

투입이 정지되지 않습니다. 밀봉 헤드에는 밀봉 중 봉투에 구멍을 뚫는 특수 나이프가 있을 수

있습니다. 여기에서 나온 재료는 다시 감겨서 롤을 형성합니다. 가장 단순한 형태에서는 1 개의

VFD 를 사용하여 회전식 밀봉기를 회전시키며, 다른 모든 작동은 공압식 장치에 의해 수행됩니다.

밀봉기 댄서기/장력 제어 언와인더 리와인더


도전 과제

고속 인덱싱 동작

- 가장 부드러운 인덱싱 캠 프로필은 기계의 소음과 덜컹거림을 줄임으로써 기계의 긴

수명을 보장합니다.

- 인쇄 마크 교정 및 투입 각도 조정 능력으로 부드러운 인덱싱 동작을 만들어냅니다.

장력 제어

- 부속장치를 위한 최적의 조건을 만들기 위하여 고속 인덱싱 동작 중에 웹의 장력을

유지합니다.

밀봉 온도

- 밀봉 장치를 위한 통합 온도 제어

- 제품의 품질을 보장하는 기계 속도와 독립적인 일정한 밀봉 시간

기계 성능

- 기계 속도: 보통: 200-300cpm; 고속: >=400cpm

- 기계의 수율을 높이는 정확한 인쇄 마크 및 절단 정확성(<0.5mm)

- 매우 다양한 봉투 길이 및 재료를 수용합니다.

- 4kW~32KW 서보 드라이브/모터

- 파우치 제조기에는 조정이 필요한 많은 스테이션들이 있습니다.

기계 성능과 기계 비용 간의 균형

- 경제적이고 신뢰할 수 있는 기계에서 고속으로 훌륭한 품질의 제품을 제조합니다.

고품질 제품 및 글로벌 지원

- 작업 조건이 다양한 전 세계 어디로든 배송될 수 있는 고성능 기계


도전 과제(계속)

일반적인 타이밍 표

일정한 밀봉 시간

긴 봉투 = 보다 큰 슬레이브 각도

짧은 봉투 = 보다 작은 슬레이브 각도

인덱스 컨베이어

밀봉 헤드

가상 마스터

후방 및 전방

투입

밀봉 롤러

윈드 밀

펀치 에지

가이드

핀 조정

배치가 완료되어야만 움직입니다. 투입기는 움직이지 않습니다.

(30 개 봉투으로 이루어진 배치 기준)

슬레이브° vs 마스터°


솔루션 및 이점

봉투 제조기계에 사용할 수 있는 몇 가지 좋은 솔루션들이 있습니다. 주요 결정인자는 다음과

같습니다.

1. 모든 축이 동기화되는 장치:

a. AC 모터로 구동되는 주축

b. 서보 모터로 구동되는 주축

2. 선호되는 컨트롤러 / 프로그래밍

a. MicroLogix™ 컨트롤러

b. CompactLogix™ / ControlLogix® 컨트롤러

3. 연속 / 간헐 작동

a. 전자식 기어 / 캠 구동

b. PowerFlex® VFD / 서보

통합 모션을 사용하는 Rockwell Automation Integrated Architecture®™는 봉투 제조기계에

이상적입니다. 일부 봉투 제조기계에서는 절단기, 밀봉기 또는 적재기의 축이 VFD 제어 AC 모터로

구동됩니다. 그런 기계에서 모든 다른 축은 "AC 모터로 구동되는 축"과 동기화되어야 합니다. 주축과

연결된 인코더는 이런 축의 동기화를 용이하게 합니다.

모든 주요 축이 서보 구동식인 다른 기계들에서는 축의 동기화에 타이밍 축(가상 마스터)이

사용됩니다. 필름 투입 중에 장력을 유지하기 위하여 필름 투입기에 서보가 사용되므로 정확한 양의

필름이 사용되며, 낭비가 최소화됩니다.

