자동화의 성능과 효율성을 높이는 Simatic S7-1500

지멘스 산업자동화 사업본부는 중대형 기계설비 및 플랜트 자동화를 위한 차세대 컨트롤러 제품군으로 Simatic S7-1500 제품을 출시했다. 높은 성능과 효율성을 특징으로 하는 이 제품군은 뛰어난 시스템 성능을 자랑할 뿐만 아니라, 모션 제어, 최고의 플랜트 보안을 위한 보안 기능, 구현하기 쉬운 안전 애플리케이션용 안전 기능 등 다양한 기능들을 기본으로 제공한다.

간편한 시운전과 안전한 운영을 돕는 혁신적인 설계, 사용자 구성이 가능한 플랜트 상태 진단 기능, 간편한 엔지니어링과 프로젝트 비용을 줄여주는 TIA Portal로의 통합 등이 한 단계 높은 효율성을 실현해 준다.

차세대 Simatic S7-1500 컨트롤러 제품군은 시장에 시장에서 시급하게 요구되는 중형급으로부터 단계적인 출시를 준비하고 있다.

먼저 중형 성능 등급으로 3가지 CPU 타입 1511, 1513, 1516의 포트폴리오로 구성된다.  또한 각 제품들은 동일한 등급별 성능으로 Fail-safe 안전 애플리케이션을 위한 F 버전으로도 제공된다.

이들은 인터페이스 개수, 비트 처리 속도, 디스플레이 크기와 데이터 메모리의 크기에 있어 차이가 있다. 개별적인 자동화 업무에 따라, CPU는 중앙 집중 구성으로 새로운 통신 및 기술 모듈 또는 IO 모듈 등을 포함하여 최대 32개의 모듈로 확장하여 구성할 수 있다. 이는 지멘스의 Simatic ET-200MP 와 동일한 형태다.

특히 Simatic S7-1500은 성능 및 효율성이 강화되었다. 전체적인 성능에 관해서는 기술, 보안, 안전, 시스템 성능이 현저하게 향상되었으며, 효율성을 높이기 위해 설계 및 취급 분야, 시스템 진단, TIA Portal과의 엔지니어링에서 혁신이 이루어졌다는 것이 지멘스의 주장이다.

시스템 성능
빠른 신호 처리가 가능한 높은 수준의 시스템 성능은 극히 짧은 반응 시간과 높은 제어 품질을 가능하게 한다. 이를 위하여, Simatic S7-1500은 높은 데이터 전송 속도(Baud rate)와 효율적인 전송 프로토콜을 가지는 빠른 백플레인 버스를 탑재하고 있다. 터미널에서 터미널로의 반응 시간은 500 마이크로초(㎲) 미만이며, 비트 명령어의 경우에 명령 처리시간은 CPU에 따라 차이는 있지만 10 나노초(㎱) 보다 빠르다. CPU 1511과 CPU 1513 컨트롤러는 2개의 Profinet 인터페이스를 장착하고 있고 CPU 1516 컨트롤러는 3개의 인터페이스를 장착하고 있는데 2개는 필드 레벨에서의 커뮤니케이션을 위한 것이고 나머지 한 개는 기업 네트워크로의 통합을 위한 것이다. Profinet IO IRT는 지정된 반응 시간 및 높은 정확도의 시스템 동작을 지원한다. 뿐만 아니라, 시스템 및 공정 데이터의 위치 독립적인 조회 또는 진단 목적을 위하여 웹 서버가 통합되었다.

기술
기술 분야에서 Simatic S7-1500은 표준으로 내장된 모션 제어 기능을 특징으로 한다. 이 모션 제어 기능은 추가적인 모듈 없이도 아날로그와 Profidrive 호환 드라이브를 연결할 수 있게 하여 속도 및 위치 제어 축 뿐만 아니라 엔코더도 지원한다. PLCopen에 따라 표준화된 블록은 Profidrive 호환 드라이브의 연결을 단순화한다. 사용자는 드라이브와 컨트롤러의 효율적이고 신속한 시운전을 위하여 추적(Trace) 기능을 실행할 수 있으며, 이 기능을 통해 프로그램 및 모션 애플리케이션을 실시간으로 진단할 수 있으므로 드라이브를 최적화할 수 있다. 또 다른 내장된 기술 기능은 PID 제어로서, 손쉽게 구성이 가능한 블록들이 고품질의 제어를 보장한다. 이 제어 파라미터들은 자동으로 튜닝(Tuning)된다.

보안성(Security)
Simatic S7-1500의 통합된 보안 개념은 블록 보호에서부터 통신 무결성까지 포괄하며 애플리케이션 보호 측면에서도 사용자를 지원한다. 이를 테면 기계의 복제 방지 같은 노하우 보호를 위한 통합 기능은 무단 접근 및 변경을 예방한다. 복제 방지를 위해 Simatic 메모리 카드가 사용된다. 여기에는 개별 블록들이 원본 메모리 카드의 일련번호와 연결되어 있다. 프로그램은 오로지 지정된 메모리 카드에서만 실행이 가능하므로 따라서 복제가 불가능하다. 접근 차단(보호)은 승인되지 않은 무단 설정 변경으로부터 애플리케이션을 보호한다. 이를 위하여, 사용자 그룹별 인증 단계에 따라 별도의 권한을 지정할 수 있다. 또한, 변경된 엔지니어링 데이터를 인식하는 특수한 메커니즘들이 장착되어 있다. 이는 예를 들어 데이터가 무단 조작을 통해 컨트롤러로 전송되는 것을 방지한다.

