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프로세스 플랜트에서의 IIoT 구현을 쉽게 만든다

FDI와 OPC UA간 딕셔너리 통일로 프로세스 플랜트 IIoT 구현한다

필드컴그룹(FieldComm Group)은 프로세스 자동화 분야 최대의 글로벌 비영리법인(협회) 조직이다. 필드컴그룹이 프로세스 자동화 분야 국제 표준으로 야심차게 추진중인 FDI(Field Device Integration)에 제어레벨의 OPC UA와의 유연한 상호연결을 위해 적극 나섰다. 필드컴그룹의 FDI와 OPC UA간의 딕셔너리 통일화 프로젝트를 추진하고 나선 것이다. 지난 12월 서울 광화문에서 개최된 ‘필드컴그룹 2017년 세미나’에서 필드컴그룹 아태지역 디렉터인 히사시 사사지마(Hisashi Sasajima)를 만났다. [편집자 주] 히사시 사사지마(Hisashi Sasajima), 필드컴그룹(FieldComm Group) 아태지역 디렉터

IIoT(산업용 사물인터넷)에 대한 도입이 산업 각 분야에서 적극 추진되고 있다. 이는 전통적인 자동화 시스템 뿐만 아니라, 시스템을 쉽게 교체하는 것 자체가 쉽지 않은 프로세스 자동화 분야에서도 바람이 불고 있다.

프로세스 자동화의 IIoT를 위해서는 진동, 방폭, 화학 물질 및 보안 등 다양한 환경에서 핵심정보를 처리해야 하는 복잡한 요구사항을 먼저 해결해야 하는 과제가 있다. 이러한 복잡한 환경에 적합한 프로토콜을 개발하고 규격을 준수하는 제품을 인증하고 등록하는 등의 엄격한 프로세스를 통해 사용자들의 요구사항을 충족시키고 성능을 보장해야 한다.

센서를 비롯한 필드 트랜스미터에 대한 디지털화와 IIoT 지원은 이제 하나의 큰 흐름이 됐다. 현장 시스템에서 어떻게 받아들여 갈 것인가라는 시간만이 남아 있을 뿐이다.

결국 프로세스 자동화 분야 최대의 공급자 단체인 필드컴그룹(FieldComm Group)이 이를 실현하기 위한 적극적인 프로젝트에 돌입했다. 필드컴 그룹은 기존의 프로세스 네트워크 기술 분야를 주도해 왔던 하트(HART), 와이어리스 하트(WirelessHART) 및 파운데이션 필드버스(Foundation Fieldbus) 기술을 제공해 왔던 두 협회(HART Communication Foundation, Fieldbus Foundation)조직의 통합(HCF + FF)을 통해 2016년 공식 출범한 비영리 국제 협회조직이다. 국내에서는 마케팅 커미티를 두고 매년 기술 세미나를 통해 협회의 방향을 전달하고 기술을 보급하는 역할을 담당하고 있다.

NAMUR of Architecture (NOA) 통일 프로젝트 수행

사사지마씨는 ”IIoT에서의 핵심은 M2M으로 기계간 통신이다. 예를들어 자동차 제조 라인의 머신빌더들이 있을 때, 서로다른 머신빌더가 공급한 기기간의 통신이 필요하다. 이때 머신빌더는 다르더라도 기기간 통신언어는 같아야 상호이해가 가능하다.”고 말했다.

이와 마찬가지로, 프로세스 산업에서도 이와같은 공정 프로세스에서의 디바이스간 통신에 대한 표준을 구성하자는 요구가 NAMUR에서 제기되었다는 설명이다. 이러한 수요에 부응하고자 공급사간에 적극적인 참여를 하게 되었고, 딕셔너리를 만들고 여기에서 NAMUR of Architecture(NOA)를 동일하게 하자는 작업들이 진행중이다.

