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정밀 구동을 위한 모션 네트워크에 주목

산업현장 및 설비에 있어서의 네트워크 통신에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 네트워크에 대한 요구는 리얼타임 실시간성을 중시하는 모션 솔루션 분야에서 더욱 중시되고 있다. 모션 시스템을 위한 산업용 네트워크가 강조되고 있는 가운데, 국내에 도입되어 있는 개방형 모션 네트워크들을 한자리에서 공유하고 평가할 수 있는 세미나가 마련되어 주목된다.

순천대학교 정보정보가전인력양성사업단(단장, 문용선 교수)은 지난 4월말 현장 엔지니어 및 연구개발자를 위한 ‘산업용 모션 네트워크 성능 및 적용 기술 세미나’를 순천대학교 70주년기념관에서 개최했다. 이번 세미나는 광양 포스코를 비롯하여 여수, 순천 화학단지가 집적되어 있는 지역으로 다양한 모션 네트워크의 유저들이 분포되어 있는 지역에서 개최되어, 지역 유저들에게 최신의 모션 네트워크 기술 및 적용방안을 제공하고 적용방안에 대한 상호 정보교류를 통해 보다 최적화된 시스템 구성 정보를 확인할 수 있었다.

또한 국내에서는 처음으로 주요 자동화 협회 및 메이커들이 독자적으로 제시하고 있는 다양한 모션 네트워크들에 대해서 한자리에서 정보를 공유하고 성능과 현장 적용 기술들을 알아볼 수 있는 유용한 계기를 마련했다는 평이다.

문용선 순천대학교 교수는 “이번 세미나에서는 실시간성을 중시하는 국내외의 주요 모션 네트워크 솔루션들을 한자리에 모아 그 성능평가와 적용기술에 대한 정보를 제공해 드리고자 마련하게 되었다.”고 말하고, 모션 네트워크 유저들만이 아니고 벤더들도 한자리에 모이는 계기가를 마련함으로써 벤더와 유저가 허심탄회하게 기술과 성능을 공유하고 토론하는 자리가 되기를 희망한다고 밝혔다.

월간 산업통신망을 비롯하여 미쓰비시전기, 트라이텍, 지멘스, 메카트로링크협회, 로크웰오토메이션, 비앤드알 오토메이션 등이 참여한 이번 세미나는 국내외적으로 철강, 조선, 유화, 자동차, 반도체, 로봇 등에서 활발한 시장이 형성되고 있는 모션 네트워크에 대한 다양한 솔루션들이 소개되었다.

SSCNET, 미쓰비시전기

최종문 미쓰비시전기 주임은 미쓰비시 전용의 통신 프로토콜인 SSCNET(Servo System Controller Network)을 소개하면서, “지난 94년에 처음으로 SSCNET이 개발되어 발표된 이후, 현재 SSCNET III가 50Mbps로 출시되어 있다. 이는 속도면에서는 10배가 빨라진 것이며, 서보 제어 주기도 2배이상 빨라진 것을 의미한다.”고 밝히고, 2000년대 들어서면서 서보시스템에서도 생산성 향상과 시운전의 용이성, 서보 적용의 확장을 위해 네트워크화가 적극 추진되고 있다고 전했다. 이와함께 “2010년에는 전이중화 방식의 차세대 SSCNET III 버전이 새롭게 발표될 예정”이라면서, 차세대 버전은 100Mbps급으로 발표와함게 프로토콜의 오픈이 기대된다고 밝혔다.

기존의 펄스열 지령에서는 서보 앰프와 상위 제어기가 비동기로 기동되어 동시 기동이나 고정밀도에 2축 보간하는 동작에서 어려움을 겪어왔다. SSCNET에 의해 인쇄기기, 식품기계, 가공기 등의 동기 정밀도가 필요한 장치의 고성능화를 실현할 수 있다. 또한 광 케이블을 채용하여 동력선이나 외부 장치 등에서 혼입되는 노이즈 등에 대한 내노이즈성을 비약적으로 향상시켰다.

