산업용 네트워크에 주목하자 – 산업통신망 국제 표준화 추진현황과 국내 수요자 인지도 현황

이제 산업용 이더넷이다. 산업에서의 IT화가 적극 추진되면서, 산업용 네트워크가 산업용 이더넷으로 집약되고 있는 중이다. 여기에 모션 제어를 위한 실시간 통신과 USN 센서에 기반한 무선 시스템, 휴대용 핸드헬드 HMI를 비롯한 인터넷 모니터링 시스템에 대한 시장의 요구가 급격하게 늘고 있다.
글_ 오승모 기자 (oseam@icnweb.co.kr)
왜 Ethernet이 부각되는가?
제조 및 프로세스 시스템에서의 생명적 가치는 검증과 안정, 그리고 안전에 있다. 그 중에서도 대부분은 시스템에 대한 안정과 검증을 우선적으로 요구하게 된다. 따라서 이들 산업 자동화 현장에서는 기기 및 시스템을 도입함에 있어 무척 폐쇄적인 경향이 있다. 아무리 혁신적인 생산성을 제공하고 비용을 절감시킬 수 있다 하더라도, 새로운 기술이나 솔루션을 쉽게 받아 들일 수 없는 이유이다.
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 이더넷(Ethernet)에 대한 도입이 국내외적으로 활발하게 일어서고 있다.
지난 1973년 제록스의 엔지니어였던 밥 멧칼프(Bob Metcalfe)의 냅킨 스케치에 의해 태어난 이더넷(Ethernet)은 처음에는 사무실간의 통신을 위한 LAN으로 사용되었다. 최근에는 이더넷의 성능과 애플리케이션이 멧칼프가 생각했던 것과 비교하여 상상할 수 없는 급격한 성장을 이룩했다. 지금도 성장하고 있다. 기술과 적용분야가 지속적으로 추가되고 있는 것이다.
처음의 이더넷 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 규격 발표하였다. 최근에는 이더넷이 산업 현장 라인으로 사용 분야를 확장하여 지능형 센서로부터 플랜트 관리 제어 시스템에 이르기까지의 산업용 컴퓨터 플랫폼으로 활용되기에 이르렀다. 이제 산업분야에서도 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)이라는 이름으로 이더넷(Ethernet)으로 합류하고 있는 중이다.
사무용과 산업용 네트워크는 그 동안 나란하면서 서로 다른 강줄기를 따라 흐러왔다. 그러나 이더넷이 등장하고, 이더넷의 장점들이 사무분야 뿐만 아니라 산업분야에 까지도 적용될 가능성이 제기되었다. 이는 곧바로 새로운 이더넷이면서 기존 산업용 네트워크의 대명사였던 필드버스(Fieldbus)의 한단계 업그레이드 버전인 산업용 이더넷으로 출현하게 되었다. 이로써 사무용과 산업용 네트워크가 커다란 하나의 강으로 부둥켜 안고 새로운 세상, 바다를 향해 흐르게 된 것이다.
웹 HMI 시스템 요구 쏟아져
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.
현재에는 무선시스템이 IT 산업의 화두로 제시되면서, 산업분야에서도 무선 솔루션에 대한 요구가 급격하게 상승하고 있다. 지능형 유비쿼터스 센서가 필드레벨에 깔리고, 여기에 무선시스템과 휴대용 HMI가 따라 붙으면서 이를 이더넷으로 통합 운영하는 하나의 거대한 시스템이 속속 출현하고 있다. 최근에는 파이프라인을 비롯하여, 빌딩 공조 관리, 엘리베이터 원격관리, 수처리 시설, 도로 및 터널, 설비 보안, 제조 라인 등 엄청난 애플리케이션 분야에서 새로운 모니터링 및 관리 시스템이 요구되는 중이다. 특히 이들 분야에서의 이더넷을 통한 원격 모니터링 시스템(일명. 웹HMI)에 대한 수요는 엄청나다 할 것이다.
