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산업 설비에 불어오는 무선 솔루션 바람

복잡한 배선작업 없이 필드 정보를 통신할 수 있는 무선 솔루션이 산업 설비 분야에서 점차 바람을 일으키고 있다. 특히 배선작업이 불편하고 배선으로 인한 설비의 운전에 불편을 겪는 분야에서 무선 솔루션의 진가가 발휘될 전망이다.

세계적인 경기 침체의 영향이 많은 산업분야에 치명타를 날리고 있다. 그속에서 살아남기 위한 경쟁은 더욱 치열해 지고 있다. 이러한 산업환경의 변화는 새로운 패러다임을 요구하고 있다. 이제 줄어드는 이익율과 경쟁을 인정한 속에서 설비 가동에 들어가는 효율성을 증가시키고, 설비 전체에 대한 소요 예산의 재정리가 필요한 시점이다.

이러한 경쟁 심화속에서의 생산성과 효율성을 증가시키기 위한 고민속에서 나온 해결책중 하나가 무선 솔루션이다. 플랜트의 효율성을 증가시키고, 코스트를 줄이기 위한 효과적인 솔루션으로 어떻게 최적의 무선 솔루션을 구축하느냐를 고민해 볼 만 하다. 여기에는 물론 무선 기술에 대한 전반적인 특성을 이해하고 자신이 운용하고 있는 라인과 설비의 어플리케이션 영역에 어떻게 최적의 시스템으로 만들어줄 것인가를 먼저 고려해야 한다.

경쟁사가 추진하고 있으며, 큰 성과를 보이고 있다고 무조건 따라하기식으로의 접근은 곤란하다. 우리가 직면한 시장에서의 산업 솔루션 관련 이슈와 도전을 이해하고 자신의 어플리케이션 영역에서 최적의 무선 솔루션 도입이 이루어져야 한다.

무선 장비에 대한 기능과 성능이 대폭 향상되었으며, 특히 산업용 모니터링 및 제어용도로의 활용에 필요한 실시간성과 정확성이 확보되고 있다. 단순한 모니터링으로부터 초정밀성이 요구되는 모션 컨트롤 및 설비 전체의 안전을 좌우하는 Fail Safe에 이르기까지 산업용 무선 솔루션 기술은 확보되어 있다. 이제는 자신의 환경과 특성에 얼마나 최적의 무선 솔루션을 접목해 주느냐가 생산성과 효율성을 확대시켜주는 과제로 직면해 있다.

오일/가스, 제약, 자동차, 식음료 산업에 집중

무선 장비는 산업 설비에서도 다양한 이점들을 우리에게 제공한다. 복잡한 배선이 필요없기에 복잡한 배선에 따른 비용을 크게 절감할 수 있다. 그리고 크리티컬한 데이터 정보를 정확하게 계측하는 것이 가능하다. 또한 설비의 확장 및 교체에 따른 비용을 줄여주며, 혼류생산과 같은 다품종 소량 생산에 적극 부응할 수 있는 설비의 유연성도 가능해 진다.

세계적인 리서치 업체인 프로스트 앤 설리반에 따르면, 무선 디바이스가 프로세스 산업과 제조 자동화 분야에서 두루 부각되고 있다. “무선 설비는 제조 및 유지 비용을 줄여줄뿐만 아니라 생산성을 증가시켜 준다.” 물론 각 산업분야마다 효율성과 적용 효과는 다르게 나타난다. 프로스트 앤 설리반은 무선 솔루션에 대한 가장 큰 효과가 기대되는 산업분야로 오일/가스, 제약, 자동차, 식음료 등을 우선적으로 제시하고 있다.