EtherCAT, 트리이텍

손창모 트라이텍의 부장은 국제 표준의 개방형 네트워크인 이더캗(EtherCAT)에서의 모션 기능을 중점적으로 설명했다. 특히 지난 4월 독일에서 개최된 하노버 산업박람회를 비롯한 최근의 전시회 및 업체 세미나를 통해 확보한 다양한 네트워크 기반 서보 제품들을 소개하여 눈길을 끌었다. 손창모 부장은 “이더캩은 일반 이더넷이 가지고 있던 장점과 필드버스들이 가지고 있던 장점들을 가지고 구현한 네트워크 제품이다. 2003년에 독일 하노버 산업박람회에서 처음 발표되었으며, 최근 1000번째 업체가 협회(ETG)의 회원사로 가입하는 등 빠른 성장세를 보이고 있다.”고 밝혔다.

이더캗은 또한 반도체 분야의 SEMI 표준으로, 세계 최대의 반도체 장비 전문업체인 어플라이드 머터리얼에서 이더캩을 표준으로 채용한 것으로 알려졌다. 어플라이드 머터리얼은 반도체 및 LCD 시장에서 세계 선도적인 기업이다. 특히 연간 1만 2천축의 서보를 채용하고 있다. 이에 어플라이드에 서보 시스템을 공급해온 이스라엘 엘모(ELMO)사는 이더캗 제품 개발을 빠르게 추진한 것으로 나타났다. 또한 광 통신 모듈을 통해 2Km까지 가능하게 되었다. 기존 LAN 케이블의 경우 모듈간 거리는 100m가 한계였다. 그러나 모듈간 광통신을 통해 2Km까지 가능하고, 65,500개의 노드를 동시에 연결이 가능하기 때문에 거리상의 한계는 완전히 무너졌다고 볼 수 있다.

PROFINET, 지멘스

장희돈 지멘스 과장은 이더넷 채용이 산업에서도 표준으로 성장하고 있다고 밝히고, 프로피버스협회에서 제공하고 있는 PROFINET에 대한 기능과 성능에 대한 소개시간을 가졌다. “프로피넷은 모션 제어기와 센서, 로봇에 이르기까지의 다양한 기기들을 네트워크를 통해 통합 운용할 수 있도록 하며, 특히 원거리 및 해외지역에서도 모션 기기에 대한 진단까지도 가능하도록 한다.”고 말했다. 프로피넷은 모션에서 뿐만 아니라 공장 전반에 걸친 정보의 통합은 물론, 상위의 ERP 등과 같은 정보시스템과의 통합까지를 추진할 수 있다. “또한 무선 네트워크를 통해 단순한 IO 통신뿐만 아니라, 세이프티까지를 무선으로 수행할 수 있도록 하는 것이 프로피넷이다.”고 전했다. 최근 들어서 국내외적으로 강제성이 적극 추진되고 있는 세이프티가 통합된 모션 및 서보 시스템 구성이 가능해졌다는 것이다.

또한, 가현석 지멘스 과장은 “모션 컨트롤은 유저들이 자신의 실정에 맞는 성능과 기능을 가진 프로토콜을 선택하는 것이 가장 중요한 것”이라고 말하고, “프로피넷은 하나의 케이블을 통해 동시에 리얼타임을 서비스할 수 있다. RT(Real Time)와 IRT(Isochrone Real Time)를 공유해서 사용도 가능하다.”고 밝혔다. 하나의 케이블을 이용하더라도 IRT는 초우선 순위를 주고, 나머지 시간에 RT와 Non RT 정보를 전달할 수 있도록 하는 것이 프로피넷의 가장 큰 특징이다. IRT -> RT -> 클럭 동기화의 순으로 정보의 우선순위를 두고 진행하는 것이다.

