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PROFINET, 산업용 이더넷의 표준(5)

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이번에는 최근 자동화 산업의 큰 트렌드라고 할 수 있는 Wireless 와 Failsafe, 그리고 이것과 연계하여 사용하는 PROFINET의 기능에 관련하여 소개합니다.
글_ 장희돈, 지멘스 heedon.chang@siemens.com 
들어가는 말
지난 하노버 2008 전시회에서 지멘스는 무선 공장의 Concept으로 실제 100M에 달하는 자동차 공정 라인을 부스에서 선 보이며 많은 고객에게서 높은 관심을 받았습니다.
사람 및 공장의 자산을 보호 할 수 있는 Failsafe 기술이 같이 연결되어 무선으로 연결 할 수 있는 솔루션 역시 하노버 전시회에서 소개되어, 앞으로 공정 자동화의 많은 분야에서 무선을 이용한 솔루션이 접목 될 수 있으리라 기대 됩니다.
현재 자동화 산업에서 사용되고 있는 무선 네트워크 시스템은 거리에 걸쳐 원격 제어/ 감시 시스템을 위해 GSM/CDMA, GPRS 등 2.5 세대와 3세대의 통신을 이용하는 방법이 사용 됩니다. 주로 이 경우에는 광 대역 지역의 감시/제어를 하는 분야에서 사용되고, 가스 송유관, 강을 따라 댐 제어/감시 등 수백 KM 거리를 제어 하는 분야에서 사용됩니다.
그림 2와 같은 제어 시스템은 유럽 내에 가장 긴 강인 다뉴브 강의 복합 발전 부분에서 사용 되었습니다. 88개의 로컬 스테이션을 통해 약 22,700 GWh의 전력을 년간 생산하고, 전체 오스트리아 전력의 25%를 차지하는 대규모 프로젝트에서 지멘스의 SINUAT을 이용한 솔루션이 성공적으로 수행 되었습니다.
하지만, 이러한 대규모의 공정에 집중하는 것이 아니라, 무선적용 가능 범위를 플랜트의 관점에서 생각해본다면, 당장 여러분의 공장에서도 여러 부분에서 적용 가능한 분야를 확인할 수 있습니다.
– AGV 등 이동 기기
– 항구, 물류
– Overhead Monorail / Crane
– 원거리 지역 간 통신 (Process Automation)
이러한 공정은 디바이스간의 통신 거리가 수 M ~ 수 Km까지 확장된 범위를 지원해야 하며, 현재 상용화 되고 있는 기술 중 이러한 요구를 충족하는 기술은 Wireless HART, Bluetooth, Wireless LAN, Zigbee 등이 있습니다. 이 기술은 근거리인 WPAN (Wireless Personal Area Network)을 지원하는 IEEE 802.15를 근간으로 하는 기술과 그 보다 확장적인 거리를 지원하는 IEEE 802.11을 지원하는 것으로 구분 될 수 있습니다. 또한 이러한 네트워크를 구분 할 때, 전송 할 수 있는 데이터의 속도 역시 중요합니다. 최소 몇 K bps의 속도에서 100 Mega bps를 지원하는 것으로 그 구분이 되어 있으며, 사용자의 요구 되는 Application 응답 속도에 따라 이 중에서 취사 선택 할 수 있습니다. 앞서의 두가지 요소를 바탕으로 각 네트워크를 거리별, 속도별로 구분하면 그림 3과 같습니다.
위와 같은 기술에서 PROFINET은 Wireless LAN을 이용하는 방법과 같이 사용하여 주로 Factory Automation에서 사용 할 수 있는 가능성에 대해 소개하고 있어 왔고, 2008년도 하노버 전시회에서는 Wireless LAN을 통해서 Fail safe 통신까지 가능한 기술을 소개하고 있습니다.
Wireless LAN은 IEEE 802.11을 기반으로 하여 IEEE 802.3 기반인 이더넷에 무선으로 적용 할 수 있습니다. 따라서 기존에 플랜트 네트워크에서 가장 많이 사용되는 이더넷 기반 정보 시스템과 현장의 필드 네트워크를 물리적, 또는 수직적 수평적으로 확산/통합이 가능합니다. 사용자는 무선 랜을 이용 하여, Mobile Panel 혹은 UMPC 등 휴대가 손쉬운 디바이스를 이용하여, 플랜트 내에서 정보 시스템에서 현장 로컬 계기에 이르기까지 자유로이 데이터의 접속 및 관리를 할 수 있습니다. PROFINET은 단순한 무선 접속을 넘어 고장 안전 기술에 이르기까지 확장하는 방법에 대해서 논의하고 있습니다.
PROFIBUS 및 PROFINET을 이용하여 Failsafe를 통신하는 방법으로 PROFIBUS 협회에서는 PROFISafe라는 프로파일(Profile)을 통해서 구현하고 있습니다. PROFIsafe는 필드버스(Fieldbus) 어플리케이션의 상에 별도의 레이어를 사용 할 수 있도록 디자인되어, 표준 데이터 통신과 동시에 failsafe에 관련 통신 역시 같이 사용할 수 있도록 구성되는 통신입니다. 사용자의 경우 이러한 기술을 사용하여, 별도의 제어 시스템을 구성하지 않고, 또한 별도의 네트워크를 구성하지 않는 점이 장점으로 들 수 있습니다. 따라서 사용자는 빠른 Commissioning 시간 및 비용 감소를 기대할 수 있습니다.
이러한 기술은 여기에 그치지 않고, Wireless 를 통하여 Failsafe 통신이 구현 하도록 기술 개발 및 상용화 되어 있으며, 사용자는 이제 Wired 방식 및 Wireless에서 PROFINET/PROFIBUS를 이용하여 Failsafe를 구성 할 수 있습니다.(그림 5 참조)
이것은 Failsafe에 관한 Profile Version 2.4는 BGIA와 TUV에 이미 2007년 4월에 인증을 받은 바 있습니다.
Wireless + Profisafe를 이용하여 이미 전 세계적으로 많은 Application이 진행되고 있고, 몇 사례를 소개 하겠습니다.
 
