KR102284966B1 - 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에 관한 것으로서, 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별로 장착되는 PLC를 연결 및 통합하는 복수의 컨트롤러, 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별 조건값을 감지하고 수집하는 복수의 센서모듈, 컨트롤러와 센서모듈 각각의 정보 신호를 수집하고 정보 신호의 제어를 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 IoT G/W, 및 정보 신호를 처리하고 분석하여 실시간으로 생산라인 전공정의 MES/POP 기능을 수행하며 비상상황 시 자동으로 인지 제어하는 제1서버, 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 시스템에 설치된 하나 이상의 스마트서버에서 도출되어 데이터베이스(DB) 서버에 저장된 공정별 데이터를 수집하고 수집된 데이터를 클러스터링기법을 사용하여 빅데이터 분석을 수행하는 제2서버를 포함한다.
Description
본 발명은 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티슈페이퍼 제조 분야에서 특정적으로 적용될 수 있도록 각기 다른 PLC(Programmable Logic Controller)의 프로그램이나 통신방식을 호환하고, 티슈페이퍼 생산 공정에 최적화 및 커스터마이징 된 다양한 센서장치들을 통해 기기상태, 다양한 조건값, 기후정보 등을 수집 및 분석하며, 데이터를 기반으로 생산 및 공정 최적화가 가능하도록 전세계 티슈페이퍼 생산 공장의 빅데이터를 수집 및 분석하여 활용하는 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에 관한 것이다.
화장지 또는 티슈페이퍼(Tissue Paper)는 대체재가 없는 소비재 제품군으로 티슈페이퍼 제조관련 산업은 전 세계적으로 매년 10% 이상씩 성장하고 있다
그러나 티슈페이퍼 생산설비는 정형화된 제품을 생산하거나 장력이 큰 문제가 되지 않는 필름 등과 달리 원재료 특성상 원단 종류(HT, FT, JRT, KT 등)와 평량(gsm), 권취(winding) 속도와 장력, 온도, 습도 등 매우 민감한 조건값을 가지는 특성이 있다.
이에 상기 조건값이 조금만 틀어져도 원단파열 등으로 인해 전 공정이 멈추는 등 생산에 큰 차질이 발생할뿐더러, 원단 종류와 기후조건 등 매번 바뀌는 조건값을 일정한 레시피로 정형화가 불가능해 오퍼레이터의 감에 의지하여 생산하고 있는 실정이다.
또한, 티슈페이퍼 제조를 위한 종래의 공장에서는 각기 다른 제조사와 출시년도, 모델, 상이한 통신카드방식이 적용된 다양한 PLC에서 동일한 통신방식으로 시그널을 받아 취합하는 기술로서 통신서버를 이용하는 방법이 주로 사용되어 왔다.
그러나 통신서버 장비 자체가 워낙 고가인 문제와 함께 이마저도 통신이 불가능한 PLC 모델이 존재하며 특정국가의 PLC 경우 드라이버 호환여부를 장담할 수 없는 문제, 현장 설치 시 마다 매번 새롭게 프로그래밍 해야 하는 번거로움, 기존 운용중인 설비의 PLC에 통신카드가 없거나 추가 설치가 불가능한 경우 등 실제 적용에 많은 비용이 발생하거나 적용 자체가 불가능한 문제점이 있다.