1. 오일/가스(Oil & Gas) 산업
오일과 가스 산업은 프로세스 산업에서 무선 솔루션에 대한 최대의 효율성이 가능한 분야로 꼽는다. 환경적으로 무선 솔루션의 편리성이 강조되는 분야이다. 실제로 이 분야에서의 무선 설비 시장은 연간 23%의 성장세를 보이고 있다. EMEA(유럽, 중동, 아프리카) 지역에서 산업용 무선 설비 시장은 2008년 2500만 달러를 기록했다. 오는 2010년에는 4000만 달러까지 고속 성장이 전망되고 있다. 이미 오일과 가스 산업분야에는 다양한 무선 솔루션이 구축되어 활발하게 운용되고 있다. 또한 많은 분야에서 큰 성과가 보고되고 있다. 특히 무선과 실시간 모니터링이 필수적인 원유시추설비에서의은 웰헤드 모니터링(Well head monitoring)과 같은 업스트림 애플리케이션 분야에서 주목되고 있다.

국내에서도 새로운 시도가 언론에 보고되기 시작했다. 최근 프로세스 산업분야에서 자동화 및 IT 솔루선전문업체인 한국하니웰은 SK에너지 울산공장의 저유소 방폭지역에 무선 솔루션을 공급한다. SK에너지는 울산공장 저유탱크의 레벨과 화재발생 상황, 송유관의 압력 측정을 위한 현장계기의 케이블 설치 공사가 어려운 현장 상황을 고려하여, 무선 솔루션을 통해 측정된 데이터를 운영중인 자동화 시스템에 무선으로 전송하고 통합 관리한다고 밝혔다. (월간 산업통신망 2009년 2월호 [마켓 포커스] 기사 참조)

프로스트 앤 설리반은 “무선 설비로 인한 새로운 통신 효율의 확보로 인해 5-10%의 생산성 증가와 5-15%의 전체 설비 운용 효율성을 증가시키고 있다. 이러한 효과에 대한 기대는 무선 설비에 대한 구축 즉시 가능하다.”고 밝히고 있다.

2. 제약(Pharmaceutical) 산업
세계 선도적인 제약 플랜트에서의 무선 설비에 대한 시험 가동이 급증하고 있다. 수많은 탱크 팜과 같은 원거리 지역에서의 다양한 파라미터에 대한 원격 모니터링에 대한 효율을 높이고, 운용 엔지니어에 대한 유연성을 제공하고 있기 때문이다.

무선 모니터링을 위해 무선 솔루션을 사용함으로써 토털 모니터링 비용을 크게 절감할 수 있다. 특히 탱크 팜에 대한 운전과 관리에 따르는 엔지니어들에 대한 가스 질식사고 같은 안전사고를 사전에 차단할 수 있다. 제약 산업에서의 무선 설비 시장도 연간 21%의 고성장이 전망된다. EMEA 지역에서 제약 산업 관련 무선 설비 시장은 2008년 300만 달러에서 2010년에는 450만달러로 성장할 것으로 전망된다.

3. 자동차(Automotive) 산업
자동차 제조 라인에서의 무선 설비에 대한 적용이 점차 확산되고 있으며, 지속적인 무선 설비 도입과 적용분야 확대가 기대되고 있다. 자동차 산업은 프로세스 산업을 제외한 제조 자동화 산업 분야 무선 설비 시장에서 가장 큰 비중을 차지하는 산업분야이다. 제조 자동화(Factory Automation) 산업 분야의 전체 무선 설비 시장에서 35-40%의 비중을 차지하는 것으로 분석되고 있다.

세계적으로 자동차 산업에서의 무선 시장은 자동차 기술은 물론 자동화 기술까지를 선도하고 있는 독일 이 가장 빠른 모습을 보이고 있다. 프로스트 앤 설리반에 따르면, 독일을 비롯하여 프랑스, 이탈리아, 영국, 스페인 자동차 산업에서의 무선 시장은 3160만 달러를 기록하고 있는 것으로 나타났다. 오는 2010년에는 4200만 달러까지 성장할 전망이다. 세계 선도적인 리딩 자동차 메이커에서는 무선 설비의 도입으로 인해 자동차 제조 라인에서 30% 이상의 생산성 향상을 실현한 것으로 나타났다. 이러한 도입 성과는 점차적으로 확산되고 있다. 또 다른 세계적인 자동차 메이커는 공장 플로어에 대한 무선 설비의 도입으로 빠른 설비 구축과 공기단축을 통해 생산 설비당 20만-50만 달러의 비용절감을 달성했다.

