2024년 4월 19일
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[이달의 뉴스] 시스코, 네트워커스 2006 컨퍼런스 개최

시스코, 네트워커스 2006 컨퍼런스 개최
시스코, 네트워커스 2006 컨퍼런스
시스코 시스템즈 코리아(대표 손영진)가 지난 4월 18일부터 3일간 코엑스 컨벤션 센터와 코엑스 인터컨티넨탈 호텔에서 IT 업계의 최신 기술 정보를 한 자리에서 체험할 수 있는’네트워커스 2006’을 개최했다. 시스코 ’네트워커스’는 단일 기업이 주도하는 기술 컨퍼런스로는 세계 최대의 규모를 자랑하는 전 세계 기술인의 축제로서, 시스코 본사가 위치해 있는 미국은 물론 전 세계 각지에서 개최되고 있다. 국내에서는 지난 1997 년도에 처음 개최되어 올해로 7 회를 맞이하고 있으며 올해 역시, 총 29 개에 달하는 업계 최고의 IT 업체 및 파트너사들이 전시와 세션에 참여하여 새로운 솔루션을 소개하는 등, 1500 여명의 국내외 IT 전문가들이 참여하는 대규모 행사로 주목받았다. 기술 강연 세션은 초, 중, 고급으로 나뉜 총 39 개의 일반 세션과 4 개의 파트너 세션이 구성되어 있으며, 특히, 인기있는 4 개 주제를 사전에 선정, 18 일 집중 과정인 테크토리얼 세션을 별도 운영했다. 전시 부문에서는 시스코는 업계를 리드하고 있는 비즈니스 파트너사들과 함께 최신 제품 및 서비스 등을 산업군별로 나누어 솔루션을 확인하도록 구성했다.
 
인벤시스, 플랜트 관리 솔루션 InFusion
인벤시스 프로세스 시스템즈가 모든 플랜트와 엔터프라이즈 시스템을 단일화한 실시간 제어와 정보 및 애플리케이션 환경으로 구현하기 위한 최신 정보 기술로 산업의 모든 자동화 기술을 통합하는 Enterprise Control System인‘InFusion’을 발표했다. 대부분의 기존 플랜트와 엔터프라이즈 시스템은 공통된 시스템에 통합이 되어야 경제적이라는 부분에 착안하여 InFusion은 기업 전체의 자산성능관리를 최적화 하기 위해 플랜트의 운전, 정비 부서의 업무를 더욱 효과적으로 운영하여 산업전반에 도움을 줄 것으로 보인다. 인벤시스 프로세스 시스템즈 Mike Caliel 사장은“InFusion 엔터프라이즈 컨트롤 시스템은 폭스보로 I/A Series 자동화 시스템과 원더웨어 InTouch HMI 소프트웨어들이 처음 발표되었을 때처럼 혁신적인 것”이라고 밝히고, 인벤시스 제품들의 최신 기능을 통합한 아키텍처에 대한 개발 기술과 표준의 활용 차원에서의 변혁을 실현했다고 말했다. 제조 공장 자산의 성능을 극대화 하기 위해서는 두가지 차원의 전략이 요구되고 있다. 하나는 모든 지역이나 플랜트로부터 사람이나 비즈니스 시스템에 제공하는 실시간 정보를 활용하는 것이고, 다른 하나는 전사적으로 비즈니스 성능을 최적화하기 위해 변화에 신속하게 대응하도록 역동적인 피드백 메커니즘을 제공하는 것이다. 인벤시스의 인퓨전은 이러한 전략을 구현하기 위해 기존의 엔터프라이즈 및 프랜트 시스템과 통합 기능이 가능하도록 설계되어 궁극적으로 비즈니스 프로세스를 위해 피드백이 가능한 경영환경을 제공할 것으로 전망된다.
 
NI, CANopen 라이브러리 발매
NI, CANopen 라이브러리 발매 내쇼날 인스트루먼트는 모션 드라이브, 센서, 분산 I/O와 같은 수백개의 산업용 CANopen 장치와 연결하여 산업 컨트롤과 계측 애플리케이션을 쉽게 만들 수 있는 CANopen LabVIEW 라이브러리를 발매한다고 전했다. 새로운 라이브러리는 High-Speed NI CAN Series2의 모든 기능을 갖춘 마스터 인터페이스로 바꾸어 줄 수 있는 사용하기 쉬운 하이레벨 LabVIEW 함수들의 모음이다. 엔저니어는 자동화된 CAN(CiA) DS301 기준과 일치하는 CANopen 마스터 애플리케이션을 만들기 위해 CANopen 라이브러리가 포함된 그래픽 기반의 LabVIEW를 사용할 수 있게 되었다. CANopen은 CAN 하드웨어 레이어에 기반을 둔 하이레벨 프로토콜로서 유연한 설정을 할 수 있는 표준 임베디드 네트워크로 개발되었다. 원래 CANopen 프로토콜은 모션 컨트롤 애플리케이션으로 디자인되었지만, 의학장비와 오프로드 자동차, 공공 교통기관, 빌딩 자동화를 포함하는 많은 산업 영역에서도 널리 사용되고 있다. 또한 CANopen LabVIEW 라이브러리는 NI의 CANopen 모션 드라이브를 위한 NI SoftMotion Controller로 동작하여 사용자들이 손쉽게 모션 CANopen 네트워크에 CANopen I/O를 추가시킬 수 있다.
 
