EtherCAT 및 PC 기반 제어 기술을 활용한 식품 서비스의 디지털화, Beckhoff :: Today

EtherCAT 및 PC 기반 제어 기술을 활용한 식품 서비스의 디지털화, Beckhoff 최고 수준의 정확도로 시간 당 350인분의 식사 준비가 가능해진 Automated Makeline 최교식 기자 2022-09-08 17:51:12

Makeline은 산업 현장에서 검증을 거친 모듈형의 솔루션을 제공하여 음식점 및 식품 서비스 업체에서 주방의 운영을 자동화할 수 있게 지원한다. © Hyphen

Hyphen의 Makeline 시스템은 전통적인 음식 조리와 산업용 식품 조리 공정 사이의 간극을 해소시킨다. 콤팩트한 설비를 통해 배달 음식 전문 음식점뿐만 아니라 일반 음식점에서도 온라인 주문에 빠르게 대응할 수 있다. 고객 맞춤형 신호 배전반에 콤팩트한 설치가 가능한 EtherCAT 플러그인 모듈, EJ 시리즈를 통해 다양한 첨단 기술의 기능 안전을 보장한다. Beckhoff의 개방형 제어 기술을 통해 클라우드와 PLC간의 원활한 통신이 이루어질 수 있도록 해준다.

캘리포니아 San Jose 지역에 본사를 두고 있는 Hyphen의 공동 창업자 겸 CTO인 Daniel Fukuba는 다음과 같이 설명한다. “Hyphen의 목표는 자동화 기술을 활용하여 식품 서비스를 운영하는 것입니다. 현대의 음식점 환경에서 자동화 기술을 식품 서비스 사업에 적용하기 위해 지난 2018년 7월 창업한 이래, 코로나 팬데믹 기간을 거치며 새로운 Makeline 시스템을 설계하는 데 성공했습니다. 이를 통해, 프랜차이즈, 식품 서비스 업체, 고스트 키친 등 다양한 식당 운영 사업체를 대상으로 사업 모델을 현대화하고 온라인 중심의 주문 접수 시스템에 적응할 수 있었습니다. 오늘날 지속적으로 변화하고 있는 환경에서 회복 탄력성을 더욱 개선할 수 있게 해주는 인프라를 제공할 것입니다.”

Makeline은 샐러드나 요리를 만들고, 다양한 온도에서 수백 가지의 재료를 취급할 수 있다. 이러한 시스템이 Hyphen의 클라우드 서비스에 연결되어, MQTT를 통해 온라인 주문을 전달한다. 주문이 들어오면 Makeline 시스템이 Hyphen에서 자체적으로 개발한 디스펜서를 작동시켜 그릇에 음식을 담고, 이를 인클로저 내에 연결된 모듈을 통해 운반한다. 또한 이러한 설비를 통해 식품 안전을 제어하고, 데이터 관리를 용이하게 함으로써 주문 피크시간 및 고객의 특징 등을 관리 가능하다. 그러나 외관상으로는 일반 주방과 차이가 없다. 대면하여 주문하는 고객들에게는 직원이 조리하고, 음식을 서빙하기도 한다.

고객 맞춤형 설계의 신호 배전반에 설치된 EJ 시리즈 EtherCAT과 TwinSAFE를 통해, Hyphen은 Makeline 식품 조리 시스템의 기능 안전을 구현함은 물론, 배선 오류를 줄여주는 공간 절약형 폼 팩터를 활용할 수 있게 되었다. © Beckhoff, Foreword

청결한 제어 아키텍쳐를 통해 음식에 대한 고객 만족도 향상

Hyphen은 Makeline 구축 시, 기존 시설에 그대로 미래 기술을 구현할 수 있도록 노력했다. 이는 새로운 시스템을 설계하여 기존 음식점 주방과 산업용 조리 시설 간의 간극을 해소하는 것을 의미한다. 그 이유 중의 하나는 기술적 관점에서 필요한 기능과 일반 주방 면적에 맞는 작고 유연한 폼팩터 간의 균형을 맞추는 것이 매우 어렵기 때문이다.