사례 1. Cam Motion
Wireless + Failsafe를 이용 하여, Gantry Machine 적용
지역 : 미국
Cam Motion에서는 중간 재공품을 Assembly Line으로 옮기기 위해 조종자가 하나의 Crane/Gantry 기계를 조정 하는 방식을 사용 했습니다. 그러나 중간 재공품의 종류가 많고, 또한 사용자의 부주의로 인해 잦은 사고가 발생하여 안전 Concept이 포함된 무인화 시스템을 구축하기로 결정했습니다. 그림 7에서 보는 것이 Machine Vision 및 Safety IO 등이 탑재된 Gantry Machine 부분입니다. 작업 반경 안에, 사람의 접근이 감지 되면, 자동적으로 시스템은 Stop 됩니다. 그림 8은 Machine 쪽에서 사용되는 Access Point 입니다. 지멘스의 Scalance W 모듈이 사용되었으며, IP65 등급 및 Failsafe 통신을 신뢰성 있게 통신 시킬 수 있는 여러 솔루션이 내장되어 있습니다. 그림 8의 우측 부분은 상부 판넬의 모습입니다. 노란색의 Fail safe IO 모듈을 확인 할 수 있습니다.
그림 9는 전체적인 시스템의 구성도 입니다. 지상층의 Control Panel에 CPU가 설치 되고 상부 시스템에는 Remote IO 와 Inverter 등이 설치 되어 원격 IO 를 무선으로 Failsafety로 구성한 예가 됩니다. 관련한 자세한 정보는 다음에서 참조 하시기 바랍니다.
https://www.automation.siemens.com/net/html_76/newscenter/firma_camotion.htm
사례 2. 제철 공장 물류 출하 시스템
사용 회사 : ArcelorMittal Gent
지역 : 벨기에
 