특히 국내에서는 새로운 대통령 정권이 들어서면서, 운하 건설에 대한 실질적인 프로젝트 수행에 많은 관심이 쏠리고 있다. 사업의 타당성 및 현실성에 대한 논란은 차지하고, 운하건설과 관련한 실제 운하 추진팀 및 국내 대형 건설사로 구성된 운하건설 컨소시엄, 그리고 이들 건설사들의 TF팀 구성 등이 적극 진행되고 있음을 주목해야 할 것이다. 운하 추진팀의 구상은 운하에 대한 환경적 반대 의견에 대해, USN 센서와 이더넷 솔루션을 통한 모니터링 및 관리 제어 시스템의 구축을 통해 해소할 수 있을 것으로 보고 있다. 운하 건설 프로젝트가 시작된다면, 여기에서는 그야말로 엄청난 규모의 유비쿼터스 지능형 센서 및 무선 솔루션, 휴대용 HMI, 그리고 원격 모니터링과 관리 제어를 추진하기 위한 웹HMI 솔루션이 요구될 것으로 보인다.
국제 표준화 추진 현황
현재 산업용 네트워크 관련 국제 표준은 ISO(국제표준화기구)와 IEC(국제전기표준회의) 두 단체에서 추진되어 왔다. 양 기관은 상호 협력주의를 기반으로 IEC에서는 전기, 전자, 정보기술 분야를, ISO에서는 산업 자동화 시스템 등 기타 분야를 각각의 활동범위로 채택하고 있다. 산업용 네트워크 분야에서 ISO 표준은 2006년초에 완전하게 완료된 것으로 나타났다. 현재는 IEC 표준에서 리얼타임 산업용 이더넷과 안전(Safety), 보안(Security)에 대한 표준 추진이 지속적으로 이루어지고 있는 중이다.
양 기관에서 발표한 최근의 산업용 네트워크 표준으로는 지난 2000년에 IEC TC65/SC65C에서 IEC 61158(Digital Communications)로 발표되었다. 이는 필드버스(Fieldbus)로 알려지고 있다. 여기에서는 Profibus, ControlNet, Foundation Fieldbus, Interbus, Swiftnet, WorldFIP, P-net, (FF) HSE 등 8개의 프로토콜로 구성되었다. 이들 필드버스 표준들은 지속적인 논의를 통해 Profibus, ControlNet, Foundation Fieldbus, Interbus, Swiftnet, WorldFIP, P-net 등 7개로 2003년 5월 공식적인 국제표준으로 발표되었다.
2003년부터는 ISO와 IEC에서 산업용 네트워크 관련 표준을 추가로 진행하게 된다. IEC TC65/SC65C/WG6에서는 IEC61784-1 규격으로 IEC 61158 표준인 ‘필드버스(Fieldbus)’를 채택하였으며, 이후 WG11(워킹그룹 11)을 통해 추가된 IEC61784-2 규격으로 IEC/ISO 8802-3 기반의 ‘리얼 타임 이더넷(Real Time Ethernet)’을 제정했다. 또한 최근에는 IEC61784-3에서 안전에 대해 다루고 있으며, IEC61784-4에서는 사이버 보안에 대한 내용을 취급하고 있다. 이는 리얼타임 산업용 이더넷이 시장 확대를 적극 추진하고 있는 가운데, 이와 관련한 안전 및 보안이 새로운 과제로 떠오르고 있는 것과 같은 맥락이다. 또한 안전과 보안이 산업용 네트워크에서도 향후 새로운 이슈로 떠오를 것이라는 전망을 가능하게 하는 대목이기도 하다.
또한 IEC 표준은 표준규격이 그대로 유지되지는 않는다. 시장에서의 요구가 사라지는 등의 환경 변화에 따라서 기존 표준 규격이 삭제되거나, 새로운 규격이 늘어나는 등 유기적인 성장의 모습을 보이고 있다. CC-Link의 경우를 보면, CC-Link는 필드버스이면서 산업용 이더넷과 동시에 IEC에 상정되었다. 다만 구분의 필요성으로 인해 새로운 Part를 CC-Link 단 하나를 위해 배정해 주었다. 최근에는 IEC 61784-1에 변화가 생겼다. 2003년 출판에서는 7개의 CPF로 이루어졌으나, 2007년 출판에서는 SwftNet이 누락되었다. 또한 2007년판에서는 CC-Link, HART, SERCOS 3개가 추가되어 출판되었다.
