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