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테크놀로지

[테크노트] 기계장비 원격 모니터링 및 관리 솔루션, Virtual Support Engineer [icnweb]

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최근 서울에서 열린 로크웰 오토메이션 코리아 주최의 ’Rockwell Automation On the Move 2013’ 행사에서 수많은 업체의 공장라인에 들어가 있는 자사의 단위기계 및 시스템을 간단하게 국내 본사에서 원격 모니터링 및 관리가 가능한 서비스가 소개되어 국내 OEM 기계제작 및 SI 업체들로부터 큰 관심을 받았다. 이날 로크웰 오토메이션의 Customer Support & Maintenance 글로벌 부사장인 게리 피어슨(Gary L Pearson)씨는 세계 어느 곳에 있는 장비라도 장비제조업체와 솔루션 통합업체가 모니터링하고 관리할 수 있는 ’Virtual Support Engineer(VSE)’ 라는 원격 모니터링 및 제어 솔루션을 소개했다.

'Virtual Support Engineer(VSE)' 원격 모니터링 및 제어 솔루션

 

장비제조업체와 SI는 비용 절감, 고객의 가동시간 증가, 성능 보장 그리고 수익 창출이라는 고객의 요구에 항상 직면하고 있다.

미국의 산업 분석기관인 Aberdeen Group이 최근 실시한 설문 조사에 따르면, 설문에 응답한 장비제조업체의 50%는 상당 수의 고객들로부터 더욱 신속하고 저렴한 A/S에 대한 요구를 받고 있다고 답하였으며, 장비제조업체와 SI는 이 같은 수요와 관련하여 A/S 지원 제공으로부터 수익을 창출하기 위한 전략을 개발 중이다.

이 과정에서 혁식적인 장비제조업체는 전체 고객 서비스 요청 중에서 50 ~ 70%는 장비나 셋팅과 관련한 설정 변경 요청이란 사실을 파악하여 제품의 문제를 진단하려는 시도를 하지 않고 바로 문제해결에 착수하게 된다. 이 때, 효과적으로 문제를 해결하려면 장비제조업체가 모든 로그 파일을 취합한 후, 흔적을 추적하고 명령을 진단하여 해당 데이터의 주요 정보를 분석해야 한다.

하지만, 고객들 중에는 필요한 데이터를 수집하지 않거나 혹은 어떠한 데이터를 수집해야 하는지 조차 모르는 경우도 있다. 이와 같이 미숙한 직원들을 위해 데이터 수집을 자동으로 해주고 복잡하지만 꼭 필요한 조치를 실행하며, 명확하고 이해하기 쉬운 분석 결과를 현지어로 제공해준다면 어떠할까?

 

자동화를 통한 개선

이러한 수요에 대처하기 위하여 로크웰 오토메이션은 Virtual Support Engineer(VSE)를 개발하였다. VSE는 장비제조업체와 SI가 현장에서 기술적인 문제를 감지하고 진단 및 해결을 선제적으로 수행하도록 도와주는 혁신적인 서비스로서, 정해진 시기에 예방차원의 유지보수를 원격으로 실시하고 주요 태그를 모니터링하여 성능의 최적화를 보장한다.

그 결과, 장비제조업체와 SI는 서비스 요청 건수와 현장 파견이 줄어들고 문제 해결 시간이 단축되었으며, 한 번의 전화로 문제해결이 되는 사례가 더욱 많아지게 되어 지원 비용을 절감할 수 있게 된다. 또한, 갱신률의 상승, 프리미엄 서비스 계약, Up-sell 기회 그리고 신규 제품과 서비스 제공 역량으로 고객 지원 서비스에서 창출되는 수익이 증가한다. 이로 인해 Service Level Agreement 가 더욱 잘 준수되고 고객 만족도가 증가하여 자산의 가동 시간 증가로 이어진다.

