특수 지식이 필요없는 제어 시스템

제조설비, 플랜트, 사회적인프라 설비에서 가동중인 자동화 솔루션은 오류발생 가능성을 사전에 최소화해야 한다. 이를 위한 솔루션이 바로 이중화 구조의 제어 시스템 구축이다. 산업분야에 특화되어 안전성이 보장된 산업용 이더넷 기반의 이중화 제어 시스템이 특히 주목되는 대목이다. < 편집자 주>

산업 환경에는 우수한 가용성이 필요하기 때문에 이중화 구조의 제어 시스템을 사용해야 하는 분야가 많습니다. 높은 비용과 수작업으로 인한 자동화 솔루션의 오류 발생 가능성은 비가동시간 최소화 및 방지를 어렵게 합니다. 이런 사례에 해당하는 분야는 터널, 발전소, 상수도/오수 처리 시설이 있습니다.

일반적으로 플랜트나 시스템은 제어 시스템으로 관리합니다. 제어 시스템은 센서 데이터를 판독하여 출력 모듈에 전송하고 계전기, 축 및 모터를 제어하는 방식으로 하위 계층의 I/O 스테이션을 제어합니다.

제어 시스템은 이런 프로세스 데이터를 처리한 후 상위 계층의 프로세스 제어 시스템이나 데이터베이스에 전송하므로 시스템 조작자는 시각화 시스템을 통해 프로세스를 모니터링 및 점검할 수 있습니다. 제어 시스템이나 통신 네트워크와 같은 최상위 계층에서 자동화 구성 요소가 오류를 일으킬 경우, 플랜트나 시스템의 가동이 중단됩니다.

예비 솔루션으로 즉시 프로세스 제어

피닉스컨택트가 새로 출시한 RFC 460R PN 3TX 고성능 제어 시스템을 이용하면 최상위 계층부터 I/O 모듈에 이르기까지 모든 어플리케이션의 가용성을 극대화할 수 있습니다. 이 경우, 두 개의 필드 컨트롤러가 광섬유 케이블(FOC)을 통해 서로 연결됩니다.

또, 세 개의 다른 SFP(Small Form-Factor Pluggable) 모듈을 제어 시스템과 광섬유 케이블로 연결하여 최대 80Km까지 데이터를 전송할 수 있습니다. 따라서 아무리 긴 터널이라도 PLC를 터널 양쪽에 하나씩 설치할 수 있습니다.

통합 AutoSync 기술은 RFC 460R PN 3TX 디바이스가 모든 구성 데이터와 프로젝트 정보를 서로 교환하는 고성능 데이터 전송 환경을 자동으로 구축합니다. 각 PLC 사이클이 종료되기 전에, 동기화해야 할 모든 변수가 프로세스 제어 시스템에서 상시 대기 상태의 컨트롤러로 전송됩니다(그림 2).

PLC에 오류가 발생하여 보조 디바이스로 대체해야 하는 경우, 예비 제어 시스템이 즉시 프로세스 제어를 담당합니다. 결함이 있는 원격 필드 컨트롤러를 교체하면, AutoSync 기술 덕분에 새 PLC가 필요한 구성 데이터와 어플리케이션 프로그램을 수신하기 때문에 설치 기술자가 굳이 디바이스를 보면서 이를 설정할 필요가 없습니다.

결과적으로, 단시간 내에 상시 대기 상태로 복구되고 어플리케이션이 다시 정상화됩니다. RFC 460R PN 3TX는 총 세 개의 RJ45 포트와 함께 두 개의 분리된 네트워크 인터페이스를 갖추고 있습니다. 따라서 최상위 계층과 하위 계층을 서로 분리해서 각기 다른 서브네트워크에 배치할 수 있습니다.

이중화 구조의 솔루션에 주로 사용되는 링 토폴로지

I/O 계층은 다년간 자동화 환경에서 그 성능이 입증된 Profinet 프로토콜을 사용하여 커플링됩니다. 이 통신 표준은 이더넷 토폴로지를 기반으로 할 때 특히 두각을 나타냅니다. 제어 시스템에 속하지 않은 다양한 디바이스는 이더넷을 통해 연결되는 경우가 많습니다.

이런 디바이스로는 카메라 및 산업용 PC를 꼽을 수 있습니다. Profinet은 기존의 인프라를 이용하므로 특수 필드버스 시스템을 설치하는 경우와 대조적으로 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.

뿐만 아니라, 사용자가 다양한 네트워크 이중화 메커니즘을 선택할 수도 있습니다. 이런 솔루션 중 대다수는 구성 요소에 문제가 발생했을 때 나머지 디바이스가 평상시와 다름없이 서로 통신할 수 있도록 링 토폴로지를 형성합니다.

