고속 원심분리기의 고조파 및 에너지 소비 감소

고속 원심분리기의 고조파 및 에너지 소비 감소

과제

  • 고속 원심분리기를 위한 회생 인버터 솔루션
  • 10,000 RPM까지 소프트 기동 및 제동 시작부터 정지까지 제어
  • 원심력이 지구 중력의 55,000배에 달하는 점을 고려해 안전 기능 통합
  • 고객 맞춤화된 시스템과 컴포넌트 간 제어 기술의 상호작용

솔루션

  • PowerFlex® 755TR AC Drive – 회생 및 고조파 완화 기능을 갖춘 Allen-Bradley PowerFlex® 755TR 인버터
  • 인베그(Invag AG) – 경험이 풍부한 시스템 통합업체 인베그와 로크웰 오토메이션의 시운전 및 기술 지원 포함

결과

  • 최적화된 공정 및 인버터 제어 시스템을 통해 일관성 있는 제품 품질 확보
  • 공급망으로 에너지 회수
  • 생산 기간 중 에너지 소비 20% 절감
  • 시스템 전류에 미치는 고조파 영향을 획기적으로 감소시켜 연구소 장비의 안정적인 운영 가능

전체 인버터 솔루션의 현대화로 전원 공급 장치 영향 제거

이스카도르(Iscador AG)는 인베그(Invag AG)에 고속 원심분리기를 위한 인버터 솔루션을 개발해줄 것을 의뢰했습니다. 이 원심분리기는 전 세계에 딱 두 대만 있습니다. 하나는 실험 연구 시설의 일부로, 다른 하나는 제약품 제조에 사용되고 있습니다. 이번 프로젝트에서는 겨우살이 추출물로 만드는 인지의학 약품 ISCADOR®의 생산을 위해, 수냉 모터에서 베어링까지 전체 부품을 특별히 설계할 필요가 있었습니다.

이스카도르(Iscador AG)는 통합 암 치료를 위한 대체 의학품을 공급하는 제약회사입니다. 그렇기 때문에 총체적 치료의 개념에서 겨우살이의 치유 효과에 중점을 줍니다. 이스카도르의 제조 책임자이자 경영 이사인 게하르드 쉘러(Gerhard Schaller) 박사는 “약품을 생산하는데 겨우살이의 잎사귀, 줄기, 열매가 사용된다”며 “상록수는 계절에 따라 활성 물질이 변화하기 때문에 추운 계절에 한번, 더운 계절에 한번 추수를 한다. 겨울철에는 렉틴의 농도가 가장 높고 여름철에는 비스코톡신의 양이 늘어난다. 우리는 두가지 성분의 특수 혼합에 중점을 둔다”고 말합니다.

도전과제

이스카도르에서는 인지학의 창시자 루돌프 슈타이너(Rudolf Steiner)의 시대까지 거슬러 올라갈 법한 공정에 기반해 겨우살이의 두 가지 추출물이 혼합되고 있었습니다. 겨울에 수집된 겨우살이의 추출물을 회전하는 디스크의 중앙에 지속적으로 투입됩니다. 디스크에는 가장자리에 입술처럼 돌출된 부분이 있어, 원심력으로 인해 만들어진 얇은 막이 바깥쪽으로 밀려갑니다. 한편, 여름에 수집된 겨우살이 추출물은 1미터 높이의 정해진 위치에서 한방울씩 추가되었습니다. 두 가지 추출물은 디스크의 가장자리에서 완전히 혼합이 됩니다.

“1미터 직경의 티타늄 디스크는 생산 공정이 지속되는 동안 10,000 RPM의 속도로 회전한다”고 이스카도르의 중앙 서비스 책임자 크리스찬 알비세르(Christian Albisser)는 설명합니다. 그는 “이 때문에 림 속도가1,885kph가 되어 중력보다 55,000배 큰 원심력이 생겨난다”고 말합니다. 이러한 에너지는 제어 기술로 조절될 필요가 있습니다.

과거에는 최적의 제어를 달성할 수 없었습니다. 높은 RPM 범위에 진입하는 즉시 전원 공급 장치에서 원치 않는 피드백 효과가 발생했습니다. 심지어, 네트워크의 안정성을 유지하기 위해 일부 장치를 중단해야 하는 경우도 있었습니다. 연구소의 경우 장비 운영 시간을 줄여야 했기 때문에 이는 결코 작은 문제가 아니었습니다.

인지학의 창시자 루돌프 슈타이너(Rudolf Steiner)의 시대까지 거슬러 올라갈 수 있는 공정에 기반해 겨우살이의 두 가지 추출물이 혼합되고 있었습니다.