안전성(Safety)
Simatic S7-1500에는 안전 기능이 내장되어 있다. 사용자는 고장 안전(Fail-safe) 자동화를 위하여 새로운 컨트롤러의 F 버전(Fail-safe)을 배치할 수 있으며, 이 버전은 표준 및 안전 관련 프로그램에 동일한 엔지니어링 및 운영 개념을 사용한다. 사용자는 중앙 안전관리 편집기(Safety Administration Editor)의 도움을 받아 안전 파라미터를 정의하고 수정할 수 있다. 예를 들어, 고장 안전(Fail-safe) 드라이브 기술을 사용할 때 그래픽의 지원을 받게 된다. 새로운 컨트롤러들은 기능적 안전에 대하여 EN 61508 기준에 따른 인증을 받았으며, IEC 62061 기준으로 최대 SIL 3, ISO 13849 기준으로 최대 PL e에 해당하는 안전 애플리케이션에 사용할 수 있다.

설계 및 취급
Simatic S7-1500의 설계 및 취급 과정에서 간편한 작동 및 최고의 사용자 편의성을 위해 수많은 세부적 혁신이 최우선으로 이루어졌다. 예를 들어, Simatic 컨트롤러에는 완전한 플랜트 투명성을 위해 편리한 작동과 상세하고 명료한 텍스트 정보가 담긴 디스플레이가 처음으로 탑재되었다. 표준화된 전면 커넥터는 사용자의 배선 시간을 절약해 주며 예비 부품의 보관을 간소화한다. 내장된 전위 브리지들은 전위 그룹을 간단하고 유연하게 생성할 수 있게 해준다. 자동 회로 차단기나 릴레이 같은 보조 컴포넌트는 내장된 DIN 레일에 신속하고 쉽게 탑재할 수 있다. 확장 가능한 케이블 보관 공간 덕분에 비록 절연 케이블이 사용된다고 하더라도 사전 정의된 두 개의 래칭 부위를 이용하여 쉽게 전면 도어를 닫을 수 있다. 안정된 회전식 배선과 래칭을 통한 사전 배선 부분은 초기 배선 및 터미널의 재연결을 간소화시킨다. 내장된 차폐 기능은 아날로그 신호의 적절한 차폐를 보장하며, 따라서 높은 품질의 신호 수신 및 외부 전자기 간섭으로부터의 보호를 보장한다. 또 하나의 긍정적 기능은 확장성이다. Simatic S7-1500 CPU는 랙 당 최대 32개의 모듈을 쉽게 확장할 수 있다. 사용자는 각자의 개별 자동화 업무에 따라 요구되는 모듈을 조립하면 된다.

시스템 진단
Simatic S7-1500의 통합 시스템 진단은 추가적인 프로그래밍 부담 없이 광범위한 진단 기능을 포함하고 있다. 진단은 프로그래밍이 아닌 간단한 설정 작업으로 이루어진다. 뿐만 아니라 디스플레이도 표준화 되었습니다. 예를 들어, 드라이브나 고장 관련 메시지는 명확한 텍스트 정보로 CPU에 표시되고, TIA Portal, HMI, 웹 서버 등 모든 장치에 동일하게 시각적으로 표시된다. 또한, 터미널과 LED 라벨 링의 실용적이고 시각적인 1:1 할당을 통해 시운전, 테스트, 진단, 심지어 운영 중에도 시간을 절약함으로써 사용자에게 도움을 준다. 뿐만 아니라, 사용자가 해당 채널을 신속하게 탐지하여 정확하게 할당할 수 있는 채널 별 디스플레이는 고장이 발생할 때 큰 도움이 된다.

TIA Portal로의 엔지니어링
지멘스의 모든 신규 자동화 장치와 마찬가지로 새로운 Simatic S7-1500 컨트롤러도 TIA Portal 엔지니어링 프레임워크에 통합된다. 이로써 컨트롤러, HMI, 드라이브에 표준화된 운영 개념을 제공하고, 프로젝트 전반에 걸쳐 공유 데이터 보관 및 자동적인 데이터 일관성을 제공할 뿐 아니라, 모든 자동화 개체를 아우르는 강력한 라이브러리를 제공한다. 새로운 TIA Portal 버전 12는 더 강력한 기능, 자동 시스템 진단, 통합된 안전 기능, 강력한 Profinet 통신, 통합 보안, 최적화된 프로그래밍 언어를 자랑한다. 업무 중심의 직관적인 편집기 덕분에 이 새로운 소프트웨어를 쉽게 익히고 사용할 수 있다. 또한 빠른 프로그래밍, 시운전, 서비스를 위한 효율적인 기능을 갖추고 있다. 기존 프로젝트와 소프트웨어의 재사용 및 호환성 문제도 특별히 중요하게 다루었다. 이를 테면, S7-300/400에서 S7-1500로 전환할 때 프로젝트를 재사용할 수 있으며, S7-1200 프로그램은 복사 기능을 이용해 S7-1500으로 이전할 수 있다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr