플랜트 현장의 이더넷 도입을 위해 필수적인 7가지 고려사항

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2015년 08월 27일

플랜트 현장은 매우 예민한 분야이기 때문에 오피스 네트워크가 아닌 산업용 이더넷을 구현해야만 한다. 플랜트 현장에서 이더넷을 도입함에 있어 무엇보다도 먼저 고려해야 할 7기지 사항을 알아본다.< 편집자 주>
1. 네트워크 레이아웃에 대한 주요 고려사항은 플랜트 현장에 오피스 토폴로지(Office Topology)를 도입하는 것이 아니라 산업용 이더넷(Ethernet)을 갖춘 플랜트/머신 토폴로지를 구현해야 한다.
오피스 이더넷(Office Ethernet) 인프라 구조는 전형적으로 온도제어 환경에 설치되는 상용 제품과 아울러 대규모 스타(Star) 토폴로지를 중심으로 고안된 스위치에 기반한다. 한편으로 산업용 이더넷(Industrial Ethernet) 아키텍처는 고속 이중화와 같이 산업 환경에서 사용하기 위해, 추가적으로 필요한 특징 요건 및 조건의 차이점들을 고려한다. 산업용 네트워크는 고온 및 고진동 규격의 디바이스, 금속 커넥터, 차폐(Shielding) 처리된 케이블 및 플랜트 환경(스타, 링, 트리, 라인)에 따라 달라지는 상이한 토폴로지를 구현한다. 뿐만 아니라 이들 스위치들은 자동화 시스템이 지원하는 동일한 개별장치들에 의해 구성되고 유지보수 되도록 고안된다.
2. 이더넷(Ethernet)에 대한 주요 고려사항은 이미 알려진 배선 만이 아니다. 사용자에게는 자동화 애플리케이션을 실행시키기 위해 산업용 프로토콜이 필요하다.
IEEE 802.3 표준 이더넷(Ethernet)은 배선, 매체 액세스 규칙 및 이더넷(Ethernet) 프레임의 구조를 정의한다. 해당 표준 기반의 통신을 활용하는 서로 다른 디바이스들이 동일한 네트워크 상에 공존할 수 있다 하더라도, 이들 디바이스는 서로 통신하기 위해 동일한 프로토콜 또는 “통신 언어”를 사용해야 한다. PROFINET은 분산 I/O, 기기간 연결, 기기 안전성 및 모션 컨트롤을 위해 필요한 기능들을 제공하는 산업용 애플리케이션들을 사용하도록 설계된 통신 프로토콜이다.
3. 최근 작업처리량에 영향을 미치는 주요 고려사항은 네트워크가 얼마나 빠른가의 문제가 아니라, 데이터가 얼마나 정확한 예측을 토대로 신속하게 적재적소에 도달하는가에 있다.
작업처리량은 실제로 네트워크의 속도를 결정할 때, 아주 중대한 요인이다. 작업처리량은 주어진 시간 내에 네트워크를 통해 전송될 수 있는 데이터의 양에 의해 결정된다. 통신 패킷에서 반환시간을 단축시켜야만 네트워크의 성능을 향상시킬 수 있다. PROFINET은 결정성적이고 신뢰할만한 통신이 깔린 플랜트 현장용으로 고안된 네트워크에서 최대의 작업처리량을 달성했다. PROFINET 패킷에서의 반환 시간은 표준 이더넷 TCP/UDP 이행시간보다 10배 정도 빠르다. PROFINET은 스피드와 결정성이 요구되는 시간을 다투는(time critical) 애플리케이션을 위해 Ethernet Real time 채널을 이용하고, 구성(Config), 진단(Diagnostic), 네트워크 라우팅 및 벌크 데이터 전송 통신을 위해 표준 TCP/IP 채널을 사용하여 빠른 성능을 가진다.
4. 네트워크 구성 시 주요 고려사항은 얼마나 셋업이 용이한가 뿐만 아니라, 작동에 필요한 프로그램을 얼마나 간편하게 만들 수 있는가 하는 문제이다.
