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Zigbee 네트워크를 이용한 공정자동화

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세연테크놀로지㈜와 하이텍홀딩스의 공동 연구 개발로 구축한 화력발전소 스팀 트랩 모니터링 시스템
공장 내에는 설비 또는 배관 등이 복잡하여 유선 자동화 시스템은 많은 제약이 따른다. 그러나 무선을 통한 자동화는 이러한 제약에 영향을 적게 받는다. 기존에는 유선으로 공정 자동화를 구축하였지만, 최근에는 무선 네트워크를 이용한 공정자동화가 각광받고 있다.
글_ 세연테크놀로지㈜
산업혁명 이후 우리 사회는 많은 변화를 겪게 되는데, 가장 큰 변화는 공장의 기계화가 시작되면서 대량생산이 가능해졌다는 것이다. 기계화 이후에도 기계를 이용하기 위한 인력이 필요했다. 그러나 점차 인력으로 행하던 모든 일을 자동 처리를 통해 생산성을 향상시키고, 사람의 개입을 최소화시키면서 짧은 시간 안에 일정한 품질의 제품을 대량으로 생산하고자 하는 욕구로 인해 공정 자동화가 시작되었다.
오늘날에는 기술의 발달로 대부분의 공정이 자동화 시스템을 갖추고 있으며, 사람은 자동화 공정의 관리만을 담당하는 경우가 많아졌다. 현재에는 무인 자동화 공장이 등장하는 등 공정 자동화를 위한 기술 개발이 꾸준히 이루어지고 있으며 향후에도 발전 가능성이 충분한 분야이다.
Zigbee 무선 네트워크
공장 내에는 설비 또는 배관 등이 복잡하여 유선 자동화 시스템은 많은 제약이 따른다. 그러나 무선을 통한 자동화는 이러한 제약에 영향을 적게 받는다. 기존에는 유선으로 공정 자동화를 구축하였지만, 최근에는 무선 네트워크를 이용한 공정자동화가 각광받고 있다. 무선을 이용한 자동화 방식은 설치 측면에서 유선에 비해 설치 비용이 저렴하고, 설치가 간단하며, 설비 이전이 용이하고, 재사용이 가능하다. 유지보수 측면에서는 통신라인의 무선화로 반영구적 사용 및 신뢰성이 보장되고, 유지보수 비용이 낮다는 것이 장점이다. 그리고 유선에서는 기대할 수 없는 통신장애 발생시, 자동 복구 기능이 지원된다는 것이 큰 장점이다.
공정자동화에 사용되는 여러 무선 네트워크 기술이 있는데 최근 그 중에서도 저가, 저전력의 빠른 데이터 전송 기술을 특징으로 하는 Zigbee 기술이 가장 주목 받고 있다.
Zigbee는 전력 소모가 적고, 시스템 구성 비용이 저렴하며, 다수 네트워크 노드를 수용하고, 단순 프로토콜 구조를 가진다. 또한 Zigbee는 ‘Mesh 네트워크’라는 특징을 가지고 있다. Mesh 네트워크는 흩어져 있는 무선으로 통신이 가능한 Node들이 상호 통신하는 네트워크 구조이다. Mesh 네트워크 구현 시 일정 구간의 장애로 인해 데이터 전달이 어려울 경우, Node 간 상호 통신을 통해 대체 루트를 찾아 데이터를 전달할 수 있다.
이는 Zigbee기반의 Sensor Network구조에서 많이 활용되고 있다. 이러한 특징으로 Zigbee는 무선센서 및 제어분야에 굳건한 자리를 차지할 것으로 전망된다. 그림 1은 Mesh 네트워크의 특징을 그림으로 보여주고 있다.
Zigbee는 여러 분야에서 응용되고 있다. 표 1은 Zigbee의 활용 분야 및 제어 서비스 내용을 보여준다.
화력발전소 스팀 트랩 모니터링 시스템
삼천포화력발전소 공정자동화를 주관하는 하이텍홀딩스 컨소시엄에 참여한 세연테크놀로지㈜에서는 Zigbee를 이용하여 삼천포화력발전소에 산재되어 있는 스팀 트랩의 동작 상태를 무선 통신을 이용하여 원격 모니터링 시스템을 구축하였다. 이를 통해 스팀 트랩의 오동작에 의한 증기에너지의 불필요한 손실을 방지하고, 점검업무의 비효율성을 제거하였다.
스팀 트랩은 일정 온도 이하로 떨어지면 증기에너지에 손실이 발생하기 때문에 특정 온도 이상을 유지해야 한다. 그래서 온도를 수시로 점검해야 하는 데 스팀 트랩이 매우 고온이고 복잡한 배관 구조를 가지고 있어서 작업자가 직접 확인하기 어려웠다.