서보 축은 작동자가 제공하는 레시피에 따라 필름을 정확한 길이로 투입합니다. 필름이 사전 인쇄된

경우, 등록 센서는 필름 위치를 조정하여 정확한 인쇄 위치를 유지합니다. 투입기는 주축의 일정한

각도나 지정된 시간 중에만 재료를 이동시킵니다. 축으로 구동되는 다른 부분들은 필름이 움직이거나

각 부분의 필름에 진행된 작업에 따라 필름이 멈추었을 때 작동될 것입니다.


필름 언와인드 제어는 댄서기 위치 및 필름이 움직이는가 아닌가에 따라 별도의 기능으로 처리됩니다.

기본 내장된 PID 기능은 언와인드 브레이크나 모터 같은 장치들을 제어함으로써 필름 언와인드

장치의 정확한 제어를 담당하며, 다양한 장치들의 정확한 온도 제어도 수행합니다. Logix 프로세스의

기본적인 계산 능력은 복잡한 알고리듬을 만들 수 있는 강력한 환경을 제공합니다.

Logix 프로세서의 등록 입력은 공정과 독립적으로 물리적인 축의 위치는 물론 입력이 일어난 시간도

기록할 수 있습니다. 이 시간은 시스템에 있는 다른 모든 물리적인 축과 가상 축의 정밀한 위치를

결정하는 데 사용할 수 있어서 정확한 필름 위치를 제어할 수 있습니다.

공장 작업장의 작동자는 작동자 터미널에서 매개변수를 입력하여 적절한 크기의 캠 프로필을

선택하거나 MCCP 지시를 사용하여 즉석에서 프로필을 계산할 수 있습니다.

축의 조정이 필요한 이런 고속의 간헐적 기계들은 캠 및 가상 축의 위치 결정 같은 추가적인 기능

제어의 필요성이 발생합니다.

아래는 봉투 제조기계에 사용되는 로크웰 오토메이션의 "중형급" 아키텍처의 샘플입니다.

- CompactLogix™ 5370 시리즈 PLC 는 시스템을 제어하는 데 사용됩니다.

- VPL 서보 모터가 사용된 Kinetix®® 5500 서보 드라이브가 제공하는 서보 솔루션.

- PowerFlex® 525 인버터는 AC 모터의 제어에 사용되는 VFD 입니다.

- CIP 인코더는 주 AC 축의 위치 피드백을 제공하는 데 사용됩니다.

- PanelView™ Plus 는 인간-기계 인터페이스 솔루션입니다.

- 원격 I/O 기능은 POINT I/O™를 사용하여 제공됩니다.

모든 구성요소는 이더넷을 이용하여 통신합니다.


솔루션 구조

아래는 봉투 제조기계에서 활용되는 제어 체계의 구성도 샘플입니다. 이 구성도는 기계에 있는 다양한

축들의 관계를 보여줍니다.

CompactLogix™

POINT I/O™

CIP 인코더

Stratix™ 5700 PanelView™ Plus

투입기 1

PowerFlex® 525

Kinetix® 5500

이더넷

투입기 2 밀봉기 투입기 3 지퍼 록 인덱서 펀치 언와인드 인피드 적재기 컨베이어


가상 마스터

캠

인피드

VM에

동기화됨

M/C 마스터 – 360°/주기

밀봉 – 60°/마스터 주기

투입 – 200°/마스터 주기

투입 마스터 교정

투입 마스터로 기어 연결됨

가상 마스터로 캠 연결됨

인덱스 컨베이어 가상 마스터에 동기화됨

고정 길이/배치

전방 투입됨 투입 마스터로

기어 연결됨

1개 봉투

길이/주기

펀치 에지 가이드 가상 마스터로 캠 연결됨

5mm/주기(투입 부분 없음)

핀 조정 가상 마스터로 캠 연결됨

5mm/주기(투입 부분 없음)