아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호
 

[적용사례] 반도체 장비에서의 네트워크를 통한 배선절감

DeviceNet을 사용하여 제어 장치를 상호 연결하면 장치 네트워크를 보다 쉽고 저렴하게 구축할 수 있을 뿐만 아니라, 그보다 훨씬 더 많은 이익을 얻을 수 있다. DeviceNet의 기능은 성능과 생산성을 극대화하면서 시간과 비용을 절약하도록 도와준다.
코닉 시스템즈는 해외 고객들에게 장비를 수출하고 있기 때문에, 전세계에서 다른 제품들과 사용하고 통합할 수 있는 개방형 표준을 채용한 솔루션을 모색하였다.
경기도 화성에 위치한 코닉시스템 (Kornic Systems Corporation)은 1994년에 ETRI의 출자 회사로 설립되었다. 처음에 이 회사의 주요 사업 분야는 장비 제어 소프트웨어 및 엔지니어링이었다. 코닉 시스템즈는 삼성 반도체 및 대만, 일본, 독일의 여러 반도체 제조업체들과 같은 OEM(Original Equipment Manufacturer)들에게 반도체 및 LCD 장비를 공급한다.
2001년에 코닉 시스템즈의 매출액은 총 1,040만 달러를 기록하였다. 이 회사의 주요 제품은 생산 및 R&D에서 사용하는 웨이퍼를 위한 KORONA RTP 시리즈의 자립형 고속 열처리(RTP) 시스템과 EasyCluster 장비 제어기 및 제어 소프트웨어, 그리고 LCD용 드롭 형식 액정 크리스탈 필링 기계 등이다.
제품 신뢰성 확보 방안
1994년에 설립된 이후, 코닉시스템은 국내의 반도체 장비 산업에 제어 및 통합 서비스를 제공함으로써 입지를 확보하였다. 반도체 장비 기술을 개발함에 있어서 더욱 커다란 역할을 수행하기 위해, 코닉 시스템즈는 자사의 사업 범위를 반도체 공정 장비 뿐만이 아닌 전체적인 공정 장비 기술을 포함하도록 확장하고자 했다.
이를 위한 중요한 조치 중 하나는 아시아 태평양 지역이 상당한 경제적인 어려움에 처해 있었던 1998년에 취해졌다. 코닉시스템은 자사의 사업 범위를 확장하고 Korona RTP 시스템을 개발하기 시작했는데, 이 시
스템을 통해 회사는 대만, 싱가포르, 중국 등과 수출 관계를 맺음에 따라 시장을 해외로 확장할 수 있었다.2000년에 코닉시스템은 LCD 장비 사업을 시작하였으며, 화성에 새 공장을 개설하였다.
코닉시스템은 이러한 사업확장을 계속하려면 제품이 안정성, 생산성 향상, 표준화 및 단순화된 유지 보수를 제공해야 한다는 것을 알고 있었다. 코닉 시스템즈는 해외 고객들에게 장비를 수출하고 있기 때문에, 전세계에서 다른 제품들과 사용하고 통합할 수 있는 개방형 표준을 채용한 솔루션을 모색하였다.
반도체 제조 장비를 제어하는 가장 흔한 방법은 직접 I/O 방식이었다. 이 방식에서는, 산업용 PC가 반도체 웨이퍼의 슬롯에 부품을 주입하는 것을 제어하는 I/O 모듈에 전자회로로 연결되어 있다. 코닉시스템을 포함한 여러 장비 제조업체들은 Windows 소프트웨어에 의해 구동 되는 ISA PC를 사용해 왔다. 직접 I/O는 속도에서 이점을 제공하긴 하지만, 장치를 제어기에 연결하기 위해서는 더 많은 배선을 필요로 한다. 이는 광대한 배선 체계로 인한 유지보수의 문제를 야기한다. 이와 더불어, 공기 압력 밸브와 진공 센서와 같은 장치들이 장비의 여러 위치에 장착되어 상당한 배선을 필요로 했다. 여러 장치를 호스트 시스템에 연결하기 위해 너무나도 많은 케이블이 필요했기 때문에, 문제의 진단 및 해결은 어려웠다.
직접 I/O를 사용하는 대신, 일부 장비에는 PLC가 보조 I/O 시스템으로 포함되어 있다. 각 클러스터에서, 클러스터 도구 제어기(CTC)는 반도체 제조 공정의 단계들을 수행하는 여러가지 모듈들을 스케쥴링하고 제어한다. 이러한 유형의 아키텍쳐는 간단한 배선을 제공하기는 하지만, PLC에는 직접 I/O 시스템들이 제공하는 프로그래밍 유연성과 속도가 결여되어 있다.
확장성과 설치 공간 절약
로크웰 오토메이션은 한국 내 배급 업체인 해성전기와 함께 코닉시스템이 요구하는 안정성 향상을 실현하고 고속으로 쉽게 프로그램할 수 있는 시스템을 제공하기 위해 노력하였다. 그 솔루션은 Flex I/O 제품
과 DeviceNet을 적용하는 것이었다.
Flex I/O 모듈 제품군은 코닉시스템 반도체 장비를 위해 작은 크기와 확장성이라는 이점을 결합한다. I/O를 센서와 작동기 가까이에 위치시킴으로써, 코닉시스템은 배선 비용을 절감하고 복잡성을 최소화할 수 있었다. 코닉시스템의 열처리 시스템은 각각 18 개의 Flex I/O 모듈을 사용한다.
Flex I/O 모듈의 작은 크기와 뛰어난 확장성이 결합하여, 코닉시스템이 추구하는 반도체 장비의 장점을 만들어냈다. 프로세서로부터 멀리 떨어진 위치에 있는 분산형 I/O 모듈들은 로크웰 오토메이션의 DeviceNet 네트워크를 사용하여 연결된다.
DeviceNet은 간단한 산업용 장치들(센서 및 액추에이터 등)과 보다 높은 수준의 장치들(PLC 제어기와 컴퓨터 등) 사이의 연결을 제공하는 개방형 표준의 장치 레벨 네트워크이다. DeviceNet은 입증된 IP(Control and Information Protocol; 제어 및 정보 프로토콜)를 사용하여 코닉시스템의 장비에 제어, 환경설정 및 데이터 수집 기능을 제공하여 광범위한 진단을 제공한다. 여러 케이블 대신 하나의 케이블만을 사용함으로써, 이제는 더욱 쉽게 장비를 설치하고 유지할 수 있다.
DeviceNet 네트워크는 다양한 네트워크 속도와 단일 위치로부터의 복수 네트워크와 같이 반도체 장비가 요구하는 다양한 조건을 수용할 수 있는 유연성을 갖고 있다.
로크웰 오토메이션의 기본 제품 가격이 경쟁사보다 높기는 하였지만, 코닉 시스템즈는 Flex I/O와 DeviceNet이 총 소유 비용을 크기 절감시켜 줄 것이라 생각했다. 이 회사는 이 솔루션이 아날로그 모듈을 사용
한 설정과 같은 코닉시스템의 기존 시스템과 잘 통합될 수 있을 것이라는 점도 인식하였다.
반도체 장비 생산성 향상
코닉시스템은 로크웰 오토메이션 솔루션을 적용한 것을 완전한 성공이라고 생각하고 있다. 배선은 50% 줄었으며, 이는 설치시간을 70% 이상 크게 줄이는 결과를 가져왔다. 엔지니어링팀의 정주영 팀장은 ”우리는 로크웰 오토메이션이 코닉시스템을 위해 제공한 솔루션에 만족합니다. 우리가 로크웰 오토메이션을 선택한 이유는 제품의 안정성과 브랜드 인식도라는 면에서 최선의 선택이라고 생각했기 때문입니다. 로크웰 오토메이션은 우리가 기대했던 것과, 그 이상의 것을 함께 제공했습니다.”고 말했다.
다른 제품과 쉽게 통합되는 특징으로 인해 코닉시스템은 장치를 교체할 때 시간을 절약할 수 있었으며, 이는 그들이 시스템을 신속하게 온라인 상태로 되돌릴 수 있다는 것을 의미하였다. 그리고, 코닉시스템의 OEM 고객들에게 가장 중요한 것은 반도체 장비의 생산성이 향상되었다는 것이다.
로크웰 오토메이션 제품으로 변경한 이후 매출액이 두 배로 증가한 가장 큰 이유가 이러한 생산성 향상에 있다. 코닉시스템이 자사의 사업 범위를 확장하고자 하는 지속적인 계획의 일환으로, 이 회사는 이제 유사한 로크웰 오토메이션 솔루션을 자사의 LCD 제조 장비에 채용할 계획을 연구중에 있다.
 
아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호

작업의 안전 개념(The Safety at Work Concept)과 AS-Interface

AS-Interface는 예를 들어, 비상시 작업종료 관리와 같은 안전 지향적 어플리케이션에 대한 사양으로의 확장을 시도하고 있다. 시스템 고유의 단순성을 계속 유지하면서 안전 기능 시스템을 통합시키고 있다. 표준 구성요소는 안전 지향 장치와 하나의 네트워크에 공존할 수 있다. 이것은 (전반적인) 안전감시 및 안전 슬레이브의 도움으로 가능하다. EN954-1에 따르는 안전범주 4에 대한 어플리케이션이 실현 가능하다.

AS-Interface safety

모든 버스 시스템은 정상 작동 모드에서 충분한 안전을 제공한다고 말하지만, 요즘 안전 지향적 메시지는 보통 일반배선을 통해 전송되고 안전을 보장 받는다. 따라서 모든 사용 가능한 버스 시스템은 이에 고유한 솔루션으로 안전 기술을 통합시키려 한다.

AS-Interface의 경우 우선적인 작업 영역은 바이너리 센서 및 액츄에이터의 네트워킹이며 이것들은 종종 안전지향적 어플리케이션에서 사용된다. 그 예로는 기계 스위치, 보호장치 감시, 비상 중지 스위치 또는 ’안전 영역 보호’ 또는 ’안전 영역 침범’을 나타내는 안전한 바이너리 출력을 갖는 안전등막이 및 안전등 격자와 같은 더 복잡한 장치들이 있다.

표준 어플리케이션에 정상적으로는 관련이 없는 에러 소스는 안전 지향적 메시지를 전송하는 경우 발췌되어야 한다. 이러한 소스에는 다음과 같은 것이 있다.

– 예를 들어, 메시지의 내용이 생성되거나 처리될 때 잘못이 있더라도 통신은 명백히 올바른 것으로 남아있기 때문에 버스진단에 의해 인식될 수 없는 슬레이브 하드웨어의 실패

– 인식되지 않은 Telegram 장애 또는 시스템의 가용성 저하의 결과를 가져오는 전송의 교란

– 잘못된 처리 또는 잘못된 반응을 일으키는 마스터 또는 높은 수준의 제어 장치(예, PLC)에서의 하드웨어 실패

안전 범주에 따라, 다중 결함으로 인해 안전기능이 손실되지 않아야 할 필요가 있다.