“시설이 지속적으로 가동할 수 없었다. 하계 및 동계 하루살이 추출물은 1년에 두 차례 치료 추출물로 가공되었다”고 쉘러 박사는 말합니다. 이스카도르가 한계가 있는 기존의 솔루션을 유지해야만 하는 이유도 그 때문이었습니다. 2017년 예정된 기존 장비의 현대화 계획은 회전 디스크의 새로운 추진력이 네트워크에 영향을 주어서는 안되고 환경 보호를 위해 에너지 회생이 가능할 것을 요구하고 있습니다.

추가적인 도전과제도 해결되어야 했습니다. 시설 전체가 맞춤형 제품으로 구성되어 있었으며, 일부의 경우 적절한 데이터가 없어 수정이 불가능했습니다. 이뿐만 아니라, 여러 가지 시도를 해볼 수 있는 시간이 별로 없었습니다.

솔루션

로크웰 오토메이션과 작업에 대한 협의를 한 후, 이스카도르는 Allen-Bradley® PowerFlex® 755TR 인버터가 제공하는 성과를 알아보기로 했습니다.

인베그의 수석 관리자는 “이번 경우는 맞춤 설계된 모터를 사용하는 보기 드문 애플리케이션이었고 어떠한 상황에서도 손상이 되면 안되었다”며 “엄청난 원심력 때문에 적절한 안전 예방책도 필요했다. 7개의 하위 공정은 함께 또는 독립적으로 기능을 수행할 수 있어야 했다. 원심분리기는 소프트 기동이 가능하고 제동이 제어되어야 했으며 직원 개입 없이 제동 에너지를 회수할 수 있어야 했다”고 말합니다.

이스카도르에서 사용된 인버터는 200 kW IP21 모델로 겨우살이 약품 생산을 위한 중앙 모터의 기능을 수행합니다. 모터 제어 시스템은 엔진에 장착된 오일 윤활 시스템은 물론 냉각 장치, 압축 공기, 진공 및 헬륨 공급기와 보조를 맞춰야 했습니다. 인버터는 디스크 영역에 채워지는 헬륨의 양에 따라 회전 속도를 조정해야 했습니다. “이스카도르에서는 6분안에 10,000 rpm까지 회전속도를 내야 했다. 그리고 티타늄 디스크가 3시간 동안 같은 속도로 회전을 해야 했기 때문에 발생하는 열과 진동을 정해진 좁은 범위 내에서 유지해야 했다”고 로크웰 오토메이션의 커머셜 엔지니어 마틴 뉴엔쉬웬더(Martin Neuenschwander)는 설명합니다.

결과

장비를 배송하고 설치해서 전원만 켜면 된다는 것은 이스카도를 위한 옵션이 아니었습니다. 인베그와 로크웰 오토메이션의 엔지니어들은 고객과 함께 단계 별로 최적의 파라미터 설정에 조심스럽게 접근을 했습니다. 가장 중요한 문제는 모터의 특징과 인버터와의 상호작용을 이해하는 것이었습니다. 모든 것을 짧은 시간 내에 완료해야 했습니다. 다음 생산 시기가 곧 다가오고 있었기 때문입니다.

이스카도르를 위해 가시적인 혜택을 제공한 협력에 대해 알비세르는 “인베그와 로크웰 오토메이션은 어려운 상황을 해결하겠다는 의지와 낙관론을 보여주었다. 하나의 팀으로 함께 협력하여, 계속 앞으로 나갈 수 있었다”고 말합니다.

PowerFlex 755TR는 고조파를 완화해주어 공급망의 전압 왜곡을 극소화해주었습니다. 원심분리기의 속도가 올라가도 이제 더 이상 연구소는 작업에 지장을 받지 않습니다. 모든 다른 장비들도 생산 기간 동안 문제없이 가동될 수 있습니다. 에너지 소비도 줄었습니다.

쉘러 박사는 “피크 운영 중의 전기 소비가 22% 감소되었다. 이제 빌딩의 나머지 부분에 영향을 주지 않고 더 효율적으로 제조할 수 있게 되었다”며 부서의 현대화 프로젝트에 만족감을 표시했습니다. 이스카도르의 제조 책임자는 “인베그와 로크웰 오토메이션은 매사에 즉각적으로 대응을 해주었다. 기술적 공정을 이해하려고 했을 뿐만 아니라 암의 인지학적 치료 개념에 대해서도 관심을 보였다”고 덧붙였습니다.

위에 언급된 결과는 이스카도르가 인베그와 로크웰 오토메이션의 특정 제품과 서비스를 기타 제품과 병용했을 경우를 나타냅니다. 다른 고객의 환경에서 얻어진 결과와는 다를 수 있습니다.

Allen-Bradley, PowerFlex and Rockwell Automation은 로크웰 오토메이션의 등록상표입니다. 로크웰 오토메이션의 소유가 아닌 상표는 각 해당 기업의 재산입니다.

고객 성공사례

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