저전압 전기 설비의 자동화 설계

전통적으로 저전압 전기 시스템 설계는 수주에 걸친 엔지니어링 도면 작성, 회로 점검, 그리고 스프레드시트로 작성된 꼼꼼한 목록에서 하드웨어 주문으로 이루어진 고되고 시간이 많이 소요되는 과정이었습니다. 저전압 시스템 설계를 위한 자동화 도구의 출현은 상황을 크게 변화시켰습니다. 자동화 소프트웨어는 이제 도면 자동 생성, 장비 선택, 케이블 계산, 전기 패널 배치 작성 등을 가능하게 하여 약 30-70%의 시간 절감을 제공합니다. 이러한 기술의 출현은 신입 엔지니어, 패널 제작자 및 제조업체를 위한 엔지니어링 발전에 큰 진전을 의미합니다.

이 텍스트는 자동화된 저전압 설계 기술에 대한 보다 완전한 정보를 제공하고자 합니다.

요약하자면: 저전압 전기 설계의 자동화는 전기 CAD/CAE 플랫폼(EPLAN Electric P8, AutoCAD Electrical, SEE Electrical 등)과 장치 라이브러리 및 사양 데이터를 함께 사용하여 전기 설계 생성 과정을 자동화하는 것입니다.

자동화된 저전압 전기 설계란 무엇인가?

저전압 전기 시스템의 자동화 설계는 전기 CAD 또는 CAE 소프트웨어를 사용하여 전기 설계를 자동으로 설계, 검증 및 구현하는 것을 의미하며, 수동으로 차트와 연결을 만드는 대신에 수행됩니다. 저전압 시스템이라 함은 IEC 정의에 따라 최대 1,000V AC(또는 1,500V DC) 전기 설비를 의미하며, 이는 전기 배전반, 모터 제어 센터(MCC), 기계 제어, 스위치기어 등을 포함합니다.

자동화할 수 있는 측면:

• 도면 작성 — 기호 삽입 및 연결, 와이어 번호 매기기 등이 자동으로 수행됩니다.
• 설계 규칙 검증 — 소프트웨어가 장치 연결 가능성과 표준 준수 여부를 검사합니다.
• 장치 선택 및 크기 결정 — 제조업체 데이터베이스에서 규칙 기반 크기 산정을 통해 장치를 선택할 수 있습니다(예: 보호 조정 계산).
• 패널 또는 박스 내 장치 배치 — 2D 또는 3D 패널에서 거리 및 열 특성을 고려하여 장치 배치를 설정합니다.
• 문서 작성 — 단자 도면, 회로 설명, 케이블 경로, 자재 목록 등의 과정이 자동으로 수행됩니다.

이러한 설계 접근법의 결과로 엔지니어링 인력은 전체적으로 의사결정을 수행하고, 소프트웨어가 이전에 가장 많은 오류가 발생했던 계산 기능을 수행합니다.

중요성: 수동 설계 문제

수동 저전압 설계에는 자동화가 직접 해결하는 세 가지 만성 문제가 있습니다:

패널 또는 장비를 제조하는 회사에서 발생하는 실수 비용은 두 배로 비쌉니다 — 한 번은 설계 재공학으로, 또 한 번은 현장 장비 고장으로 인한 비용으로 — 자동화된 설계가 자동화된 제조 품질과 통합되어야 할 필요성을 강조합니다.

자동화된 설계 워크플로우, 단계별

일반적인 저전압 설계 자동화 프로젝트의 타임라인은 다음 단계로 구성됩니다.