Makeline의 경우 70개 이상의 액추에이터, 클라우드 연결 제어 장치, I/O 등을 기본적으로 일반 음식점 용도의 주방 설비 내에 모두 갖추어야 한다. 설치 면적의 최소화 이외에도 위생 기준을 충족해야만 하며 프로세스 제어, 시간, 온도 유지 정보, 식품 저장 환경에 대한 점검 및 로그 보존 기능도 필요했다. 또한 이 설비는 최소 500 종 이상의 식재료를 처리할 수 있어야 한다. 따라서 메뉴에 따른 식재료 취급 문제의 어려움을 해소하기 위해, 명확한 개요 정보를 제공하고 공정 제어에 필요한 기계를 최소화하기 위해 노력해왔다.

2020년 초부터 Hyphen은 Beckhoff의 EtherCAT 및 PC 기반 제어 기술을 검토하기 시작했다. Hyphen의 제어 담당 엔지니어, Bradley Hwang은 다음과 같이 말한다. “Makeline에는 개방적이면서 상호 연결이 용이한 시스템이 필요했습니다. Beckhoff는 PLC 런타임에서 클라우드에 이르기까지 통신 인터페이스를 매끄럽게 연결해줍니다. 따라서 Hyphen의 소프트웨어 팀이 외부 서비스 간의 연결을 담당하는 새로운 레이어를 개발할 수 있었습니다.”

EtherCAT, 식품 서비스 업계의 자동화를 선도하다

각각의 Makeline 모듈은 플러그인 방식의 EJ 시리즈, EtherCAT TwinSafe I/O를 갖추어 기능 안전을 확보하고 있다. 이는 맞춤형의 PCB 보드, 즉 신호 배전반에 탑재된다. 플러그인 방식의 EJ 모듈을 통해 기존의 유선 연결 I/O 터미널 대비 크기를 약 50% 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 잠재적으로 발생할 수 있는 배선 오류 가능성도 낮출 수 있다.

Bradley Hwang은 다음과 같이 설명한다. “대부분의 경우, 이러한 I/O를 갖춘 산업용 전기 캐비닛은 크기가 상당히 큽니다. 이는 감당할 수 없는 크기입니다. EJ 시리즈 TwinSAFE 모듈을 통해 통신 연결, 전원 장치 연결 등을 공간 절약형 회로 기판에 탈착식(connectorize)으로 구현할 수 있었으며, 이를 통해 조립 과정 역시 좀 더 쉽고 안정적으로 진행할 수 있게 되었습니다. 뿐만 아니라, Hyphen은 ETG(EtherCAT Technology Group)에 가입되어있는 멤버로서 EtherCAT 기술의 개방성을 활용해 자체적인 2차 노드 생성에도 성공할 수 있었습니다. 따라서 시판되고 있는 방대한 종류의 EtherCAT 디바이스 중에서 필요한 것을 선택할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 Makeline에 알맞은 디바이스를 직접 제작할 수도 있습니다.”

Makeline은 필요한 재료를 레시피에 따라 자동으로 정확하게 조리하여 샐러드에서부터 유행하는 식품에 이르기까지 다양한 식품에 대해 고객의 맞춤형 주문을 수행할 수 있다. © Beckhoff, Foreword

제어 소프트웨어 및 하드웨어를 통한 성능 향상

TwinCAT 3 자동화 소프트웨어는 IEC 61131-3의 객체 기반 확장형에서부터 Visual Studio 내 컴퓨터 공학 표준의 일반 및 맞춤형 펑션 블록 등 다양한 프로그래밍 방식을 지원한다. 이를 통해 Hyphen은 자체 제어 기능과 앱 개발 기술 간의 간극을 손쉽게 해소할 수 있었다.

Makeline의 모든 기능은 초소형 산업용 PC, C6030을 기반으로 하고 있다. TwinCAT은 코어 분리(core-isolation) 기능을 제공하여, 쿼드 코어 CPU 상의 PLC 또는 IoT 등 개별 프로세스를 하나의 특정한 IPC 코어에 지정함으로써 최적의 시스템 성능을 활용할 수 있게 해준다. 따라서 C6030은 기계 컨트롤러뿐만 아니라 IoT 게이트웨이에도 이상적으로 사용할 수 있다.