안전 장치 어플리케이션에서, 전체 데이터 체인(전송 및 처리를 통한 메시지 생성에서 시스템의 반응까지)의 신뢰성이 절대적으로 필요하다. 가장 약한 연결이 체인의 신뢰성을 결정한다. 이것은 하나 또는 모든 연결에 추가적인 ”연결”을 평행하게 삽입함으로써 얻을 수 있다.

이것은 때로 중복을 도입하고 중복 채널의 결과를 비교함으로써 수행한다. 그러면 동시 실패의 확률은 모든 단일 링크 실패의 확률의 곱이며 따라서 매우 낮은 수치에 이른다.

분명 이 절차는 체인의 가장 약한 결합에서 시작한다. 안전 기술을 사용하면 항상 구성 요소의 실패를 고려해야 하기 때문에 때로 이것은 많은 구성 요소를 갖는 별도의 스위치가 있어야 함을 의미한다. 위험이 드러난 전통적인 전송 방법의 경우, 그 방법을 이중화하거나 추가적으로 감시하는 방법이 현실화되었다. (예, 폐쇄 접촉 또는 배타적 OR 접촉으로 바이어스 전류 감독)

중복을 사용하여 버스 제어 자동 프로젝트를 구축하는 경우 슬레이브(및 필요한 슬레이브 주소), 버스 구조, 마스터 및 제어 장치의 이중화를 수반하기 때문에 비용이 크게 증가하게 됩니다. 또 다른 대안은 버스 구조를 이중화하는 것이다. 필드버스는 하드웨어의 중복 없이 체인의 연결을 강화하는 식으로 데이터 전송의 안전을 부분적으로 증가 시킨다.

안전 지향적 메시지를 위한 AS-Interface

‘작업 안전’이라는 개념 안에서 AS Interface의 작동 방식은 상이하다. ASInterface는 일차적으로 주변의 바이너리 장치에 대해 사용되기 때문에, “경고” 및 이에 의해 트리거되는 위험을 발생할 수 있는 모든 운동의 전원 차단(일반적인 ”비상 정지 상황”)이 안전 기술에서 강조된다.

동시에, 에러 인식 및 수정 메커니즘뿐만 아니라 시스템의 가용성을 처음부터 비차폐 선에 대해 설계해야 했기 때문에 ASInterface는 데이터 전송이 이미 표준 솔루션에 대해 매우 높은 수준의 신뢰성에 도달했다는 편안한 상황에 있다. 따라서, ASInterface 프로토콜은 안전 지향적 메시지를 위해 변경할 필요가 없다.

AS-Interface safety
AS-Interface safety 어플리케이션

버스상에서 그리고 안전 모니터를 통해 전송되는 동적 신호를 통해 요구되는 안전수치를 증가 시킨다. 이 모니터는 안전 지향적 메시지를 처리해야 하는 추가적인 범용 요소 네트워크로 도입된다. 이것은 마스터와 슬레이브간의 데이터 소통량을 감시, 안전 지향적 슬레이브의 메시지 추출, 그리고 다음과 같은 경우에 비상정지 기능을 트리거한다.

– “경보”가 어플리케이션에서 전송되고 있는 경우(비상 정지 버튼의 누름, 제한 스위치의 개방, 안전등 커튼의 중단 등)

– 모니터가 어플리케이션 에러를 등록한 경우(슬레이브, 메시지 전송 또는 처리의 결함).

이 개념에서, 제어 장치 및 마스터는 안전 기술 영역에서 제외되었다. 이들은 특수한 요구를 만족시킬 필요가 없으며 표준 및 안전 지향적 메시지를 처리할 수 있다. 그들의 프로토콜이 동일하기 때문에, 둘 모두는 동일 네트워크 내에서 전송될 수 있다. 이것은 개방적이고 제조업체 독립적인 시스템이 제공하는 상이한 마스터 개발 때문만 아니라 사용자에게 많은 기회를 제공하기 때문에 AS Interface에게 있어서 중요한 요소가 된다.

– 구성 요소(마스터, 커플러, 전원, 슬레이브, 중계 장치)의 사용 가능한 스펙트럼은 계속 사용할 수 있다. 범용의 안전 모니터 및 안전 지향적 슬레이브가 새로이 추가되었다.(그림 3)

– 표준 및 안전 지향적 구성 요소의 혼합 작동이 동일 네트워크 내에서 언제나 가능하다.

 

아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호

RFID 기술과 응용, 국제적인 치수 및 경제적 의미

RFID는 비 접촉 무선인식 기술로서 기존의 바코드가 갖고 있는 인식속도, 저장능력 등을 획기적으로 향상시키어 물류산업에 혁신적 변화와 유비쿼터스 국가, 사회, 도시 등의 건설에 무선네트워크, 센서와 함께 핵심 인프라 기술이다. 이러한 RFID에 대하여 최근 국제표준화기구 ISO에서는 관련 통신, 식별코드, 성능시험방법 등 대부분의 기술표준 제정을 완료하였으며. 우리나라는 ISO 규격 12종을 KS 규격으로 제정하였다. 또한, 컨테이너 보안용 전자봉인, 공급망관리(SCM)등의 응용표준 등은 여러 시범사업을 거쳐 완성단계에 있다.

RFID  이미지

일반적인 용어로 RFID는 라디오 주파수 전송 또는 라디오 전파를 사용하여 물체나 사람을 인식하는 방식을 나타낸다. 인식은 자동으로 읽을 수 있는, 마이크로칩에 저장된 물체, 사람, 정보를 인식해주는 고유번호에 의하여 가능하다. 최근의 기술 발전에 따라, 자동인식 데이터 포착 산업은 RFID를 활용할 수 있는 새로운 응용분야를 찾기 위한 모든 노력을 기울이고 있다.

지난 30년간 정보 기술(IT)처럼, RFID 기술은 보다 강력해지고 소형이며 가격이 저렴해지고 있다. 기본 RFID 시스템은 세 가지 성분으로 구성되어 있다:

– 안테나 포함 파워 장착 및 파워 비장착 마이크로칩으로 구성된 태그

– 정보를 송수신하는 태그와 안테나가 달린 리더기

– 태그 정보를 중앙 저장장치로 기록, 전송하는 미들웨어

RFID 태그

현재 두 가지 타입 – 수동형 태그와 능동형 태그 -의 태그가 사용중이다. 수동형 태그는 내장 전원이 없으며, 리더기가 만든 전자기장에 의하여 전원을 공급받는다. 능동형 태그는 내부 배터리로 전원 공급을

받으며 리더기가 정보를 호출하는 것을 감지한 때에 로컬 리더기로 데이터를 전송하는 방식으로 전원을 공급받는다. 배터리가 있는 태그는 일반적으로 배터리가 없는 것보다 크며, 능동형 태그는 리더기와 함께 리딩 범위가 길며, 수명은 배터리의 한계수명에 따라 정해진다. 수동형 태그는 크기가 작으며 수명에 제한이 없다. 능동형 태그와 비교하여, 수동형 태그는 환경 및 전원 제한으로부터의 간섭 때문에 전송 범위가 제한된다.

대다수의 현재 소매업 응용 분야는 수동형 태그로 설계된다. 능동형 태그는 현재 방위나 군대 운영에서 사용된다. 또한, 태그가 운전자가 요금 계산소에서 지불하기 위하여 멈추는 것보다는 리더기를 지나가는 것으로 요금을 지불할 수 있게 해주는 선불 방식에 태그가 연결된 EZ 패스)같은 기술에서 보여진다.

RFID 비교

 

또다른 RFID 태그의 고유 특징은 바코드 보다 많은 정보를 전송할 수 있다는 것이다. 게다가 태그의 정보가 지워지고, 다시 쓰거나 조정한 경우 재사용이 가능한 태그는 데이터 업데이트를 가능하게 해주며 그러므로 보안 및 인식 응용분야에서 보다 유용하게 쓰일 수 있다.