상술되어진 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로서는 대한민국 공개특허공보 10-2018-0003665(2018.01.10.)호에서와 같이 IoT 기반의 공장 통합 관리 장치에 의한 웹 서비스 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기 종래의 기술은 공장 통합 관리 장치가 필드 영역부로부터 표준화된 데이터를 수집 및 통합 관리하여, 서로 다른 기반을 가지는 스마트 공장들을 하나의 플랫폼을 통해 연결하고 통합된 웹 서비스를 제공할 수 있도록 하는 장치와 방법을 특징으로 하고 있으나, 본 발명이 추구하고자하는 티슈페이퍼 제조 분야에서 특정적으로 적용될 수 있도록 각기 다른 PLC의 프로그램이나 통신방식을 호환하고, 티슈페이퍼 생산 공정에 최적화 및 커스터마이징 된 다양한 센서장치들을 통해 기기상태, 다양한 조건값, 기후정보 등을 수집 및 분석하며, 데이터를 기반으로 생산 및 공정 최적화가 가능하도록 전세계 티슈페이퍼 생산 공장의 빅데이터를 수집 및 분석하여 활용하는 기술과는 차이가 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은, 티슈페이퍼 생산 공정의 여러 설비 내 제조사와 모델이 각기 다른 PLC(Programmable Logic Controller) 프로그램이나 통신방식의 호환여부와 상관없이 통합할 수 있는 컨트롤러와, 티슈페이퍼 생산 공정에 최적화 및 커스터마이징 된 다양한 센서 장치들을 통해 기기상태, 다양한 조건값, 기후정보 등을 수집 및 분석하여 설비의 원격 모니터링 및 제어, 재고부터 생산지시까지의 종합생산관리, 티슈페이퍼 생산 공정의 각기 다른 특수한 조건값을 수집 및 분석, 지역 및 기후 조건과 사용하는 원단별의 생산 최적 조건값을 자동으로 도출, 투자대비 실효율성 비교분석, 생산 규모 별 공정 데이터, 국가와 지역 별 생산성 비교 등 데이터를 기반으로 생산 및 공정 최적화가 가능하도록 전세계 티슈페이퍼 생산 공장의 빅데이터를 수집 및 분석하여 활용하는 통합 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에 있어서, 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별로 장착되는 PLC(Programmable Logic Controller)를 연결 및 통합하는 복수의 컨트롤러, 상기 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별 조건값을 감지하고 수집하는 복수의 센서모듈, 상기 컨트롤러와 센서모듈 각각의 정보 신호를 수집하고, 상기 정보 신호의 제어를 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 IoT(internet of thing) G/W(gateway) 및 상기 정보 신호를 처리하고 분석하여 실시간으로 상기 생산라인 전공정의 MES(manufacturing execution system)/POP(point of production) 기능을 수행하며 비상상황 시 자동으로 인지 제어하는 제1서버로 구축되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 시스템에 설치된 하나 이상의 상기 제1서버에서 도출되어 데이터베이스(DB) 서버에 저장되어진 공정별 데이터를 수집하고, 상기 데이터를 클러스터링 분석 기법, 최적 조건값 연산 및 추적 프로세스 기법, 분산 병렬처리 프로세스 기법을 사용하여 빅데이터 분석을 수행하는 제2서버를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 컨트롤러는 상기 생산라인의 각 공정별 시퀀스제어를 수행하는 것으로서, 발생하는 I/O(input/output) 신호를 병렬로 받아 각 접점번호를 넘버링하고 모드버스(modbus) 통신 프로토콜 포맷으로 변환하며, 광절연체를 사용하는 광 분리기(Opto-isolator) 방식으로 동작하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 컨트롤러는 하우징 외부가 공기와의 접촉면적을 넓혀 열 수송량을 높일 수 있는 핀타입 구조를 가지며, 접점부위와 커넥터 및 케이블 부위를 실링 처리하여 방진 구조가 적용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 센서모듈은 원단 이송부에 2중으로 배열되는 샤프트 양쪽에 장착되어 권취되지 않고(unwind) 이송되는 원단의 파열 방지 및 일정 장력 유지를 위한 기능을 수행하는 감압 및 장력 감지 센서, 적어도 3개의 모듈의 최고값을 실제 대기질 및 분진 측정값으로 인식하도록 프로그램되어 티슈페이퍼 생산 과정에서 발생하는 미세 분진을 감지하는 대기질 및 분진 감지 센서, 비권취 상태로 이송되는 원단에 자외선(UV) 광원을 조사하여 형광물질 유무를 판별할 수 있는 형광물질 감지 센서, 티슈페이퍼 생산설비에서 전달되는 열이나 센서의 오류를 보정하기 위해 적어도 3개의 모듈로 설치되어, 상기 3개의 모듈의 평균값을 실제 온도와 습도로 인식하도록 프로그램되어 동작하는 온습도 감지 센서 및 원단 종류나 형태에 따라 일정 RPM 및 일정 컷팅 속도로 설정되어 이상 진동 발생 시의 알람 기능을 제공하는 진동 및 충격 감지 센서 중의 어느 하나이며, 상기 제1서버에서 구분할 수 있도록 통신 프로토콜 내부에 상기 센서모듈의 고유번호가 삽입 구성되어 데이터를 전송하는 것을 특징으로 할 수 있다.