VSE를 통해 장비제조업체와 SI는 고객의 현장에서 발생하는 기술적인 문제를 고객보다도 먼저 발견하게 되고, 예측까지 하게 되어 문제의 사전 예방이 가능해지며, 지원 정규 매뉴얼 업무를 자동화하여 MTTR을 단축할 수 있게 된다. 또한, 보고에 필요한 필수 정보의 수집까지 자동으로 진행하여 프리미엄 서비스의 판매가 가능해진다.

 

제품을 통한 혜택

VSE는 Allen-Bradley® 200R 산업용 Nondisplay 산업용 컴퓨터에서 운영되는데, 이러한 컴퓨터는 오늘날의 최신 기술과 소형 폼 팩터의 투박함이 결합된 형태로 특정한 산업 수요를 충족하고 있다. 유연한 폼 팩터는 사용자가 컴퓨터를 Vesa-mount로 산업용 모니터뒤에 연결함으로써, DIN레일이나 장비가 장착된 컴퓨터를 사용하는 기존의 패널과 통합할 수 있도록 해준다. 맞춤형 설치도 가능하며, 고객은 컴퓨터, 소프트웨어, 셋업 그리고 설정지원을 위한 하나의 번호만 있으면 첫 해의 유지보수도 제공한다.

 

그 밖의 다양한 혜택

간단하고 안전한 연결성: IT에서 승인을 받았으며, 아웃바운드만 가능한 커뮤니케이션을 사용하는 VSE는 전송되는 데이터의 보안의 훼손없이도 장비에 관한 중요 정보와 자산에 안전하게 접속할 수 있다.

실시간 경고: VSE는 장비와 관련한 상황 발생 시, 장비제조업체와 SI에게 메일과 문자메시지를 통해 실시간으로 경고하고 알린다.

데이터 수집 및 분석: VSE를 통해 장비제조업체 SI는 해당 장비에 대한 수 많은 경고 데이터와 분석 정보를 활용할 수 있다.

확장 가능하며 비용 효율적인 솔루션: 로크웰 오토메이션은 장비제조업체에게 손쉽고 비용 효율적인 솔루션을 원격으로 지원하기 위하여 VSE를 개발하였다. 소형 DIN-rail 장착 기능과 원격으로 설정 가능한 인터페이스만 있다면 누구나 손쉽게 시작할 수 있다.

 
로크웰오토메이션 알렌브랜들리 인텔리센터 모터 드라이브

기술을 넘어서

VSE는 로크웰 오토메이션의 산업용 PC에서 구동되는 소프트웨어 클라이언트로서, ControlLogix ® 컨트롤러, FactoryTalk® View SE 단자나 서버, FactoryTalk Historian 혹은 Cisco 스위치와 같이 IP 주소만 있다면 장비 제조업체와 SI가 VSE에 접속할 수 있도록 해 준다.

탁월한 연결성으로 장비제조업체와 SI가 소유한 자산에 안전하게 원격으로 접속하고 모니터링하도록 도와주기 때문에, 모든 장치나 소프트웨어에 경고 알람 설정도 가능하다. 따라서 모터에 문제가 발생하거나 CPU가 충돌하는 경우 혹은 인터로킹에 장애 발생 시, 장비제조업체와 SI는 즉각적으로 통보를 받게 된다.

선제적 알림 경고의 설정도 가능하므로 엔드유저 장비에 사용 중인 소모품의 상태를 추적하여 재구매 시점에 알림 경고를 해줄 수 있으며, 장비의 사이클 횟수도 모니터링하여 사전유지보수 일정을 정한다. 또한, 온도가 특정 범위를 벗어나거나 컴퓨터의 메모리가 80% 수준까지 사용되었을 경우 알림 경고를 하도록 설정할 수도 있다.

