왜, 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)이 대세인가

산업용 네트워크는 어떤 특성을 갖고있는 분야에서 사용되느냐에 따라 각각 장비가 갖춰야 될 특성과 기능이 달라진다. 이더넷(Ethernet) 통신 방식은 산업 현장이든 OA 환경이든, 다르지 않다. 다만 이더넷이 사용되는 환경적인 특성에 맞춰 이더넷 통신 장비의 특성이 달라진다. [편집자 주]

글_ 강은석, ㈜토마스무역 시스템사업부

초기의 계측 및 제어 데이터의 수집은 3~50psi(50년대)부터 4~20mA(60~80년대)아날로그 신호를 거쳐 Fieldbus 디지털 신호(90년대~)에 이르기까지 발전해 오고 있다. 그러나 위와 같은 데이터 수집 방식들은 여러 가지 문제점을 드러내며 그 발전이 정체돼 있다고 할 수 있다.

예를 들어, Fieldbus 계열의 통신방식들은 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 전환되어 그 사용이 폭발적으로 늘어났으나, 각각의 벤더들간 이권이 연관되어 개별적인 Protocol을 사용하고 있다. 따라서 Fieldbus 계열은 그 호환성에 문제점을 드러내고 있어, 여러 가지 장점을 갖고 있음에도 불구하고 Ethernet 방식에 그 시장을 잠식당하고 있는 것이다.

시장 흐름
아직까지는 Fieldbus 제품들이 Ethernet 방식 보다는 End Device와 컨트롤러 통신 단에서 많이 사용되고 있는 것이 사실이다. 또한 Ethernet에 잠식 당하고 있는 시장을 방어하기 위한 방책으로 Ethernet 호환 Protocol들을 개발 적용하고 있다. 또한 위와 같은 방법은 확실한 해결책이 될 수 없다는 것을 알고 있기 때문에 국제 표준화 작업을 통한 협회 구성 등의 자구책을 내놓고 있다. 이렇듯 쉽지 않은 시장 흐름에도 불구하고 아직도 Fieldbus 제품이 많이 활용되는 이유는 무엇일까?

그 첫 번째 이유는, 배선절감에 있을 것이다. 아날로그 통신 방식에서의 복잡한 배선작업을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다는 얘기다.

둘째, 디지털 전송방식에 의해 노이즈의 영향으로부터 어느 정도 자유로울 수 있다는 점을 들 수 있을 것이다.

셋째, 다중 계측신호를 동시에 전송 가능해 졌다는 점이다. 예전에는 개별적으로 하나씩 전송해야 하는 불편함이 있었으나, 이제는 여러 계측 신호를 동시에 전송함으로써 케이블 배선의 절감 등의 효과를 기대할 수 있게 된 것이다.

넷째, 스마트 트랜스듀서의 도입이 가능해 짐으로써 Filtering, Linearization, A/D 변환, Engineering Unit 변환 등의 전 처리가 가능해 졌다는 이점이 있다.
다섯째, 시스템에 대한 신뢰도, 유연성, 확장성 등이 증가했다는 점을 꼽을 수 있다.

마지막으로, 시스템 설치 및 유지 보수가 용이해졌다는 점이다.

이와 같은 여러 특징을 가짐으로써 아직까지는 Ethernet으로부터의 시장 공격에 맞대응 할 수 있는 화력이 남아있는 것이다. 하지만, 위와 같은 장점에도 불구하고 시장 분위기는 Fieldbus 통신방식에 그리 호의적이지는 않다고 할 것이다. 다른 이유는 다 차치하고라도 Open Protocol이 아니라는 점은 너무나도 큰 단점으로 작용되고 있다. 이에 대한 해결책으로 위에서 언급한 협회 구성에 의한 벤더(Vendor)들의 확충, 각종 Ethernet 호환 Protocol 개발 등의 작업이 진행됐으나, Ethernet의 파도를 넘기에는 힘겨워 보이는 실정이다.

시장 상황도 그렇다. 컨트롤러(예를 들면, PLC 등)하위는 아직 Fieldbus를 많이 사용하고 있으나, 그 상위로 연결되는 부분은 이미 Ethernet이 석권하고 있다고 해도 과언은 아닐 것이다. 이젠 Field 계열에 까지 그 적용범위가 확대되고 있는 상황이고, 현재도 Ethernet을 지원하는 End Device가 나와있는 실정이다. 여러 전문가들의 예상을 빌어 말하면 앞으로 2~3년 후에는 거의 전 부분에 Ethernet이 적용될 것이라는 예상을 해볼 수 있을 것이다. 적어도 현재의 상황으로는 그렇다.