밀봉 롤러 가상 마스터에

동기화됨

10°/주기

윈드 밀 가상 마스터로

캠 연결됨

45° 인덱스/주기

후방 투입됨 투입 마스터로

기어 연결됨

1개 봉투

길이/주기

밀봉 헤드 가상 마스터로

캠 연결됨

360°/주기

투입 마스터 가상 마스터로

캠 연결됨

360°/주기

동기화

캠

캠 캠 캠 캠 캠

동기화

기어

기어

기어

가상 축

서보 축

A/C Axis

M/C 마스터 – 360°/주기

밀봉 – 60°/마스터 주기

투입 – 200°/마스터 주기 가상 마스터

물리적 마스터

주 모터의 인코더

플렉스 기어

AOI

서보 축

가상 축

후방 투입됨 투입 마스터로

기어 연결됨

1개 봉투

길이/주기

전방 투입됨 투입 마스터로 기어

연결됨

1개 봉투 길이/주기

투입 마스터 가상 마스터로

캠 연결됨

360°/주기

밀봉 헤드 가상 마스터로

캠 연결됨

360°/주기

밀봉 롤러 가상 마스터에

동기화됨

10°/주기

인피드

VM로 동기화됨 &

고 – 저 센서

컨베이어

VM에 동기화됨

투입 마스터 교정

투입 마스터로 기어 연결됨

가상 마스터로 캠 연결됨 캠 동기화

이동 거리

이송됨

A/C 축

캠 동기화

동기화

캠

기어

기어

기어


봉투 제조의 혁신과 차별화 요소

a. 매우 다양한 기계 속도에서 일정한 밀봉 시간

b. 인쇄 마크 교정

c. 웹 장력 제어

a. 일정한 밀봉 시간

도전 과제

적절한 밀봉을 위해서는 재료에 일정한 양의 열 에너지가 필요합니다.

일부 재래식 기계에서는 밀봉이 이루어지는 동안 밀봉 축이 밀봉 위치에 멈춥니다. 밀봉이

이루어지지 않는 부분의 속도는 기계 속도에 따라 조정됩니다. 간헐적 작동은 기계 시스템에 큰

부담을 주므로 모터의 수명이 단축됩니다.

다른 재래식 기계에서는 기계 속도가 변경될 때마다 밀봉 헤드의 온도가 조정됩니다. 높은

속도에서는 밀봉에 이용할 수 있는 시간이 적으므로 온도가 상승하며, 낮은 속도에서는 더 많은

시간을 밀봉에 사용할 수 있으므로 온도가 내려갑니다. 새로운 설정 속도를 위해 밀봉 헤드의

온도를 조정할 때 발생하는 지연은 기계의 가동 시간에 부정적인 영향을 주어 온도 변경 중에

밀봉 품질을 보장할 수 없게 됩니다.

솔루션

간단히 말해서 밀봉 축은 2 개의 상이한 속도로 가동되어야 합니다. 밀봉 부분에서 축의 속도는

밀봉 시간으로 결정되며, 밀봉이 이루어지지 않는 부분에서는 축의 속도가 기계 속도에 의해

결정됩니다.

개량된 CAM 프로필은 속도의 부드러운 변경을 위해 활용되며, 시스템에 가해지는 부담을 크게

줄입니다. AOI(Add on Instructions)는 기계 속도 및 밀봉 시간을 기초로 하여 밀봉 부분의

제어(전후 운동)를 위한 개량된 CAM 프로필을 만드는 데 사용됩니다.


AOI 는 밀봉 각도 및 다음 속도 비율 같은 가상 마스터를 위한 밀봉 매개변수를 계산하는 데

사용됩니다. 이것들은 다시 다른 AOI 가 CAM 프로필을 계산하는 데 사용됩니다.

봉투 제조의 혁신과 차별화 요소(계속)

전 후

1 슬레이브 주기,

360°

180° -

슬레이브

180° -

슬레이브

투입 주기

투입 주기

밀봉 주기

밀봉 주기


속도는 입력된 최대 속도 및 가속도 값에 따라 현재에서 설정 속도로 단계적으로 변경됩니다.

이것은 점진적이고 부드러운 변경과 적절한 밀봉을 보장합니다. 현재의 CAM 은 가동 프로필의

지속적인 변경을 위해 활용됩니다.

