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발전소 통신망의 응용 메세지 규약 및 현황

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정보통신에 관한 인식의 변화와 반도체 및 광전송 등 소자기술의 발달로 통신 전 분야에 걸친 큰 변화가 일어나고 있다. 이러한 변화에 따라서 발전 시설 및 발전소 내부에서도 유/무선 통신 기반의 메시지 교환 서비스에 대한 요구가 늘어나고 이에 따른 신뢰성 있는 통신망 기술이 필요해 지게 되었다.
글_ 김동성 교수, 금오공대 전자공학부 (dskim@kumoh.ac.kr)
1. 서론
정보통신에 관한 인식의 변화와 반도체 및 광전송 등 소자기술의 발달로 통신 전 분야에 걸친 큰 변화가 일어나고 있다. 이러한 변화에 따라서 발전 시설 및 발전소 내부에서도 유/무선 통신 기반의 메시지 교환 서비스에 대한 요구가 늘어나고 이에 따른 신뢰성 있는 통신망 기술이 필요해 지게 되었다.
발전 시설의 상위 통신망 기술들은 대단위 발전소 단지 내의 신뢰성 있는 통신과 다른 발전시설간과의 통신, 화상 회의와 같은 멀티미디어 서비스 등에 폭 넓게 적용된다. 다양한 분산 제어 스테이션들이 산재한 발전소 내부의 통신망 요구 사항을 보면 이를 실시간으로 신뢰성 있게 처리할 망 기술이 필요하다는 쉽게 알 수 있다.
본 원고에서는 최근 국제 표준으로 사용되는 발전 및 에너지 관련 시설을 위한 통신 규약의 상위 메시지 규약을 살펴보고 그 현황에 대해서 알아본다.
2. 발전 시설용 통신망 규약 (ICCP/TASE.2)의 이해
실시간 정보교환은 발전 시설간 및 발전소 내부에서 상호 연결된 시스템에서 중요한 부분을 차지하는 요소이다. 이러한 환경을 위해서 국제적으로는 IEC(International Electrotechnical Commission) 의 TASE.2(Telecontrol Application Service Element Two)로 알려진 ICCP(Inter Control Center Protocol)[1]는 미국의 발전소 관련기구와 미국 전력연구소(EPRI; Electric Power Research Institute)가 주축으로 해서 만든 발전소용 메시지 규약이다.
ICCP와 TASE.2는 기술적으로 볼 때 국제표준화기구(ISO; International Organization for standardization)의 생산메세지 규약(MMS; Manufacturing Message Specification)[2][3]의 API 기능이 강화된 MMS 부가 표준안으로 볼 수 있다. MMS 표준은 기본 표준안인 ISO 9506-1, 2와 부가표준안인 ISO 9506-3, 4, 5, 6으로 이루어져 있다. 대표적 필드버스 포로토콜인 프로피 버스의 FMS나 FIP의 응용 메시지 규약이 MMS의 또 다른 부가 표준안의 형태인 것과 유사하다고 볼 수 있다.
수력, 원자력, 화력 등의 전기 발전 관련 및 에너지 산업에 관련된 산업 기기 제작 관계사와 관련 기관들이 실시간 데이터 교환 및 정보 모델링을 위한 TASE.2를 표준안으로 선택하는 것에 있어서 합의했다. 미국에서는 TASE.2가 ICCP로 통하고 있으며 EPRI의 전력관련 통신 규격(Utility Communication Architecture)의 실질적인 첫 결과물이 되었다. 개방성을 제공하고 유연성을 가진 국제 생산 메시지 규약 기반의 TASE.2의 객체 모델은 응용층의 프로토콜과 독립적으로 이루어지기 때문에 미래의 보수 및 확장에 많은 장점들을 가지고 있다.
3. UCA 규격의 이해
UCA(Utility Communications Architecture)는 미국의 EPRI(Electric Power Research Institute)에서 만들어진 발전소용 표준 통신망 구조이며 UCA의 응용 계층 규격의 일부로 MMS가 사용되고 있다. UCA는 7계층 구조와 3계층 구조의 두가지로 나누어질 수 있다[1][2].
가. 7계층 구조의 UCA 규격
UCA의 7계층 구조 규격은 OSI 모형에 기초한다. 일곱개의 각 계층에서는 적당한 규약들이 지정된다. 하나의 계층에 대해 여러개의 규약들 중 하나를 선택할 수 있기 때문에 규약들의 조합이 다양하게 구현될 수 있다.
일곱개의 계층 중 최상위의 계층은 응용 계층이다. 이 계층은 일곱개의 계층중 규약에 대한 선택의 폭이 넓다. UCA의 경우에는 MHS 1984를 제외하고는 모든 규약들이 ACSE, 연결지향 표현, 그리고 연결지향 세션을 이용한다. 따라서 UCA에서 세션, 표현, 응용 계층을 구성하는 규약들은 그림 1과 같이 조합될 수 있다.