이렇듯 Ethernet의 사용은 대세요 흐름이다. 다른 통신방식들은 그 발전이 정체되어 있는데 반해 Ethernet은 아직도 발전하고 있는 것이 가장 큰 요인일 것이다. 따라서 현재까지의 상황으로 본다면, Ethernet으로의 전이는 누구도 거역할 수 없는, 자연스런 현상이라고 할 것이다. 하지만 누가 알겠는가? Fieldbus가 Ethernet으로 대체될 것을 초기에는 예상치 못했듯이 Ethernet을 대체할 그 어떤 통신기술이 개발될지….. 그것 또한 거스를 수 없는 대세일 것이다.

산업용 이더넷의 특징
산업용 이더넷이 필요한 이유는 과연 무엇인가? 다시 말해 산업환경과 사무환경의 차이점은 무엇이겠는가? 여기에는 크게 두가지로 분류하여 볼 수 있을 것이다.

첫째, 환경적인(외부요인) 부분과 그에 따른 장비적인 특성

둘째, 제어 Data(내부적인)의 특성에 따른 통신 방식의 특성

먼저 환경적인(외부요인) 차이에 의한 요구 되어지는 장비의 특성에는 어떤 것이 있는지 살펴보기로 하자. 우선, 작동 온도조건이 다를 것이다, OA환경에서는 항온, 항습시설이 갖춰진 전산실 등에 장비를 설치하여 구동하기 때문에 넓은 범위의 작동온도가 필요치 않다. 그러나 산업환경은 항온, 항습이라는 것이 없다. 쇳물을 녹이는 고로옆에 설치될 수도 있고 실외 함체에 설치될 수도 있는 것이 산업현장의 특성이다. 따라서 넓은 범위의 작동온도는 필수 조건일 것이다. -40℃ ~+70℃의 작동 범위를 갖는 장비를 Hirschmann에서 생산하는 이유도 여기에 있다고 할 것이다.

둘째로 전원의 이중화가 지원되어야 할 것이다. 대부분의 산업현장에서는 Main Power 이외에 UPS(무정전전원공급장치) 등을 통해 전원의 이중화를 구축하는데 장비가 전원을 Single로 받는다면 정전에 대비한 대책이 없게 되는 것이다. 따라서 산업현장에 사용되는 장비는 전원도 Redundancy가 지원돼야 한다.

셋째로 Relay 출력에 의한 에러 통보기능도 갖춰야 될 것이다. 예를 들어, 네트워크에 문제가 발생했는데, 어디의 어떤 장비에 이상이 발생했는지 일일이 현장을 돌며 점검하지 않으면 알 수가 없기 때문에 위 기능이 있다면 관리실에 앉아서도 장비의 이상유무를 식별할 수 있을 것이기 때문이다.

넷째로 장비를 고정하는 방식도 달라진다. 위에서 언급했듯이 OA환경에서는 전산실 등의 랙에 설치되므로 19″ Rack Type이 주류를 이루고 있으나, 산업 현장에서는 Rack이 아닌 일반 캐비닛 등에 설치되므로 그에 맞는 고정타입을 갖춰야 될 것이다. 예를 들어 PLC 고정타입인 Din Rail Type 등이 될 것이다.

다음으로, 제어 데이터의 특성(내부적인)요인에 의해 갖게 되는 특성에 대해 살펴보자.

첫째로 제어부분의 데이터 처리는 고속, 대용량의 데이터 처리가 아닌 정확하고 손실없는 데이터 처리가 중요하다고 할 수 있다. 즉 Giga급의 데이터 처리보다는 10/100Mbps정도의 속도에서 안정적인 데이터 전송을 그 목적으로 하고 있다. 따라서 빠른 속도 보다는 네트워크 장비의 안정성이 더 중요하다고 할 것이다. 그러나 OA용 장비는 사용자 수와 처리하는 데이터가 큰 만큼 고속, 대용량 장비가 적합한 것이다.

둘째로 제어 네트워크 장비는 자체 메모리가 적은 것이 특징이다. 이는 자체 메모리가 크면 받아들이는 데이터가 많고, 받아들이는 데이터가 많으면 그 만큼 처리를 기다리는 데이터가 많아져 그 만큼 속도가 늦어지기 때문이다. 이에 제어 네트워크 장비는 메모리가 적은 대신 빠르게 데이터를 처리하여 그 만큼 Delay를 줄일 수 있는 것이다. 반면 OA용 장비는 환경적인 특성상 용량이 큰 데이터가 많이 처리되므로 자체 메모리 또한 큰 것이 적합하다고 할 수 있다.