RFID에 대한 관심이 높아짐에도 불구하고 기술적인 과제는 여전히 존재한다. 라디오 주파수의 사용은 파렛트 또는 품목에 명확한 송수선이 직결된 배치의 필요를 제거해주지만, 금속이나 액체 같은 전도물질은 전자기를 반사한다. 이는 금속 커피캔, 컨테이너, 샴푸통같은 금속 표면에 태그 부착이 문제될 수 있으며, 또한 이는 가끔 인식률을 저하시킬 수 있다. 기타 근접 전송에서의 전자파 간섭은 태그 성능 및 태그에서 리더기로 가는 통신에 영향을 줄 수 있다. 반사 및 회절같은 물리적인 효과 역시 태그 성능에 영향을 미칠 수 있다.

다양한 RFID 시스템, 회사, 국가간의 비호환성은 RFID 기술의 광범위한 개발에 문제로 대두된다. 기술표준, 주파수, 파워레벨이 RFID 시스템의 성공적인 글로벌 상호 호환성을 위한 필수적인 이슈이다. 태그와 리더기를 위한 기술적인 표준을 개발하고 정의하고자 하는 노력이 수행중이며, 일반적인 표준은 목표로 남아있다. 이처럼, 나라마다 운영 주파수 범위, 허용 가능한 전송 기준, 허용 가능한 전원 제한에서의 차이점은 운영상 제약으로 작용한다.

신소자 컴퓨터 프로세서를 위한 잠재성 및 현재 연구 개발 능력에 관하여, 어떤 연구자들은 향후 RFID 태그 및 기타 응용을 위한 유기 마이크로 프로세서 개발을 고려하고 있다. 예컨대, NIST는 플라스틱 같은 대부분 또는 전체가 유기 물질로 된 RFID 기기에 실리콘이나 무기 물질로 대치하는 기술적인 타당성을 주시하고 있다. 이와함께 기타 재료, 태그, 칩 디자인, 제조 및 제작에서의 현재진행중인 연구는 견고하고 기능적인 태그를 만들 수 있을 것이다.

RFID 리더기 기술

RFID 리더기는 다양한 기능을 수행한다:

호출 신호 송신으로 태그를 활성화, 수동형 태그로의 전력 공급, 태그로 보내는 데이터 신호를 인코딩, 태그로부터 받은 데이터를 디코딩. 리더기는 전자기파를 방출하는 이동식이자 고정식 기기이다. 출력전원 및 라디오 주파수는 태그가 읽을 수 있는 범위를 결정한다. RFID 시스템은 전형적으로 30 KHz ~ 50 KHz(저주파수), 850MHz ~ 950 MHz, 2.4 GHz ~ 2.5 GHz (극초단파) 사이의 주파수 범위에서 작동한다.

기타 주파수 밴드는 RFID 응용에 사용되며 이는 특정 응용이 될 수도 있다. 예를 들면, 자동차 원격시동키 등, 저주파수에서 운영되는 시스템은 비용이 적게 들고, 짧은 리딩 범위를 가진다. 역으로, 고주파 시스템은 비용이 더 들지만 빠른 리딩 속도 및 긴리딩 범위를 가진다.

산업 자료에 의하면, 현재 리더기 설계에서 거의 변화가 없으며, RFID가 응용 부분에서 개발됨에 따라 응용 소프트웨어는 리더기의 기능성을 결정하게 될 것이다.

이는 다음을 포함한다:

리더기가 한 번에 하나의 태그 이상을 읽는 것을 막아주는 충돌 방지 소프트웨어, 리더기가 모든 태그를 읽을 수 있다는 것을 보장해주는 검정능력, 다양한 전송 리더기간의 간섭을 최소화시키는 조치, 전송받은 데이터에 비승인 접근을 막아주는 보안 조치. 유망한 기술 개발의 예시는 모든 기술 플랫폼을 뛰어넘는 능력이 있는 미국의 벤처 회사에 의해 개발된 리더기이다. 이것은 리더기가 동시에 다양한 형식의 태그를 읽을 수 있게 할 뿐 아니라 데이터를 프로세스화하고 운영하게 프로그램화하게 해준다.

RFID 미들웨어

RFID 시스템의 제3의 성분을 구성하는 RFID 미들웨어는 기업의 재고 또는 인식 운영 시스템과 결합된 컴퓨터 하드웨어, 데이터 프로세스 소프트웨어로 구성된다. 미들웨어 플랫폼은 운영 시스템, 데이터 저장, 다양한 태그의 입력을 가시적인 추적 또는 인식 데이터로 전환시키는 알고리즘을 프로세스화하는 것을 제공한다. 미들웨어는 RFID를 사용하는 회사의 직원에 의하여 운영되거나 IT 서비스 제공자의 하청에 의하여 운영된다. 할 수 있게 개발되며, 태그, 리더기, 미들웨어 설계가 성숙되었을 때에만 가능하다.

아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호

스마트 홈 실현을 위한 전력선통신(PLC) 기술

전력선통신(PLC: Power Line Communication)은 현재 모든 가구에 전력선이 보급돼 있어 현존하는 인프라 중에서 가장 광범위한 네트워크를 구성하고 있다는 평가를 받는다. 기존 네트워크의 사각지대에 인터넷 서비스를 제공할 수 있는 라스트마일(last-mile) 솔루션으로 기대를 받고 있기 때문이다.

PLC란 전력선통신(Power Line Communication)을 말하는 것으로 전력선을 매체로 사용하는 방식이다. PLC는 크게 22KV의 고압 송전망을 이용하는 방식과 110V/220V급의 일반 수용가 전력망을 사용하는 방식으로 구분되며, 특히 저압의 수용가 망에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.

이 PLC의 원리는 구리선을 이용한 초고속데이터통신망(ADSL)과 유사하다. 즉, 전력은 60Hz의 저주파 파형으로 전달되며, 데이터는 해당 매체가 수용할 수 있는 주파수 대역폭에서 고주파 대역(2~15MHz)으로 전송하는 원리이다.

Power Line Communication

이러한 PLC의 기원은 1920년대부터 시작되는데 X10 표준방식으로 60Hz의 주파수 대역을 이용하여 전원이 연결되어 있는 장치를 On/Off할 수 있게 하는 기술에서 출발하였다. 이후 1998년까지 저속 데이터(20Kbps)를 전송하여 제어 또는 자동화를 위한 특별한 용도로만 사용되어 왔으나, 1999년 들어 본격적으로 기술개발이 진행되고 1Mbps급의 중/고속 데이터 통신이 성공하였으며 현재 적합성 검증이 진행되고 있다. 또한 향후 주력시장으로 홈 네트워크 및 홈 오토메이션이라는 지능형의 스마트 홈 시스템에 초점을 두고 기술개발이 적극 진행중이다.

전력선 통신(PLC)의 특징

PLC의 가장 큰 특징은 현재 100%에 가까운 모든 가구에 보급되어 있는 전력선을 매체로 이용한다는데 있으며, 이는 통신시스템을 제공하는데 있어 기본적으로 필요한 망포설 비용을 절감할 수 있다는 것을 의미한다. 또한 초고속 인터넷 사업을 통해 국내 아파트 단지를 중심으로 ADSL·케이블모뎀 등이 보편화됐다고 하지만 아직까지 이들 네트워크가 미치지 못하는 구간이 존재하며 이 구간을 전력선 네트워크를 통해 연결할 수 있다는 범용성을 들 수 있다.

이와 더불어 네트워크 구성에 필요한 비용이 거의 들지 않는다는 장점은 투자자들과 관련 사업자들의 관심을 끌기에 충분하다. 또 PLC는 앞으로 다가올 홈네트워킹 시대에서 강력한 솔루션으로 자리를 잡아가고 있다. 홈네트워킹이 보편화되기 위한 전제 가운데 하나는 배선이 손쉬워야 한다는 점이다. 홈네트워킹을 위해 배선공사를 새로 해야 한다면 많은 가정에서 이를 외면할 것이라는 사실은 분명하기 때문이다.

PLC는 기존의 전원 콘센트에 플러그만 연결하면 통신이 가능한 기술이기에 홈네트워크에 적합한 솔루션이다. PLC를 이용한 외부망 연결을 위한 고속 액세스 기술과 홈 네트워크의 저속 제어기술은 신규 서비스 및 잠재 시장을 활성화할 수 있을 것으로 기대돼 국내외 통신업체나 전력업체가 차세대 통신기술로 주목하고 있다.