NAMUR은 프로세스 분야 사용자 단체이다. 엑손모빌, 쉘, 듀폰 등이 참여하고 있는 프로세스 사용자간의 대표적인 단체이다. NAMUR는 화학 산업에서 측정 및 제어기술 사용자의 이익을 대표하는 기관으로 1949년 11월 3일에 독일의 레버쿠젠에서 설립됐다.

NAMUR에서 프로세스에서의 다양한 표준들을 하나로 통합할 것을 요구하는 과정에서, 우선적으로 하나의 딕셔너리를 만들라는 요구가 공식 제기됐다. 이에 각 협회들이 하나의 딕셔너리 구성에 참여하겠다고 응답해 프로젝트가 추진된다.

필드컴그룹(FieldComm Group)은 지난 12월 광화문 포시즌스 호텔에서 '필드컴그룹 세미나 2017'을 개최했다.

IIoT 추진에 따른 인터넷의 연결에 대해서 많은 분야에서 보안문제가 우려되고 있다. 이에 대해 사사지마씨는 ”인증과 방화벽을 각 레벨에 맞춰 추진한다. 필드 디바이스로부터 컨트롤러, 클라우드에 이르기까지 각 레벨별 인증과 방화벽에 대한 규정을 갖추었다.”며, 최신의 보안 기술들이 채택되고 있다고 설명했다.

그는 ”필드쪽에 있는 센서나 액추에이터, 심지어 위험지역에 있는(방폭지역) 디바이스까지 이더넷 통신이 지원된다. 디바이스에서 이더넷으로 직접 통신하는 방식이 중장기적으로 구현될 것이다.”고 전망했다. 이어서 ”공장 자동화 분야에서 지금 활발하게 진행되고 있는 중이며, 프로세스 자동화 분야에서는 단기적으로는 좀 늦어질 것이지만, 향후 7~8년내에는 방폭지역을 포함해서 본격적인 이더넷 연결로 시스템이 바뀌어갈 것이다.”고 밝혔다.

향후 10년 이내에는 방폭지역을 포함한 프로세스 플랜트에서의 이더넷 연결을 통한 IIoT 구현이 가능해질 것이라는 분석이다.

이를 구현하기 위해 파워를 이더넷 라인에 실어 각 디바이스로 보내는 기술들도 적극 요구되고 있다. 파워를 함께 제공하는 방식은 프로세스에서는 방폭에 대한 문제해결과 더불어 수Km까지의 장거리 전송이 가능해야 한다는 과제를 안고 있다. 이에 이더넷 라인에서도 2와이어 혹은 4와이어로 파워와 함께 데이터를 전송하는 방식을 구현하게 될 전망이다. 이를 통해 기존에 필드버스(Fieldbus) 라인에서는 접속이 어려웠던 상위의 클라우드나 ERP 어플리케이션들이 직접 이더넷 라인을 통해 필드 컨트롤러 및 필드 디바이스까지 연결하는 것이 가능해질 것이다. 사사지마씨는 ”FF나 HART와 같은 필드버스의 경우, 2와이어를 사용하기에 이를 그대로 이더넷 파워 라인으로 대체해 사용하는 것도 가능하다는 것에서도 큰 의미를 제공한다.”고 말했다.

HW 사라지고, SW 솔루션만이 남을 것

”향후 이더넷이 직접 디바이스단까지 연결되어 네트워크 통신이 이루어질 것이기 때문에 I/O카드가 사라지게 될 것”이라는 것이 사사지마씨의 의견이다.

현재 사용되고 있는 I/O카드의 70% 이상이 철거될 수 있다는 것. 이는 하드웨어가 큰 의미가 없어진다는 것을 의미한다. 시스템업체들은 이제 하드웨어에 얽매일 것이 아니라 소프트웨어 중심의 솔루션 프로바이더로 나서야 할 것이다. 객체지향 소프트웨어만이 살아남게 될 것이기 때문이다. 프로세스 플랜트도 또한 클라우드를 통해 모든 플랜트들과 통신하고 데이터를 교환하게 된다. 단지 클라우드가 아직은 타임 크리티컬를 해결하지 못하는 것이 흠이다. 때문에 다음 과제는 이더넷에서의 TSN(타임 크리티컬 네트워크)를 구현하는 것이 될 것이다.