디바이스들 간의 통신 관계를 확립하고자 할 때, PROFINET은 프로그래밍 접근 대신에 구성을 통한 접근 방식을 활용한다. 통신을 프로그래밍하고 디버깅하는 대신에 디바이스들 간의 상호작용을 구성하는 오브젝트 지향적인 접근으로 인해, 시스템 통합관리자 및 최종 사용자들은 엔지니어링 및 시운전에서 25%를 확실히 절감시켰다. 이와 같은 진보를 위한 하나의 주요 요소는 자동적으로 네트워크 이용을 계산하여 시스템 전반에 대한 스캔 속도를 정의하는 PROFINET 구성 툴의 성능이다.
5. 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)에 대한 주요 고려사항은 현재 사용자에게 필요한 애플리케이션을 지원하는가가 아니라 동일한 이더넷(Ethernet)이 차후 사용될 사용자의 모든 애플리케이션을 지원하는가 하는 문제이다.
오늘날 제조업체들은 독점적인 전용 네트워크 및 인터페이스의 수를 감소시킴으로써 높은 가치를 구현하고 있다. 그러나, 이러한 진보는 종종 단계적 접근방식으로 발생한다. PROFINET은 사용자가 peer-to-peer 통신, 분산 I/O, 기계 안전성, 모션 컨트롤 및 데이터 취득과 같은 상이한 제어 원리를 지원하는 단일의 이더넷(Ethernet) 네트워크 상에 자신의 페이스에 통합 자동화 솔루션을 구현할 수 있게 한다. 또한, PROFINET은 연결 시 필요하게 될 차후 요건들을 처리하도록 제작되었다. 일례로 생산 수율, 매트릭스 등 여타의 생산과정의 측정치가 이더넷(Ethernet) 연결을 통해 해당 사업장에 용이하게 수집되도록 비즈니스 시스템(ERP)에 생산 데이터를 긴밀히 통합시키는 경향이다..
6. 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)에 대한 주요 고려사항은 이것이 이더넷(Ethernet)과 소통하는가 뿐만 아니라 이것이 다른 벤더들이 제작한 기기 및 이미 구현된 네트워크와 어떻게 통합되는가 하는 문제이다.
PROFINET이 표준 이더넷(Ethernet) 스위치와 작업하고 TCP/IP 프로토콜(TCP/IP Protocol Suite)을 활용하기 때문에, PROFINET 기반 시스템은 전체 자동화 네트워크에 IGMP 스누핑(snooping) 및 VLAN과 같은 특별한 특징 또는 하이엔드 스위치의 요건 없이도 연결될 수 있다. PROFINET은 단지 네트워크 연결을 허용할 뿐만 아니라, 이들 표준을 사용함으로써 다중 벤더 솔루션들 간의 통신이 허용된다. PROFINET의 컴포넌트-기반 자동화 컨셉은 개방형 테크놀로지 XML을 활용하여 제어 시스템 내부와 무관하게 컴포넌트로서 기기 전체를 나타냄으로써 인터페이싱을 간편하게 한다. 이후 도식적 인터페이스를 사용하는 엔지니어링 툴은 컴포넌트들을 연결하고 기기들 간의 통신을 구성한다.
7. 산업용 이더넷(Industrial Ethernet) 네트워크의 비용에 대한 주요 고려사항은 컴포넌트의 비용이 아니라 엔지니어링, 설치 및 유지보수 비용이다.
　
PROFINET 및 산업용 이더넷(Industrial Ethernet) 컴포넌트는 OPC 및 SNMP와 같은 IT 테크놀로지를 이용하며, 네트워크의 상태를 디스플레이한다. 게다가 PROFINET에 내장된 진단 기능은 네트워크 상태가 PLC 및 SCADA 시스템을 포함할 수 있는 자동화 시스템으로 직접 포함될 수 있다. 이로써 모든 것이 중앙 제어실 한 곳으로부터 실행될 수 있게 함으로써 구성 및 문제 해결이 간단하게 되었다.
　
< 제공: 지멘스㈜ 자동화사업부>
아이씨엔 매거진 2007년 02월호