PLC란 전력을 공급하는 전력선을 매개체로 음성과 데이터를 수백㎑∼수십㎒의 고주파 신호에 실어 통신하는 기술을 의미한다. 사실 PLC는 전력선을 매체로 통신하기 때문에 통신용 케이블이나 광섬유를 이용한 데이터 전송에 비해 구현이 어렵다. 특히 높은 부하와 간섭 현상, 잡음, 가변하는 임피던스(impedance)와 신호감쇠현상 등 특수한 환경을 극복하고 제한된 전송 전력을 통해 데이터를 전달해야 하는 어려움이 따른다. 전력선을 통해 발생하는 노이즈는 전동 모터와 같이 비동기적으로 발생하는 노이즈, 60㎐ 정수배의 주파수에서 발생하는 고주파 노이즈(harmonic noise), 전자기기의 스위치를 연결하거나 끊을 때 발생하는 독립적인 임펄스(impulse) 노이즈 등이 존재한다.

이처럼 PLC의 열악한 채널 환경과 채널 특성을 파악하고 이를 해결하기 위해선 다음과 같은 다양한 기술을 적용하는 과정이 필요하다. 우선 노이즈 환경에서 전력선을 매개체로 데이터를 주파수에 실으려면 반드시 다른 형태의 신호로 바꿔주는 과정이 필요하다. 즉 모듈레이션(modulation)이라고 불리는 일련의 주파수 변조 과정을 통해 주파수 형태를 바꾸어야 하는 것이다.

또 전력선에 통신주파수를 싣기 위해선 변조된 통신 신호를 전력선과 결합하는 커플링(coupling) 기술이 필요하고 데이터를 수신하는 측에서 원하는 통신 신호만을 받아들이고 필요하지 않은 대역의 신호를 제거하려면 수신측에 프리필터(pre-filter)라는 장치가 필요하다.

데이터 통신의 에러율을 줄이려면 데이터를 코드화된 부호체계로 바꿔줘야 한다. 이때 필요한 기술이 바로 채널 코딩(channel coding)이다. 바로 이 과정에서 전력선 통신 모뎀 개발 회사들은 자사의 코딩 기술을 적용하게 된다.

액세스 분야에서 최근 이슈가 되고 있는 속도 문제를 향상하고 열악한 전력선 채널의 속성을 극복하기 위해 다양한 신호 변조와 복조 기술이 이용된다.

PLC 기술은 크게 가정내의 홈네트워크 기술과 가정과 외부망의 연결을 위한 액세스 기술로 구분된다. 데이터 전송 속도에 따라서는 저속 60bps∼10Kbps, 중속10Kbps∼1Mbps, 고속 1∼10Mbps로 구분되며 이에 따라 저속은 홈네트워킹의 제어용으로, 중속은 홈네트워킹의 데이터 통신용으로, 고속은 외부망 액세스용으로 통신목적을 나눌 수 있다.

저속 PLC 분야는 고속의 액세스 분야보다 오래 전부터 관련 기술 개발이 진행돼왔다. 저속 PLC는 그 기술 개발 기간만큼의 신뢰성을 가지고 있다. 저속 PLC 기술은 주로 홈네트워킹 분야의 가전기기 제어를 위해 사용돼왔다. 이 기술은 집안에 있는 조명기기 또는 가전제품의 스위치를 켜고 끄거나, 가스 밸브를 잠그고, 집안을 모니터링하는 등 다양한 가전기기를 제어하는 기술로 발전해왔다.

저속 PLC는 오랜 기술적 발전을 통해 안정된 신뢰성을 확보해 현재 홈네트워킹이나 공장제어 등 많은 분야에서 상용화돼 있다. 많은 연구단체와 업계의 PLC에 대한 관심과 연구는 끊임없이 계속되고 있으며 이를 통해 앞서 언급한 노이즈, 신호 감쇠 등의 전력선 통신 채널들의 특성을 극복하고 데이터를 신뢰성 있게 전송할 수 있게끔 하는 여러 기술들이 개발됐고 현재에 와서는 안정된 저속 PLC망을 구축할 수 있게 된 것이다.

또한 낮은 주파수 대역에서 구현이 가능하기에 현 전파관리법과 전기용품 안전 규격 범위에서 구현이 가능하다는 장점들도 있다.

반면 다양한 홈네트워킹 콘텐츠 분야에 대한 소비자 욕구의 대안으로 중속 PLC와 전력선만을 통해 인터넷망에 연결해 네트워크 구성의 비용 절감을 꾀하는 고속 PLC 액세스 기술도 관심을 받고 있다. 그러나 아직 중속과 고속 PLC 기술은 시작 단계로 과부하에 의한 전파방해, 시시각각 변하는 채널 특성, 통신법의 규제에 따른 제한된 주파수 대역의 할당, 가전기기에 의한 잡음 등의 문제들을 해결해야 한다.

특히 기술적 표준이 정해지지 않은 PLC에 대한 기술적 협력과 정부와의 협의를 목적으로 하는 단체들이 세계 각국에 구성돼 있다. 국내에서는 전력선 통신 관련 업체와 기관으로 구성된‘PLC 포럼 코리아(PLC Forum Korea)’가 있으며 이를 중심으로 표준화 활동 및 정부와의 협의가 활발히 진행되고 있다.

해외에서는 미국의‘홈플러그 얼라이언스(HomePlug Alliance)’, 유럽의‘PLC 포럼(PLC Forum)’, 일본의‘에코넷 컨소시엄(Echonet Consortium)’등 지역별로 표준화 단체가 활동중이다. 아직까지는 국제적으로 PLC 표준화를 이끌어 나갈 단체가 결성돼 있지 않은 실정이다.

새로운 시장 형성 매개체

이제 전력선 통신 시대가 오고 있다. 유럽 및 개도국을 중심으로 큰 시장이 형성될 것으로 기대된다. 유럽의 경우 오래된 건물들이 많아 신규 전화선을 설치하기가 어려운 실정에 있어 독일과 이탈리아를 중심으로 활발하게 전력선 통신망에 대한 개발이 진행되고 있다.

중국, 동남아시아, 중남미, 인도 등 개도국은 전화선의 보급이 현재 열악한 실정에 있으며 전력선 통신망이 개발되면 별도의 전화선을 설치할 필요가 없이 PLC망을 통신망으로 구축할 것으로 예상된다. PLC망의 주요 대상은 가정/소호(SOHO) 및 중소 규모 기업을 대상으로 비메모리 반도체, 단말기, 디지털가전, 인터넷 컨텐츠 등 관련 산업 전반에 파급효과가 큰 산업으로 기대된다.

아이씨엔 매거진 2006년 창간 준비호

산업통신망의 성장에서 본 산업용 이더넷

산업용 네트워크는 개방성과 안정성이라는 산업 현장에서의 요구에 적극 부응하면서 산업용 이더넷이라는 목표로 모아지고 있다. 산업용 네트워크의 새로운 이름으로 산업용 이더넷이 산업 통신망의 주류로 성장하기에 이른 것이다.

세계 산업용 이더넷 시장은 현재 51.4%의 고성장을 지속하고 있는 중이다. ARC에 따르면, 산업용 이더넷 시장은 지난 2004년에 84만 유닛에 구축된 것으로 나타났으며, 향후 연평균 51.4%의 성장율을 보이면서 2009년에는 670만 유닛으로까지 확대될 것으로 전망되었다. 또한 산업용 이더넷 스위치 시장은 2004년 1억 2천만 달러를 보인데 이어 2009년에는 9억 4천만 달러로 성장, 연평균 49.9%의 성장률을 보일 것으로 분석되었다.


이러한 고성장이 전망되는 산업용 이더넷은 이제 산업용 네트워크의 대명사가 되었으며, 기존의 산업용 네트워크를 대표해 왔던 필드버스라는 용어를 무색케 하고 있다. 국제 표준으로 IEC 61158에서 선정한 7개의 필드버스중 5개와 ISO에서 제안한 6개의 필드버스를 합한 11개의 필드버스 프로토콜이 개방형 프레임워크를 수용하면서 개방화된 산업용 통신망으로 필드버스가 사용되고 활발한 현장 구축이 이루어지고 있다.


지난 2000년에는 처음으로 산업용 네트워크에 이더넷을 수용한 Ethernet/IP가 제출되어 국제 표준안으로 논의되기 시작한 이후, FF HSE, PROFInet, Modbus TPC,EtherCAT 등 기존의 개방형 필드버스들이 모두 이더넷을 수용하는 방향으로 큰 물줄기를 이르고 있다.
 
왜 Ethernet 인가?

생산 시스템에서의 안정성을 생명으로 하는 산업 자동화 현장에서는 기기 및 시스템을 도입함에 있어 무척 폐쇄적인 경향이 있다. 이는 검증된 안정성이 담보되지 않은 시스템이나 솔루션을 가동중에 사소한 시스템 에러가 발생했을 경우, 전체 시스템 차원에서의 큰 피해를 감수해야 한다는 근본적인 이유가 내재되어 있기 때문이다. 이러한 폐쇄적인 산업 현장에서 이제 IT 정보기술의 핵심도구인 이더넷을 도입하려는 움직임이 활발하다.

지난 1973년 제록스의 Bob Metcalfe의 냅킨 스케치에 의해 태어난 이더넷(Ethernet)은 처음 사무실간의 통신을 위한 LAN으로 사용되었다. 최근에는 이더넷의 성능과 애플리케이션의 크게 확대되고 있다. 처음의 표준은 2.94 Mbps를 지원했었는데, 이후 Intel과 Digital Equipment사가 합류하여 10Mbps의 DIX 2.0 표준의 개발하였다. 동시에 IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)에서 지금의 이더넷 표준으로 알려진 CSMA/CD 802.3을 1983년에 규격으로 발표하였다.


최근에는 이더넷이 공장 라인으로 사용 분야를 확장하여 지능형 센서로부터 플랜트 관리 제어 시스템에 이르기까지의 산업용 컴퓨터 플랫폼으로 활용되기에 이르렀다. 이제 이더넷(Ethernet)이 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)으로 한 단계 더 진보하고 있는 것이다.


 
특히 산업 자동화 분야에서는 분산 제어를 기반으로 하는 필드버스가 활성화되고 있으나 필드버스가 가진 장점에도 불구하고 현재 다양한 경로를 통해 구축되는 필드버스들이 서로 다른 물리적인 전송방식으로 동작된다는 고질적인 문제를 내재하고 있다. 이에 버스 특화된 인프라 구조 요소 및 상위의 버스 네트워크와의 연결을 위한 게이트웨이 그리고 통합을 위한 OPC 등이 추가로 요구된다.

이러한 이유로 모든 레벨의 데이터 교환을 위한 하나의 네트워크로 단일화 하고자 하는 산업계의 요구에 필드버스가 부응하지 못하는 측면이 존재해 왔다. 이러한 단점을 해소하고자 하는 돌파구로서 정보기술의 기초가 되는 이더넷이 필드버스를 대체할 새로운 산업 기술로 각광받게 된 것이다.

국내 산업 현장에 있어서도 필드버스가 디스크리트 분야인 생산 분야에는 이미 거의 다 투입이 되어 있는 상태지만, 프로세스 분야의 경우는 아직도 필드버스의 적용이 미약한 실정이다. 따라서 현장에서 산업용 이더넷의 본격적인 사용은 아직 많은 시간이 필요하다. 그러나 산업용 이더넷이 갖는 긍정적인 다양한 특징으로 인해 산업 현장에서의 산업용 이더넷 도입은 이미 대세가 되고 있다.
 
산업통신망의 방향

현재 산업 통신망 관련 국제 표준은 ISO(국제표준화기구)와 IEC(국제전기표준회의) 두 단체에서 추진중이다. 양 기관은 상호 협력주의를 기반으로 IEC에서는 전기, 전자, 정보기술 분야를, ISO에서는 산업 자동화 시스템 등 기타 분야를 각각의 활동범위로 채택하고 있다.

양 기관에서 발표한 최근의 산업용 네트워크 표준으로는 지난 2000년에 IEC 61158로 발표되었으며, Profibus, ControlNet, Foundation Fieldbus, Interbus, Swiftnet, WorldFIP, P-net, FF HSE 등으로 구성되었다. 이들 필드버스 표준들은 지속적인 논의를 통해 2003년 5월 공식적인 국제 표준으로 발표되었다.

ISO에서는 개방형 구조를 지향하는 오픈 프레임워크 표준을 ISO TC184(산업자동화통신망 표준)/SC5(구조 및 통신)/WG5(Open Framework)에서 표준을 준비하여 2003년 10월 ISO-15745(Open Framework)로 공표하기에 이르렀다.


ISO-15745는 Part1에서 Part4까지가 발표되었으며, 총 11개의 개방형 필드버스 프로트콜들이 표준으로 채택되었다. 또한 2006년 하반기에는 새롭게 Part5가 완료될 예정으로, 여기에는 PROFInet, Modbus TCP, Ethernet Powerlink, EtherCAT, CC-Link 등 5개 프로토콜 항목이 추가될 예정이다. 처음 일정상으로는 이들 Part5는 2005년 10월에 공식 발표될 예정으로 진행되었으나, 도큐먼트 검토과정에서 일정이 많이 늦어지고 있다는 후문이다.

이로써 2006년말에는 개방형 구조의 산업용 네트워크는 총 16개의 프로토콜이 표준으로 채택될 전망이다. 여기서 주목되는 부분은 일본 미쓰비시가 주도하고 있는 CC-Link이다. 그 동안 CC-Link는 국제 필드버스 표준화 활동에 소극적인 모습을 보여 왔으나, 세계 각국에서의 국제 표준화 추진 활동과 생산 현장에서의 표준 네트워크에 대한 관심이 높아지는 것에 고무되어 적극적인 방향으로 선회한 경우이다. 또한 독자적인 프로토콜을 고수했던 지난 시기와 달리 산업용 이더넷을 적극 수용하기 위한 연구개발를 완료한 상태이기도 하다.
 
산업용 이더넷과 IT 기술

최근 들어서는 필드버스 표준이 개방형 산업용 이더넷을 수용하는 방향으로 분위기가 쏠리고 있으며, 산업 현장에서도 산업용 이더넷에 대한 관심과 함께 적극적으로 받아들이고 있는 중이다. 이러한 분위기 속에서 대다수의 필드버스들은 산업용 이더넷을 서둘러 채택하고 있으며, 적극적인 연구개발과 규격 제정에 나서고 있다.

아직까지는 산업용 네트워크가 필드버스 성분과 이더넷 기반 성분이 혼재되어 있는 상황이지만, 머지않아 필드버스 보다는 이더넷 분야가 주도권을 갖게 될 것이라고 분석이 지배적이다.

이처럼 산업용 이더넷이 주류로 떠오르는 것은 상위의 정보 레벨로부터 하위의 필드레벨에 이르기까지의 끊김없는 수직적 통합에 있다. 또한 일반화되고 지속적인 발전을 거듭하는 이더넷 기술을 활용함으로써 기술적인 혼란없이 쉽게 사용자에게 다가갈 수 있으며, 네트워크를 위한 배선 및 스위치 등에서의 비용절감을 기대할 수 있다는 장점이 있다. 네트워크 스위치와 I/O가 반드시 요구되는 필드버스와 달리 산업용 이더넷은 스위치 등의 하드웨어를 줄여줄 수 있기 때문이다.
 
아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호
 

필드버스(Fieldbus)란 무엇인가?

산업자동화분야는 기계, 전자 및 정보 기술의 복합적 구성에 의하여 이루어지는 첨단분야로 최신기술의 급속한 발전에 따라 다기능, 고도의 기술들이 계속해서 나타나고 있다. 이러한 기술중 90년대부터 산업자동화의 근본이라 할 수 있는 통신분야에서 두각을 나타내고 있는 기술이 세계적으로 그 사용이 확산되고 있는데 바로 필드버스(Fieldbus)라고 불리우는 산업 통신 기술이다.

1990년대 들어 산업자동화 분야에 있어서 80년대와는 다른 기술이 적용되기 시작했는데, 그것은 통신을 이용한 제어 방식의 활성화였다. 통신을 이용한 메시지 전송은 미국에서부터 시작되어 전 세계적으로 확산이 되면서 지속적인 발전을 이루어 왔지만, 90년대 이전까지 통신을 이용하여 메시지 전송을 주로 사용한 분야는 Personal Computer 영역이나 그 상위의 영역이었고, 자동제어 영역에서 보게되면 각 공장간 혹은 공정간 영역에서의 메시지 교환을 중심으로 이루어져 왔다.

