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스마트공장

[취재노트] 다중 네트워크로 연결된 스마트한 공장… 주목되는 기술

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가상의 세계와 물리 세계를 유기적으로 결합하는 과정이 빠르게 진전되고 있다. 제조라인의 운용정보들에 대한 수평적 통합에 이어, 사이버물리시스템(CPS)를 통한 디지털 트윈 제조 설비의 구현은 가상세계와 현실세계의 장벽까지 무너뜨릴 기세다. 이는 소비재부문에서 시작되어 이제는 오히려 산업분야에서 더욱 각광받고 있다.

제조현장의 모든 센서와 액추에이터 디바이스들이 대부분 통신 네트워크로 연결되고, 이제는 이더넷 네트워크를 통해 클라우드 애널리틱스로 올라가면서 새로운 디지털전환 비즈니스 전략으로까지 발전해 가고 있다. 그럼에도 기존의 제조 현장 장비들은 상당수가 장기간의 사용연한이 있기 때문에 지금 논의되고 있는 최신의 기술과 솔루션으로 금방 교체할 수 있는 것은 아니다.

지금 돌아가고 있는 제조설비 각 디바이스 뿐만 아니라, 제어시스템이나 클라우드 플랫폼, OPC UA 솔루션, 애널리틱스 분석솔루션 및 ERP 시스템과의 유연하고 끊김없는 데이터 전달과 상호 이동이 가능해야 하기 때문에 복잡한 재설계 구상이 필요한 시점이다. 그럼에도 이제 현장의 디바이스들은 필드버스라는 산업에 특화된 안정적인 디지털 통신 프로토콜이 상당수 자릴를 점유하고 있다. 이어서 이더넷과의 연결성을 무기로 한 산업용 이더넷 프로토콜의 성장세도 날로 늘어나고 있다. 산업용 이더넷은 IT와의 수직적 연결성이라는 과제를 해결하는 준비된 기술이 된 것이다.

이제 그 산업용 이더넷 프로토콜이 기존 디지털 필드버스 시장을 넘어서고 있다는 반가운 소식이다. 이는 산업분야의 보수성에도 불구하고, 이더넷으로의 네트워크 통합과 연결된 스마트한 공장은 하나의 큰 물줄기가 되고 있다는 것을 반증한다.

(이미지. metrology)

HMS 인더스트리얼 네트웍스(HMS Industrial Networks)는 전세계적으로 공장 자동화 분야에 새롭게 설치된 노드를 중심으로 한 산업용 네트워크 시장에 대한 연간 분석자료를 발표했다. HMS는 지난 5년 동안의 산업현장에서의 네트워크 시장의 점유율 변화와 함께 2018년 산업용 통신 시장의 주요 흐름을 전망했다.

산업용 이더넷은 수년간 전통적인 필드버스 시장 보다 빠르게 성장하면서 현재 필드버스를 능가한 것으로 나타났다. HMS에 따르면, 산업용 이더넷은 22%의 성장률을 기록하면서 세계 시장 점유율이 지난해 46%에서 52%로 증가했다. 이중 EtherNet/IP는 전체 시장의 15%를 차지하면서 가장 큰 네트워크 기술로 부상했다. 그 뒤를 이은 이더넷 기반 기술은 PROFINET, EtherCAT, Modbus-TCP, Ethernet POWERLINK 등의 순이다.

이더넷아이피(EtherNet/IP)는 로크웰오토메이션, 슈나이더일렉트릭, GE, 시스코 등이 적극적으로 추진하고 있는 산업용 이더넷 국제 표준으로, 스마트 팩토리 관련 최신의 레퍼런스 모델을 제공하고 있는 산업인터넷컨소시엄(IIC)에서도 적극적으로 수용하고 있다. EtherNet/IP는 이더넷 프로토콜을 변형하지 않고 그대로 사용해 기술적인 접근과 마이그레이션이 쉽다는 장점을 가진다. 시스코 같은 IT 업체들이 접근방식에서 선호하고 있다.

프로피넷(PROFNET)은 독일 지멘스가 주도하고 있는 유럽시장에서 우위를 점하고 있는 산업용 이더넷 프로토콜이다. 지멘스, 폭스바겐 등 유럽지역 자동화 공급업체 및 사용자들이 선호하는 프로토콜로 범용의 산업설비 네트워크 연결에서 모션제어와 같은 리얼타임 실시간 제어에 이르기까지, 그리고 기계 분야와 프로세스 플랜트 분야에 이르기까지 광범위한 적용현황을 가지고 있다.