FDI, 필드 디바이스 표준으로 간다

FDI(Field Device Integration)가 필드디바이스의 표준으로 갈 것이다. 머신내에서도 PLC가 필요없어지고, 임베디드된 제어기가 담당하게 될 것이다. 이를 통해 머신이 인텔리전스화될 것이다. 센서와 같은 필드 디바이스들이 이제는 자체적으로 판단하고 데이터를 분석해서 데이터를 이더넷으로 직접 올리는 방식이 될 것이다. 이것이 IIoT 센서의 모습이기도 하다.

사사지마씨는 ”FDI가 모든 필드 및 제어단의 네트워크 프로토콜을 담당하게 될 것이며, 이를 통해서 상위단과 클라우드, 또는 향후의 신기술들은 FDI와의 매칭만 거치게 되면 프로세스 필드 및 제어단과의 통합이 이뤄지게 되는 구조가 될 것이다.”고 설명했다. 이러한 컨셉으로 FDI가 진행하고 있는 것이다. 스펙은 완료된 상테이며, 프로토타입으로 테스트중이다. 올해중에(2018년) 이를 적용한 첫 제품이 나올 것으로 기대한다.

IIoT를 위한 마이그레이션 방안

그렇다면, 기존의 프로세스 플랜트들은 IIoT를 위해 어떻게 업그레이드에 들어가야 할까? HART 트랜스미터들은 IIoT 트랜스미터로 교체될 것이다. 단지 디바이스만 원바이원으로 교체하는 것만으로 가능해질 것이다.

사사지마씨는 ”기존 공장을 계속 운전하면서 와이어도 교체하지 않은 상태에서 현재 솔루션과 연결해야 한다.”며, ”디바이스들을 IoT 디바이스로 교체하고, 네트워크 라인도 기존 네트워크를 활용하면서 이더넷과 연결하는 방식으로 변화해 갈 것이다.”고 밝혔다. 일시에 플랜트 전체를 교체하는 것이 아니라, 디바이스 단위로 또는 유닛단위로 교체하는 것이 가능하다는 설명이다.

그는 과거 엑슨모빌의 사례를 살펴볼 필요가 있다고 전했다. 지난 1998년에 아나로그 트랜스미터들을 필드버스 디지털 트랜스미터로 교체하는 프로젝트를 진행한 적이 있다. 아날로그에서 디지털로 디바이스 단위 또는 유닛 단위로 교체하는 이러한 방식이 기존 트랜스미터들을 IIoT 트랜스미터로로 교체하는 방식에서도 무리없이 진행될 것이라는 분석이다. 여기에서 네트워크망은 기존의 라인을 살려서 그대로 사용하며, 데이터는 기존과 같이 컨트롤러로 가거나 IP 네트워크를 타고 클라우드나 상위 어플리케이션으로 직접 올라가게 될 것이다.

”이러한 방식을 채택한다면, 지금 당장도 하나씩 IIoT 디바이스로 교체하는 것이 가능하다. IIoT 디바이스를 얼마든지 기존 플랜트에 적용하는 것도 가능하다.”는 설명이다.

”현재 Y사의 데모라인에서 보여주고 있는 바와 같이 필드의 무선 데이터도 직접 DCS로 들어가지 않고 IP 네트워크로 올라가게 구성하는 것이 가능하다.”고 사사지마씨는 말했다.

무선 데이터들을 하나의 무선 서버로 모으고, 이 데이터를 필요에 따라 DCS나 컨트롤러로 보내거나, 클라우드를 통해 상위 애플리케이션으로 보내는 방식으로의 구성이 현실화될 수 있다는 것이다. 이는 이더넷 라인이 직접 필드기기들에게 까지 연결되는 것에서부터 가능해지는 것이다.© [2018년 1월호 / 아이씨엔 매거진]

아이씨엔 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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