MECHATROLINK, MMA

최재호 한국메크트로링크협회(MMA) 과장은 “메카트로링크(MECHATROLINK)는 94년에 처음 발표된 이후, 2002년 II 버전에 이어, 2007년도체 III 버전이 발표되면서 기존의 RS-485 통신이 100Mbps급의 이더넷 물리층으로 변경되었다. 전송 바이트 수도 8, 16, 32, 48, 64 바이트로 유저가 필요에 의해 선택할 수 있도록 지원한다.”고 밝혔다. 전송거리에 있어서도 토털 100m에서 III버전에서는 국간 100m로 크게 확대되었다. 또한 국간 최소거리도 50cm에서 20cm로 까지 크게 향상되었다. 슬레이브단에서도 타국의 슬레이브 모니터링까지도 가능해졌으며, 기존 구축되어 있는 메카트로링크II와 메카트로링크III를 통합하여 사용할 수 있도록 하는 게이트웨이 기능이 추가되었다.

메카트로링크협회에는 2008년말 기준으로 355개사가 참여하고 있으며, 국내에서는 39개사가 등록되어 있다. 주요 참여 업체로는 오므론, 디지털, 야스카와전기, 야스카와 정보시스템, 요꼬가와전기 등이다. ASIC 출하 토털 노드수에서도 2005년 약20만 노드에서 2008년 70만 노드를 넘어서는 등 빠른 성장을 보이고 있다. 특히 마스터분야에서 한미반도체는 모션 카드를 개발완료했다. 이외에도 야스카와, 오므론, 요꼬가와, LS산전에서 메카트로링크 마스터를 출시하고 있다. 슬레이브 분야에서는 서보 및 스테핑 드라이브, IO 디바이스, 센서, 인버터 등에서 다양한 제품과 업체들이 참여하고 있다.

hilscher

모션 네트워크에서도 컨트롤러에서 제어 방식을 자유롭게 선택하여 운전 중 제어 방식의 전환이 가능하다. 서보 드라이브에서 위치, 속도, 토크 제어가 선택적으로 가능하기 때문이다. 리트라이(Retry) 기능이 기존 1회에서 n회로 늘어남으로써 제어 딜레이가 없다는 특징이 있다. 또한 이것은 같은 전송주기 안에서 모든 것이 이루어지며, ASIC가 자동 리트라이를 하기 때문에 호스트 CPU의 부하를 경감할 수 있다.

EtherNet/IP with CIP Motion, 로크웰 오토메이션

오상원 로크웰오토메이션 부장은 ODVA에서 소개하고 있는 CIP와 EtherNet/IP, CIP Motion, CIP Sync에 대한 소개를 했다. “로크웰 오토메이션의 로직스 드라이브는 아날로그 인터페이스를 거쳐 현재 SERCOS II를 기반으로 하고 있으며, 이더넷을 기반으로 하는 방향으로 옮겨가고 있는 상황이다. 이에 저희(로크웰)는 EtherNet/IP를 기반으로 하는 CIP Motion을 준비하고 있다.”고 말했다. 로크웰은 현재 서보 시스템에서 2001년도부터 SERCOS를 채용하고 있으며, 2010년에는 ODVA가 제공하는 산업용 이더넷 프로토콜인 EtherNet/IP를 기반으로 하는 CIP Motion을 출시할 것을 전망된다.

오상원 부장은 또한 “모든 네트워크는 이더넷이 대세다. 어떠한 형태로든 이더넷으로 갈 것이다. 현재 공장을 제외한 모든 분야에서 이더넷이 네트워크의 주류를 차지하고 있다. 이러한 경향은 향후 공장에서도 이루어질 것으로 전망된다.”고 밝혔다. 패킷의 우선순위를 정하는 국제 표준이 이루어지고 있기 때문에 모션 컨트롤을 위한 하나의 케이블에서 다양한 패킷들이 전송되는 것이 가능해졌다. 또한 스타 구조의 모션 시스템 구성에서 벗어나 데이지 체인(Daisy Chain) 방식의 모션 시스템 구성으로 발전될 것이다.