이더캣(EtherCAT)과 이더넷 파워링크(Ethernet POWERLINK)는 각각 독일 벡호프사와 오스트리아 비앤알에서 처음 개발한 프로토콜로 모션 제어와 같은 실시간성과 정밀한 속도 성능이 중요한 산업분야와 로보틱스 분야에서 큰 호응을 얻고 있다. 특히 이더캣은 일본, 중국, 한국 시장에서도 모션 제어 관련 대부분의 시스템과 솔루션에서 선호받고 있는 기술이다. 이더넷 파워링크도 산업용 이더넷 프로토콜 중에서 유일하게 IP 비용이 없는 특허권이 완전 개방화된 프로토콜로 다양한 산업분야에서 점차 확산이 이뤄지고 있다. 이러한 개방성으로 중국내 표준규격으로 등재된 것은 물론, 국내서도 로보틱스를 비롯한 다양한 분야에서 인지도를 넓혀가고 있다.

모드버스TCP(Modbus-TCP)는 이더넷 자체에 대한 변형없는 스펙을 채용함에 따라 IT 엔지니어들의 손쉬운 접근에 선호받고 있다. 모드버스TCP는 원래 슈나이더일렉트릭에서 개발된 프로토콜이며, 현재는 CIP 네트워크라는 EtherNet/IP와의 상호운용성 통합화 과정을 거쳤다. 두 프로토콜은 모두 ODVA 협회에서 사용권을 보유하고 있다.

HMS 인더스트리얼 네트웍스의 안데르스 한손(Anders Hansson) CMO(Chief Marketing Officer)는 “오랫동안 산업용 이더넷으로의 전환이 이뤄져 왔지만, 지금까지는 새롭게 설치된 노드에서 필드버스를 실제로 추월하지는 못했었다.”고 말하고, “산업용 이더넷으로의 전환은 일반적으로 산업용사물인터넷(IIoT) 뿐만 아니라 공장 설비와 IT/IoT 시스템 간의 고성능 통합 필요성에 의해 주도되고 있다.”고 밝혔다.

산업용사물인터넷은 산업현장에서의 무선기술을 대거 받아들이고 있다.

HMS는 무선 기술 또한 32%(지난해 32%)의 성장률을 기록하면서 전체 시장의 6%를 차지했다고 밝혔다. 아직은 시작단계이지만, 조만간 급격한 성장세가 기대되는 분야이다. 무선 기술 중 WLAN이 가장 널리 사용되고 있으며, 그 다음으로는 블루투스이다. 안데르스 한손은 “혁신적인 자동화 아키텍처를 실현하기 위해 머신 빌더 및 시스템 통합 업체들은 무선 기술을 점점 더 많이 채택하고 있다.”고 언급하고, “사용자는 태블릿이나 스마트폰을 통한 BYOD(Bring Your Own Device) 솔루션을 이용하거나 케이블 연결을 줄일 수 있는 새로운 연결 및 제어 솔루션을 구현할 수 있다.”고 설명했다.

필드버스와 산업용 이더넷, 산업용 무선 솔루션들이 광범위하게 사용되고 있다. 물론 이들 프로토콜 기술들은 IEC 국제 표준으로 개방화된 표준 프로토콜이기도 하다. 초기 표준화 과정에서 다양한 필드버스 및 산업용 이더넷 프로토콜들이 모두 표준으로 채택되고, 각 프로토콜별로 가진 장단점들은 다양한 적용분야와 시장선점 지역으로 확대되어 왔다. 아직도 이들 다양한 프로토콜 기술들의 사용은 네트워크로 연결된 스마트 공장의 실현과정에서도 계속 이어질 전망이다.

따라서 수직적 수평적 통합을 구현하기 위한 과제도 제시된다. 각기 다른 프로토콜들을 상호호환할 수 있도록 하는 컨버팅 기술이 각광받고 있다. 또한 이들 네트워크 기술들의 언어 표준화를 추진하고, OPC UA나 AutomationML 같은 기술을 통해 산업현장 기기의 산업용 이더넷 프로토콜에 담긴 정보들을 IT로 통일적으로 연결하는 기술과 프레임워크 들도 주목받을 전망이다.