• 프로젝트 초기화 단계에서는 표준 정의와 회사 템플릿 및 장비 라이브러리 선택이 포함됩니다.
• 전기화 단계에서는 입력 에너지, 배전 수준, 소비(부하: 모터, 조명 장치, 히터, 제어 장비)를 정의합니다.
• 장비 및 심볼 배치 단계는 회로 차단기, 제어 릴레이 및 자동화 구성 요소, 전자 장비를 데이터 라이브러리 정보에 따라 처리하는 작업으로 구성됩니다.
• 자동 배선 절차는 소프트웨어를 사용하여 장치를 자동으로 연결하는 것을 포함하며 — 각 배선은 매크로에 의해 수행되어 전체 프로세스를 한 번에 완료할 수 있습니다.
• 설계 규칙 검사는 설계 규칙 관점에서 연결을 검증하고, 개방 단자 점검 및 보호 장치의 일치 여부 확인을 위해 반드시 따라야 합니다.
• 도체 및 보호 장치는 규칙 기반 도구를 사용하여 크기를 결정하며 — 와이어 유형과 보호 장치 등급은 부하(IEC 60204-1 표준, NEC 차트 또는 제조업체 정보 기준)를 기반으로 추정됩니다.
• 패널 레이아웃 생성 과정에서는 2차원 또는 3차원 설치에 장치를 배치하며, 간격 및 열 부하를 고려합니다.
• 문서는 자동으로 생성되며 단자 계획, 케이블 표, 와이어 리스트, BOM 문서 및 라벨을 포함합니다.
• 제조된 장비는 사용된 표준에 따라 컴퓨터에서 성공적으로 내보내질 것으로 예상됩니다.

프로젝트 개발의 모든 단계에서 두 장치 중 하나에 이루어진 변경 사항을 모니터링할 수 있어, 다이어그램 및 문서 전체 시스템이 동시에 업데이트되어 문서 격차를 방지합니다.

주요 소프트웨어 플랫폼

이 분야는 소수의 확립된 전기 CAD/CAE 플랫폼이 지배합니다:

EPLAN은 현재 전기 공학의 표준이며, AutoCAD Electrical은 이미 Autodesk 소프트웨어를 사용하는 다양한 엔지니어링 회사에서 선호됩니다. 회사들이 선택하는 소프트웨어는 종종 자체 시스템과 수행하는 작업의 성격에 따라 달라집니다.

작업을 수행하는 핵심 기능

자동화의 힘은 다음 기능들에 기인합니다:

• 제조업체 부품 데이터(공급업체 카탈로그 등)와 심볼, 치수, 정격, 부품 번호에 대한 정보를 포함하는 실제 정보를 가진 장치 데이터베이스.
• 매크로는 기계 또는 전기 설계 프로세스에서 많은 시간을 절약할 수 있는 단일 단위로 삽입할 수 있는 사전 조립된 표준 회로입니다.
• 자동 와이어 번호 지정은 모든 연결에 번호 지정 체계에 따라 고유 번호를 부여합니다.
• 설계 규칙 검사(DRC)는 누락된 부품 및 연결되지 않은 핀에 대한 사용자 정의 검사를 삽입할 수 있게 합니다.
• 교차 참조 관리는 코일-접점 와이어를 포함하는 교차 참조 연결에서 실수를 방지합니다.
• RW 기반 관리는 회로도에서 직접 단자 정보를 자동으로 생성할 수 있게 합니다.
• 부품명과 부품 가격이 포함된 BOM 보고서를 통해 자재 명세서를 얻을 수 있습니다.
  RW는 생산 부서에서 인쇄할 수 있는 라벨과 와이어 번호를 생성할 수 있게 합니다.

자동화를 가능하게 하는 표준

LV 설계를 규제하는 표준의 사용 덕분에 자동화가 가능해졌습니다:

이 표준들은 전기 설계를 자유형 그래픽 표현에서 구조화된 데이터로 변환합니다.

장치 데이터: 자동화의 기초

자동 설계의 출력 품질은 전적으로 그 뒤에 있는 장치 데이터의 품질에 의해 결정됩니다. 그렇기 때문에 제조업체 생태계에 주의를 기울여야 합니다:

• EPLAN 데이터 포털이나 공급업체의 CAD 라이브러리와 같은 장치 데이터 포털은 부품(심볼, 정격, 치수, 부품 번호)에 대한 최신 검증된 데이터를 제공합니다.
• 소프트웨어에서 선택된 장치는 해당 제조업체의 사양에 기반하여 설계에 실제 전기 데이터를 가져옵니다(크기 및 BOM 측면에서).
• 제조업체의 장치 라이브러리가 없을 경우, 엔지니어는 맞춤 데이터를 구축합니다 — 그렇기 때문에 완전한 전기 데이터를 공개하는 부품 공급업체와 협력하는 것이 설계 통합을 원활하게 만듭니다(예: 차단기 제조업체의 자동화 관행).
• 데이터 유지 관리가 중요합니다: 오래된 장치 데이터는 설계 측정에서 오류를 초래하며, 이는 데이터 관련 오류로 인해 자동화가 실패하는 몇 안 되는 사례 중 하나입니다.

