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PROFINET, 성공가도를 달리다

PROFIBUS 사용자협회(이하 PNO; PROFIBUS user organization)는 최근에 2008년 말 기준으로 한 설치 노드수 집계 결과를 발표했다. 또한 PNO측은 이 자리에서 제조업체들이 자사 공장 및 시설의 에너지 소비 경감 대책으로 적용할 수 있는 PROFIenergy 프로파일을 소개했다.

창립 20주년을 기념하며 맞은 지난 2009년 독일 PNO 및 국제 PROFIBUS & PROFINET International (이하 PI)은 종래의 하노버 산업 박람회가 아닌 PNO가 탄생한 칼스루에를 기자회견 장소로 선택했다. PNO 운영위원회와 독일 최대의 자동차 업체 대표단은 언론과 만난 이 자리에서 PROFINET 개발상의 현주소를 조망하는 한편 최근의 혁신사항을 공개했다.

2008년 노드 집계: 예상치를 뛰어넘어

먼저 연간 노드 수 집계부문에서 PNO는 기존의 설치 노드 수에 PROFINET 디바이스 공식 판매기록을 가산한 결과를 발표했다. PROFINET의 성장세는 예상을 뛰어넘는 수치로 나타났다. 2007년 말 114만 개를 기록한 노드 수가 2008년 말 현재 160만개로 증가하여 40% 수준의 성장률을 시현한 셈이다.

자동차 산업, PROFINET 성공의 핵심

PROFINET이 세계 선두의 산업용 이더넷 표준으로 성장한 배경의 하나를 꼽으라면, 독일 자동차 업계를 빼놓을 수 없다. 지난 2004년 독일자동차산업자동화협회(AIDA)는 기자회견 도중 PROFINET에 대한 지원을 선언하고 향후 협회소속 회원사들이 생산 자동화 시스템에 PROFINET을 기본시스템으로 적용할 것이라고 발표했다. 아우디, BMW, 다임러 및 폭스바겐 등 유수 회원사 대표들이 공개한 리뷰도 매우 긍정적이었다. 이후 PROFINET 솔루션은 이들 자동차 제조업체의 신규 설비 구축을 위한 표준으로 정착되었다.

다음 도전과제: 에너지 관리 부문

PROFINET 활용사례가 급속히 확산됨에 따라 사용자들의 기대 목록도 그만큼 늘어났다. 때문에 PNO측은 PROFINET은 현재 에너지 관리 문제를 당면과제로 삼았다. 이 작업은 PROFIenergy 프로파일 개발로 정점에 달하였으며, 20009년 11월 늬른베르그 전시회에서 그 사양을 공개했다. 이에 따라 PNO와 PROFINET은 21세기 들어 기업들이 직면한 최대의 과제를 감당한 셈이다. 즉, 지속 가능한 비즈니스 프로세스에 기반한 경제적 성공이 바로 그것이다.

친환경 그린 팩토리로 가는 길, PROFIenergy

냉장고, 세탁기 등 가전기기를 비롯하여 가정은 물론 공장에서도, 에너지 효율성은 현대 생활의 모든 영역에서 점차 그 중요성이 부각되고 있다. 특히 산업 환경에서, 에너지 절약 대책과 경제적 혜택은 긴밀히 연관되어 있다. 다만, 에너지 효율성 대책 자체가 경제적으로 구현되도록 하는 일이 중요한 관건이다.

이러한 까닭에, AIDA의 자동화 분과가 PNO측에 에너지 효율적인 생산을 지원하는 PROFINET 기능 및 메커니즘 개발을 의뢰한 것이다. 이러한 절전형 프로파일은 현재 PROFIenergy란 이름으로 개발되고 있다.

동적 에너지 관리

PROFINET 협회 소속 마케팅 그룹은 이미 사용자 관점에서 사용 사례와 요구사항을 정의하고 있다. 이는 규격명세 정의의 기초를 형성하는 것으로, 워킹 그룹이 2009년 2월 이래 작업에 착수하여 진행해 온 것이다. 절전형 프로파일의 일차 릴리즈는 2010년 중에 출시될 예정으로, 현재까지 알려진 주요한 요건들이 모두 충족될 것이다.

PROFIenergy는 동적 에너지 관리를 지원한다. 이 프로파일은 해당 장치들에 대해 다양한 절전 모드를 정의하고 있다. 에너지 절약형 프로파일을 적용함으로써, 간단하고 표준화된 방식으로 장치의 절전 모드를 충족하는 한편 해당 피드백 평가작업을 수행할 수 있게 된다.

이로써 상이한 기간에 걸쳐 시설 가동 및 비가동 시간 동안의 에너지 사용을 각기 최적화하도록 제반 시스템을 손쉽게 제어할 수 있다. 궁극적 목표는 생산 공정에 지장을 주지 않는 상태에서 에너지 소비량을 관리하는 데 있다.