C6030은 고객 맞춤형 멀티 터치 컨트롤 패널 CP3924(IP65 등급)을 탑재한 베이스 셀(base cell) 내에 설치되며, 맞춤형 브랜드 옵션도 가능하다. Daniel Fukuba의 설명에 따르면, 24인치 폴 장착형 유닛으로 프리미엄 사용자 인터페이스가 가능하다. “Hyphen은 HMI 스크린을 오늘날의 웹 앱과 같이 개발하고 있습니다. 따라서 멀티 터치 기능 및 디스플레이 해상도가 향상되어, UI의 반응성을 필요 수준까지 향상시킬 수 있었습니다. 이러한 사용자 친화성은 음식점 직원 중 누구나 Makeline을 쉽게 조작할 수 있다는 것을 의미합니다. 시스템 조작을 위해 직원들을 훈련시킬 필요가 없습니다.”

C6030 초소형 IPC는 기계의 컨트롤러뿐만 아니라 Makeline의 IoT 게이트웨이의 역할도 수행한다. © Beckhoff, Foreword

서비스 중단의 위험을 최소화해주는 레시피

Hyphen은 2020년 중반부터 Makeline 개발을 시작하여, 2021년 말 고객에게 최초 설비를 납품하는 것을 목표로 했다. Makeline 설비는 99%의 주문 정확도로 시간 당 350인분의 식사를 조리할 수 있으며, 음식량 배분 정확도에 있어서도 업계의 평균인 +/-15%보다 훨씬 정밀한 +/-2% 수준을 자랑한다. Daniel Fukuba는 다음과 같이 설명한다. “주문에 들어갈 음식 재료를 잘못 사용하는 경우, 고객이 짜증을 내는 정도로 그치면 그나마 다행입니다. 교차 오염 또는 식품 알레르기 위험 때문에 자칫하면 사람의 목숨이 위험할 수도 있기 때문입니다. 따라서 이 부분이 가장 중대한 이점이라고 할 수 있습니다”

Beckhoff의 하드웨어, IoT, 네트워킹 기술로 Hyphen은 설치 면적 상의 요구사항을 충족시키는 한편 원하는 기술력도 갖출 수 있었다. Daniel Fukuba는 다음과 같이 말한다. “Makeline은 업계를 뒤흔들 뛰어난 잠재력을 갖추고 있다고 생각합니다. Makeline을 사용하면 음식점 직원의 현재 업무 수행 능력을 17배나 향상시킬 수 있으며, 이들이 수요에 대응하는 방식을 근본적으로 변화시켜 더 높은 매출을 올릴 수 있도록 직원의 능력을 키울 수 있습니다. 음식의 디지털화로 전체 산업계의 간극을 해소하고, 향후의 어떠한 변화에도 대응할 수 있게 될 것입니다.”

San Jose Hyphen 연구소, CP3924 컨트롤 패널 옆에서 촬영함: 제어 엔지니어 Bradley Hwang (좌측) 및 공동 창업자/CTO Daniel Fukuba

완전한 패키지로서의 EJ 개념

Marcel Ellwart, Key Account Project Management I/O, Beckhoff Automation. © Beckhoff

Marcel Ellwart: “Beckhoff는 조립형 I/O 회로 기판 개발 분야에서 40년에 걸쳐 쌓아온 전문성을 기반으로 EtherCAT 플러그인 모듈 외에도 EJ 컨셉을 위한 종합적인 패키지를 제공합니다. EtherCAT 플러그인 모듈의 플랫폼 역할을 하는 신호 배전반은 Beckhoff가 추구하는 각 기계 어플리케이션에 따라 고객 맞춤형으로 구현됩니다. 기존의 개발 서비스 사업자 및 제조사들과 비교해봐도, 보드 개발 및 생산을 모두 처리하는 역량은 Beckhoff만의 독보적이고 차별화되는 점입니다. 이는 특히 중대형 프로젝트에서 진가를 발휘합니다. Beckhoff가 가지는 또 다른 이점은 100% 기능 테스트가 가능하다는 점입니다. 이러한 테스트는 플러그인 모듈 외에도 신호 배전반, 모듈 설치가 완료된 보드 모두 실시할 수 있습니다. 이를 통해, 완전한 테스트를 거친 표준형 부품을 비축하고, 필요 시 이를 다시 창고에서 꺼내 사용할 수 있으며 고객 맞춤형 패키징도 제공됩니다. 이를 통해 부품의 장기적인 가용성을 보장하는 한편, Beckhoff 브랜드의 특징이라고 할 수 있는 우수한 품질 기준을 한층 더욱 강화할 수 있습니다.”