전술한 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에 의하면, 티슈페이퍼 생산에 최적화된 솔루션과 전세계 모든 데이터 값들이 실시간으로 자사의 DB에 쌓이고 이는 국가별, 지역별, 온습도 환경별, 머신종류별 상호영향을 분석하여 생산환경에 최적의 조건값을 찾을 수 있게 도와주고 이러한 데이터 들은 자사의 메인DB에 축척되어 더욱 유용한 정보로 활용할 수 있는 플랫폼 구축할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명을 통해 사물인터넷(IoT) 기술이 적용된 스마트공장 플랫폼을 기반으로 해외시장에 진출하여 전통적인 기계메커니즘 위주의 방식을 서비스와 결합된 부가가치가 높은 비즈니스 생산으로 재정의 하여 글로벌 시장을 조기 선점할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템의 개념도이다.
도 2는 비교예의 직렬처리 컨트롤러 시스템과 본 발명의 병렬처리 컨트롤러 시스템을 비교하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원단 이송부에 설치되는 감압 및 장력 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온습도 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대기질 및 분진 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바코드 스캐너와 트리거 포토센서의 설체 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 티슈페이퍼 제조 산업군에 대한 빅데이터 수집 및 분석 플로우 예시도이다.
도 8은 도 1a의 스마트공장 구축 시스템에 채용할 수 있는 제1 서버의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 비교예의 직렬처리 컨트롤러 시스템과 본 발명의 병렬처리 컨트롤러 시스템을 비교하는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원단 이송부에 설치되는 감압 및 장력 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온습도 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대기질 및 분진 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바코드 스캐너와 트리거 포토센서의 설체 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 티슈페이퍼 제조 산업군에 대한 빅데이터 수집 및 분석 플로우 예시도이다.
도 8은 도 1a의 스마트공장 구축 시스템에 채용할 수 있는 제1 서버의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 조작자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 실질적으로 동일한 의미를 나타내는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이에 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템의 개념도이다. 또한, 도 1b는 도 1a의 시스템의 적용예이다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 본 발명의 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템은 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별로 장착되는 프로그램 로직 컨트롤러(PLC, Programmable Logic Controller)를 연결 및 통합하는 복수의 컨트롤러(100)와 상기 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별 조건값을 수치화하여 감지하고 이를 수집하는 복수의 센서모듈, 상기 컨트롤러(100)와 센서모듈에서 전송되는 각각의 정보 신호를 수집하고, 상기 정보 신호의 제어를 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 IoT G/W(300) 및 제1서버(400)를 포함하여 구축될 수 있다.
상기 컨트롤러(100)는 상기 생산라인의 각 공정별 시퀀스제어를 수행하는 프로그램 로직 컨트롤러(PLC)일 수 있다.
이에 상기 컨트롤러(100)는 각기 다른 모델의 PLC에서 발생하는 I/O 신호를 직접 병렬로 받아 각 접점번호를 고유의 프로토콜 신호로 넘버링하고 모드버스(modbus) 통신 프로토콜 포맷으로 변환하며, 이를 이더넷(ethernet) 혹은 와이파이(Wifi)를 사용하여 일정한 시스템 프로토콜로 IoT G/W(300)를 통하여 서버로 전송하는 장치이다.
전술한 실시예에서 IoT G/W(internet of thing gateway)는 사물인터넷을 위한 단말 장치와 네트워크 사이에서 양단을 연결하는 장치 혹은 네트워크의 말단에서 사물인터넷을 위한 장치를 지칭할 수 있다.
도 2는 기존의 직렬처리 컨트롤러 시스템과 본 실시예의 병렬처리 컨트롤러 시스템을 비교하는 예시도이다.
본 실시예의 컨트롤러(100)는 일명 ETOS 시스템으로 불리는 기존의 직렬처리 컨트롤러 시스템이 특정 제조사 혹은 특정 PLC 모델과 사용되는 것과 대비할 때 전세계 어느 제조사의 어떤 PLC 모델에도 공통으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 컨트롤러(100)는 PLC 접점 전압간에 전기적 간섭 및 데미지가 발생하지 않도록 광절연체를 사용하여 입출력 전압과 통신 시그널을 완벽히 분리하여 전기적 결함을 원천 차단할 수 있는 광 분리기(Opto-isolator) 방식의 구조를 적용하는 특징이 있다.
