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PROFINET, 산업용 이더넷의 표준

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최근 들어 산업용 통신부분에서의 가장 큰 변화는 다수의 벤더 및 협회들이 필드버스에서 산업용 이더넷 기반의 네트워크로 진화하고 있다는 점을 들 수 있다. 산업용 네트워크에서도 Ethernet 기반의 솔루션을 적용하여 현재 Office에서 사용되고 있는 많은 IT 기술을 산업 현장에 적용하여 보다 훌륭한 시스템을 구축하고 있는 중이다.
글_ 장희돈, 지멘스 (heedon.chang@siemens.com)
자동화 기술은 지난 20년간 큰 발전을 이뤄 왔고, 그 중 특히나 산업용 통신에 관한 부분은 빠르게 진화하고 그 중요성이 보다 강조되고 있다. 이러한 빠른 진화에 발 맞추어 신기술을 습득하고 빠르게 현장에 적용하여, 어떠한 제품을 생산하려 할 때 기획에서 그 제품이 실제 생산할 수 있는 Cycle 시간을 줄여 생산성을 높이는 것이 자동화 엔지니어들이 해야 할 일이다.
산업용 통신부분에서의 가장 큰 변화는 다수의 Major Supplier 및 협회들이 산업용 이더넷 기반의 네트워크로 진화하고 있는 점이다. 산업용 네트워크에서도 Ethernet 기반의 솔루션을 적용하여 현재 Office에서 사용되고 있는 많은 IT 기술을 산업 현장에 적용하여 보다 훌륭한 시스템을 구축하려고 하고 있다. 산업 통신 방법 중 가장 많이 사용 되고 있는 프로피버스(PROFIBUS)의 경우 PROFINET을 산업용 이더넷 솔루션으로 제공 하고 있다.
이제부터 산업용 이더넷의 기술인 PROFINET에 대해서 알아 보도록 하자.
1. 자동화 시장의 현재 모습

자동화 세계의 현재 모습은 소수의 MAIN PLAYER들이 시장을 선도하며 이끌어 나가고 있으며, 보다 GLOBAL 경쟁, GLOBAL 시장, 그리고 GLOBAL한 제품 생산을 이뤄 나가고 있다. 이와 마찬가지로 자동화 세계를 이끌어 가는 많은 VENDOR와 END CUSTOMER들은 다음의 세가지 요구 조건을 가지고 있게 되었다.
(1) 하드 웨어 및 소프트 웨어의 표준화
(2) 환경의 변화에 빠르게 적응 할 수 있는 유연성
(3) 보다 많은 사람이 보다 많은 장소에서 보다 많은 정보의 취득
또한, 현재까지 많이 사용되고 있는 분산 자동화 시스템은 사용자들의 전폭적인 지지에 기반하여, 더 많은 발전을 이뤄낼 것이며 모든 APPLICATION에 지능형 자동화 플랫폼으로 분산될 것으로 예상된다.
이더넷은 오랜 시간 동안 사무용 네트워크에서 표준으로 사용되어 왔고, 저렴한 비용으로 효율적인 통신망을 구성할 수 있었다. 실시간 데이터 통신의 결정론적인 요소를 지원할 수 있는 많은 기술들의 보완으로, 생산 레벨에 이르기까지 이더넷을 이용한 다양한 APPLICATION을 구현할 수 있다. 이로 인해 생산 레벨에서 경영 레벨에 이르기까지 단 하나의 네트워크로 무결성을 유지할 수 있는 시스템 구조의 변화가 오고 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 각각의 분산 모듈들은 지능형 모듈로 교체되어 보다 효과적이고 분산화된 구조의 자동화 시스템을 구축할 것이다. 모듈화 APPLICATION의 이점은 다음과 같다.
– 명확히 인식되는 인터페이스를 기반으로 논리적인 제어 기능의 분리.
– 개별 OEM들의 사전 테스트로 인한 공기 단축.
– 개별 모듈의 개별적인 시운전을 통해, 전체 시운전 기간의 단축.
– 표준을 사용함으로써 얻어지는 빠르고 우월한 계획.
– 매우 우월한 자동화 모듈들의 유연성.
현재 사용하고 있는 필드버스 시스템의 경우, 그 자체의 성능 및 호환성 자체는 문제가 없다. 그럼에도 공장 전체 레벨로 본다면, 이 기종의 필드버스끼리의 상호 통신의 어려운 점과 Ethernet 등과 같이 호환성 및 사용 방법의 용이함이 부족하다.
마지막으로 안전 네트워크와 일반 네트워크를 하나로 구성하려는 사용자의 요구가 증대할 것이며, 이러한 네트워크는 사용자에게 복수개의 네트워크 및 시스템을 구성할 필요없이 단 하나의 시스템, 네트워크로 사용자의 모든 환경 및 요구 조건을 충족시킬 수 있다.