버튼만으로 에너지 절약을 실현하다

PROFIenergy는 중앙에서 절전 조건을 실행하도록 정의할 수 있다. 그 결과 얻을 수 있는 에너지 절약 가능성은 실로 엄청나다. 예를 들어, 자동차 업계의 일반적인 차체 공장 라인이 정상 가동 중에 약 80kw 정도의 전력을 소비한다. 한편, 해당 설비 시스템은 라인 가동을 중지한 상태에도 20kw의 전력을 지속적으로 소모한다.

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PROFIenergy는 PROFINET에 기반한 벤더 중립적인 데이터 인터페이스이며, 이를 사용하면 유휴시간(idle time)중에 중앙제어 시스템에 의해 장치를 정지시킬 수 있다. 전문가 그룹의 분석 따르면, 잠재적 절감은 상당히 큰 양이다.

쉽게 말해서, 에너지는 장치가 작동 중일 때에만 소비된다. 예를 들어, 센서와 같은 자동화 컴포넌트들은 대부분 전원 차단이 불가능했다. 드라이브와 비교할 때, 하나의 센서는 상대적으로 적은 양의 에너지를 필요로 한다. 그럼에도 전체 시스템상에서 볼 때, 제조 설비 내의 수많은 센서들은 상당한 양의 전기를 소비하고 있는 셈이다.

적절한 에너지 관리 시스템을 적용하여 “비생산적인 에너지 소비량”에 해당하는 20kW의 전력을 아낀다면 이는 곧바로 엄청난 절약 효과로 나타날 것이다. 또한, 예를 들어 레이저 등과 같이 항시 가동될 필요가 없는 특정 컴포넌트를 조업 중에 비활성화 함으로써 상당한 절전효과를 거둘 수 있을 것이다. 만약 레이저 작업이 매 2분마다 적용되고 막간에 단 30초만 대기 모드로 전환한다 해도, 다수의 장치에 걸쳐 시간이 지남에 따라 엄청난 양의 에너지를 절약하게 되어, 이와 관련된 비용을 절감하게 될 것이다.

PROFIenergy를 사용하면, 설비의 하위부문 또는 개별 컴포넌트들은 외부 하드웨어의 도움 없이도 뛰어난 선별적 방법으로 자동 전원 차단이 가능하다. 예를 들어, 이는 안전 관련 부분을 포함한 다른 자동화 컴포넌트들이 방해 받지 않고 계속 작동하는 동안 설비의 모든 부문 또는 개별 장치들이 선별적으로 정지될 수 있다는 것을 의미한다.

절전 기능에 필요한 정교한 엔지니어링 작업은 각 장치별로 특수하게 수행되어야 하는 경우가 적지 않다. 이는 현 시점에서 절전형 솔루션 구현에 있어 흔히 겪게 되는 주요한 장애요소라 할 수 있다. 따라서 PROFIenergy 프로파일 덕분에, 장차 이것은 더 이상 문제가 되지 않을 것으로 예상된다.

중앙집중식으로 제어되는 간편한 절전방식

PROFIenergy를 사용하면, 스위치-오프 및 스위치-온 타임과 최소한의 드웰 타임(dwell time)이 쉽게 통합될 수 있으며, 따라서 여러 장치들을 끄는 데 최소한의 일시 정지 시간만이 필요할 뿐이다. 생산 유닛이나 장치들 간의 의존상태 또한 조정될 수 있다. 예를 들어서, 로봇 셀에서, 컨베이어는 작동 중단을 방지하기 위해서 로봇과 관련된 2분의 래그 타임(lag time)과 2분의 리드타임(lead time)을 가져야 한다. 이 정보를 토대로, 전체 장치에 대한 최소한의 일시 정지 시간뿐만 아니라 개별 시스템을 위한 적절한 스위치-오프 및 스위치-온 시퀀스가 설정될 수 있다. 따라서, 전체 셀에 대한 전원 차단은 컨트롤러에 의해서 중앙에서 자동으로 실행된다.

지멘스를 비롯한 PROFINET 솔루션 공급업자들은 이제 사용자들에게 프로토콜 처리과정에서의 프로그래밍 및 사용자 프로그램으로의 통합을 용이하게 해주는 기능 모듈을 제공할 뿐만 아니라, 뒤이어 출시되는 제품들에 PROFIenergy를 장착할 예정이다. 통합자동화 체계 내에서, 사용자들은 간단하게 컨트롤러 시스템 환경에 통합할 수 있는 편익을 누릴 수 있다. PROFIenergy를 장착한 최초의 컨트롤러 제품들은 2010년에 출시될 전망이다.


