배터리 공정 자동화 해결사, 로크웰 “설계부터 고도화까지 엔드투엔드 지원”

‘커넥티드 엔터프라이즈’ 구현 본격화

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 “배터리 제조는 현재 글로벌 생산거점들의 수율 개선 및 제조 고도화 문제 해결뿐 아니라, IRA·EU Greendeal과 같은 글로벌 규제도 맞물려 다각적인 접근이 필요한 상황입니다.”

사진=픽사베이

 

세계 최대 산업자동화 및 디지털 트랜스포메이션 전문기업 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation) Global EV and Battery 인더스트리 컨설턴트 김성철 차장은 배터리 공정 자동화 구축 이슈와 관련해 이같이 말했다. 배터리 업계는 현재 수율(전체 생산량 가운데 합격품 비율) 잡기 등 제조 공정 스마트화에 공을 들이고 있다. 전기차를 중심으로 배터리 사용처가 기하급수적으로 늘고, 본격적인 생산 경쟁이 펼쳐지면서 공격적으로 공정 자동화에 투자가 이뤄지고 있다.

 

산업자동화 전문기업들과의 활발한 협업도 이뤄지고 있는 가운데, 로크웰 오토메이션은 그 중심에 있다. 최근에는 포스코그룹의 폐배터리 리사이클링 사업을 담당하는 포스코HY클린메탈과 배터리 리사이클링 공장의 분산제어시스템(DCS) 구축을 완료하기도 했다. 국내 최초로 로크웰 오토메이션의 PlantPAx 5.0 분산제어시스템을 이용한 관련 공정 자동화 사례다.

 

김성철 차장은 “배터리 리사이클링 공정도 해체 공정, 물리적 전처리, 습식 공정 등으로 나뉘고 세부 공정이 복잡하게 섞여 있다”고 말했다. 그만큼 자동화 난이도가 높다는 뜻이다. 로크웰 오토메이션은 PlantPAx 5.0 분산제어시스템과 설비들을 통합해 △설치 면적의 감소 △프로젝트의 일관성 지원 △간소화된 작업 흐름 △확장성 있는 분석 패키지를 통해 배터리 원료 생산의 라이프사이클 비용을 절감하고 운영 리스크를 줄일 수 있는 생산 환경과 시스템을 구축했다. 김 차장은 “분산제어시스템을 이용한 공정 자동화 영역은 글로벌 차원에서도 많은 주목을 받고 있다”고 밝혔다.

 

로크웰 오토메이션의 분산제어시스템은 표준화된 하드웨어, 아키텍쳐 및 라이브러리를 제공한다. 글로벌 여러 사이트에 신규 공장을 확장시에 스펙과 라이브러리의 표준화가 용이하다는 뜻이다. 김 차장은 “현재 배터리 셀 소재 제조사, 리사이클링 제조사의 메인 제조공정, 배터리 셀, 모듈 앤 팩 제조사의 시설 관리 시스템쪽으로 주로 적용하고 있으며, 신뢰도가 높은 시스템 위주로 구축되고 있다”고 전했다.

 

디지털 엔지니어링부터 독립형 카트 기술까지… 엔드투엔드 솔루션 지원

 

배터리 생산공정은 크게 전극공정, 조립공정, 활성화공정, 모듈 및 팩 조립 공정 등 다단계 공정으로 이뤄져 있고, 공정마다 세부공정이 별도로 있어 자동화·스마트화에 어려움을 겪고 있다. 또 원통형·파우치형·각형 등 형태에 따라 공정 순서 및 방법이 달라지는 점도 힘든 점 가운데 하나다. 결국 생산 공정을 자동화·고도화하기 위해서는 다방면에서의 노하우 등 기술이 필요하다. 로크웰 오토메이션에 배터리 업계의 러브콜이 이어지고 있는 이유다. 김성철 차장은 “로크웰 오토메이션은 산업 자동화 및 정보 분야에 전념하는 세계 최대 규모의 회사”라면서, “현재 자동차·전자·정유·화학·의약품 등 디스크리트(Discrete), 프로세스(Pro-cess), 그리고 하이브리드(Hybrid) 전 산업군에 솔루션을 제공하고 있다”고 밝혔다.