이는 일반적으로 PLC 접점 전압과 컨트롤러 간에 전기적 간섭 및 데미지 발생 우려 때문에 다이렉트로 연결이 불가능한 문제를 해결하기 위해 릴레이를 중계기로 사용하게 되는데, 이는 접점량에 비례하여 컨트롤러의 사이즈가 커지게 되는 단점이 있었다.
그러므로 본 발명과 같이 입출력 전압과 통신 시그널을 광 절연체로 완벽히 분리하여 전기적 결함을 원천 차단할 수 있는 광 분리기(Opto-isolator) 방식을 적용하게 되면 전압레벨 차이와 무관하게 시스템의 안정화가 가능하여 PLC에 다이렉트로 연결이 가능하고 컨트롤러의 사이즈 축소가 가능한 것 외에 유지비용 절감, 많은 스위칭 사이클 사용 가능, 접점이 되튀는 현상 해결, 시그널 노이즈 제거 등 많은 이점이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 컨트롤러(100)는 티슈페이퍼 생산 환경의 미세 분진과 구동 시 발열에 대비하여 컨트롤러의 발열점과 하우징의 열 수송 면적을 키우고 하우징의 재질을 열전도율이 높은 소재로 제작되며, 필요시 하우징 외부를 핀타입 구조를 적용하여 설계하여 공기와의 접촉면적을 넓혀 열 수송량을 높일 수 있는 구조로 설계되고, 접점부위와 커넥터 및 케이블 부위를 실링 처리하여 완벽한 방진 구조를 적용함으로서 방진 및 발열이 원활한 구조의 보호 수단을 갖는 특징이 있다.
그러므로 각각의 상기 센서모듈은 상기 생산라인의 각 공정별 조건값을 수집하는 장치로서, 원재료 특성상 원단 종류(HT, FT, JRT, KT 등)와 평량(gsm)에 따라 장력과 온, 습도 등 민감한 조건 값을 가지는 티슈페이퍼 생산설비의 특성에 맞춰 커스터마이징 되어 제조사와 모델에 관계없이 모든 티슈페이퍼 생산설비에 공통으로 사용할 수 있도록 하는 펌웨어가 임베디드되어 조립된다.
본 발명의 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에서 사용되는 상기 센서모듈은 감압 센서 또는 장력 감지 센서(210), 진동 및 충격 감지 센서(220), 온습도 감지 센서(230), 대기질 감지 센서 또는 분진 감지 센서(240) 및 형광물질 감지 센서(250)가 있을 수 있으며, 이를 각 공정별 적합한 생산 설비에 장착되어 사용할 수 있다.
먼저, 상기 감압 및 장력 감지 센서(210)는 권취되지 않고(unwind) 이송되는 원단이 센싱을 위한 임의의 샤프트를 지나며 변화되는 장력에 따라 특정방향으로 끌어당기는 힘의 변화를 감지할 수 있도록 샤프트 양쪽에 감압센서를 설치하여 해당 값을 도출하거나 샤프트를 2중으로 배열하고 무게추를 설치하여 해당 유닛의 각도변화로 원단의 장력을 도출할 수 있는 센서모듈로서 원단 이송부에 장착되어진다.
그러므로 감압 및 장력 감지 센서(210)는 권취되지 않고 이송되는 원단의 파열 방지 및 고른 텐션 유지를 담당하며 로터리 타입의 엔코더 등을 사용하여 유기적으로 사용이 가능하도록 설계되어진다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원단 이송부에 설치되는 감압 및 장력 감지 센서의 설치 개념도이다.
상기 진동 및 충격 감지 센서(220)는 티슈페이퍼 생산설비의 특성상 다수의 회전 샤프트를 사용하여 회전수(rpm)에 따라 공진 및 진동이 발생하는데 그 중 특히 높은 회전수의 회전 톱(saw)이나 엠보싱 롤러 등 일정 수준의 정밀을 요하는 회전체의 진동계수를 추적하고 이상 진동 발생 시의 알람을 통해 사고를 미연에 방지할 수 있는 센서모듈이다.
그러므로 상기 진동 및 충격 감지 센서(220)는 생산하는 제품의 원단 종류나 형태에 따라 장치의 회전수와 컷팅 속도 등 최적의 조건값을 설정하거나 반영할 수 있도록 설계되어진다.
온습도 감지 센서(230)는 티슈페이퍼 생산을 위한 원재료의 특성으로 인해 온도와 습도에 따라 생산성이 크게 달라지므로 많은 조건값이 적용될 필요가 있는데, 이를 수집 기록하고 제어하기 위하여 장착되는 센서모듈이다.