그러나 스팀 트랩에 온도와 전극 센서를 부착해서 스팀 트랩 내 온도 하강으로 수분이 발생하면, 센서가 감지하여 그 정보를 Zigbee 무선 통신을 이용해 상위 서버에 보낸다. 관리자는 이 정보를 컴퓨터 화면을 통해 실시간으로 확인할 수 있으며, 이상이 생기면 알람 서비스를 통해 알 수 있기 때문에 신속한 조치가 가능하다. 또한, 수기 입력으로 인한 데이터 오류를 없애고 Sensor 네트워크를 통한 신뢰성 있는 데이터 수집 가능하다.
그림 3은 온도 센서를 통한 온도의 정보를 체크하여 실시간으로 모니터링 되는 화면을 보여준다. 알아보기 편하게 그래프로도 표현되며 평균 온도보다 30도 하강 시 스팀 트랩을 점검할 필요가 있다는 것도 알려준다.
그림 4는 스팀 트랩 공정 모니터링 화면으로 센서 노드의 배터리 충전여부 및 온도 변화, 전극 센서를 통한 수분이 생성되었음을 알 수 있도록 해준다.
시스템 구축 성과
세연테크놀로지㈜에서 공정 자동화를 구축한 화력발전소에는 공정을 모니터링하기 위한 시스템 마련에 애로사항이 많았다. 우선 고온을 측정할 수 있는 센서가 필요했고, 센서와 센서 노드는 3개월 정도 되는 기존 배터리의 수명을 1년까지 연장함으로써 배터리 소모로 인한 문제점을 해결하였다. 또한 화력발전소는 배관이 복잡하고 공정 상의 환경이 열악함에도 불구하고 난관을 극복하고 Zigbee통신을 기반으로 한 공정 자동화를 성공적으로 구축했다는 데 큰 의미가 있다.
또한 요즘과 같이 에너지 문제가 중요한 이슈로 대두되고 있는 점을 감안했을 때, 스팀 트랩 모니터링 시스템은 에너지를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 최근 유가의 급등으로 인해 정부, 기업, 일반 소비자 등 많은 사람들이 어려움을 겪고 있다. 화력발전소에서 사용되는 석탄 가격도 100% 이상 올라 원재료 급등의 현 상황을 걱정해야 하는 입장이다. 그러나 스팀 트랩 공정 모니터링 시스템을 통해 스팀의 낭비와 손실을 사전에 방지함으로써 에너지 절감 효과를 누릴 수 있다. 에너지 가격이 하늘 높은 줄 모르고 치솟는 지금과 같은 상황에서는 이러한 모니터링 시스템이 효자 역할을 톡톡히 하고 있는 셈이다.
공정자동화와 무선통신
세연테크놀로지㈜와 하이텍홀딩스의 스팀 트랩 공정 자동화 사례를 보면, 화력 발전소뿐만 아니라 열악한 환경의 다른 산업 현장에서의 공정 모니터링 구축도 가능함을 시사한다. 이미 세연테크놀로지㈜에서는 다양한 분야에서 공정 자동화 시스템을 구축하였다. 앞서 살펴보았듯이 무선 통신은 많은 장점을 가지고 있기 때문에 향후 복잡한 공정일수록 무선 통신을 이용한 공정 자동화 시스템이 각광받을 전망이다.
*세연테크놀로지㈜ 소개
세연테크놀로지㈜는 2001년에 RFID리더기 개발 업체로 설립되어 주파수 전대역에 걸쳐 30종 이상의 리더기를 자체 개발하였으며, 2007년부터는 USN 기술 또한 자체 개발 확보하여 국내외에 판매하고 있는 RFID/USN 전문기업이다.
– 2001. 12 : 산업기술평가원주관 신기술 개발 창업 지원 업체 선정
– 2004. 06 : ISO 9001:2000 인증
– 2004. 06 : 2005 BEST 기술 혁신 우수기업 선정(RFID 부문/일간스포츠)
– 2005. 06 : 벤처기업 인증
– 2006. 02 : 차세대 유비쿼터스 연구소 설립
– 2006. 09 : S/W 자산관리 모범 기업 인증
– 2006. 10 : 경영혁신형 중소기업 선정
– 2007. 02 : INNO-BIZ 기업 선정
– 2008. 02 : 올해의 RFID기업 선정(RFID저널코리아)
– 2008. 04 : ‘한국 RFID 산업화대상’ 지경부 장관 표창
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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