UCA의 전송 계층의 기본적인 규약은 TP4(ISO Transport Class 4)이고 망 계층의 기본적인 규약은 CNLP(ISO Connectionless Network Protocol)이다. 이것은 그림 1에 잘 나타나 있다.
나. 3계층 구조의 UCA 규격
UCA의 3계층 구조는 위의 7계층에서 응용 계층, 데이터 링크 계층, 그리고 물리 계층만을 사용한다. 이 3계층 구조는 실시간이 요구되는 산업용 제어망인 필드버스망에서 현재 많이 사용된다.
근거리 통신망(LAN)에서 사용되는 3계층 구조는 MMS(Manufacturing Message Specification)와 LLC(Logical Link Control), 그리고 매체를 다루는 규약으로 이루어진다. 매체를 다루는 규약은 CSMA/CD, 토큰 버스(token bus), 또는 토큰 링(token ring)이다. 3계층 구조는 그림 2에 잘 나타나 있다.
3계층 구조에서 데이터 링크 계층과 물리 계층에 대한 규격은 다음의 몇가지를 제외하면 7계층 구조에서와 같다.
◆ LLC의 경우 유형 1 뿐만아니라 유형 3까지 지원된다. 이는 ISO 8802/2에 지정되어 있다.
◆ FDDI는 3계층 구조에서는 지원되지 않는다.
◆ 예외 조건을 검출하기 위하여 전송하는 LLC는 MMS 표준내에 정의된 MMPM(Manufacturing Message Protocol Machine)에게 상태를 알려주어야 한다.
다. UCA에서의 MMS 사용
MMS는 UCA에서 응용계층을 구성하는 규격중의 하나로 사용되고 있다. MMS는 7계층과 3계층 UCA에 모두 사용되고 있으며 주 컴퓨터와 지능형 제어기 사이의 통신을 담당하고 있다. EPRI에서 발행한 UCA관련 보고서에는 MMS를 사용한 UCA의 예를 그림 3과 같이 들고 있다. 이 그림에서 제어기A와 B는 7계층 UCA와 MMS를 사용해서 주 컴퓨터와 통신을 한다. 그러나 제어기B는 3계층 UCA를 사용하는 MMS 통신도 지원하도록 되어 있어 좀더 단순한 시스템인 제어기C, D와 통신을 하는 경우에도 MMS를 사용하고 있다.
UCA의 응용 중에서 MMS를 사용하는 분야와 그 분야에서의 MMS의 역할을 살펴보면 다음과 같다.
– 제어 센터(control center) 분야
다양한 장치들을 감시하고 제어하며 실시간 데이터들을 교환하는 기능을 제공하여 전압이나 VAR을 제어한다든지, 전력 시스템을 감시하고 제어한다든지 전력이 모자랄 경우에 자동으로 전력을 생산하도록 하는 시스템에 사용된다.
– 발전소(power plant) 분야
발전소의 기기들을 원격으로 감시하고 제어할 수 있는 기능을 제공하여 발전소를 감시하고 제어한다든지, 운전 환경을 감시한다든지, 원자력 발전소에서 방사능 누출을 감시하는데 사용되고 있다.
– 송전(transmission) 분야
변전소나 고압 송전선 상의 장치들을 감시하고 제어하는 기능을 제공하여 차단기나 스위치의 상태를 감시하거나 선로의 부하를 감시하고, 부하의 흐름을 제어하는 곳에 사용된다.
– 배전(distribution automation) 분야
배전용 변전소나 배전망의 장치들을 감시하고 제어하는 기능을 제공하여 부하의 분배, 시스템의 재설정, 전압이나 VAR의 제어등에 사용된다.
– 고객 관련(customer interface) 분야
제어와 감시 및 간단한 파일 전송 서비스를 지원하여 부하를 제어하거나, 원격으로 사용량을 측정하거나 정전의 검출등을 담당한다.
3. ICCP(간소화된 국제생산메세지 규약)
제어센터(control center)란 하나이상의 공장에 대해서 작업과정을 감시하고 결과를 예측하고 공정을 스케쥴링하는 시스템들의 집합을 말한다. 이런 제어센터들은 여러개의 LAN에 접속되어 있어서 작업에 필요한 정보들을 얻기도 하지만 멀리 있는 다른 제어센터들과 필요한 정보들을 교환하기 위하여 상호 접속되기도 한다. 이러한 접속을 위해 생산 공정에서 많이 사용되는 응용계층의 규약으로 MMS가 있다. 그러나 MMS는 범용의 생산 메시지 규격이므로 여기에서 제공되는 서비스를 사용하기 위해서는 응용프로그램을 제작하는 사람이 MMS의 각종 서비스에 대해서 많은 것을 알아야 한다. 그러므로 이러한 불편을 없애기 위해서 전력산업 통신 규약(Utility Communication Specification) 워킹 그룹에서 MMS의 특정한 서비스들만을 모아 그 기능을 이용하여 제어센터들 사이의 통신을 위해 필요한 서비스들을 정의한 것이 ICCP(Inter-Control Center Communication Protocol)이다[3].
