Connect with us

스마트공장

[기획] 스마트공장을 위한 5가지 필수 기술

Published

on

스마트공장
@지멘스

스마트 공장으로도 불리는 스마트 제조는 공장 내에 사람과 기계, 기계와 기계가 자율적으로 소통하면서 전체 제조시스템을 운영하는 개념이다. 즉, 각각의 장비, 설비, 공정을 포함한 모든 에셋에 지능을 부여하고, CPS 기술이 탑재된 이 에셋들을 IoT 기술로 통합하여 개체 간 정보교환을 가능케 함으로써 제조 시스템 전체가 자율적으로 움직이도록 하는 공장을 스마트 제조라고 한다.

스마트공장

artificial intelligence-driven self-organizing Internets-of-Things. (siemens)

미국, 독일 등을 중심으로 레퍼런스모델들이 제시되고 있으면서 동시에 IEC, IEEE 등 국제 표준화 기구를 통해서 표준기술이 계속 추진되고 있다. 산업인터넷컨소시엄(IIC) 등의 기업조직들은 상호호환성 확보를 위한 테스트베드를 운영중이다. 아직 스마트공장으로 불리는 스마트제조에 대한 기술들은 진행중인 것이다. 엄밀한 의미에서 스마트공장은 이세상에 아직 존재하지 않는 개념인 것이다.

우리에게 스마트공장(제조)의 표본으로 알려진 지멘스 독일 암멕공장이나 아디다스의 독일 스피드팩토리의 경우, 스마트공장이 아닌 것이다. 엄밀히 말하면, ‘지능화된 자동화 공장’ 정도로 정의될 것이다.

그렇다면, 우리는 스마트공장(제조)를 위해 무엇을 준비해야 할 것인가? 스마트 공장(제조)를 위해 필수적으로 요구되는 기술들을 미리 알고, 이 기술들이 실제 상품이나 솔루션으로 출현할 때를 준비해야 한다. 다음과 같은 기술들이 스마트 제조를 위한 기술로 논의되고 있다.

1) OPC UA
스마트 제조를 위한 국제 표준 기술로 언어가 서로 다른 프로토콜을 연결하는 OPC UA가 있다. 실제로 공장을 보게 되면 수없이 많은 프로토콜이 사용되고 있다. 소프트웨어 하나만 보더라도 장비 관련 소프트웨어, 셀 관련 소프트웨어, 스테이션 관련 소프트웨어, 레이어 관련 소프트웨어 등이 있듯이, 각각의 층들이 여러 가지 기능을 수행하기 위해서는 수많은 소프트웨어를 필요로 한다. 문제는 이러한 소프트웨어를 만드는 벤더들이 다 다르다는 것이다. 따라서 어떻게 통합할 것인가가 중요해졌다. 표준화가 필요한 이유이다.

OPC UA는 통신에 의한 공유를 위해 연결하는 기술이다. 즉, 다양한 프로토콜 간의 언어를 통일함으로써 디바이스와 디바이스, 디바이스와 엔터프라이즈 간의 상호동작성을 확보할 수 있다. 이러한 시스템을 구축하면 비용은 물론 제품 투자비용도 줄일 수 있는 여러 가지 장점이 있다.

OPC UA는 과거에 클라이언트 서버 모델로 동작되었다. 그러나 이게 문제가 되다 보니 Pubsub이라는 방식으로 해서 성능을 향상시키는 기술이 개발되고 있다. 내후년 정도면 Pubsub 기술이 시장에서 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

2) AutomationML
또 하나 국제 표준으로 관심을 받는 것이 AutomationML이다. 기본 개념은 이렇다. 예를 들어, 시뮬레이션 툴이 있고 일렉트리컬 디자인 툴이 있다고 하면, 툴 자체에 데이터베이스가 있고 데이터 모델이 있을 것이다. 이 각각의 툴들은 따로 운용되지만, 이 두 개의 툴이 서로 연동해서 운용할 필요가 있을 경우에는 AutomationML이라는 표준화된 툴을 사용한다.

AutomationML은 IEC 표준(IEC 62714)에서 표준화됐다. 현재 AutomationML은 제조 시스템 토폴로지, 기하학과 운동, 논리 정보에 관한 기술 정보를 지원한다.

robotic arms in a car plant

robotic arms in a car plant (image. MOXA)

3) TSN (시간 민감 네트워크)
또 하나는 TSN(Time-Sensitive Networking) 기술이다. 처음 TSN이 개발될 때는 오디오/비디오 시그널 실시간성을 보장하기 위해 개발됐다. 그 다음으로 자동차에 상당히 많은 전자장비가 들어가게 되면서 실시간성이 필요해졌고, 자동차 안에 이더넷 기반 실시간 프로토콜로써 한 단계 더 발전시켰다. 그러다가 최근 공장자동화 시스템에 실시간 데이터 정보가 요구되면서 공장 내에서 사용되는 모든 디바이스 데이터에 대한 실시간성을 보장할 수 있는 프로토콜로서 개발되고 있다.

4) CDD
다음으로 CDD(Common Data Dictionary)가 있다. CDD는 IEC 61360 시리즈의 방법론 및 정보 모델에 기반을 둔 일반 데이터 사전이다. CCD라는 사전을 만들게 되면 전기·전자 관련 모든 개념이 공통된 용어를 사용할 수 있게 되고, 정보 공유가 가능해진다. CDD는 이미 IEC에서 데이터베이스를 구축했다. 완전히 오픈된 자료이다. http://cdd.iec.ch/cdd/iec61360/iec61360.nsf 사이트에 들어가 보면 각각의 용어에 대한 모든 것이 DB로 저장되어 있다. 스마트제조를 구축하기 위해서는 이러한 DB 구축 작업부터 먼저 시작해야 하고 용어 통일부터 해야 다음에 표준을 얘기할 수 있다.