ArcelorMittal은 전 세계적으로 철강 분야 세계 1위의 기업입니다. 생산량 및 직원수 그리고 전 세계 27개국의 지사를 가지고 있습니다. 벨기에의 공장은 10㎢ 의 크기에 년간 5,000,000 ton의 생산량을 가지고 있습니다. 여기서 제조되는 코일은 자동차 등에 사용됩니다.
ArcelorMittal은 외부 물류 부분에서 이 시스템을 사용 하려고 했습니다.
옥외에 생산된 코일을 야적 하고, 상위 MES 시스템과 통합되어 생산 이력이 기재되며, 물류 출하시 정확한 출하 지시를 할 수 있도록 하는 MES와의 통신. 또한 거친 환경에서 정확히 움직일 수 있는 신뢰성, 내구성 그리고 사람의 인명, 회사의 재산을 보호해 줄 수 있는 안전 시스템이 필요 했습니다.
그림 10. 11에서 볼 수 있듯이, 사용 환경은 매우 거친 외기 조건을 만족해야 합니다. MES 시스템은 46개의 별도의 크레인과 통합 되어 있으며 Tracking 정보를 동기화 합니다. 또한 현장의 재고를 기준으로 생산 계획을 재 조정 합니다. 또, 어떠한 크레인의 경우에는 1970년대 부터의 데이터를 보유 하고 있습니다. 그림 10에서 우측 부분의 펜스에는 Failsafe를 이용한 시스템이 적용 됩니다. 이 크레인의 경우 무인 운전으로 구축 되기 때문에, 작업장 내에 Door가 열려 있는 경우에는 작업을 중단하고, 또한 위험 지대에 사람이 있는 경우 작업을 중지하여 인명을 보호해 주는 기능을 내장하고 있습니다.
위의 펜스 부분과 Crane의 Control 시스템은 PROFINET Failsafe 를 이용 하여 Wireless LAN을 사용 하여 통합 됩니다. 또한 또 하나의 Wireless Network는 MES 서버와의 통신을 구축 합니다.
이러한 시스템을 이용 하여 공장 내부 및 외부에 극도의 가용성을 구성 하였고 최신의 인프라 구조를 표준 기술을 이용 하여 구축 합니다. 이 시스템은 Failsafe + PROFINET을 통해서 구성이 되어 있고, 완전 자동화 시스템으로 구축 하여 운전자가 필요 없는 시스템을 구축 하여 전 자동 시스템의 구축으로 인건비 및 생산성의 증대를 가져 왔습니다.
이외에도 전 세계적으로 많은 구성 예를 가지고 있으며, 국내의 경우에도 H 사의 자동차 라인, 또한 자동차 2차 Vendor에서 인도, 중국, 미국, 멕시코등의 Assembly Line, Body shop line에 많은 PROFINET적용 예를 가지고 있습니다. 또한 기존 PROFIBUS를 이용 하고 있었던 Line의 현대화 작업에서 최신의 기술을 이용 하여 PROFINET을 사용 하는 국내의 사례 역시 보고 되고 있습니다.
자동화의 추세는 점차 단순한 Controller의 한가지 기능의 개선이 아니라 전체 자동화 시스템의 혁신 그리고 그 중에서 네트워크의 현대화 및 미래 지향적인 솔루션의 도입이 주를 이루고 있습니다. 여러가지 자동화의 요소를 만족 하는 시스템은 PROFINET이 Solution으로 제공 될 수 있으며, 사용자는 FA + PA의 어느 영역에서도 PROFINET을 적용 할 수 있으며, Failsafe, Motion Control, Component base Automation 및 기존 FieldBus 통합등 고객의 자산을 보호 하고 확장이 용이한 시스템으로 모든 자동화의 요구 조건을 PROFINET으로 충족 시킬 수 있습니다.
 
이상으로 PROFINET 에 관련한 여러 가지 분야에 대해 알아 보았습니다. 혹시 부족한 내용이나, 보다 깊은 이해가 필요한 부분이 있다면, 다음 부분을 참조하시고, Siemens 마케팅부로 문의 주시기 바랍니다. 연재기사를 읽어 주신 모든 분께 감사드립니다.
www.profinet.com
www.siemens.com/profinet
아이씨엔 매거진 2009년 02월호

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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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