ICCP는 기본적으로 MMS의 클라이언트/서버 모델을 가정하고 있다. ICCP에서의 서비스는 스테이션이 서버로 동작할 경우에는 실행모듈(action), 클라이언트로 동작할 경우에는 동작모듈(operation)이라고 한다. 그러므로 응용프로그램의 작성자는 동작모듈의 사용법만을 잘 알면 된다. 실행은 ICCP를 구현하는 쪽에서 적당한 메커니즘을 제공한다. ICCP에서는 제어센터들간의 통신을 위해 필요한 8종류 31개의 동작모듈 들을 제공한다. 각 동작모듈 들은 해당하는 서버측의 실행모듈이 정해져 있다. 각 동작모듈과 실행모듈에서 하나이상의 MMS 서비스들을 이용한다. 예를 들면, 데이터값 가져오기(Get Data Value)나 기기선택(Select Device)라는 동작모듈과 이것들의 실행모듈은 MMS의 읽기 서비스만을 적절히 사용한다. 그러나 동작기기(Operate Device)와 같은 동작 모은 MMS의 쓰기 서비스를 사용하고 실행모듈에서는 쓰기 서비스와 사건 통지 서비스를 사용하여 구현한다.
4. 결론
최근 들어 발전 설비 규격의 상위 표준으로 MMS가 사용됨으로써 UCA및 ICCP/TASE.2 관련 발전 설비 및 관련 업체들은 MMS 기반의 응용 프로그램 및 관련 통신 기기 개발에 많은 관심을 가지게 되었다.
국외에서는 이미 사이클사와 시스코사가 오랜 기간 동안 국제생산메세지 규격인 MMS 개발 툴 및 소스 코드를 판매하고 있으며, 이를 이용해 최근에는 UCA관련 툴 및 다양한 ICCP용 소프트웨어 패키지 및 개발 툴을 국내 라이센스 업체를 통해 판매하고 있다.
국내에서는 서울대학교의 제어정보시스템 연구실에서 SNU-MMS[6]를 개발하여 공장 자동화용 응용 패키지 개발에 사용하였으며, 이를 이용해 ICCP를 구현하는 것이 가능하도록 되어 있다. 특히 3계층 구조의 경우는 국제 생산 메시지 규약을 추가적 변경 없이 사용할 수 있어 발전시설 관련 업체 및 관련 기관에서 ICCP 국산화에 활용할 수가 있다. 이를 이용한다면 ICCP 관련 장비 및 응용 소프트웨어 개발의 용이하게 이루어질 수 있다.
향후 10년간 발전소 관련 메시지 표준과 관련 소프트웨어 및 유무선 통신 장비는 발전소 설비의 IT화와 함께 빠르게 발전되리라고 본다. 이미 산업 현장에서 경험한 것처럼 오피스용 고속 이더넷 기술 및 무선 기술이 신뢰성이 추가된 형태로 공장 자동화용 장비, 무인 기차 및 선박 통신 기술에 이용 되어져 왔다. 이제 산업 현장에서 검증된 고신뢰성 통신 기술들이 다양한 검증 과정 및 개발을 통해 발전 설비에도 적용될 것이다.
< 참 고 문 헌>
[1]EPRI, “Fundamentals of Utilities Communication Architecture”, IEEE Computer Applications in Power, pp.15-21 vol.14, No.3, July, 2001
[2]ISO 9506-1: Industrial automation systems – Manufacturing Message Specification – Part1 : Service definition, 2004
[3]ISO 9506-2: Industrial automation systems – Manufacturing Message Specification – Part2 : Protocol specification, 2004
[4]Lee, S.T., “The EPRI common information model for operation and planning”, IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, pp. 866 – 871, Vol.2, July 1999
[5] Becquet, E.; Locher, H.-N.; Gressier, E.; “Component-based industrial messaging services design for utilities”IEEE Confernce on Emerging Technologies and Factory Automation, Vol. 2, pp. 622 628, 2003
[6] D.S.Kim, W.H.Kwon and Z.J.Hass, “Virtual Industrial Communication System using Manufacturing Message Specification”, The Handbook of Industrial Information Technology, CRC Press, FL, June, 2004
아이씨엔 매거진 2008년 03월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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