 

실제 로크웰 오토메이션은 OT, IT단 레벨 전체를 아우르는 토털 솔루션을 보유하고 있다. 김성철 차장은 배터리 제조공정에 적용되는 대표적인 솔루션을 소개했다. 먼저 배터리 업계가 공격적으로 글로벌 거점 생산 공장을 늘리고 있는 가운데, 로크웰은 디지털 툴로 공장 및 공정의 설계 단계에서부터 지원한다. ‘Emulate3D’ 소프트웨어는 한 플랫폼 상에서 디지털 엔지니어링(Digital Engineering) 및 에뮬레이션(Emulation), 시뮬레이션(Simulation)을 포괄적으로 지원한다. 가상환경에서 설계 시운전이 가능해 사전 검증 및 시간 단축이 가능하다는 뜻이다. 김성철 차장은 “타사 솔루션들과의 큰 차이점은 물리 엔진이 적용돼 있다는 점”이라며, “중력 가속도 등 값을 변경해 가면서 실제 환경하고 동일하게 구현해 사전 검증을 진행해 볼 수 있다”고 설명했다.

 

타사와 다르게 한 플랫폼 안에서 시뮬레이션과 에뮬레이션이 동시에 가능하다는 점도 큰 장점으로 부각된다. 김 차장은 “시뮬레이션, 에뮬레이션, 데모 동영상 제작 등 하나의 플랫폼 안에서 여러 가지를 활용할 수 있다”면서, “PLC 프로그램을 실행하는 장비를 확인하는 것 외에 가상환경에서 상세한 안전 점검이나 위험 예측을 수행할 수도 있다”고 강조했다. 실제 Emulate3D는 HMI 자체를 가상환경에 구현이 가능해 가상 HMI를 통한 제어까지도 가능하게 구현돼 있었다.

 

장비 및 설비 제조사들을 위한 솔루션도 있다. ‘Studio 5000 Application Code Manager(ACM)’는 Configuration만으로 신규 설비 개발을 쉽고 빠르게 시작할 수 있게 지원한다. 검증된 라이브러리를 활용해 안정적인 개발이 가능하며, 또한 일관된 라이브러리 관리로 표준화에 용이하다. 모션, 장력 제어, 프로세스, 배치, PID, 온도제어, OEE, 유공압 및 기타 디바이스 등 여러 라이브러리들을 지원한다. 김성철 차장은 “그간 로크웰이 다양한 산업군에서 입증하고 축적한 프로세스 제어 라이브러리가 제공된다”면서, “단순히 솔루션만이 아닌 로크웰 오토메이션 GOTC(글로벌 장비 제조업체 기술 컨설턴트)의 교육 등 전문적인 지원 프로그램도 갖추고 있다”고 설명했다.

 

PlantPAx 5.0 분산제어시스템과 더불어 배터리업계에서 주목도가 높은 솔루션은 MES(Manufacturing Execution System. 생산관리시스템) 시스템 ‘FactoryTalk ProductionCentre’이다. 2027년부터 의무 도입되는 디지털 배터리 패스포트에 대응한 추적성 관리 기능이 강점이다. 김성철 차장은 “FactoryTalk ProductionCentre는 로크웰이 30년 이상 운영하며 노하우를 녹여내 만든 MES 플랫폼”이라며, “배터리 시장에 특화된 전문 템플릿을 제공하며 즉시 사용이 가능하다”고 설명했다.

 

이어 김 차장은 “최근 배터리 모듈 & 팩 제조 외 셀 제조까지 지원하는 템플릿으로 확장했다”면서, “배터리 제조 산업의 공급망 전반의 품질을 개선, 비용절감 및 시장 출시시간을 단축하는데 도움을 줄 수 있다”고 밝혔다. 이외에도 로크웰 오토메이션은 클라우드 기반 MES 솔루션 ‘PLEX’도 공급하고 있다.

 

로크웰 오토메이션은 120년 이상의 산업자동화에 대한 경험을 바탕으로 공정제어, 기계제어 설비, 파워컨트롤 등 전 영역에 걸쳐 완벽한 하드웨어 포트폴리오도 가지고 있으며, 특히 배터리 분야에서는 독립형 카트 기술(Independent Cart Technology, ICT)의 수요도 늘고 있다고 전했다.