여기서 ‘단일하다’는 것은 네트워크의 모든 요구 조건이 하나의 기반에서 충족되어, 전 공정에서 단일한 네트워크를 사용한다는 것이다. 또한 이러한 네트워크는 OFFICE망에서 사용되어 왔던 WAN, SMS, MAIL, INTERNET REMOTE ACCESS 등과 같은 기술을 자동화 세계에서도 차용하여 같이 사용할 수 있도록 한다.
앞서 얘기 되었던 시스템적인 변화에 기인하여, 필드버스로 구분 되어진 기존의 산업용 네트워크 체계가 산업용 이더넷 기반의 네트워크로 진화 할 것이다. 기존의 필드버스에서 이뤄내지 못했던 이종간의 통합, IT 기술 이용 등의 여러 장점을 가지면서 기존의 SAFETY 네트워크와 일반 네트워크의 결합 등의 이점을 그대로 유지하고 확장되어야 한다.
2. Siemens AG의 자동화 기술의 역사
자동 제어 기술의 꽃이라 할 수 있는 PLC (Programmable Logic Controller)의 모습이 현재와 같은 CONNECTION 기반 구조의 모습을 가지게 된 것은 그리 오랜 일이 아니다. 최초의 제어 컨트롤러는 RESISTOR, TRANSISTOR 기반의 구조를 가지고 있었으며, 단순한 연산만을 구현할 수 있었다.
자동화 기술의 선두 기업인 SIEMENS는 1958년 RESISTOR, TRANSISTOR 기반의 SIMATIC G 모델을 선보였다. 이후 다이오드 기반(DTL)의 SIMATIC N, H 모델, 그리고 HLL (High-Noise Immunity and Surge Proof Logic), TTL (Transistor-Transistor Logic)등의 모델에 걸쳐 현재의 자동화 시스템의 모델이라 할 수 있는 SIMATIC S5 모델을 1973년 출시했다.
그리고, 1995년에는 자동화의 모든 요구 조건을 모든 레벨에 걸쳐 하나의 벤더를 통해 구현할 수 있는 TIA (Totally Integrated Automation) 개념을 처음으로 소개했다. 현재에는 MOTION CONTROLL, SAFETY CONTROL 등 모든 자동화 시스템을 구축 할 수 있는 모든 솔루션을 제공하고 있다.
3. 산업용 이더넷에 대하여
이더넷(Ethernet)은 1976년 로버트 멧칼프(Robert Metcalf)에 의해 처음으로 주창 되었으며, 1980년대 및 1990년대 폭발적인 인터넷 및 통신의 발전에 힘입어 현재 세상에서 가장 많이 사용되고 있는 (약 80%), 네트워크 구조이다. 현재 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 의 802.3에 의해 표준화 되어 졌다. 최소 50개 이상의 벤더에 의해 지원되고 있으며, 현재 10 Gigabit 이더넷이 출시 되고 있다.
그러면 산업용 이더넷(Industrial Ethernet)이란 무엇일까? 쉽게 설명한다면 위와 같이 많이 사용되고 있는 이더넷의 기술을 산업 현장에 맞추어 적합하게 사용할 수 있도록 만든 이더넷 기술, 제품들이라 할 수 있다. SIEMENS는 이미 1985년 SINEC H1이라는 이름으로 산업용 이더넷을 제공해 왔다. 산업용 이더넷은 일반 이더넷과 비교하여 다음의 차이점을 가지고 있다.
(1) 신뢰성: 데이터가 정확한 시간내에 정확한 정보를 가지고 도착할 수 있는지.
– 물리적 신뢰성: 먼지, 습기, EMC 등 공장내 현장에서 발생하는 환경적인 요소를 극복할 수 있는 Design
– 구조적 신뢰성: 네트워크 단절시 빠른 시간 <300 ms이내 자동 복구할 수 있는 구조
– 논리적 신뢰성: 정확한 정보를 정확한 시간 내에 전달, 만일 전송 하지 못하였을 경우에는 진단 기능이 필요
(2) High performance
자동화 시스템에서 산업용 이더넷 통신은 Program의 Down Load와 같이 높은 속도가 필요하지 않은 통신에서 Motion 제어와 같은 빠른 응답 속도가 필요한 부분까지 모든 부분을 지원해야 한다.
또한, 하나의 요소를 위하여 별도의 전용 시스템을 구성 하는 것은, 설치비용, 통합 관리, 시스템 구조의 복잡성 등의 이유로 지양되어야 한다. (즉 단일 네트워크에서 모든 요구를 충족 해야한다.)