글_ 박은주 기자 news2@icnweb.co.kr

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산업용사물인터넷

아나로그디바이스, 산업제어용 PLC 및 DCS 모듈 개발 간소화 지원

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아나로그디바이스, PLC 모듈 개발 간소화하는 ±10V, 0~20mA ADC 출시

아나로그디바이스(지사장 홍사곽: 이하 ADI)는 산업제어용 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)와 분산형 제어 시스템(DCS) 모듈 개발을 보다 간소화하는 다채널 ±10V 및 0~20mA 정밀 ADC 신제품 2종을 출시한다고 밝혔다.

스마트팩토리 및 Industry 4.0 구현은 깊은 산업 전문 지식과 전문성을 필요로 한다. 또한 산업 시스템이 더 많이 분산화되면 용량, 구성 가능성 및 효율성에 대한 요구도 더욱 커질 수 밖에 없다. ADI는 고객이 제조 및 처리 요구 사항을 충족시키기 위해 현재 필요로하는 제품을 제공 할 수있는 유연한 아날로그 I/O 솔루션을 제공하고 있다.

아나로그디바이스, PLC 모듈 개발 간소화하는 ±10V, 0~20mA ADC 출시

아나로그디바이스, PLC 모듈 개발 간소화하는 ±10V, 0~20mA ADC

ADI의 iPassives® 통합 정밀 패시브 기술을 적용한 AD4111과 AD4112 ADC는 정밀 매칭 전류 감지 저항 및 저항 분배기를 통합하고 있다. 신제품은 차원 높은 채널대채널 매칭 특성 덕분에 교정 요구사항들이 간단하며, 최대 8개의 싱글엔드 전압 입력과 4개의 전류 입력을 지원하기 때문에 재구성이 가능한 플랫폼 솔루션으로 사용하기에 이상적이다. 이와 함께 PLC (Programmable Logic Controllers) 및 DCS (Distributed Control Systems) 모듈의 크기와 복잡도, 비용을 줄일 수 있다.

AD4111및 AD4112 ADC는 성능 사양을 충족하면서 ±10V의 입력 전압을 수용할 수 있고, 일반적인 ±10V 입력에 오버레인지 마진을 더해 ±20V의 기능적 범위를 갖는다. 이들은 또한 성능 사양을 충족하면서 -0.5 ~ 24mA의 입력 전류를 수용할 수 있다. 이들 제품은 전압 핀에 ±50V, 전류 핀에 ±50mA의 절대 최대 정격(Absolute Maximum Rating)을 제공한다. AD4111은 +5V 또는 +3.3V 단일 공급전원으로 동작하면서 ±10V 전압 입력 상에서 외부 센서나 신호 소스가 시스템 입력으로부터 분리되는 것을 감지하기 위해 개방 배선 감지 기능을 고유한 방식으로 활성화한다.

Analog Input Temperature

Analog Input Temperature

ADuM5411 4채널 디지털 절연기과 함께 사용될 경우, AD4111은 IEC 61000-2, IEC 61000-3, IEC 61000-4, IEC 61000-5, IEC 61000-6 및 CISPR 11의 EMC/EMI 표준을 지원한다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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산업용사물인터넷

산업용 안전 통신 PROFIsafe, 한국 산업표준 KS 제정

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profisafe 개념

산업용 통신 PROFINET/PROFIBUS의 Functional safety (PROFIsafe) 한국 산업표준 제정

한국프로피버스협회는 산업용 통신 PROFINET/PROFIBUS의 기능 안전 통신 프로파일인 프로피세이프 (PROFIsafe)가 산업 통신 네트워크 분야 한국산업표준(KSCIEC61784-3-3)에 등재되었으며, 지난 7월 5일 KS 표준으로 제정됐다고 공식 발표했다.

이번에 한국 산업표준 KS로 제정된 KSCIEC61784-3-3(고시번호 2018-0190호)는 IEC61784-3-3으로 국제표준화단체인 IEC에 등록된 국제 표준과 합치되는 표준으로 글로벌 시장 및 국내 시장에서 산업용 이더넷 장비에서의 기능안전 표준으로 인정받았다.

profisafe 개념

profisafe 개념

PROFINET과 PROFIBUS는 Industry4.0을 구현하는 핵심 네트워크 기술로서, 산업용사물인터넷(Industrial IoT: IIoT) 통신 기술이다. 이 기술은 이미 많은 사용자가 이미 국내외 스마트 공장 구현을 위해 사용하고 있다. 특히 최근 제조 현장은 사용자 및 자산의 안전에 대한 관심이 급증하고 있으며, 기능 안전 통신을 이용한 산업용 제어 시스템의 ‘안전’ (Safety) 시스템을 도입하기 위한 한국 산업 표준이 제정되어 사용자가 믿고 쓸 수 있는 기술이다.