 

안전한 운영

VSE가 설치된 컴퓨터가 장비제조업체나 SI 현장에 배치되면 아웃바운드 전용의 고객 방화벽을 통해 접속하게 되며, 장비제조업체와 SI는 단 하나의 포트만 오픈하면 되므로 들어오는 모든 트래픽에 대한 장비의 접속을 사전에 차단할 수 있게 된다. 아웃바운드 연결은 장비제조업체와 SI의 인터넷 서비스 제공업체를 거쳐 인터넷에 접속해야 하기 때문에 장비제조업체나 SI는 어디서나 해당 장비에 대한 제어와 모니터링이 가능하다.

각각의 TCP 포트는 인바운드와 아웃바운드 두 방향으로 연결되어 있으며, 방화벽에서 양방향의 전체 TCP 포트의 접속에 대한 허가와 거절을 설정할 수 있다. VSE는 오직 TCP 포트 443에서만 아웃바운드와 승인 패킷을 허락한다는 설정을 요구하고 있으므로, 엔드 유저는 자체 방화벽에서 네트워크에 대한 모든 인바운드와 아웃바운드 트래픽을 차단하도록 설정할 수 있다. 따라서, 고가의 VPN 접속이 필요 없어지는 것이다.

VSE는 1024-bit 암호화와 검증된 인증서를 통해 고객이 검증한 원격 접속과의 아웃바운드 통신만을 하며, 고객 표준 방화벽을 사용하여 장치에 대한 일반 접속을 차단한다. 엔드 유저는 특정 장비나 정보에 대한 접속 수위를 세분화하여 설정할 수 있으며, 일반 사용자가 외부로 전송할 수 있는 정보를 제한할 수도 있다.

원격 세션은 로그인을 기반으로 하며, 가로채기(Interception)를 차단하기 위하여 SSL 프로토콜로 데이터가 암호화된다. 로크웰 오토메이션 서비스 센터에 접속하려면 모든 엔지니어들은 개별 로그인 정보를 통해 접속해야 하며, 모든 사용자 계정은 로크웰 오토메이션이 관리한다.

보안과 고가용성을 위하여 로크웰 오토메이션에서는 관리형 스위치와 VLAN을 사용해 모든 공정 네트워크를 정확하게 관리하고 확보하도록 권하고 있으며, 회사 네트워크와 인터넷 접속 제어를 위하여 라우터와 방화벽의 사용도 권고한다. 또한, Windows Active Directory 보안으로 모든 Windows 서버와 워크스테이션 그리고 클라이언트에 대한 접속을 제어하도록 권한다.

끝으로, 엔드 유저측에서 로크웰 오토메이션의 ControlLogix 컨트롤러를 다수의 레벨에 설치하게 되면, 컨트롤러에 대한 물리적 접근 제한, 주요 가동 스위치 설정 및 승인된 접속만을 허용할 수 있게 된다. 엔드유저는 FactoryTalk Security와 Windows Active Directory 보안과 더불어 RSLogix™ 5000 프로그래밍 소프트웨어를 구동하는 워크스테이션으로의 접속을 제어하는 Logix 컨트롤러를 사용할 수도 있다.

 

독보적인 경쟁력

로크웰 오토메이션만이 원격 접속 및 모니터링 솔루션을 제공하는 것은 아니다. 하지만 VSE는 독보적인 성능의 솔루션이라고 할 수 있다. 고객 표준형 방화벽을 통해 아웃바운드 통신만을 제공하므로, 고객이 인바운드 접속을 허락하거나, VPN에 접속하지 않아도, 엔드유저가 자사의 장비와 정보에 대한 접속을 제어 할 수 있다.

VSE는 장비제조업체와 SI의 접속은 물론, 장비에 필요한 로크웰 오토메이션 패키지를 추가로 구매하지 않아도 원격으로 프로그램을 편집하도록 지원한다. 대부분의 솔루션에는 이러한 기능이 없을 뿐만 아니라 VPN을 사용하도록 요구한다.

또한, 로크웰 오토메이션은 VSE 시스템의 개별 건전상태를 모니터링하며, 연결이 끊어지면 장비제조업체나 SI에 통보해주고, 업데이트나 필요한 패치를 사전에 제공하며, 신속하고 간편하게 교체하도록 장비제조업체와 SI의 설정을 도와준다.

만약 당신이 장비제조업체나 SI라면, VSE 원격 접속 및 모니터링 솔루션을 도입하여 비용을 최소화하고, 고객의 만족도를 개선시키며 수익까지 증가하길 원하지 않겠는가!

 

아이씨엔 오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

 

[추가 정보]

로크웰오토메이션 코리아 www.rockwellautomation.co.kr

VSE 자료(PDF 다운로드) http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/pp/gmsp-pp002_-ko-p.pdf

아이씨엔 www.icnweb.kr

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스마트공장

정보 흐름 최적화를 통한 생산성 향상, Syngineer(신지니어)가 구현하는 완벽한 협업

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이제 전기 엔지니어들도 기구엔지니어링 CAD 에서 발생한 변경사항을 투명하게 이해할 수 있다.

4차산업혁명 시대에는 여러 엔지니어링 부문이 함께 성장하며 이루어나가야 한다. 그렇다면 현재 이들 간에 존재하는 장벽을 어떻게 극복해야 할까? Syngineer는 전기와 기구엔지니링 설계자들이 ‘서로 대화’를 할 수 있도록 해준다. 이 클라우드 기반의 툴은 기계 및 시스템 개발을 위한 부서간의 엔지니어링 협업을 최적화함과 동시에 좀 더 나은 커뮤니케이션 환경을 제공한다.

위에 제시한 전기설계의 예에서 볼 수 있듯이, Syngineer를 사용하면 프로젝트 진행 상태를 문서화할 수 있다. 모든 정보는 전기 엔지니어링과 기구 엔지니어링 팀 간에 양방향으로 주고받을 수 있다.

위에 제시한 전기설계의 예에서 볼 수 있듯이, Syngineer를 사용하면 프로젝트 진행 상태를 문서화할 수 있다. 모든 정보는 전기 엔지니어링과 기구 엔지니어링 팀 간에 양방향으로 주고받을 수 있다.

많은 설계 엔지니어들이 일상적으로 부딪히는 중요한 도전과제중의 하나는 정보를 획득하고 제공하는 것이다. EPLAN과 그 자회사인 CIDEON(씨데온)이 개발한 혁신적 클라우드 솔루션인 Syngineer는 이와 같은 걸림돌을 극복할 수 있도록 지원한다. 엔지니어링 분야에서의 협업, 특히 기구엔지니어링과 전기엔지니어링, PLC/소프트웨어 사이의 작업 조정을 간소화하고 그 속도를 높인다. Syngineer 시스템을 통해 다양한 엔지니어링 영역에서 서로 정보를 원활하게 교환하며 협업을 증진할 수 있다. 이렇게 함으로써 종종 엔지니어링 마지막 단계에서 수작업이 발생하여 상당한 비용을 초래하게 되는 상황도 훨씬 더 줄일 수 있다.

더 많은 투명성을 제공하는 단순한 시스템

Syngineer는 사용자들을 위한 프로젝트 기반 접근법을 취하고 있으며, 그 적용은 매우 간단하다. Syngineer의 선임 엔지니어링 컨설턴트인 맥스 뤼첼(Max Lützel)은 “Syngineer를 사용하면 MCAD 소프트웨어와 EPLAN Electric P8 간 연결을 손쉽고 빠르게 설정해 사용할 수 있다.”고 밝혔다. 예를들면 “간단한 오리엔테이션만으로도 설계 프로세스상에서 모터 변경이 발생하면, 해당 동료는 그 변경사항을 실시간으로 바로 알 수 있다.”는 것이다.

전기 엔지니어들은 기존의 익숙한 작업 환경에 내비게이터를 추가함으로써 Syngineer를 사용하게 된다. 이 내비게이터를 통해 전기 엔지니어는 타 부서의 기구 엔지니어링의 동료 엔지니어와 연결된다. 전기와 기구, 이 두 영역의 설계 부서가 엔지니어링 정보를 양방향으로 교환할 수 있다. 이와 같은 통합 덕분에 양쪽 엔지니어들 모두 각자에게 친숙한 시스템 내에서 편리하게 작업하면서도 채팅 기능 등을 통해 서로 최신 개발 상황을 조율할 수 있다. 이메일을 통한 변경 사항 통지도 가능하다. 이러한 설정은 알림 관리 시스템을 사용해 손쉽게 맞춤화할 수 있다.

개발 진척 상황을 한눈에 Syngineer에서는 작업 및 요청의 현재 처리 상태를 라벨링할 수 있다. 개발 프로세스 상의 변경 사항과 각각의 진척 상태는 모든 관련 직원이 확인할 수 있다. 나아가 본 시스템은 누가 어떤 변경을 처리했는지에 대한 정보도 제공한다. 그 결과 프로젝트 매니저는 중앙화된 위치에서 프로젝트 상황을 한눈에 볼 수 있고, 사후 고객 요건에 대한 개요를 파악할 수 있다. Syngineer 소프트웨어는 현재 독일어와 영어로 지원되며, 향후 제공 언어가 추가될 예정이다. 세계화 시대에 걸맞게 인터넷 브라우저, 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 다양한 경로로 액세스가 가능하다.

이제 전기 엔지니어들도 기구엔지니어링 CAD 에서 발생한 변경사항을 투명하게 이해할 수 있다.

이제 전기 엔지니어들도 기구엔지니어링 CAD 에서 발생한 변경사항을 투명하게 이해할 수 있다.

확장 가능한 시스템

클라우드 기술 기반의 또 다른 중요한 실용적인 이점은 외부 파트너, 고객 및 공급업체도 개발 프로세스에 쉽게 통합될 수 있다는 것입니다. 아울러 클라우드 아키텍처는 유연한 사용자 확장성도 보장한다. 이로써 기업은 필요할 때면 언제든 사용자 수를 조정하며 생산, 커미셔닝, 유지보수 등의 부서에 추가적인 액세스를 제공할 수 있다.

Syngineer는 효율적인 정보 교환을 지원함으로써 시간 절약과 제품 품질 향상을 약속한다. Syngineer를 사용하여 센서/액츄에이터 목록을 자동 생성하면 잠재적인 절감 효과는 더욱 배가된다. 그 결과 기업은 문서화 품질을 높이는 것은 물론, 업무 시간을 30% 단축할 수 있다.

이플랜코리아 www.EPLAN.co.kr

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스마트공장

B&R ACOPOStrak, 휴먼-트랙 콜라보레이션 구축

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mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

생산 라인에 안전 펜스가 설치되어야 하는 시대는 끝났다. 앞으로 공장에서는 기계와 로봇, 그리고 사람이 함께 협력하여 일하게 될 것이다. 사람과 지능형 수송 시스템이 같은 레벨로 서로 협동하기 위해 ‘휴먼-트랙 콜라보레이션’이라는 개념을 최초로 도입한 제조업체가 바로 B&R이다.

사람은 수많은 생산 라인에서 핵심적인 역할을 한다. 심지어 인더스트리4.0 시대에도 조립과 테스트 작업은 매뉴얼로 하는 것이 가장 좋은 방법중의 하나이다. 사람의 지능으로 빠르게 배울 수 있고 거기에 고성능의 기계가 더해지면 복잡한 타스크도 쉽게 수행할 수 있다. “이것이 ‘휴먼-트랙 콜라보레이션’이 탄생한 배경입니다.” 라고 B&R 메카트로닉 기술 매니저인 Robert Kickinger씨는 말한다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

사람들이 기계와 협력하여 일할 때에는 안전이 최우선이다. 휴먼-로봇 콜라보레이션(HRC)에 대한 안전 표준과 권고사항이 확립되어 있지만, 휴먼-트랙 콜라보레이션(HTC)은 아직 확립된 사항이 없다. 이것이 놀랄 일은 아니다. 마찬가지로 Kickinger씨는 “우리는 이 분야에서 새로운 영역을 개척하고 있습니다.” 라고 말한다. B&R은 ACOPOStrak 시스템을 적용시킨 매뉴얼 작업 공간에서 안전을 보장하기 위한 방법으로 기술적 측면에서는 휴먼-로봇 콜라보레이션을 위해 정의된 한계치를 사용하고 관련 분야의 C 표준을 적용한다.

5가지 통합된 안전 기능
ACOPOStrak은 휴먼-트랙 콜라보레이션에 있어서 Safe Torque Off (STO), Safely Limited Speed (SLS), Safely Limited Force (SLF), Safe Direction (SDI), Safe Maximum Speed (SMS), 이렇게 5가지 핵심 안전 기능을 갖추고 있다. 최대 안전 응답 시간은 6밀리초로 매우 빠르다. 이 기능들로 ACOPOStrak 셔틀은 사람이 작업하는 공간을 지나갈 때에는 속도와 힘을 제한하고 계속해서 트랙의 나머지 부분을 통과할 때에는 완벽한 성능으로 주행한다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

B&R 솔루션의 차별화는 좀 더 디테일한 면에서 나타난다. 이에 대해 “안전 속도 및 힘에 대한 제한 값은 고정된 값이 아니라 안전 어플리케이션이 실제 실행될 때 유연하게 계산될 수 있습니다.” 라고 Kickinger씨는 설명한다. 따라서 서로 다른 무게의 셔틀이 위험을 일으키지 않고 각각의 최대 안전 속도로 이동할 수 있다. Kick-inger씨는 “트랙과 같이 작업하는 공간에서 이 정도 수준의 솔루션을 제공하는 것은 우리가 처음입니다.” 라고 말한다.

안전 설정
또한 ACOPOStrak의 안전 기능을 통해 안전 설정 모드를 구현할 수 있다. 설정 모드에서는 속도 및 힘 제한이 전체 트랙에 적용된다. 일단 사람이 안전 구역을 벗어나면 그 제한 사항은 해제된다. “이것은 다른 모든 트랙 시스템에서 사용하는 기능 중 가장 특출난 기능입니다.”라고 Kickinger씨는 강조한다. 다른 시스템에도 속도를 제한할 수 있는 트랙 요소가 있지만 이러한 제한 사항을 조정할 수 있는 시스템은 없다. ACOPOStrak이 아닌 다른 시스템에서는 안전 모드에서 고속 활성화 모드로 전환하는 것은 불가능하다.

ACOPOStrak은 Safe Torque Off (STO), Safely Limited Speed (SLS), Safely Limited Force (SLF), Safe Di-rection (SDI), Safe Maximum Speed (SMS) 등 5가지 핵심 기능을 갖추고 있다.

ACOPOStrak은 Safe Torque Off (STO), Safely Limited Speed (SLS), Safely Limited Force (SLF), Safe Di-rection (SDI), Safe Maximum Speed (SMS) 등 5가지 핵심 기능을 갖추고 있다.

효율성 및 수익성
응답 시간이 매우 짧기 때문에 빠른 조치가 가능하며 매뉴얼 작업공간에서 안전 설정 모드를 사용하더라도 트랙을 둘러싼 기계 설치 공간은 많이 필요하지 않다.

B&R이 소개한 ‘휴먼-트랙 콜라보레이션’은 지능형 ACOPOStrak 수송 시스템의 사용 범위를 확장하는 동시에 시장 출시 기간이 짧아지면서 투자수익률도 올리는 강점이 있다. 복잡한 작업 같은 경우에는 사람에게 맡기는 것이 완전 자동화된 시스템보다 기계를 더 빠르게, 더 저렴하게 사용할 수 있다.

