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PAC의 도처에 있는 틈새를 찾다!

산업 자동화 기술의 발전과 적용 환경이 더욱 확대되고 있는 가운데, 기존의 PLC 컨트롤러의 한계를 극복하려는 노력속에서, PC 기반의 PAC이 새로운 솔루션으로 부각되고 있다. PAC는 PLC가 가지고 있는 산업 적용에서의 유연성에 더하여, 기존의 PC 제어기에서 구현이 어려웠던 모션 컨트롤과 같은 결정론적인 분야에 까지 다양한 적용이 가능하다.

글_ Billy Piovesan, Advantech Corporation eAutomation Group

처음에는 릴레이와 타이머가 있었고, 공정 산업에 하드 와이어드 컨트롤러가 있었다. 100년전 디지털 전자제품이 등장하고 PLC(programmable logic controller)를 사용하게 되면서 하드-와이어드 릴레이와 컨트롤러는 더 이상 쓸모 없게 되었다. 제한적인 컨트롤 기능이 있는 PLC는 “래더(ladder)” 형식의 회로 다이어그램으로 프로그램 구성이 쉽고, 재프로그램이 용이해 어셈블리 라인과 배치 프로세스에 변화를 적용할 수 있어, 하드-와이어링을 밀어낼 수 있었다.

하지만 PLC도 한계가 있었는데, 예를 들어, Ladder-logic 프로그래밍은 공정 플랜트의 모든 싱글 루프 컨트롤러에서 볼 수 있는 베이직 PID 알고리즘과 같은 복잡한 수학 공식에는 사용될 수 없다. 이후 PC가 등장했고, 비용이 많이 들지 않는 컴퓨팅 파워는 어디서나 쉽게 볼 수 있게 되었다. 초기에 산업용 컨트롤에서도 PC의 활용이 시도되었으나, 초기의 운영 시스템과 하드웨어는 산업 현장에서의 강도와 표준에 미치지 못하였다.

수 많은 산업 자동화 환경, 특히 모션 컨트롤과 기타 개별의 자동화 어플리케이션에서 PC 운영 시스템은 결정론적이지 않았고, 프로세서 로딩이나 운영 프로그램의 요구에 따라 다양한 내부 지연시간(latency)이 존재했다.

PAC의 진보

현재 어드밴텍을 포함하는 여러 산업용 하드웨어 업체들은 프로그래머블 컨트롤러와 PC의 하이브리드를 생산하고 있다. 이러한 디바이스를 보통 PAC 또는 programmable automation controller라고 부른다. 일반적으로 PAC란 명칭은 ARC Advisory Group이 처음으로 만들었다고 인정받고 있으며, 분석가인 Craig Resnick은 PAC는 다음과 같은 특징이 있다고 정의를 내렸다.

* 단일의 플랫폼상에 로직, 모션, 드라이브 및 프로세스를 포함하는 멀티-도메인 기능

* 일반적인 태깅과 단일의 데이터베이스

* 여러 장비나 프로세스 유닛을 거치는 공정흐름에 의한 설계가 가능한 소프트웨어 툴

* 공장의 장비 배치에서부터 공정 플랜트 내 유닛의 운영에 이르는 산업 어플리케이션을 반영하는 오픈형의 모듈러 방식 구조

* 네트워크화된 멀티-밴더 시스템의 한 부분으로서 데이터 교환을 허용하는 네트워크 인터페이스 및 언어, 등에 대한 사실상의 표준

이러한 특징들은 PAC 디바이스가 2001년 이후 시장승인에 있어서 극적으로 성장한 이유이다.

결정론(Determinism)에 관하여

PC 업계에서부터 나온 고속의 성능 좋은 프로세서와 좀 더 정교한 운영 시스템으로 PAC가 다양한 모드에서 결정론적인 속도로 운영할 수 있게 되었다. PAC는 Real-Time Operating Systems(Windows CE 5.0이나 그 후속모델을 기반으로 하는)와 다양한 루프 운영을 수행할 수 있으며, 결정론적인 안전과 내장 시스템(built in system)에 의한 신뢰도와 I/O 및 시스템 타이밍을 처리하는 좀 더 복잡하고 유용한 방식을 제외하고, PLC보다 더욱 정교한 방식에서 실행 우선순위를 처리한다. 이로써 안전성, 신뢰성 및 COTS와 PC 표준을 기반으로 한 제품에 대한 성능과 신뢰성을 겸비한 PLC의 속도를 갖는 것이 가능하게 되었다.

하나의 플랫폼, 다양한 도메인

자동화 시스템 및 컨트롤의 OEM 및 최종 사용자들은 하나 이상의 도메인에서 작업을 하고 있다. 예를 들어, 정밀 화학 제조업체나 제약 제조업체와 같은 고도로 공정을 지향하는 공장은 연속적 배치 프로세스 컨트롤 요구조건뿐만 아니라 모션 컨트롤, 패키지, 재고 관리 및 자동화 인증 시스템에 대한 요구사항이 다양하다. Laboratory Information Management Systems (LIMS)와 Process Analyzer Technology (PAT) Initiatives, sampling initiatives를 통합하기 위해서는 다양한 도메인을 네트워크 하는 것이 필요하다.