가장 흔하게 적용된 예를 보면, PC와 PLC간의 메시지 교환이나 혹은 PLC와 PLC간의 Networking 구축을 들 수 있다. 주로 대용량의 데이터를 공유하기 위해 사용하던 이러한 통신방법이 90년대를 기준으로 하여 산업현장에 적용되면서 Fieldbus라는 이름으로 불려지게 되었다.

ABB 필드버스 시스템 이미지

필드버스가 왜 필요한가?

Fieldbus란 용어가 발생된 원인을 살펴보면 다음과 같다. 제품을 생산하기 위해서는 생산설비가 반드시 필요하고, 수반된 생산 설비를 제어하기 위해서 제어용 컨트롤러가 필요한데, 지금까지 생산설비를 제어하기 위해서는 PLC류의 제어기기를 많이 사용했다.

생산설비가 정상적으로 동작되기 위해서는 각각의 공정에 필요한 Sensor나 Actuator들이 제어기기의 Input/Output 장치에 연결되어야 하는데, Fieldbus System 에서는 제어기기에 장착되는 Input/Output 장치가 Sensor나 Actuator에 근접해서 설치되는 형태로 변경된다. 즉, 제어기기의 Input과 Output 장치가 생산설비에 분산되어 적절히 설치되고 이들을 통신선을 이용하여 제어기기와 연결하는 형태로 만드는 것이다.

이렇게 입출력용 제어기기 장치가 생산현장에 분산되는 형태를 취한다고 해서 생산현장을 의미하는 ”Field(필드)”와 통신을 의미하는 ”Bus(버스)”를 합하여 필드버스(FieldBus)라고 불리게 된 것이다. 이러한 형태를 취하는 시스템을 특정 상품명이나 회사명에 관계없이 Fieldbus라 부르고 있으며, 현재 전세계적으로 약 100여개의 Fieldbus형태의 시스템이 시장에 나와 있는 것으로 알려지고 있다.

Fieldbus에 대한 시작은 처음에는 특정한 제어기기(PLC등) Maker가 독자적으로 구축한 시스템을 중심으로 활성화되기 시작하는데, 이렇게 특정 Maker에 의해서 특정분야에 구축된 Fieldbus를 “Closed System”
혹은 “Company Specific Protocol”이라 한다. 하지만 특정회사의 시스템을 이용(Closed System)하여 생산설비를 구축하는 경우에는 다음과 같은 문제 가 발생할 소지가 있는데 이는 해당회사에서 구축한 시스템만으로는 사용자가 원하는 모든 기능을 맞추기가 어려운 경우가 발생 하거나 혹은 다른회사에서 생산되는 제품을 시스템에 첨가해서 사용할 경우에는 (예를 들어 Robot, HMI, Drive등의 연결시) 공정제어상 메시지(데이터) 호환을 위해서 이것에 맞는 Input/Output 장치를 또 사용해야 하는 현상이 발생되기 때문에, 현장에 공통 Input/Output 장치를 설치하는 효율성의 반감 및 그 의미 자체가 감소된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 시장에 나타난 것이 “Close System”과는 반대개념을 가진 “Open System”이다. 이러한 Open System은 대개 특정단체(조합, 협회, Club형태)가 중심이 되어 제조업체와 사용자 Group성격을 가지고 관련정보의 공유 및 공동 마케팅을 그 목적으로 하는데 이는 어느 특정업체가 각종의 산업현장에 필요한 모든 제품을 생산하는 것은 불가능한 관계로 이러한 단체를 통하여 공통된 표준을 제조업체간 공동으로 공유하게 되면 관련제품들이 서로간 호환성을 유지 할 수 있다는 실효성이 있기 때문이다.

Fieldbus Solution
Fieldbus Solution (@B&R)

산업 자동화에서의 이점은?

필드버스의 일반적인 계층구조는 OSI 7계층을 기반으로 하고 있다. OSI 7계층 구조에서 7계층인 응용계층, 2계층인 데이터링크 계층, 그리고 1계층인 물리 계층으로 구성되어 있으며, 실제 사용되고 있는 각 필드버스들에는 조금씩 변형된 형태가 쓰이고 있다.

특히 데이터 링크 계층은 OSI 2계층에서 4계층까지의 기능을 적절히 축소한 범위에서 제공할 수 있도록 하며 임계 시간을 갖고 있는 응용 기능을 처리할 수 있도록 버스를 관리한다. 필드버스 규약은 엄격한 실시간 요구가 만족되어야 하기 때문에 절대적으로 3계층 구조를 택하며, 보통 필요한 기능들만으로 제한하고 있다.

필드버스란 산업용 자동화 시스템의 하위 레벨에 위치한 센서, 단일 루프 제어기, 논리연산장치(PLC), 모터, 밸브, 로봇 등 필드레벨의 기기를 통제하는 산업용 네트워크라 말할 수 있다. 디지털 방식을 기반으로 하고 있어 기존 아날로그 통신 방식에 비해 다량의 신호를 원거리까지 전송할 수 있고, 종래의 각각의 현장 기기나 입출력 모듈의 엄청난 가닥 수의 케이블 대신 한 가닥의 네트워크선을 사용함으로써 배선을 절약할 수 있고, 설치가 간소화된다.

필드버스는 또한 획기적인 정보통신 기술의 혁명에 힙입어 운영에 필요한 각종 데이터 및 진단 내용을 실시간으로 제공하며, 발생할 수 있는 사용자의 에러를 최소화하고 이기종의 장비들 간에 상호 동작성을 보장한다. 또한 시스템 통합의 용이성과 시스템의 유연성, 확장성, 유지 보수성을 높여 시스템의 기능과 성능을 향상시키는 등 다양한 기능을 수행할 수 있게 된다.

이러한 다양한 장점으로 산업 자동화의 현장에서 필드버스의 채택이 빠르게 진행되고 있다. 특히 최근들어 필드기기들의 표준화과 진행되고 많은 노력이 기울여지고 있다. 이렇게 필드기기들이 표준화된다는 것은
시스템의 확장성이나 필드기기의 첨가가 휠씬 더 간단해져 어떤 인터페이스나 변환기도 필요하지 않다는 것을 의미한다.

필드버스 규약은 보통 네개의 계층과 하나의 관리 서비스를 포함한다. 필드버스는 사용자가 데이터 링크 계층이나 응용계층에 관계할 필요가 없다는 장점이 있다. 단지 사용자는 관리 서비스에 대한 제한된 지식만
으로도 충분하다. 현재 세계적으로 크게 사용되고 있는 필드버스 Open System으로는 Profibus, Interbus, WorldFIP, Device Net, Actuator Sensor Interface (AS-interface)을 들 수 있다.

이 중에서 Profibus, WorldFIP, DeviceNet은 제어기기(PLC) 메이커인 지멘스(Siemens), 텔레메카닉(Telemecanique – 이후 슈나이더일렉트릭), 알렌브래들리(Allen Bradley – 이후 로크웰오토메이션) 같은 다국적 기업이 주축이 되고 있는 반면에, Interbus나 AS-interface같은 경우는 PLC를 생산하지 않는 업체가 주축이 되어서 활동하고 있다.