또한 B&R의 안전 솔루션은 작업자가 매뉴얼 작업 공간에서 작업을 진행하는 동안에도 생산을 계속할 수 있기 때문에, 기존의 솔루션보다 설비종합효율(Overall Equipment Effectiveness)를 극대화할 수 있다. B&R은 이 신기술로 제조 라인의 새로운 미래를 개척하고 있다.

ACOPOStrak
B&R은 2017년 SPS IPC Drives 전시회에서 처음으로 지능형 ACOPOStrak 수송 시스템을 선보였다. 초당 4미터 이상의 속도로 제품들은 독립적으로 제어되는 셔틀을 통해 A 가공 작업대에서 B 가공 작업대까지 이동한다. 그 사이에는 제품들을 나누기도 하고 합치기도 하는 다이버터가 있다. 이것은 특히 고객 맞춤화 제품을 생산하는 기계 제조업체들에게 완벽하게 자동화된 제조 시스템을 구축할 수 있는 무한한 가능성을 열어준다. [제공. 비앤드알산업자동화 www.br-automation.co.kr]

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English News

TSN; A Milestone for Industry

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The proven communications standard Ethernet has been optimized through the addition of quality-of-service mechanisms. Various new IEEE standards will enable Ethernet to reliably transmit several protocols (including real-time-capable ones) in parallel within predefined maximum time limits. Industrial users and car manufacturer are already getting ready to employ it.

The steel arms move perfectly in step with one another and wave their grippers at the viewer. Not even the minutest delay is noticeable when the two industrial robots perform their graceful machine ballet. This perfect coordination is due to a technology that is currently ushering in a new era of industrial communication: Time-Sensitive Networking (TSN).

For the past 40 years or so, Ethernet has been the undisputed leader when it comes to the transmission of digital data through cables. Siemens has been there from the very beginning and even launched the first Industrial Ethernet network on the market: SINEC H1. As a result, Ethernet was not only used in offices but also, in particular, in industrial manufacturing. However, the standard had a problem from the very start – it could not guarantee that the data packets transmitted by the sender would arrive at the recipient within a certain amount of time. This is an unacceptable situation for industrial controllers – after all, sensor measurements and control signals musn’t take too long to arrive at their destination if a machine is to operate reliably. They need real-time communication within milliseconds – a task for which Ethernet was not originally conceived.

An important development: In the future, everything will build on Ethernet with TSN and can be operated in parallel as required.

An important development: In the future, everything will build on Ethernet with TSN and can be operated in parallel as required. (@siemens)

That’s why users who want real-time communication via Ethernet need to employ technological extensions such as the widespread Profinet standard. In machines, for example, this standard connects sensors, actuators, and drives to the central controller by adding real-time data transfer capabilities to Ethernet, enabling applications up to and including the precise control of servo drives. “However, to do that you generally need special hardware components inside the connected devices,” explains Matthias Gärtner, Head of System Management at the Simatic Controller unit of Siemens. “Moreover, the various real-time Industrial Ethernet solutions cannot be run in parallel on the same Ethernet network.”

TSN will enable all data – including real-time information – to be transmitted through a single network in effect simultaneously.

This problem will soon be a thing of the past, because the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), which is responsible for standardizing various systems, has extended Ethernet by adding the urgently needed mechanisms for real-time communication. These include time-controlled transmission, synchronization, and bandwidth reservation. In this way, the IEEE is improving the quality of service by means of TSN. This will enable Ethernet to supply the same time information to all of the connected devices that support these extended standards. As a result, the entire network will be precisely synchronized. In addition, reservation protocols ensure that the data packets are transmitted from the sender to the destination via all the intervening switches according to a predefined timetable. The TSN standards also take into account the topology of the network in question – i.e. whether the network is arranged in the form of a star, a ring, or a line and the number of switches between the sender and the recipient. Moreover, the standards also include seamless redundancy processes.