전세계 비영리 협회 조직인 PROFIBUS 협회의 PROSIsafe 기술은 별도의 제조회사에 종속된 기술이 아닌 개방형 기술이다. 이미 다양한 협회 회원사가 많은 제품을 시장에 공급하고 있으며, 특히 제조사에 종속 되지 않고, 여러 회사의 제품을 하나의 라인 시스템에 사용자의 요구에 맞추어 융합 적용이 가능한 산업용 네트워크 기능 안전 통신 표준이다.

개방형 기능 안전 네트워크 기술 … 국내 제조 산업계 기술 확대 적용 기대

한국프로피버스협회 차영식 협회장은 “PROFIsafe가 KS표준으로 제정됨에 따라, 국제 표준 개방형 기능 안전 시스템 및 솔루션에 대한 국내 사용자의 기술 도입이 큰 진전을 보일 것이다.”고 말하고, “산업 환경에서 중요한 주제인 안전의 확보 방안을 산업용사물인터넷(IIoT)에서도 적용하여 안전한 스마트 공장을 추구할 수 있는 기반이 되었다.”고 밝혔다.

한국프로피버스협회의 부회장사인 지멘스 장희돈 부장은 “PROFIsafe는 자동차, 철강, 발전, 전자 등 다양한 국내 사용자가 이미 사용하고 있는 대표 기능 안전(FS) 통신 방법이며, 산업용사물인터넷(IIoT)의 주요 특징중 하나인 기능 안전 통신망 통한 스마트 제조 및 스마트 공장 구축을 본격적으로 확대 적용하는데 기초를 다지게 됐다.”고 말했다.

프로피넷/프로피버스 시스템구성

프로피넷/프로피버스 시스템구성

산업용 이더넷 PROFINET은 자동화 기술에 있어 혁신적인 글로벌 공개 표준으로서 PI(PROFIBUS & PROFINET international)에 의해 지정 발표된 산업용 이더넷 기술이다. PI는 기존의 PROFIBUS의 성공과 축적된 기술에 힘입어 근래의 표준기술인 이더넷을 근간으로 보다 많은 양의 데이터를 고속의 실시간통신으로 보다 확실하고 안전하게 데이터 교환이 이루어 지도록 산업용 표준 프로토콜 PROFINET을 개발했다. PROFINET은 표준 이더넷 기술을 가미하여 개발되었기 때문에 산업용 이더넷인 고속의 실시간 데이터 통신은 물론 차세대 스마트공장이나 Industry 4.0에서의 요구기능 구현에도 적합한 산업용 이더넷이다.

협회측은 “PROFINET 및 PROFIBUS는 전세계에서 가장 많이 사용되고 있는 대표적인 자동화 산업용 통신 기술이다. 2017년말 기준으로 전 세계에 PROFIBUS는 육천만 노드 (60,000,000 node) 그리고 PROFINET은 약 이천일백만개(21,000,000 node) 이상의 노드가 설치되었다.”고 밝히고, “이중에서 PROFIsafe 기술이 탑재된 산업 제어 디바이스가 구백만 노드(9,000,000 node) 이상으로 다양한 산업군에 설치 운영 되며, 글로벌 시장에서 가장 많은 사용자 및 설치 수를 가지고 있다.”고 강조했다.

한편, 한국프로피버스협회는 전세계 프로피버스/프로피넷의 총괄 기구인 PI(PROFIBUS/PROFINET International)의 한국지역 대표지부로서 전세계에는 25개 이상의 국가에서 지역별 지부가 운영되어 이른바 프로피버스/프로피넷의 글로벌화를 위한 지원을 도모하고 있다. 한국에는 한국프로피버스협회가 국내의 프로피버스 및 프로피넷의 보급을 위한 지원을 담당하고 있으며, 실질적인 지원을 위해 PICC (PROFIBUS/PROFINET International Competence Center) Korea와 함께 운영중이다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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