아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호

이제는 오픈 네트워크와 세이프티 시스템이다

2006 하노버 산업 박람회 보고서
미래의 생산 공장은 무엇보다도 개방화된 네트워크와 세이프티 시스템을 통한 생산성과 안전성이 최고의 테마로 대두될 전망이다. 세계 최대의 산업 자동화 전문 전시회인 독일 하노버 산업 박람회는 이러한 생산 공장의 미래를 확인할 수 있는 기회를 제공했다.
세계 최대 산업 자동화 박람회인‘2006 하노버 산업 박람회’가 지난 4월말 독일 하노버에서 개최됐다.
2006 하노버메쎄
하노버 산업 박람회는 IT, 측정기기, 전기 전자장비, 자동화 기계 및 설비, 신소재, 에너지 관련 설비 등 전 산업 분야의 기술과 장비를 총 망라하는 세계 최대 규모의 산업 박람회로 올해에는 ‘Get New Technology First’를 주제로 세계 66개국, 총 5,175개사가 참가했다.
전체 참가 기업중 외국기업이 총 2,322개사로 전체 45%를 차지했는데 이중 이번 하노버 박람회의 주빈국인 인도가 343개사, 중국 250개사, 이탈리아 210개사, 한국 28개사가 참가하였다. 한편 지난해 처음으로
러시아가 주빈국에 선정된데 이어서 올해에는 인도가 주빈국으로 선정되어 최근 전세계의 주목을 한 몸에 받고 있는 인도 시장에 대한 위상을 느낄 수 있었는데 독일의 총리까지 적극 나서는 모습을 보이며, 독일의 해외 신시장 개척에 박람회의 주빈국 제도를 적극 활용하고 있는 모습이다.
2006 하노버메쎄
지난 1999년 이후 하노버 산업 박람회의 중점 전시분야가 되고 있는 자동화 분야는 이번 2006 하노버 산업 박람회에서 전체 전시면적의 40%이상을 차지했으며, 전시된 품목 및 분야도 최근 산업 자동화의 이슈가 되고 있는 통합 자동화에 초점을 맞춰 통신 네트워크, 프로세스 자동화 분야와 IT의 만남, 에너지, 디지털 팩토리 구축 등으로 주제를 정해 전시됐다.
특히 자동화 전시에서는 무선 산업 자동화 기기에 대한 관심이 매우 높았는데 다양한 필드버스를 비롯한 Wireless, 블루투스 등을 이용한 다수의 제품 소개가 있었으며, 이러한 네트워크를 통해 구현될 수 있는 생산현장 시스템 구축에 대한 전시도 눈에 띄었다.
2006 하노버메쎄
이번 박람회에 한국 국가관을 형성하여 운영한 기계산업진흥회에 따르면, 이번 박람회에서 한국은 현대중공업, 두온시스템, 씨피시스템 등 28개사가 참여하여 총 860건 3613만달러의 상담실적과 구두계약을 포함한 112건 478만달러의 현지계약 실적을 올렸다고 밝혔다.
한편 한국 지멘스 자동화사업본부 군터 클롭시 부사장은 “한국의 LCD 제조업체들은 R&D와 생산설비 투자를 보장하면서 향후 글로벌 경쟁에서 우위를 지키는 유일한 길은 생산성 향상이라는 판단하에, 대형 LCD 판넬 생산라인 구축에 많은 노력을 경주하고 있다”고 말하고, 이를 뒷받침 할 수 있는 고도의 자동화기술에 대한 솔루션에 주목해 줄 것을 제안했다.
아이씨엔 매거진 2006년 창간준비호
2006 하노버메쎄

리니어, 1.5A, 15V 동기식 부스터 레귤레이터 출시

리니어 테크놀로지 코리아(지사장 홍사곽)는 통합형의 출력 차단 기능을 갖춘 3MHz 전류모드, 동기식 부스트 DC/DC 컨버터 LTC3121를 출시했다고 발표했다. 이 제품의 내부 1.5A 스위치는 스타트업 될때(동작시 0.5V) 1.8V의 입력 전압 범위에서 5.5 V로 높은 출력 전압을 제공하여, 배터리 또는 표준 3.3 V 및 5 V 전원에 이상적이다.
LTC3121은 5V입력시 12 V일 때 연속적인 출력 전류로 최고 400mA를 제공한다. 또한, 이 제품의 1.5 A 전류 제한 기능은 PCI Express와 같은 입력 전류에 제약적인 애플리케이션이면서 필요한 외부 부품의 크기를 최소화 해야 하는 애플리케이션에 매우 적합하다. 핀 선택이 가능한 버스트 모드(Burst Mode®) 동작은 대기 전류를 25µA로 낮추어, 핸드헬드 애플리케이션에서 배터리 동작 시간을 연장시켜 준다. 열 성능이 강화된 3mm x 4mm DFN-12 패키지와 최고 3 MHz의 일정한 스위칭 주파수의 결합을 통해 설계자는 PCB 솔루션 크기를 최상의 효율성으로 조율할 수 있다.
최고 15V출력 제공하는 소형의 효율적인 1.5A 동기식 부스터
 
LTC3121은 최고 95%의 효율을 제공하기 위해 121mΩ (N채널) 및 188mΩ (P채널)에 불과한 RDS(ON) 을 갖춘 동기식 스위치를 내장했다. 출력 불연속 기능을 통해 출력 전압은 셧다운시 완전하게 방전될 수 있으며 스타트업 기간 동안 대량의 돌입 전류도 제거할 수 있어, 입력 전원에 주는 부담을 최소화시킨다. LTC3121은 입력 전압이 출력 전압을 초과할 때 출력 전압을 조절하며, 어떠한 배터리 제품과도 호환되는 기기를 구현시킨다. 가장 낮은 잡음 동작을 요구하는 애플리케이션의 경우, LTC3121은 일정한 PWM 모드에서 동작하는 외부 핀을 통해 설정될 수 있다. 추가적인 기능은 외부 동기화, 출력 전압 보호 및 견고한 단락회로 보호 기능을 포함한다.

텍트로닉스, IRCICA와 공동으로 유럽 광학 무선 혁신 연구소 신설

오실로스코프 전문업체 텍트로닉스와 프랑스 연구기관 IRCICA는 프랑스의 릴 대학(University of Lille)에 새로운 광학 및 무선 통신 혁신 연구소를 신설한다고 발표했다. 텍트로닉스의 신설 연구소는 간섭 광학 및 THz 무선 트랜시버 기술 연구의 중심이 될 예정이며 외부 업체와 공조를 통해 고속 광학 및 무선 기술을 개발할 수 있는 시설로 만들 계획이다. 본 신설 연구소는 텍트로닉스 유럽 광학 및 무선 혁신 연구소(The Tektronix European Optical and Wireless Innovation Laboratory)로 명칭 될 예정이다.
2003년 설립된 첨단 정보 통신용 하드웨어-소프트웨어 디바이스 연구소(IRCICA)는 2010년에 프랑스 국립과학연구센터 CNRS(National Center for Scientific Research)와 릴 대학(University of Lille)의 공동 연구기관으로 성장했다.
더 빠른 데이터 전송 능력에 대한 전세계의 끊임 없는 요구에 힘입어, 신설 연구소는 초당 페타바이트(PB/s) 범위를 뛰어넘는 광학 데이터 전송 속도를 구현하기 위한 노력으로 공간 분할 멀티플렉싱 및 멀티코어 광섬유 등과 같은 기술을 구현 할 예정이다.
이러한 첨단 연구를 지원하기 위해 연구소는 업계에서 가장 강력한 간섭 광학 테스트 솔루션을 갖출 것이다. 연구소의 포괄적인 송수신 테스트 솔루션에는 텍트로닉스 AWG70001A 50Gs/S 파형 발생기, OM5110 46Gbaud 멀티 포맷 복합 광학 트랜스미터 및 텍트로닉스 DPO77002SX ATI 70GHz 실시간 오실로스코프가 포함된다.
나탈리 롤랜드(Nathalie Rolland), IRCICA 이사는 “PB/s 이상의 데이터 속도를 실현하는 것은 최고의 기술력을 요하는 매우 중대한 도전이다”라며, “이 신설 연구소에서 IRCICA는 모델링, 광학 특성화, 첨단 능동 및 수동 광섬유 제조 부문에서 전문 지식을 제공하고, 텍트로닉스는BER, EVM 및 아이 다이어그램을 통해 신호 품질에 대한 정량화를 가능케 하는 업계 최고의 차세대 테스트 장비를 제공한다”라고 말했다.
패트 번(Pat Byrne), 텍트로닉스 사장은 “텍트로닉스 유럽 광학 무선 혁신 연구소(Tektronix European Optical and Wireless Innovation Laboratory)를 신설하기 위해 IRCICA와의 이번 협력은 혁신을 추구하는 우리의 의지와 잘 부합한다”라며, “우리는 업계의 요구를 뒷받침하기 위한 간섭 광학 및 THz 트랜시버 기술의 중대한 발전을 주도하는 데 큰 책임을 가지고 있다”라고 말했다.