(3) Fail – Safety
자동화 시스템의 경우 인명과 공장의 자산을 보호 해 줄 수 있는 고장 안전(Fail Safe) 기술의 중요성이 강조된다. 시스템 전반에 고장 안전 기술이 탑재 될 수 있어야 한다. 또한 고장 안전 기술과 더불어 무선 네트워크와 같은 최신의 기술이 같이 사용 될 수 있어야 한다.
4. PROFINET이란?
PROFINET은 위에서 설명 되어졌던, 현재 자동화 시스템의 사용자 요구 조건 및 표준 이더넷 기반위에 PROFIBUS INTERNATIONAL이라는 특정한 제조 업체가 아닌 중립적인 협회에 의해 주창되고 발전되어 지고 있는 산업용 네트워크이다.
표준 TCP/ IP와 IT 기술을 사용 할 수 있고, 산업용 이더넷이 갖추어야 할 모든 요소를 가지고 있으며, 자동화 시스템 중 실시간(REAL-TIME)성을 보장한다. 또한 현재 사용하고 있는 필드버스 시스템과 완벽히 연결 될 수 있다.
그림 8에서는 PROFINET이 가지고 있는 산업적 특징을 보여주고 있다.
(1) 각종 분산 필드 디바이스들과 PROFINET을 통해 연결 되어 IO 데이터를 전송 할 수 있다. 모든 디바이스는 하나의 통일된 네트워크 구조를 가지며, 이것은 전 생산 라인에서 경영 레벨에 이르기까지 단일한 통신을 제공 할 수 있는 기반이 된다. PROFINET IO는 IO Controller (IO를 제어하는 컨트롤러)와 IO Device (IO 정보를 제공하는 제공자)로 구성되며, 몇 milli-second내에 빠른 데이터를 주고 받을 수 있도록 구성 되어 있다. 또한 기존 사용되는 필드버스도 PROFINET IO에서 IO Device로 통합되어 사용 할 수 있다.
(2) PROFINET CBA (Component Based Automation)
PROFINET을 이용함으로, 사용자는 개별 공정을 하나의 Component로 구성 할 수 있다. 이로 인해 서로 다른 제조사의 공정 제어 시스템을 보다 쉽게 통합 할 수 있게 된다. 각 Component들은 입력 및 출력에 대해 엔지니어링 프로그램 내에서 프로파일화 된다. 이렇게 요구되는 통신은 PROFINET CBA의 Exception-based and deterministic 통신을 통해 최고 10ms까지 빠른 cycle 시간을 지원 할 수 있게 된다.
(3) PROFINET 통신
PROFINET은 사용자의 다양한 요구를 만족하기 위해 실 시간성을 지원하며, 모션 제어와 같은 빠른 응답속도가 필요한 Application에서는 1 ms이내의 응답 속도를 지원하고 있다. 이는 PROFINET의 표준 TCP/IP를 지원하면서 ERTEC 기술을 이용 하여 IRT (ISOCHRONOUS REAL TIME)을 동시에 지원 함으로 가능한 방식이다. 보다 자세한 내용은 그림 12에서 확인 할 수 있다.
(4) PROFINET INSTALLATION
PROFINET은 PROFINET의 정확한 사용에 관련하여 올바른 사용 방법에 대해 기술한 가이드 라인을 배포하고 있으며, 이는 사용자에게 정확한 설치로 인한 오 작동의 예방 및 유지 보수의 절감 효과를 이뤄내고 있다.
(5) PROFINET SAFETY
Safety는 많은 자동화 시스템에서 주요한 요소이다. 예전의 고전적인 방식은 Relay를 사용함으로 시스템의 보호를 이뤄 왔으나, 현재는 일반 통신 네트워크 망과 통합하여 사용하고 있다. 특수 버스 모델은 점차 더 적게 사용되고 있으며, 이러한 예는 자동차 산업을 보면 쉽게 파악 할 수 있다.
결론적으로 최초의 PROFINET IO에 관한 내용은 PROFIBUS 협회에 의해 주창되어 졌다. 그 이후 안전 기술에 관련하여 독일의 TUV에 의해 인증을 받아 안전 관련 모듈 역시 PROFINET과 같이 사용 할 수 있게 되어 졌다. 자세한 구조상의 내용은 그림 14에서 확인 할 수 있다. 일반 PROFINET PROTOCOL위에 SAFETY관련한 데이터는 우선권을 가지게 되며, Safety 관련 모듈과 우선하여 데이터를 주고 받을 수 있게 된다.
안전 기술을 탑재한 모듈 역시 PROFINET의 CBA의 하나의 모듈로서 동작 할 수 있고, 모든 자동화의 영역의 모듈들이 모듈 기반의 제어 CBA를 지원 하며 안전 관련 기술과 병행하여 사용 되어 질 수 있다.
아이씨엔 매거진 2008년 07~08월호

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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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