이렇듯, 어떤 특성을 갖고있는 분야에서 사용되느냐에 따라서 각각 장비가 갖춰야 될 특성과 기능이 달라진다고 할 수 있다. 따라서 최근 산업용 이더넷이라는 용어가 많이 사용되고 있는 이유도 여기에 있다고 할 것이다. 이더넷(Ethernet) 통신 방식은 산업 현장이든 OA 환경이든, 다르지 않다. 다만 이더넷이 사용되는 환경적인 특성에 맞춰 이더넷 통신 장비의 특성이 달라진다. 따라서 더 정확히 용어를 구분하여 사용한다면, 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)보다는 산업용 네트워크 장비(Industrial Network Device)라는 용어가 더 적합한 표현이 아닐까 생각해 본다.

지금의 산업용 이더넷 시장은 다중 경쟁 구도로 접어들었다고 할 수 있다. 즉 다양한 제품들이 시장에 쏟아져 나오고 있는 실정이다. 고객의 입장에서는 선택의 폭이 넓어진 대신 제품 선택에 있어서 보다 더 신중해져야 한다는 과제를 새롭게 갖게 된 것이다. 고객의 제품선택을 지원하고 최적의 솔루션을 구축하기 위해서는 자연히 제품 공급업체로서는 네트워크에 대한 컨설팅 능력 없이는 제품 공급이 어려워지고 있는 실정이다. 물론 가격으로 승부하는 제품은 이러한 능력이 부족하더라도 낮은 가격으로 시장을 공략하고 있지만, 이러한 영업 전략은 한계를 갖고 있게 마련이고 이러한 한계를 극복하기 위해서는 보다 전문적인 능력을 보유해야만 한다.

최근 새롭게 등장한 신기술이라고 하면, 무선 랜, 방화벽 제품, 기가비트 제품 등을 꼽을 수 있을 것이다. 물론 산업용 이더넷 제품군 중에서 말이다. 기존 OA 환경용 제품은 그 수를 헤아릴 수 없을 만큼 많이 있지만, 산업용 제품으로서는 거의 전무한 상황이었다. 기존 무선 랜 제품은 데이터 전송의 신뢰성 측면에서 유선 망에 비해 부족한 것으로 평가되어 그 적용에 소극적이었으나, 무선 랜 장비의 통신 기술이 발달함에 따라 산업용 네트워크에서의 적용이 확대되고 있는 추세이다.

아직은 메인 통신망이 아닌 백업 망으로 사용되고 있지만 해당 네트워크에서 요구되는 신뢰도에 따라서 다양하게 적용중이다. 이러한 흐름에 맞춰 허쉬만에서도 산업용 등급의 무선 랜 장비를 개발 공급하고 있다.

또한 네트워크 보안이 강조됨에 따라 방화벽 제품을 개발하여 고객의 요구를 충족시키고 있다. 이 제품은 산업용 등급의 하드웨어에 소프트웨어를 합쳐 구동되므로 산업 현장에 설치 운용하더라도 기계적인 안정성을 보장 받을 수 있다는 장점을 가지고 있다.

마지막으로 기가비트 제품은 산업용 제어 시스템의 최근 추세라고 할 수 있는 시스템 통합과 관련하여, 대용량 제품의 수요가 필요함에 맞춰 개발된 제품이다. 아직은 그 수요가 많지는 않지만, 제어 데이터 만 전송하던 기존의 시스템과 달리 영상 및 음성 데이터까지 전송하는 통합 시스템에서는 꼭 필요한 대용량 제품을 개발한 것으로 이제는 기가비트 통신도 산업용 이더넷 제품을 적용할 수 있는 것이다.

허쉬만의 네트워크 솔루션
산업용 네트워크 장비의 Market Leader인 독일의 Hirschmann(www.hirschmann.com)에서는 새로운 시장흐름에 발맞춰 고객의 요구에 맞는 새로운 제품을 출시하고 있다.

그동안 Hirschmann 장비와 Ring 방식의 Redundancy가 네트워크의 안정성을 높이는데 유용하다는 것을 알고는 있었으나, 가격적인 부담감 때문에 쉽게 Hirschmann 장비를 선택할 수 없었던 고객이라면, 신 제품군인 Open Rail 제품을 적극 활용할 것을 권한다. 가격의 부담도 덜 수 있고, 네트워크의 안정성도 꾀할 수 있는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있을 것으로 예상된다.

아이씨엔 매거진 2006년 10월호