온습도 감지 센서(230)는 실시간으로 추출한 감지 데이터를 제1서버(400)로 전송하도록 설계되며, 이때 생산설비에서 전달되는 열이나 센서의 오류 등을 보정하기 위해 3개의 모듈을 설치하여 평균값을 실제 온도로 인식하도록 프로그램 하여 실제 값과의 오차범위를 좁히도록 할 수 있다.
그러므로 온습도 감지 센서(230)의 조건값을 기후상황에 맞게 즉각 대응하여 생산효율을 극대화할 수 있도록 수집된 데이터를 기록하고 분석하며, 또한 빅 데이터의 개념으로 활용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온습도 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 시스템의 대기질 및 분진 감지 센서(240)는 티슈페이퍼 생산 과정에서 발생하는 미세 분진의 경우 폭발사고 및 화재의 위험과 위생상의 문제, 작업자의 건강 등에 직접적인 영향을 미치는데, 이를 감지하고 작업환경의 이상 징후를 알려줄 수 있도록 센서모듈 형태로 장착될 수 있다.
대기질 및 분진 감지 센서(240)는 실시간으로 추출한 데이터를 서버로 전송하도록 설계하고 국소에 단발성으로 발생하는 분진도 경고할 수 있도록 3개의 모듈을 설치하여 최고값을 인식하도록 프로그램되며, 작업환경의 실질적인 이상 징후 발생 시 이를 작업자와 관리자에게 시스템 팝업 등의 직관적인 방법으로 알려줄 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대기질 및 분진 감지 센서의 설치 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 시스템의 형광물질 감지 센서(250)는 권취되지 않고 이송되는 원단에 자외선 광원(UV)을 조사하여 형광물질 유무를 판별할 수 있도록 센서모듈 형태로 설계되어지고 설치될 수 있다.
형광물질 감지 센서(250)는 전체 생산공정 중 가장 기초가 되는 권취되지 않고 이송되는 원단에서 작업자의 실수로 인한 원단 혼용의 발생을 방지하는 기능과, 천연펄프는 재생지와 달리 형광증백제가 사용되지 않는다는 점을 이용하여 이를 방지할 수 있으며, 이를 작업자에게 인지 시킬 수 있도록 설계되어진다.
전술한 모든 센서모듈은 기존의 프로파일이나 PIPE RACKING SYSTEM 등에 유기적으로 설치할 수 있는 형태로 설계하여 모든 티슈페이퍼 생산설비에 손쉬운 장착이 가능하도록 할 수 있다.
모든 센서모듈의 감지 데이터는 규약된 신호로 송출하도록 프로그램하고 각 컨트롤러(100) 및 센서모듈을 서버에서 구분할 수 있도록 프로토콜 내부에 장치의 고유번호를 삽입 구성하여 서버에 수신된 각 장치 별 데이터를 구분하여 데이터베이스(DB) 서버에 기록할 수 있다.
제1서버(400)는 상기 컨트롤러들에서 수집되는 PLC 정보와 상기 모든 센서모듈에서 감지되는 정보 신호를 바탕으로 각 설비의 운전상태, 설비 가동률, 생산품목, 생산이력, 기준정보관리, 생산효율, 에러로그 등을 수행하는 POP(Point Of Production) 기능과 생산 데이터 자동관리, 재고현황 및 등록 된 발주현황을 자동으로 분석하여 생산지시 및 관리, 생산시점의 조건값 확보로 품질관리 등의 수행이 가능한 MES(Manufacturing Execution System)기능이 혼합되어 구동될 수 있다. 제1서버(400)는, 비상상황 시 자동으로 인지 제어할 수 있는 티슈페이퍼 제조 공장별로 설치되는 스마트서버로서 기능할 수 있다.
제1서버(400)에는 데이터베이스(DB)에 저장된 데이터를 사용자의 요청에 따라 연산하여 보여줄 수 있도록 소프트웨어(S/W) 및 사용자 인터페이스(UI/UX)가 제공되며, 사용기기의 각기 다른 운영체제 호환 및 모바일기기와의 연동에 유리한 웹 형태로 디스플레이 하기 위한 웹서버로 구축될 수 있다.