속도 변경 중 밀봉 시간을 유지하기 위하여 주기의 밀봉 부분 중에는 속도 변경이 허용되지

않습니다. 속도 변경은 주기의 비밀봉 부분에서만 허용됩니다.

기계의 속도를 변경할 때도 밀봉 시간이 유지되므로 "재료의 낭비가 없습니다.”


b. 인쇄 마크 교정

등록 마크에 기초한 필름 길이 및 필름 위치 교정은 봉투 제조에서 중요한 기능입니다.

도전 과제

인쇄 마크는 모양과 크기가 다양합니다. 일부 인쇄된 필름에서는 필름 위의 디자인이 인쇄 마크로

사용됩니다. 특정한 디자인을 인쇄 마크로 선택하는 것은 하나의 도전입니다.

솔루션

등록 선택 '창’은 배경에서 적절한 디자인을 선택하는 데 활용됩니다. 필름이 여러 개인

기계에서는 각 필름별 '창'이 활용됩니다.

위치 오차가 '위치 오차 창’ 이내이면 제어 시스템은 길이 오차만 보정합니다.

위치 오차가 '위치 오차 창’보다 크면 제어 시스템은 길이 오차와 위치 오차를 모두 보정합니다.

센서가 필름을 절단할 정확한 지점을 감지합니다.


“인쇄 교정 방법”은 단일한 봉투 제조기계의 단일 필름이나 다중 필름에서 동일합니다. 다중

필름 기계에서는 모든 투입기가 한 개의 가상 투입 마스터로 '기어 연결 (Geared)’됩니다.

투입 마스터는 가상 마스터를 기반으로 하여 언제 움직일지를 결정합니다. 투입 마스터는 봉투

의 길이를 기반으로 하여 투입기가 얼마나 움직여야 할지를 결정합니다.

필름은 투입기들 사이에서 적절한 장력이 유지된 상태로 이동됩니다. 오차 교정은 필름의 인쇄

마크에 기초하여 각 필름에서 개별적으로 이루어집니다.

투입 마스터 교정 1

1 봉투 길이/주기 + 오차 교정

투입 마스터 교정 2 1 봉투 길이/주기 + 오차 교정

전방 투입됨 1

후방 투입됨 1

전방 투입됨 2

후방 투입됨 2

투입 마스터

1개 봉투 길이/주기

가상 마스터 360°/주기

서보 축

가상 축

캠(EC)

캠(BL)

캠(EC)

기어(BL+EC)

기어(BL+EC)

기어(BL+EC)

기어(BL+EC)

기어(BL)


c. 웹 장력 제어

도전 과제

필름이 필름 풀러/투입기에 의해 간헐적으로 당겨지는 동안 웹의 장력을 일정하게 유지하는

것은 매우 중요합니다.

솔루션

다양한 투입기 부분들 간에서 웹의 장력을 유지하기 위하여 특별한 인라인 댄서 장치가

사용됩니다. 이것은 이런 댄서 장치들의 입력에 기초하여 길이 오차를 투입기로 전달하는

방식입니다.

기계에서 이러한 댄서 장치들의 위치는 피드백을 사용하여 장력을 제어하는 방법을 결정합니다.

일부 부분에서는 인쇄 마크 교정이 댄서기 교정을 무효화합니다.

웹에서 유지되는 장력은 마크의 위치 및 절단 위치에도 영향을 줍니다. 이것은 봉투의 품질에

직접적인 영향을 미칩니다.

절단기 투입기 오류

중앙 댄서 오류 조각 댄서 오류

측면 조각 투입기 중앙 투입기


솔루션 및 이점(계속)

1. 기계의 기계적 요소들의 대체

융통성 있고 전자적으로 동기화되는 구동장치들이 메인 샤프트, 기어 및 캠을 사용하는

기계식 시스템들을 대체합니다.

기계적 구성요소들을 분리함으로써 기계의 수명주기가 연장되고, 소음 및 진동이

절감됩니다.

2. 최대의 융통성

상류나 하류의 기계 또는 공정과의 용이한 동기화

3. 생산성 증대

서보 기술로 기계식 변속장치 요소들을 대체함으로써 주기 비율이 증가합니다.