따라서 기존의 표준 프로토콜들은 시장에서의 요구를 충족시키기 위한 시장 확대 노력과 새로운 기술의 접목을 통한 신규 스펙 개발에 적극 나서고 있는 중이다. 한편 국내의 RAPIEnet(LS산전 주도) 프로토콜도 IEC/ISO 8802-3 기반의 산업용 이더넷으로 개발되어 IEC 61784-2에 2007년 기술문서를 제출하였으며, 지난 1월에 IEC/PAS 62573 국제표준으로 채택됐다. 그러나 다른 산업용 이더넷 프로토콜들은 이미 규격 완료단계에 있는 바, 국내 신규 제안인 RAPIEnet이 IEC 61784-2에 등록될 지는 좀 더 지켜볼 필요가 있다.
ISO에서는 개방형 구조를 지향하는 오픈 프레임워크 표준을 ISO TC184(산업자동화통신망표준)/SC5(구조 및 통신)/WG5(Open Framework)에서 표준을 준비하여 2003년 10월 ISO 15745(Open Framework)로 공표했다. ISO 15745는 2006년까지 Part1에서 Part6까지 발표됨으로써 표준 규격 자체가 완료되었다. 이로써 ISO에서는 총 16개의 개방형 통신 네트워크 프로토콜들이 표준으로 채택되었다. 특히 Part5 및 Part 6는 2006년 3월 투표를 거친 후, 4월에 ISO15745-5/6으로 최종 승인되었다. Part5에는 Ethernet/IP, ADS-net, FL-net, PROFINET, MODBUS TCP, Ethernet powerlink, EtherCAT 등 이더넷 기반의 프로토콜, 즉 산업용 이더넷이 차지하고 있다. 또한 Part6에는 CC-Link가 HDLC 기반 필드버스 프로토콜로 채택되어, 필드버스로서는 ISO 표준으로 가는 마지막 기차에 올랐다. 이로써 산업용 오토메이션 시스템의 애플리케이션 통합 프레임워크 시리즈 규격의 완결판이 되었다. 개방형 구조의 산업용 네트워크는 총 16개의 프로토콜이 국제 표준으로 완결된 것이다.
시장의 요구에 유연성 보여
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.
이렇듯 산업용 이더넷이 미래 지향적인 산업 기술로 성장하고 있는 것은 산업용 이더넷에 근간을 이루는 이더넷과 TCP/IP가 개방화된 기술로 오래전부터 많은 유저들을 확보하고 있으며, 향후에도 산업분야에 지속적인 영향력을 발휘할 IT기술과의 접목이 고려되기 때문이기도 하다. 산업용 이더넷은 상위로부터 하위레벨까지의 수직적이고 수평적인 끊김없는 통합을 최대의 장점으로 실사용자층에 접근하고 있는 중이다.
그럼에도 산업용 이더넷도 기존의 필드버스와 마찬가지로 상호운용성에 대한 어려운 과제를 안고 있다. 이는 일부 조직이나 개별적인 산업용 이더넷 프로토콜의 활동으로 가능한 영역이 아니며, 국제적인 논의와 공동의 연구개발, 그리고 영향력있는 실사용자층의 적극적인 조율과 압력하에서 가능한 분야이다.
산업용 네트워크는 현재 상호 협력과 제휴를 모색하면서 세계시장에서의 시장확대를 위한 마케팅 활동을 활발하게 추진하고 있다. 독일 지멘스가 주도하는 Profinet은 Interbus를 Profinet IO로 수용하였다. 또한 FF와 HART와의 적극적인 제휴를 통한 공동시장 확장에도 적극적으로 나서고 있다. 미국 로크웰오토메이션이 주도하는 EtherNet/IP 진영도 지난해에 산업용 이더넷 분야에서 최대의 현장 구축 실적을 보이고 있는 Modbus의 결합을 통해 상호 호환성 연구를 본격 추진하고 있다. 이로써 국제적인 산업용 네트워크는 Profinet진영과 EtherNet/IP 진영으로 ‘헤쳐모여’하는 모습을 보이고 있다. 한편 일본 미쓰비시가 주도하고 있는 CC-Link도 IEC 표준 채택에 이어 지난해에는 산업용 이더넷 CC-Link IE를 발표하고 아시아 시장을 중심으로 한 본격적인 산업용 이더넷 프로모션에 돌입했다.
국내 시장 현황
대표적인 굴뚝산업으로 인식되어 온 국내 제조업을 비롯하여 공공 인프라 및 빌딩자동화 시장에서도 산업 통신망 파워가 입증되고 있는 것으로 나타났다. 이제 산업 통신망을 통해 모든 산업 현장의 필드기기로부터 컨트롤러, ERP에 이르기까지를 단일한 네트워크로 통합하는 방안이 적극 모색되고 있는 중이다.