저전압 장비 설계: MCC에서 패널까지

자동 설계는 모든 저전압 장치를 포함합니다:

• IEC 61439 표준에 따른 배전함 및 배전반: 전기 네트워크 연결, 버스 바 시스템, 전기 에너지 사용자에 대한 전기 분배 및 보호 조정 – 모두 자동으로 수행됩니다.
• 모터 제어 센터: DOL, 스타-델타 스타터, 소프트 스타터 및 VSD와 같은 스타터 유닛을 포함하며, 모두 보호 장치의 자동 크기 조정이 적용된 표준 매크로로 구성됩니다.
• IEC 60204-1 표준에 따른 기계 제어 패널: 제어 회로, PLC I/O, 스위치, 액추에이터, 안전 회로 – 배선이 자동으로 수행됩니다.
• 대형 건축물의 전기 설비: 최종 배전, 전기 조명 및 소켓도 자동으로 처리됩니다.

설계에서 제조까지: 공장 인계

제조업체에게 자동 설계 사용의 이점은 정보가 직접 생산에 전달되기 때문에 극대화됩니다.

• 와이어 가공: 준비된 와이어 리스트가 와이어 절단, 스트리핑 및 크림핑에 사용되는 기계를 제어합니다.
• 라벨 인쇄: 와이어 번호는 라벨과 동일한 소스 데이터베이스에서 인쇄되므로 인쇄된 내용과 도면에 표시된 내용 간에 차이가 없습니다.
• 터미널 조립: 터미널 레일 배치 및 마킹 정보가 터미널 조립 작업대용으로 개발됩니다.
• 테스트: 테스트 자동화 덕분에 연결 정보가 설계에서 테스트 기계로 직접 전달되며, 결과는 메모가 아닌 설계에 기반하여 보고됩니다.
• 준공 정확도: 모델이 모든 생산의 기초가 되므로 출하되는 패널은 모델에 따라 제작되어 현장 불일치나 보증 문제가 없습니다.

측정된 이점: 시간, 오류, 비용

자동화된 저전압 설계의 산업 보고 결과(일반 범위):

이 계산에 관해서는 결과가 일반적으로 명확합니다: 연간 몇 개의 패널이라도 생산하는 회사는 소프트웨어 및 교육 비용을 몇 개의 프로젝트 내에 회수할 수 있으며, 오류 감소로 인해 계속해서 비용을 절감할 것입니다.

도전 과제 및 자동화가 해결하지 못하는 문제

엔지니어링 설계에 자동화를 도입할 때 고려해야 할 제한 사항은 다음과 같습니다:

• 엔지니어링 사이클 자동화에 대한 초기 투자는 상당할 수 있으며, 여기에는 소프트웨어 라이선스, 교육, 라이브러리 설정이 포함됩니다 (사용자가 새로운 도구에 익숙해지려면 몇 주 또는 몇 달이 필요합니다).
• 결과 품질은 데이터 품질에 의해 제한됩니다; 라이브러리가 오래되었거나 존재하지 않는 경우, 자동화를 사용하여 생성된 결과는 결함이 있을 수 있습니다.
• 자동화는 인간의 추론과 경험을 대체할 수 없습니다; 소프트웨어가 검사 및 문서 생성을 수행하지만, 의사 결정 과정은 엔지니어가 책임집니다.
• 모든 회사 템플릿, 워크플로우 및 프로세스는 자동화의 이점을 달성할 수 있도록 표준화되어야 합니다; 그렇지 않으면 부실한 도면 습관이 부실한 결과를 초래할 것입니다.
• 레거시 관리: 기존 수동 도면을 변환해야 한다는 점을 인지해야 합니다.