레시피 저장을 통한 자동화 형태 변경

4. 제품 품질의 향상

등록 마크 제어를 사용한 단계 교정으로 밀봉 품질 및 절단 정확도를 향상합니다.

5. 가동 정지시간 단축

절대적 인코더가 있는 서보 모터를 사용하므로 가동 정지(제품의 걸림이나 정전 시) 후

초기화되지 않습니다.

6. “시장 확대”

SIL 3 내장 드라이브 및 서보 활용

7. 모션 분석기 사이즈 결정 소프트웨어

필요한 자동화를 위해 로크웰 오토메이션의 제품 포트폴리오에서 최상의 구동장치 및 모터

쌍을 선택합니다.

모터 및 구동장치의 적절한 사이즈 결정을 통해 비용을 최적화합니다.


회전식 및 선형식 시스템을 위한 사이즈 결정을 지원합니다. 또한 크랭크 및 불균형 부하

같은 복잡한 회전식 시스템의 사이즈 결정을 위한 특별한 템플릿과 함께 회전식 나이프,

플라잉 전단기, 와인더 및 언와인더 같은 응용 제품을 위한 템플릿도 있습니다.

8. 온도 제어

PLC에서 MBC(Model Based Control) AOI를 사용하여 온도를 제어합니다. 이것은

PLC에서 PID 지시를 사용하는 것에 비해 성능이 우수합니다.

독립형 온도 컨트롤러 및 컨트롤러와의 통신을 위한 특수 모듈의 사용이 불필요합니다.

9. 구동장치 – 1순위 통합

RSLogixTM 5000 소프트웨어로 PowerFlex® 인버터 구동장치를 구성하면 컨트롤러

프로그래밍과 구동장치 시스템 구성, 운영 및 유지보수를 단일한 소프트웨어 환경으로

통합할 수 있습니다. 이 탁월한 수준의 통합은 프로그래밍 시간을 줄이고, 기동 및

시운전을 용이하게 하며, 진단 작업을 간소화합니다.

10. 모션 – 통합된 작동

Kinetix® 통합 모션 솔루션은 SERCOS / CIP 인터페이스 모듈을 사용하여 복잡한 다축

동기화 동작을 수행합니다. Kinetix® 시스템은 통합이 컨트롤러에서 중단되지 않으므로

통합 아키텍처(Integrated Architecture®) 플랫폼의 모든 이점을 활용합니다. 이 시스템은

구동장치, 모터 및 구동기를 모션 축당 더 낮은 비용으로 통합합니다. 동일한 RSLogix™

5000 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 제품을 구성, 프로그래밍 및 시운전하십시오.

11. 안전 - 기능 측면

로크웰 오토메이션은 고객의 구체적인 요구사항을 충족시키기 위하여 수많은 산업 및

주문형 응용 제품에서 재현 가능한 안전 솔루션을 공급합니다. 당사의 안전팀은

프로젝트가 완벽하게 수행될 수 있도록 돕기 위하여 솔루션 수명주기를 따릅니다.

안전 솔루션 수명주기

단계 1: 안전 평가 – 위험요소를 파악하고, 관련 위험을 평가합니다.


단계 2: 완화 기법 선택 – 업계에서 수용되는 솔루션을 기준으로 하여 보호 옵션들을

평가합니다.

단계 3: 안전 시스템 설계 – 시스템 아키텍처, 안전 민감 회로 및 보호조치를 설계합니다.

단계 4: 프로젝트 수행 – 재료 조달, 조립, 통합 시험, 시운전

단계 5: 검증 – 시스템이 정의된 매개변수 내에서 작동하며, 관련 기준들이 충족되었는지

검증합니다.

단계 6: 유지보수 – 변경 제어


결론

봉투 제조는 복잡한 공정입니다. 어떤 단계에서의 실수나 부적절한 절차는 봉투의 구조적 완전성을

위협할 수 있습니다. 종종 제조 공정 중에 문제가 발생하여 그로 인한 제품의 고장이 뉴스에

보도되기도 합니다.