자동차 산업에서의 무선 솔루션은 실시간 데이터와 작업자의 이동, 그리고 설비 인스톨과 커미셔닝에서 큰 효과를 제공한다. 프로스트 앤 설리반은 “크리티컬하지 않은 데이터 정보를 필요로 하는 분야에 무선 디바이스를 전진 배치함으로써 자동차 엔드유저들에게는 대규모 비용절감을 선물하게 되었다.”고 밝혔다.

국내의 자동차 메이커들도 해외 제조 라인에 대한 실시간 원격관리를 위해 다양한 무선 솔루션들을 활용하고 있는 중이다. 특히 국내는 물론 해외 각지에 라인을 가지고 있는 경우, 각지역 전체의 제조 라인의 가동 현황과 자동차 생산 현황, 부품 조달 및 작업현황 등을 통합적으로 모니터링하고 즉시 의사결정을 하는 시스템이 구축되고 있다. 이러한 크리티컬하지 않은 정보 모니터링 시스템에서 뿐만 아니라, Fail safe와 같은 아주 민감한 분야에서의 무선 솔루션 도입도 적극 검토되고 있는 것으로 알려지고 있다.

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4. 식음료(Food & Beverages) 산업
식음료 산업에서의 무선 설비는 로보틱스 및 포장 어플리케이션 분야에서 활발하게 도입되고 있다. 방대한 규모를 가질 수 밖에 없는 음료 제조 설비에 무선 센서를 부착함으로써 배선 및 인스톨 비용을 적게는 1천 달러에서 많게는 6천 달러까지 줄여줄 수 있다. 식음료 산업에서의 무선 설비 구축에 따른 최대의 이점은 지속적인 데이터 트랙킹과 생산 모니터링, 그리고 손쉬운 인스톨을 들 수 있다.

식음료 산업에서는 지속적인 모니터링이 필수적이다. 거기에는 온도, 압력, 습도, ph 수소이온농도 등의 변화에 항상 주목해야 하기 때문이다. 기존까지 이들 분야를 위해 수많은 센서들을 복잡하게 얽어 매야만 했다. 필드버스(Fieldbus)의 도입으로 복잡한 배선에 대한 단순화는 어느정도 가능하기는 하지만, 필드버스로도 감당하기에는 벅찬 것이 현실이다. 따라서 무선 센서들이 이들 산업에서 부각되고 있는 것이다. 또한 설비와 함께 회전하는 센서의 경우에 배선은 큰 골치거리가 될 것이다. (사무실 전화기의 수화기 선 꼬임만으로도 짜증이 지대로일 진대.) 여기에서 무선 센서는 필수적이다.

프로스트 앤 설리반에 따르면, 서유럽 지역 식음료 산업에서 무선 설비 시장은 현재 1900만 달러를 보이고 있으며, 2010년에는 2500만 달러까지 성장할 전망이다.

산업용 무선 솔루션의 현장 동향

이러한 프로세스는 산업 제조 산업 이외에도 수처리, 터널, 교량과 같은 인프라산업 설비를 비롯하여 엘리베이터 및 공조 설비와 같은 빌딩 자동화 분야에서도 무선 솔루션에 요구과 어플리케이션 적용이 크게 확산되고 있다.

시리얼 정보를 이더넷으로 전송하기 위한 시리얼 to 이더넷 컨버터인 디바이스 서버에 대한 광범위한 시장에서의 요구가 이루어지고 있으며, 개방형의 산업용 이더넷 통신망에 기반한 산업용 이더넷 스위치들의 기술 발전도 급진전 되고 있다. 또한 오피스 및 홈 레벨에서 활발한 기술 발전을 이룩해 왔던 블루투스와 지그비, 그리고 IEEE 802.11 WLAN을 활용한 산업 설비에서의 시스템 적용도 광범위하고 다양하게 구축되고 있는 중이다. 상상할 수 없는 다양한 어플리케이션이 우리가 알게 모르게 실질적으로 이루어지고 있다.