PROFINET, 이더넷 시스템 부문의 시장 선도주자

요그 프라이탁(Jorg Freitag) PI 회장은 지난 수년간의 발전을 만족스럽게 회고한다고 밝혔다. 독일 자동차산업자동화협회(AIDA)의 지원은 이런 맥락에서 중추적인 역할을 담당한다. 신규 PROFIenergy 프로파일 확산 측면에서도 물론이다. 다음은 지난해에 가졌던 인터뷰 내용이다.

Q. 프라이탁 회장께서는 2008년도에 수립했던 야심찬 성장률을 기대 이상으로 초과 달성한 사실에 대해 상당한 긍지와 자부심을 느끼실 듯합니다.

A. 물론입니다. 결국, 탁월할 뿐만 아니라 국제적으로 인정된 표준 규격을 PROFINET이란 형식으로 개발해낸 점은 그간의 노드 수가 입증하고 있으니까요. 이러한 사실은 최다 판매량을 누가 기록했느냐 하는 단순 비교 이상의 의미가 있습니다. 당연히 PROFINET이 산업용 이더넷 시스템 시장의 선도주자라고 말할 수 있다는 점은 굉장히 멋진 일입니다.

Q. 이러한 성공이 부분적으로 지난 2004년 PROFINET을 독일 자동차 업계의 산업용 이더넷 표준으로 채택하여 힘을 실어 준 AIDA 덕택임은 의심의 여지가 없을 듯합니다.

A. 핵심을 제대로 짚으셨습니다. 저도 AIDA측의 지원이 막 출시된 PROFINET의 성공에 중요한 역할을 했다고 봅니다. 독일의 메이저 자동차 제조업체들이 모두 특정 테크놀로지를 지지했다는 점은 분명하고 강력한 메시지를 보낸 것입니다. 기자 회견장에서 아우디, BMW, 다임러, 폭스바겐 등의 대표가 연단에 배석한 것도 제게 특히 긍정적인 점이었습니다. PROFINET이 이들 회원사의 공장 설비에서 그 성능을 입증했음은 물론, 향후 미래에도 채택될 기술이라는 점을 오해의 여지 없이 확실히 밝힌 셈이니까요.

Q. 특히 통합 문제가 AIDA측에서 매우 긍정적인 평가를 받은 것으로 압니다.

A. 모든 설비에 버스 시스템 하나로 충분하다면, 비용절감 잠재력은 곧 자명한 것입니다. 시동 시간 및 시설 재정비 시간이 단축되는 것은 여러 혜택 중 두 가지 사례에 불과합니다.

Q. 2010년 중으로 PROFIenergy의 다양한 기능을 보다 확장할 계획으로 알고 있습니다. 정확히 어떤 계획입니까

A. 에너지의 효율적 사용은 날이 갈수록 기업 경쟁력 유지 및 향상에 도움을 주는 중요한 지렛대 역할을 담당하게 될 것입니다. PROFINET을 적용하여 우리는 시설 운영을 보다 에너지 효율적으로 할 수 있습니다. 우리 협회는 현재 제조업체에 독립적인 PROFINET 프로파일을 개발 중입니다. 이는 고압전력 설비를 위한 일련의 “절전” 모드를 지원하는 한편, 네트워크를 통해 이러한 모드를 능동적으로 관리할 수 있는 방안을 제시할 것입니다. 우리 협회는 이 PROFIenergy 프로파일을 2009년 말에 공개할 예정입니다. 다시 말하지만, 우리는 AIDA측에서 분명한 메시지를 받은 셈입니다. 향후 에너지 효율성은 시설장비 선정 과정에서 핵심 요소가 될 것입니다.

Q. PROFIenergy가 실제적으로 어느 정도의 에너지절감을 이룰 수 있다고 보십니까

A. 특정 공급자에 독점되지 않는 에너지절약을 위한 프로피에너지 프로파일(PROFIenergy Profile)은 운영자로 하여금 효과적인 에너지관리를 달성할 수 있도록 합니다. PROFIenergy 프로파일을 적용할 경우, 비가동시간에 에너지 소비를 80%이상 절감하는 것이 가능한 것으로 검증된 바 있습니다. 프로파일은 로봇설비, 레이저, 컨트롤러, 드라이브 등과 같은 개별적인 부분요소들의 Firmware를 업그레이드하는 방법으로 손쉽게 적용할 수 있습니다.

요그 프라이탁(Jorg Freitag) PI 회장은 독일 에어랑엔-뉘른베르크(Friedrich Alexander Universitat Erlangen-Nurnberg) 대학에서 전기공학으로 학위를 취득했다. 그는 지멘스 소속으로 다양한 분야에서 12년간 근무하였으며, 자동화 테크놀로지 및 산업용 통신 부문에서 폭넓은 지식을 소유하고 있다. 그는 2007년 이래 독일 PROFIBUS 사용자협회(PNO)와 국제 PROFIBUS 및 PROFINET International (PI) 협회의 의장을 겸임하고 있다.

아이씨엔 매거진 2010년 05월호

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