제어 및 정보를 유한 능력 스케줄링과 통합함으로써

제조업체들은 운영을 합리화할 수 있습니다.

제조량 증대를 포함한 상당한 재정적 절감을 실현하고,

운영에 대한 보다 높은 가시성, 추적 및 통제에 따르는

이점을 얻을 수 있습니다.

봉투 제조기계 분야에서 로크웰 오토메이션을 솔루션

전문가로 선택해 주십시오. 전문 영역으로서 경쟁우위를

제공할 수 있는 파워, 제어 및 정보 서비스와 함께 고객의

비즈니스적 성공과 성장을 지원하고 있습니다.

고객에 영향을 주는 정책 및 요건들에 대한 깊은 이해는

고객이 비즈니스 위험을 줄이고, 운영 효율성을 높이며,

보다 빠른 제품 출시를 실현하는 데 도움이 될 것입니다.

로크웰 오토메이션이 바로 그 해답입니다!

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전 세계 어디서든지 당사의 서비스 및

지원 네트워크는 사용자 자동화 장비의

성능 및 활용을 최적화하는 데 필요한

기술과 리소스를 제공하여 고객의

비즈니스 목표를 달성하도록 도와줄 수

있습니다.

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지원부서

80 개국 이상에 있는 사무실 및 대리점

35,000 개의 공식 대리점 및 파트너

전 세계 1,000 명의 서비스 엔지니어,

컨설턴트 및 프로젝트 관리자


고객 사례 연구

CMD 는 Logix 제어 플랫폼과 Kinetix® 통합 모션으로 봉투 제조 공정을

향상합니다.

CMD Corporation 은 비닐 쓰레기 봉투를 제조하는 다양한 기계장치들을 만듭니다. 1980 년부터 이

회사는 드로 테이프, 스타 씰, 로터리, 하부 밀봉, 포스트 거싯(post gussettes), 봉투 및 필름 등을

위한 기계를 제작해 왔습니다. CMD 는 고객이 경쟁력과 수익성을 높이는 데 도움을 줄 수 있는

기계를 공급하려고 노력하고 있습니다.

이 회사는 성능, 품질 및 유용성을 높이고, 납기를 줄이며, 기계의 총비용을 낮춰야 하는 과제를

해결할 솔루션을 찾기 위하여 로크웰 오토메이션과 힘을 합쳤습니다.

로크웰 오토메이션 솔루션을 도입한 결과

배선 및 구성요소의 감축

통합 제어 플랫폼은 배선을 25%, 구성요소의 수를 20% 줄이는 데 도움이 되었습니다.

보다 빠른 조립 및 시운전 기간

장비제조업체는 기계 조립시간을 10%, 시운전 기간을

5 일에서 2 일 미만으로 줄였습니다.

사전 구성된 와이어 어셈블리.

사용의 용이성

Logix 제어 플랫폼 및 Allen-Bradley® PanelView™

인터페이스를 통한 진단 능력은 유지보수를 용이하게 하고,

지원 필요성을 줄이는 데 기여합니다.

기계 성능의 향상

Kinetix® 통합 모션 솔루션은 신뢰할 수 있고 반복 가능한 성능을 제공함으로써 가동 정지 시간을

줄이고, 처리량을 늘리며, 제품 품질을 높이는 데 기여했습니다.

“저희는 대부분의 기계의 최종

판매 가격을 디자인하려고

노력합니다…” 폴 존슨(Paul

Johnson), 선임 전기 엔지니어


CMD Corporation 은 로크웰 오토메이션과 함께 5213ED 회전식 봉투 제조기계의 개발 중에 비용,

품질, 시간 및 유용성 문제를 해결했습니다.


참고 사항

로크웰 오토메이션 영업소 또는 공식 대리점에 전화 주시거나 웹사이트를 방문해 주십시오:

www.rockwellautomation/solutions/oem

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EtherNet/IP는 ODVA의 상표입니다.

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봉투 제조기계 - RockwellAutomation.com...이런 기본 기능들 외에 봉투의 디자인에...

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