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그림에서 보여지는 것처럼 PAC는 내부의 시설 관리 시스템에서부터 제조기업내 다양한 도메인의 어플리케이션에서 사용될 수 있으며, 환경 감시 및 처리 시스템에서, 공장 자동화 시스템에서, 공장 작업장과 보조 컨트롤 시스템에서부터 자동화 소프트웨어 및 컨트롤 센터까지. 또한 기업 관리 시스템에까지 데이터를 송신하기 위해 필요한 네트워크에서 사용될 수 있다.

단일의 데이터베이스 기능

PLC와 PAC간의 중대한 차이점중의 하나는 입/출력 기능을 처리하는 방식이다. PLC는 아주 높은 스캔속도로 시스템내의 모든 I/O를 끊임없이 스캔 한다. 이것이 매우 빠른 I/O 응답을 가능하게 하는 반면, PLC 시스템이 처리할 수 있는 I/O 포인트의 수에 제한이 있다. 반대로, PAC는 전통적인 SCADA 및 DCS 시스템과 매우 유사한 논리적인 어드레스 시스템과 단일의 태그네임 데이터베이스를 사용한다. 그러므로, PAC는 필요할 때 I/O 포인트를 확인하고 맵핑할 수 있다.

PAC가 전통적인 SCADA 및 DCS 시스템과 같은 방식으로 I/O와 데이터를 처리한다는 사실은 좀 더 쉽게 시스템들과 직접 인터페이스로 연결될 수 있음을 의미한다. 논리적으로 데이터와 함께 동일한 방식으로 작동되기 때문에, PAC는 종종 SCADA RTUs (remote terminal units)나 DCS 필드 컨트롤러의 대체품으로 사용된다.

강력한 소프트웨어 툴

필드 자동화 컨트롤러의 성능을 확장하기 위해서 IEC는 프로그래밍 소프트웨어 표준인 IEC 61131-3과 그 외 기타 규격을 만들었다. 이러한 표준은 약 20개의 ladder-logic 명령에서의 프로그래밍할 수 있는 능력을 채택하고 완벽한 기능을 갖춘 프로그래밍 성능으로 대체하는 것이다. 또한, 기능 블록(function block)은 PLC 업계에 늦게 추가된 개념으로 Distributed Control System (DCS) 업계에서 직접 나온 것이다. PAC는 좀 더 제한적인 PLC의 ladder-logic 프로그래밍보다는 기능 블록과 기능 블록 프로그래밍을 활용할 수 있도록 설계되었다.

PAC는 PC에는 필수적이기 때문에, 다양한 고급 프로그래밍 언어로 프로그램 될 수 있다. PAC 제공업체는 PAC에 의해서 조절될 수 있는 매우 정교한 조작이 가능한 프로그래밍 소프트웨어 툴을 생산하고 있다. 예를 들어, 어드밴텍은 PAC 프로그래밍용 소프트웨어, HMI creation, SCADA, 데이터 수집 및 분산 컨트롤 아키텍처, 다른 컨트롤 시스템과 MES 및 기업 통합 시스템과의 연결을 위한 OPC 서버를 생산하고 있다.

오픈형 아키텍처

PAC의 다양한 폼팩터가 그려진 그림이 보일 것이다. PAC는 같거나 유사한 디바이스에 사용되는 다양한 폼팩터를 허용하는 오픈형 아키텍처를 기반으로 한다. PAC는 최소한의 디자인 및 구성 변경으로 모션 컨트롤러, 데이터 로거, 프로세스 컨트롤러 및 기타 디바이스로 사용될 수 있다. PAC는 컨트롤, 통신, 데이터 로깅을 처리할 수 있으며, 동시에 다양한 정보 게이트웨이를 통해서 다양한 정보 형태로 통신할 수 있다.

표준 기반의 시스템

그림에서 나타나 있듯이, 모든 PAC는 공장 작업장에서는 Modbus 및 Modbus/TCP에서부터 이더넷, 공장 전반에 걸쳐서는 웹 및 TCP/IP 및 .NET 표준 네트워크를 사용하여 상호 연결되어 있다. 그러므로, 머신 컨트롤 PAC는 자체 센서나 기타 Modbus를 통해 I/O와 통신할 수 있으며, 같은 공장셀에 있는 다른 PAC와 Modbus/TCP 또는 CANbus, CANopen, Profibus등과 통신 할 수 있고, 다른 PAC나 HMI/SCADA, 이더넷, OPC Server를 통해 OPC 서버와도 통신할 수 있다. 동시에 어느 데이터를 서브하고 어디로 하는가에 따라서 다양한 OPC나 .NET 서비스를 통한 기업과도 통신이 가능하다.

오픈 시스템의 파워

PAC는 최상의 제품과 소프트웨어를 사용한 최적의 자동화 솔루션을 조달하는데 관심이 있는 OEM, 시스템 통합업체 및 엔드-유저에게 크게 환영받고 있다. PAC는 데이터 수집을 위해 사용할 수도 있으며, 통신 컨트롤, 프로세스 컨트롤… 제조업 환경에서 사용되는 다양한 컨트롤에 관련된 업무에 사용가능하다.

아이씨엔 매거진 2010년 01월호

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