 

독립형 카트 기술은 인텔리전트 컨베이어 시스템으로 전통 컨베이어 방식 대비 기계 부품을 단순화하면서도 속도와 유연성을 향상 시켰다. 제어 라이브러리들도 개발돼 있어 설계, 유지, 보수가 용이하다. 또 Emulate3D와의 통합 라이브러리 제공으로 사전 설계 물동량 검증 등이 가능하다. 김성철 차장은 “100kg에서 최대 4.5톤까지 가반 하중이 크기 때문에 배터리셀부터 모듈, 팩, 배터리시스템(Skateboard Platform)까지 다양한 무게의 배터리 제품들의 핸들링이 용이하다”면서, “경쟁사 대비 높은 가반중량을 지원하면서도 비슷한 속도를 구현해 현재 많은 공장에 구축되고 있다”고 밝혔다.

 

소재부터 리사이클까지 배터리 밸류체인 전 영역 아울러

 

로크웰 오토메이션은 OT, IT단을 아우르는 엔드 투 엔드 솔루션을 기반으로 전기차 및 배터리 가치사슬상 전체 벨류체인에 솔루션을 제공하고 있다. 광산이나 Brine에서 원소재를 채취, 추출하는 영역부터 시작해 전구체, 양극재, 음극재, 집전체, 전해액, 분리막 및 셀 컨테이너(캔/캡, 파우치 필름) 등의 배터리 셀 컴포넌트 제조, 배터리 셀 제조, 모듈 앤 팩 제조 및, ESS, 전기자동차 제조 및 배터리 리사이클링까지 전 영역을 아우른다. 이에 배터리 공정 전 영역에서 구축 사례가 빠른 속도로 늘고 있다. 특히 디지털 전환 흐름과 맞물려 IT 레벨의 구축 사례가 눈에 띄었다.

 

중국의 배터리 기업 SVOLT 사는 AI 전략, 디지털 트랜스포메이션 로드맵 구축을 위해 로크웰의 컨설팅을 진행했다. 김성철 차장은 “SVOLT사의 디지털 컨설팅 프로젝트로 전체적으로 5% 품질향상, 20% 생산량 증가, 20% 제조 비용 절감을 이뤘다”고 전했다.

 

배터리 업계가 본격적인 생산 경쟁에 돌입한 만큼 MES를 도입한 사례도 많았다. 특히 디지털 배터리 패스포트를 대비 추적성 강화에 중점을 둔 모양새다. 김 차장은 “한 고객사는 부분적으로 자재 투입이 수동으로 처리돼 추적성에 어려움을 겪고 있었으며 짧은 시간안에 IVIES 도입을 필요로 했으며 WMS((Warehouse Management System)과의 부분 추적 통합을 필요로 했다”면서, “Configuration을 통해 짧은 시간안에 도입이 가능한 클라우드 기반 SaaS 생산 플랫폼 MES PLEX를 도입해, 짧은 시간 안에 가시성 기반 추적 기능 및 실시간 데이터 수집을 구현했다”고 전했다.

 

‘커넥티드 엔터프라이즈’ 구현 본격화

 

광범위한 로크웰 오토메이션의 솔루션은 그만큼 소개만으로도 많은 인터뷰 시간이 할애됐다. 솔루션들은 결국 ‘커넥티드 엔터프라이즈’(Connected Enterprise)로 정리됐다. 로크웰 오토메이션의 ‘커넥티드 엔터프라이즈’는 공장 레벨과 엔터프라이즈 네트워크를 통합, 인력 프로세스 및 기술을 안전하게 연결한다. 전통적으로 강점을 보여왔던 OT단의 하드웨어 분야와 AR, VR, 클라우드 등을 기반으로 하는 IT단의 결합을 뜻한다.

 

김성철 차장은 “다양한 산업군들과 오랜 스마트 제조 지원 경험을 바탕으로 OT 레벨부터 IT레벨까지 그리고 전기차 및 배터리 제조의 전체 밸류체인을 아우르는 엔드 투 엔드 솔루션을 제공할 수 있는 회사는 많지 않다”면서, “로크웰 오토메이션은 많은 경험을 바탕으로 글로벌 지원 조직을 갖춘 회사다. 신뢰가능한 글로벌 지원 솔루션을 찾는다면, 로크웰 오토메이션과 함께 배터리 제조의 시스템 향상을 이룰 수 있을 것”이라고 강조했다.

 

최종윤 기자 editor@infothe.com

 

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