본 실시예에서는 추가적으로 완제품 배출 공정에 고정형 고속 바코드 스캐너와 상기 바코드 스캐너의 트리거로 사용되는 포토 센서모듈을 추가로 설치할 수 있다.
즉, 바코드 스캐너와 트리거 포토센서를 사용하여 바코드 정보 신호를 통해 완제품 배출 수량을 함께 카운트 가능하도록 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바코드 스캐너와 트리거 포토센서의 설치 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 시스템은, 제1서버(400)에서 도출한 공정별 데이터를 수집하여 데이터베이스(DB) 서버에 저장되어진 데이터를 클러스터링기법을 사용하여 빅데이터 분석을 수행하는 제2서버(500)를 더 포함할 수 있다.
제2서버(500)는 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 시스템으로 구성된 전세계 모든 공장의 제1서버(400)에서 생성된 공정별 데이터를 수집할 수 있으며, 공정별 데이터를 분석하여 국가와 지역별, 설비브랜드와 모델별, 생산라인 규모별, 다양한 기후조건별, 원단별 최적의 조건값을 도출하고, 공정별 택타임 및 데이터 오류 및 누락(missmatching 데이터)를 클러스터링 분석 기법, 최적 조건값 연산 및 추적 프로세스 기법, 분산 병렬처리 프로세스 기법을 사용하는 빅데이터 분석 알고리즘이 적용되어 동작되는 빅데이터 분석을 수행할 수 있다. 이러한 제2서버(500)는 중앙 서버에 대응될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 티슈페이퍼 제조 산업군에 대한 빅데이터 수집 및 분석 플로우 예시도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템은 컨트롤러와 센서모듈 및 제1서버 이루어지는 시스템의 활용으로 전세계 모든 공장의 공정별 데이터를 제2서버인 중앙서버로 수집하고, 하둡 등의 분산병렬처리 기술을 사용하는 빅데이터 분석 알고리즘을 활용하여 티슈페이퍼 제조 산업군의 설비 개선 및 생산라인 최적화의 지표로 활용할 수 있는 지표 및 소모품 주기를 예측할 수 있도록 하고, 생산설비의 예비보전, 투자대비 실효율성 분석 등이 수행되도록 제공할 수 있다.
도 8은 도 1a의 스마트공장 구축 시스템에 채용할 수 있는 제1 서버의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 서버(400)는 제어부(410), 메모리(420) 및 통신부(430)을 구비하고, 구현에 따라서 데이터베이스 시스템(440)이나 입출력장치 또는 출력장치(450)를 더 구비할 수 있다.
제어부(410)는 자체 저장수단이나 메모리(420)에 저장되는 프로그램을 수행하여 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템의 제1서버(400)의 구성요소들을 구동하거나 제어하며, 외부 관리기기와 송수신되는 신호 및 데이터를 처리할 수 있다. 제어부(410)는 프로세서로 지칭될 수 있고, 중앙처리장치(CPU)나 코어를 구비할 수 있다.
메모리(420)는 신호처리부를 위한 제1 모듈, 분석부를 위한 제2 모듈, MES 기능부를 위한 제3 모듈, POP 기능부를 위한 제4 모듈, 비상상황 인지부를 위한 제5 모듈, 비상상황 제어부를 위한 제6 모듈, 제2서버와의 연동을 위한 제7 모듈 등을 저장할 수 있다. 이러한 제1 내지 제7 모듈들은 소프트웨어 모듈로서 적어도 하나의 특정 프로그램의 일부로 사용될 수 있다.
통신부(430)는 인트라넷, 인터넷 등의 네트워크를 통해 시스템의 각 구성 장치나 제2 서버와 연결되어 신호 및 데이터를 송수신할 수 있다. 통신부(430)에 수신되거나 감지되는 신호는 제어부(410)에 입력될 수 있다.
데이터베이스 시스템(440)는 제1서버(400)에 입력되는 공정별 데이터를 저장하고, 제2서버의 요청에 따라 해당 데이터를 제공할 수 있다.
출력장치(450)는 제1서버(400), 데이터베이스 시스템(440) 또는 제2서버에 저장되거나 처리되거나 분석된 데이터를 출력할 수 있다. 출력장치(450)는 미리 정해진 형태로 출력데이터를 변환하는 수단이나 구성부를 구비할 수 있으며, 구현에 따라서 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 출력장치(450)는 입출력 장치로 대체가능하다.