좀 더 산업적으로 들어가 보자. 산업에서 요구로하는 가장 필요한 기능은 무엇보다도 주변의 악조건속에서도 데이터를 요구하는 시간에 완전하게 전달하는 것에 있다. 앞서 언급한 블루투스나 지그비는 이러한 면에서 엄밀한 산업용 장비 적용에는 어려움이 많다. 따라서 실제 산업 적용에서는 무선 장비의 스펙을 50% 이내로만 사용하는 방법을 취하기도 한다. 또한 실시간 제어를 포함하지 않는 원거리 모니터링 및 웹 모니터링에 한정하여 사용하는 것이 불문율이기도 하다.

때문에 이들 일반적인 무선 표준들과는 다른 산업용 무선 표준들이 국제적으로 조용히 부각되고 있다. 프로세스 산업분야에서는 WirelessHART(IEEE 802.15.4)가 ISA와의 공조를 통해 산업용 무선 표준으로 세력을 확장하고 있는 중이다. 여기에는 에머슨을 비롯하여 ABB, E+H, 지멘스 등이 주요 참가업체이다. 하니웰은 처음에는 WirelessHART에 메인 업체로 참여하였으나, 기존의 HART 기술과 좁은 시장에 얽매인다는 문제제기를 통해 WirelessHART의 독자 표준에 반기를 들고 지금은 하니웰의 자체 무선 솔루션을 출시하고 있는 중이다.

지멘스는 가장 대중적이고 보편적으로 확산되어 있는 IEEE 802.11에 기반하면서 산업용으로 안정성을 발전시킨 산업용 무선랜(IWLAN; Industrial Wireless LAN)을 적극 발표하여, 제조 자동화 분야에서 선도적으로 시장을 확대하고 있다. 지멘스는 이미 제조라인의 물류 입고로부터 가공, 조립, 포장에 이르는 프로세스들을 각 공정별로 무선 솔루션을 적용할 수 있도록함은 물론, 메인 센터에서 각 공정에 대한 모니터링과 실시간 제어가 가능하다. 또한 어느지점에서든지 비상시에는 무선 솔루션으로도 Fail safe가 가능하도록 하고 있다.

산업용 무선 솔루션 도입 방안

산업용 무선 솔루션이 산업 설비 및 제조라인에서 크게 부각되는 것은 다음 3가지 이유에 있다. 첫째, 배선이 필요없기 때문에 배선에 따른 비용과 함께 설비 인스톨이 그만큼 빨라진다. 둘째, 설비 확장 및 변경이 용이하다. 셋째, 설비 운용 비용 절감과 생산성 향상이 가능하다.

그럼에도 쉽게 무선 솔루션을 도입하기에 꺼려지는 이유는 자신의 어플리케이션에 적확한 솔루션이 무엇인지를 이해하지 못하고 있기 때문이다. 기존의 유선 시스템이나 필드버스 시스템과 무선 시스템의 장단점을 면밀히 검토하는 것이 무엇보다도 우선시 되어야 한다. 또한 여기에는 각 기술에 대한 전반적인 이해도 요구된다. 데이터 보안에 대한 기술적인 지원도 고려대상중의 중요한 펑션을 차지해야 할 것이다. 그리고 기존 시스템과의 통합성도 세밀히 분석해야 한다.

또한 이러한 검토속에서 어떠한 규격의 무선 솔루션을 채택할 것인가도 고민해야 한다. 블루투스나 지그비를 사용할 것인지, 오피스나 가정용으로 출시된 무선 LAN 제품을 사용할 것인지, 관리 기능이 포함되 고성능 제품을 선택할 것인지, 또는 제어까지를 무선으로 수행할 수 있는 솔루션을 선택해야 한다.

아이씨엔 매거진 2009년 02월호

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