Attractive for the entire industry: In addition to real time-capable communication within machines, communication between machines can now also happen in real time, improving throughput in the entire plant system.

Attractive for the entire industry: In addition to real time-capable communication within machines, communication between machines can now also happen in real time, improving throughput in the entire plant system. (@siemens)

A Single Network for All Data
“It’s a historic moment for Ethernet,” says Gärtner. “In the future, it will be possible to use standard hardware components for Profinet and other real-time industrial communication protocols that are based on TSN. This will enable all data – including real-time information – to be transmitted through a single network in effect simultaneously.” Users will automatically benefit from the steadily increasing bandwidth of standard Ethernet, which will be needed more and more as a result of the increasing IP connectivity of the automation systems. It will also make communication more robust because the switching resources in the TSN switches are firmly reserved for the requested real-time communication needs so that information can no longer be lost due to buffer overflows, for example.

In addition to a rising demand for real-time-capable communication in machines via Profinet, there is also a growing demand for deterministic (i.e. predetermined) data exchange between different machines. Examples include cooperative robots that simultaneously work on the same work piece and so need to precisely coordinate their movements with one another. The OPC UA standard with the PubSub (Publish/Subscribe) extension has now established itself in this area. It can also employ Ethernet with TSN as its transmission medium. “I expect Ethernet with TSN to be introduced into the entire industrial manufacturing process,” says Gärtner. “But that’s not all. Car manufacturer also want to use the new standard to transmit the large amounts of data from reversing cameras within vehicles, for example, or to make autonomous driving possible, which won’t be achievable without onboard networks that incorporate quality-of-service mechanisms.” The time for this has now come. The first TSN components are now being launched on the market and Siemens will use actual TSN products to demonstrate deterministic machine-to-machine communication over OPC UA PubSub at Hannover Messe 2018. These products will be purchasable at the end of the year, when Ethernet with TSN will have finally arrived in the modern world of digitalization and “Industrie 4.0”.

more info at http://www.siemens.com/tsn

 

 

[Box]

Interview about TSN: “Ideally Prepared for the Future”

 

Siemens is one of the driving forces behind the development of Ethernet with TSN. Sven Gottwald, Head of System and Vertical Management for Industrial Communication and Identification, explains how the application of the new standard benefits users.

Why is Ethernet with TSN such an important development?

Because it means that we no longer need different Industrial Ethernet solutions for deterministic communication in industry. In the future, they will all run on the widely used Ethernet with TSN and can do so in parallel without restrictions. This includes Profinet, OPC UA PubSub, and all other TCP/IP-based protocols. This convergence is a huge benefit for industrial users, because it enables all types of data to be transmitted through a single physical network in which time-sensitive information always has precedence so that it reliably arrives on time. That’s precisely what companies need in order to fully exploit the potential of digitalization and “Industrie 4.0”.

How does Ethernet with TSN regulate the “timetable” for the data?

The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), which is responsible for the standardization, provides two options for this: It’s either done by a central unit or the connected devices negotiate it among themselves. As a member of the “Labs Network Industrie 4.0” (LNI4.0) testbed, Siemens prefers the second option because the use of a central unit requires extensive reconfiguration every time a change occurs in the network. However, if the system configures itself, it’s easy to integrate new devices. That’s why we talk of “Plug & Work”-capable networks, which greatly benefit our customers.

What is Siemens doing with regard to Ethernet with TSN?

The entire automation industry is working hard on this topic of course. However, Siemens is certainly one of the leading companies in this area. We are actively involved in all of the major standardization bodies, such as the IEEE, the IEC, the OPC-F, and the PI. We also supply the editor for some of the TSN IEEE standards.

The first TSN products will start shipping before the year is out. That’s why our customers are ideally prepared for the digital future with Siemens.

 

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