제어부(410)는 메모리(420)에 저장되는 프로그램이나 소프트웨어 모듈을 실행하여 탑재하고, 탑재된 모듈의 기능을 통해 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템의 공정과 공정 장치, 센서장치 등의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(410)에는 신호처리부(411), 분석부(412), MES 기능부(413), POP 기능부(414), 비상상황 인지부(415), 비상상황 제어부(416), 제2서버 연동관리부(417) 등을 구비할 수 있다. 이러한 구성부들에 의해 전술한 스마트공장 구축 시스템은 티슈페이퍼 생산에 최적화된 솔루션을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 컨트롤러 210: 감압 및 장력 감지 센서
220: 진동 및 충격 감지 센서 230: 온습도 감지 센서
240: 대기질 및 분진 감지 센서 250: 형광물질 감지 센서
300: IoT G/W 400: 제1서버
500: 제2서버
220: 진동 및 충격 감지 센서 230: 온습도 감지 센서
240: 대기질 및 분진 감지 센서 250: 형광물질 감지 센서
300: IoT G/W 400: 제1서버
500: 제2서버
Claims (5)
- 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템에 있어서,
티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별로 장착되는 PLC를 연결 및 통합하는 복수의 컨트롤러;
상기 티슈페이퍼 생산라인의 각 공정별 조건값을 감지하고 수집하는 복수의 센서모듈;
상기 컨트롤러와 센서모듈 각각의 정보 신호를 수집하고, 상기 정보 신호의 제어를 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 IoT G/W(internet of thing gateway);
상기 정보 신호를 처리하고 분석하여 실시간으로 상기 생산라인 전공정의 MES(manufacturing execution system) 또는 POP(point of production) 기능을 수행하며 비상상황을 자동으로 인지하여 제어하는 제1서버와;
상기 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 시스템에 설치된 하나 이상의 상기 제1서버에서 도출하여 데이터베이스(DB) 서버에 저장된 공정별 데이터를 수집하고, 상기 공정별 데이터를 클러스터링 분석 기법, 최적 조건값 연산 및 추적 프로세스 기법, 분산 병렬처리 프로세스 기법을 사용하여 빅데이터 분석을 수행하는 제2서버와;
바코드 정보 신호를 통해 완제품 배출 수량을 카운트하는 바코드 스캐너와 트리거 포토센서를 포함하고,
상기 센서모듈은,
원단 이송부에 장착되고, 샤프트를 2중으로 배열하고 무게추를 설치하여 유닛의 각도 변화로 원단의 장력을 도출하는 감압 및 장력 감지 센서와;
원단 종류 또는 형태에 따라 장치의 회전수(RPM) 및 컷팅 속도를 설정하고, 이상 진동 발생 시 알람을 제공하는 진동 및 충격 감지 센서와;
3개의 모듈에서 측정한 온도의 평균값 및 습도의 평균값을 각각, 실제 온도 및 습도로 인식하는 온습도 감지 센서와;
3개의 모듈에서 측정한 분진 측정값 중 최고값을 실제 분진값으로 인식하는 대기질 및 분진 감지 센서와;
권취되지 않고(unwind) 이송되는 원단에 자외선 광원(UV)을 조사하여, 형광물질 유무를 판별하는 형광물질 감지 센서를 포함하고,
통신 프로토콜에 센서모듈의 고유번호나 식별자를 삽입하여 데이터를 전송하며,
상기 제2서버가 수집하는 상기 공정별 데이터는,
국가 및 지역 정보와, 설비 정보와, 생산 라인 정보와, 설비 상태와, 생산 데이터와, 제품 기준 정보와, 온도 및 습도와, 원단 종류 및 장력과, 공정별 택타임을 포함하는,
티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 생산라인의 각 공정별 시퀀스제어를 수행하는 것으로서, 발생하는 I/O 신호를 병렬로 받아 각 접점번호를 넘버링하고 모드버스(modbus) 통신 프로토콜 포맷으로 변환하며, 광절연체를 사용하는 Opto-isolator 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 컨트롤러는 하우징 외부가 공기와의 접촉면적을 넓혀 열 수송량을 높일 수 있는 핀타입 구조를 가지며, 접점부위와 커넥터 및 케이블 부위를 실링 처리하여 방진 구조가 적용되는 것을 특징으로 하는 티슈페이퍼 제조를 위한 스마트공장 구축 시스템. - 삭제
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| GRNT | Written decision to grant |