서로 짝을 이뤄 이중화를 지원하는 두 개의 AR(Application Relations)을 구축하려면 특수 기능을 Profinet의 필드 디바이스 스택에 통합해야 합니다. 기본 AR은 프로세스를 제어하는 PLC에 배치되고 보조 AR은 컨트롤러에 배치되어 상시 대기 상태를 유지합니다.

지난해 선보인 Profinet V2.3은 이런 기능성을 정의하고 다양한 제조업체의 I/O 스테이션을 두 개의 RFC 460R PN 3TX 디바이스로 구성된 제어 시스템에 연결하는 데 효과적입니다.

오류가 발생한 경우 이용할 수 있는 사용자 친화적 진단 기능

피닉스컨택트의 모든 제어 시스템과 마찬가지로, RFC 460R PN 3TX는 PC Worx 엔지니어링 툴로 파라미터를 설정하고 프로그래밍을 할 수 있습니다.

그러나 사용자는 본인의 버스 구조에서 속한 제어 디바이스만 볼 수 있습니다. PLC에 프로젝트를 다운로드하려는 경우, PC Worx는 우선 두 개의 원격 필드 컨트롤러 중 어떤 컨트롤러가 실제로 프로세스를 제어하는지 확인한 후 해당 디바이스에 프로젝트를 저장합니다.

프로세스를 제어 중인 PLC는 동기화 인터페이스를 통해 즉시 데이터를 예비 컨트롤러에 전송하므로 어플리케이션 엔지니어가 이 작업을 실행할 필요가 없습니다. 이런 기능 덕분에, 동일한 프로젝트가 항상 두 개의 RRC 460R PN 3TX 디바이스에서 실행될 수 있습니다.

이중화 구조의 시스템에서 오류가 발생하더라도 PC Worx에 통합된 Diag+ 진단 프로그램으로 편리하게 진단할 수 있습니다. 오류가 발생하면 ‘이중화 정보’ 페이지가 열리고 기본 제어 시스템(프로세스를 제어 중인 시스템)과 예비 제어 시스템을 자동으로 연결하여 두 시스템의 상태 정보를 판독합니다.

또한 사용자가 버튼을 이용하여 시스템을 살펴보고 문제를 파악할 수도 있습니다. 상위 계층의 SCADA 시스템과 같은 진단 소프트웨어를 다른 프로그램에 ActiveX 구성 요소로 통합하는 것도 가능합니다.

따라서 별도의 프로그램을 사용하지 않고서도 주 제어실에서 이중화 구조의 제어 시스템을 진단할 수 있는 장점이 있습니다. 제어 시스템의 고해상도 진단 디스플레이에서도 동일한 진단 기능을 사용할 수 있습니다. 게다가, 필요한 경우 진단 디스플레이에 모든 메시지를 평문으로 표시해서 확인할 수 있으므로 사용자 친화적인 로컬 진단이 가능합니다.

OPC 서버가 제어 시스템 전환을 자동으로 감지

심각한 제어 오류가 발생한 경우, 프로세스 제어 시스템을 통해 언제든지 플랜트나 시스템에 수동으로 개입할 수 있어야 합니다. 표준 인터페이스가 탑재된 전용 OPC 서버를 통해 두 대의 프로세스 제어 시스템을 커플링할 수 있습니다.

이중화 구조의 시스템에서는 사용자에게 두 개의 제어 시스템이 지원되는 셈입니다. 결과적으로, 인스턴스는 어떤 PLC가 프로세스를 제어하고 시각화 데이터를 SCADA 시스템에 투명하게 전달할지 결정해야 합니다.

이를 위해, 피닉스컨택트의 OPC 서버를 확장하여 이런 기능이 추가할 수 있습니다. 한 대의 RFC 460R PN 3TX 디바이스에서 다른 디바이스로 프로세스 제어가 인계된 경우, OPC 서버는 0.01초 안에 이를 감지하여 새로 프로세스를 제어하는 PLC의 데이터만 사용하게 됩니다.

요약

RFC 460R PN 3TX를 사용하면 이중화 구조의 제어 시스템이 지정된 플랜트 및 시스템을 Profinet을 기반으로 자동화할 수 있습니다. 완벽한 솔루션을 간편하고 손쉽게 구성 및 프로그래밍할 수도 있습니다. 구성 요소에 오류가 발생한 경우, 정비 인력이 특별한 노하우를 가지고 있지 않아도 어플리케이션의 가용성이 즉시 복구됩니다.

이 글의 저자인 André Brand는 피닉스컨택트 본사(Phoenix Contact Electronics GmbH, 독일 블롬버그와 바트 피르몬트에 위치)의 비즈니스 부문 제어 시스템 마케팅 책임자이다.

아이씨엔 매거진 2012년 12월호

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