산업통신망은 기존의 복잡한 필드기기들의 정보 데이터로부터 다양한 현장의 정보를 상위의 관리자층에 까지 전달하고 제어를 실현하는 도구로써 적극 활용될 전망이다. 특히 반도체 및 LCD 라인에서 산업용 이더넷 기반의 산업통신망이 도입되기 시작한 것을 비롯하여, 장거리 파이프 라인 및 도로/항공 관제, 터널관리, 빌딩자동화, 수처리 시스템 등 다양한 분야에서도 산업통신망의 적극적인 채용이 이루어질 전망이다.
산업IT 및 산업자동화 관련 리서치 및 컨설팅 전문업체인 아이씨엔(www.ICNweb.co.kr)이 지난 2007년말에 국내 산업현장에서 종사중인 엔지니어 550여명을 대상으로 “산업통신망 관련 국내 사용자 인지도 설문조사”를 실시했다.
응답자들은 대부분 오피스용 이더넷(TCP/IP)의 기술에 대해 많은 인지도를 가지고 있는 가운데, 이를 바탕으로 산업 적용을 위해 마련된 산업용 이더넷에도 큰 관심을 보였다. 오피스용 이더넷을 제외한 산업통신망에 대한 각 프로토콜별 인지도면에서 산업 엔지니어들은 EtherNet/IP를 가장 잘 알고 있는 산업통신망이라고 답변했다. 다음으로는 DeviceNet, Profibus, Modbus(TCP), CAN(open), CC-Link, Ethernet Powerlink, EtherCAT의 순으로 인지도를 보였다.
EtherNet/IP 독주 두드러져
전통적인 필드버스로 칭해지는 산업통신망인 DeviceNet, Profibus, CC-Link에 대한 산업현장의 광범위한 구축과 함께 최근들어 부각되고 있는 산업용 이더넷 프로토콜인 EtherNet/IP의 부각이 눈에 띈다. 세계시장에서 EtherNet/IP와 함께 경쟁하고 있는 Profinet, FF HSE 등에 대한 인지도가 2%대에 머물고 있는 것은 관련 협회 및 국내 공급업체들의 소극적인 국내 시장 마케팅 활동에 기인한 것으로 평가된다.
향후 5년내에 구축가능성이 있는 산업통신망에 대한 질문에서 오피스용 이더넷에 대한 답변이 15%대로 크게 하락한 것은 아주 의미가 크다. 산업통신망에서 오피스용 이더넷의 비중이 점차 줄어들고 EtherNet/IP, Profinet, EtherCAT 등의 이더넷 기반 산업통신망들로의 대체가 적극 추질될 것임을 예고한다 할 것이다. 국내 엔지니어들은 EtherNet/IP, DeviceNet, Modbus(TCP), Profibus, Ethernet Powerlink, CC-Link, EtherCAT, CAN(open), Profinet, Foundation Fieldbus, AS-Interface 등의 순으로 향후 5년내에 자사 현장에서 그 채용이 기대된다고 답변했다.
산업용 네트워크 구축을 통한 이점에 대한 인지도 또한 서서히 변화하는 모습을 보이고 있어 주목된다. 필드버스와 관련하여 추진되는 다양한 설문에서 많은 수요자들과 벤더들은 배선절감을 강조하는 경향이 있어왔다. 그러나 이번 조사에서는 설비데이터 수집 및 제어, 고속제어 실현, 향상된 시스템성능 등이 네트워크 구축에서의 최대 장점으로 부각되었다. 또한 산업용 네트워크와 관련하여 향후에 이슈로 떠오를 분야로는 무선제어와 모니터링, 인터넷을 통한 원격관리, 개방화된 국내외 표준 선정, 기계제어를 위한 산업용 이더넷, 모션 제어를 위한 실시간 통신, 이기종간 상호 호환성, MES/ERP와의 정보공유 등의 순으로 나타났다. 이는 현재 부각되고 있는 모션제어를 비롯하여 무선시스템 및 웹HMI(웹 모니터링)의 요구를 반영하고 있는 것이라 볼 수 있다.
아이씨엔 매거진 2008년 03월호