자동화된 저전압 설계 도입 방법

논리적인 구현 전략:

• 귀하의 생태계에 적합한 프로그램 선택 (산업/기계용 EPLAN; 컨설팅용 AutoCAD Electrical).
• 작업 프레임워크 구축: 비즈니스 템플릿, 표준(IEC 81346 명명법), 자주 사용하는 공급업체의 심볼 및 장치 라이브러리.
• 표준 회로용 매크로 개발 — 대부분의 시간 절감이 여기서 발생합니다.
• 한 가지 프로젝트 유형으로 파일럿 프로젝트 팀 교육; 전후 시간 및 오류 분석.
• 작업 표준 구현 — 템플릿과 체크리스트는 모든 프로젝트에 필수일 수 있습니다.
• 생산과 연계: 케이블 가공, 라벨 인쇄 및 공장 테스트.
• 데이터 관리: 라이브러리 책임자 지정 및 신제품 등장 시 개정.

자주 묻는 질문

자동화된 전기 설계에 사용되는 소프트웨어는 무엇인가요?

주요 플랫폼에는 EPLAN Electric P8(패널 및 기계 전기 설계의 산업 표준), AutoCAD Electrical(컨설턴트 및 소규모 기업에 인기), SEE Electrical(중급 제품), EPLAN Pro Panel 및 SolidWorks Electrical과 같은 3D 통합 도구가 포함됩니다. 이 플랫폼들은 구조화된 장치 데이터를 사용하여 와이어 번호 지정, 설계 규칙 검사, 장치 크기 조정, BOM 생성 및 문서화를 자동화합니다.

저전압 전기 설계를 규제하는 표준은 무엇인가요?

주요 표준은 IEC 60204-1(기계의 전기 장비), IEC 61439(저전압 스위치기어 조립체), IEC 81346(참조 명칭), IEC 61082(문서화), IEC 60617(그래픽 기호) 및 IEC 60947와 UL 489와 같은 장치 표준입니다. 이 표준들은 자동화 소프트웨어가 사용하고 검사하는 모든 데이터를 포함합니다.

자동화된 전기 설계는 얼마나 많은 시간을 절약합니까?

일반적인 보고서에 따르면, 설계 주기는 매크로 블록(예: 모터 스타터 및 제어 루프)에서 개발된 반복 가능한 산업 회로에서 최고 30%에서 70%까지 개선됩니다. 설계 규칙 검사가 설계 중에 오류를 잡기 때문에 연결 및 문서 오류는 50%에서 90%까지 감소합니다. 연간 여러 패널을 제작하는 업체의 경우, 투자 회수는 보통 첫 몇 프로젝트 내에 이루어집니다.

자동화된 설계가 전기 엔지니어를 대체합니까?

전혀 그렇지 않습니다; 자동화는 지루한 서류 작업과 도면 작성을 없애지만 엔지니어링을 없애지는 않습니다. 엔지니어는 여전히 아키텍처, 보호 개념, 안전 논리 및 장비를 결정하며, 소프트웨어는 배선, 검사, 계산 및 문서화를 자동화할 뿐입니다. 따라서 결과적으로 엔지니어는 설계 솔루션에 더 많은 시간을 할애하고 도면 작성에는 적은 시간을 쓰게 되어 공장은 더 정확한 결과를 얻습니다.

참고 자료

1. EPLAN — Electric P8 및 Pro Panel 전기 공학 플랫폼
2. Autodesk — AutoCAD Electrical
3. IEC 60204-1 — 기계의 전기 장비; IEC 61439 저전압 조립체; IEC 81346 명칭
4. NFPA 70 (NEC) — 저전압 설치 요구사항(미국 맥락)
5. UL — UL 489 및 UL 508A 산업 제어 패널 표준
6. IGN (SEE Electrical) — 전기 CAD/CAE 소프트웨어

결론

저전압 전기 설비의 자동 설계는 더 이상 선택 사항이 아니라 경쟁에서 필요한 요소입니다. 엔지니어들은 이제 고급 전기 설계 수단과 전기 컴퓨터 지원 설계 도구, 구조화된 장비 데이터, IEC 81346 및 IEC 61439와 같은 표준을 갖추고 있어 도면 자동 작성, 장비 선택, 설계 검사 및 제조 공정으로의 데이터 전달을 동시에 수행할 수 있습니다. 투자는 현실적이지만 결과도 마찬가지입니다: 자동 설계는 패널 및 기계 제작자뿐만 아니라 기타 생산자들을 위한 엔지니어링과 자동화 생산 간의 연결 고리입니다.