로직스와 같은 제어기 및 HMI에서 네트워크 스위치(관리형 산업용 스위치)를 통해 로봇 및 폐루프 드라이브, VFD를 비롯한 각종 IO들을 단순하게 연결하여 구성하게 된 것이다. 특히 CIP 모션에서는 IEEE 1588의 규격을 변형하지 않고 그대로 사용하는 방식을 채용하고 있다. 또한 Modbus TCP 진영이 EtherNet/IP 진영으로 통합됨에 따라 산업분야에서도 이더넷 프로토콜에서 EtherNet/IP는 최대 시장 확보를 유지해 나갈 것으로 전망된다.

Ethernet POWERLINK, 비앤드알 오토메이션

임의진 비앤드알 오토메이션의 차장은 최근 오픈소스 정책을 발표하고 적극적인 시장 확장을 추구하고 있는 이더넷 파워링크(Ethernet Powerlink) 프로토콜에 대해 소개했다. “복잡한 자동화 시스템을 하나의 네트워크로 단순하게 묶을 수 없을까라는 고민에서 솔루션으로 나온 것이 파워링크이다.”라고 밝혔다. 파워링크는 EPSG라는 독립된 협회조직에서 관장하고 있으며, 라이센스와 특허권이 없는 프로토콜이다. 따라서 누구나 파워링크를 통해 다양한 제품개발을 추진할 수 있다. “파워링크도 이더넷을 기반으로 하여 개발된 산업용 이더넷이다. 임의진 차장은 “표준 이더넷은 데이터 트래픽이 구조적으로 발생할 수 밖에 없다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 개발된 것이 산업용 이더넷이다.”고 소개했다.

파워링크는 지터타임이 0.1ms의 시스템 동기화를 마칠 수 있다. 100ms까지의 사이클 타임이 가능하며, 하나의 관리노드에 240개의 컨트롤 노드를 구축할 수 있으며, 240개의 노드에는 480개의 동기축과 46만개의 디지털 IO를 연결할 수 있다. 이더넷 기반의 광통신 지원으로 최대 2km 케이블링이 가능하다. 또한 복잡한 시스템 구성에서는 파워링크를 통해 스타와 트리와 데이지 체인을 복합적으로 구성하는 방안이 가능하다.

반도체, 자동차 이어 로봇, OEM 시장에서 확산

이번 세미나는 국내에 소개되어 있는 주요 모션 네트워크 솔루션이 모두 한자리에서 소개되고, 성능과 적용 방안을 검토함으로써 참석자들로부터 큰 호응을 얻었다. 특히 모션 네트워크 유저들 뿐만 아니라, 모션 시스템 개발자 및 로봇 개발자, 그리고 OEM 기계제작 담당자들의 관심도 대단했다.

오승모 아이씨엔 대표는 “국내에서도 모션 네트워크의 국산화 과제가 추진될 예정으로, 각 컨소시엄에 대한 평가가 추진중으로 조만간 실질적인 프로젝트 수행이 추진될 예정으로 2개의 컨소시엄이 평가에 참여중이다. 이는 10년간의 장기 기반기술 개발 프로젝트로 모션 칩으로부터 응용 시스템에 이르기까지의 전과정에서 국내 독자적인 모션 네트워크 표준으로 성장할 수 있을 것”이라고 전망했다. 또한 “휴머노이드 로봇분야 구동부문에서의 실시간 통신과 제어를 수행하기 위한 모션 네트워크에 대한 관심이 최근들어 급격하게 확대되고 있다. ‘로봇의 구동 모션에서의 솔루션은 모션 네트워크’라는 것이 로봇 관계자들을 중심으로 급속도로 퍼져나가고 있다. 이는 국방 분야에까지 적극 확대될 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

아이씨엔 매거진 2009년 07~08월호

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