현재 TSN 기술은 12개 정도 스펙을 가지고 있으며, 그중 7개는 완성됐고 나머지 5개 정도는 계속 만들어지고 있다. 최근엔 시스코를 비롯한 NI, TTTech, 허쉬만, 보쉬렉스로스, B&R, 슈나이더 일렉트릭, 인텔, ADI 등 몇몇 업체들이 모여서 TSN 테스트베드를 만들어 운영하기도 했다. TSN 테스트베드는 현재 미국, 독일, 중국에서 공식 운영중이다.

5) 5G
마지막으로 5G 기술이다. 5G는 사람과 사람이 아닌 사람과 기계, 기계와 기계 간 커뮤니케이션을 위해서 개발됐다. 기술 스펙을 보면, 사이클 타임은 1ms, 응답 시간은 100us, 지터는 <1us…30ns, 스위치 대기 시간은 40ns, 시간 동기화 정확도는 100ns로써, 낮은 대기 시간과 높은 신뢰성이 장점이다. 현재 무선통신도 이런 기능에 맞출 수 있는 기술은 많지 않다. 왜냐 하면, 우리가 사용하고 있는 무선통신은 와아파이(Wi-Fi), ZigBee, 블루투스(Bluetooth) 등으로, 같은 2.4GHz 대역을 쓰고 있다. 따라서 통신 간 충돌이 일어날 수 있다. 하지만 5G는 아무도 안 쓰는 대역폭이어서 충돌이 일어날 수 없다.

앞으로 5G가 제공할 수 있는 서비스는 3가지이다. 첫째는 Enhanced Mobile Broadband이다. 4G보다 성능을 크게 높이기 위한 기술이다. 둘째는 Massive machine type communications이다. 매우 밀집한 곳에 사람이나 머신들이 있을 때, 그것들을 어떻게 커뮤니케이션 처리할 것인가에 대해 연구하고 있다. 셋째는 Ultra-reliable and low latency communications이다. 매우 안정적이고 대기시간이 짧은 통신을 보장하기 위해 개발되고 있다. 현재 Enhanced Mobile Broadband는 이미 개발이 완료됐으며, 나머지 2가지는 2020년까지 스펙을 끝내려는 목표를 가지고 있다.

 

IIoT 인프라 기술

TSN, 5G, OPC UA, AutomationML 등은 산업용사물인터넷(IIoT) 인프라 기술이다. 이런 인프라 기술들 위에 뭔가를 만들어야 하는데, 이런 기술들이 확보되면 인터페이스 보드가 하드웨어 형태로 나올 것이다. 예를 들어, 스마트폰의 경우, 스마트폰이라는 플랫폼이 이미 만들어졌기 때문에 앱을 개발하는 사람들은 플랫폼을 만드는데 시간을 투자할 필요 없이 앱만 개발해서 올리면 된다.

우리가 준비해야 할 스마트공장도 마찬가지 접근방식으로 다가갈 수 있다. 우리가 해야 할 일은 여기에 들어가는 소프트웨어들을 앱 개발하는 식으로 개발해서 그냥 올려버리면 된다. 그리고 자신의 제조 환경에 적합한 앱들을 내려받아 최적의 사용자 환경을 구축하도록 하면 된다. 그렇게 되면 스마트 공장의 구현은 가능해 질 것이다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

Continue Reading
Advertisement
Click to comment

댓글 남기기

스마트공장

훼스토 IO-Link 기술로 Industry 4.0 연결한다

Published

on

전동 실린더 EPCO, 서보 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블이 있는 OMS(Optimised Motion Series) 패키지는 기존의 전기 위치 시스템보다 훨씬 저렴하다.

IO-Link 기술이 적용된 Festo 자동화 기술

표준화된 IO-Link 기술은 센서 및 액추에이터의 심플하고 경제적인 연결을 지원한다. 3 ~ 5 개의 배선을 가진 이 저비용 연결 기술은 혁신적인 개발 결과로, 복잡한 배선없이 최소한의 자재로 점대점 연결을 실현한다.
IO-Link는 새로운 형태의 버스 시스템은 아니지만 필드 버스, 이더넷 시스템을 대체하기 위한 새로운 종류의 통신 인터페이스로 추가 개발되었다.

이 기능을 사용하면 제어 시스템에서 센서 또는 액추에이터의 파라미터 데이터를 다운로드 할 수 있을 뿐만 아니라 진단 데이터를 제어 시스템에 전송할 수도 있다. 기존에는 제일 하위 레벨을 필드버스 인터페이스 통합하기 위해서 매우 많은 비용이 들었지만 이제는 디지털 또는 아날로그 값과 모든 파라미터 및 진단 데이터를 케이블의 스크리닝, 트위스트, 임피던스 또는 종단 저항 추가와 같은 특별한 작업 없이도 심플한 3선 또는 5선 케이블로 전송할 수 있다.

O-Link: 컨트롤러, 밸브 터미널, 비례 제어 밸브 및 센서를 통해 Festo는 완벽한 범위의 IO-Link 자동화 기술을 제공한다.

O-Link: 컨트롤러, 밸브 터미널, 비례 제어 밸브 및 센서를 통해 Festo는 완벽한 범위의 IO-Link 자동화 기술을 제공한다.

필드버스와 IO-Link 슬레이브 간의 게이트웨이는 일반적으로 여러 IO-Link 마스터 채널이 있는 필드버스 디바이스 형태로 제공된다. 사이즈 때문에 필드버스가 필요하지 않은 소형 머신 또는 시스템에서는 PLC가 IO-Link 마스터 역할을 한다.

보안 강화

IO-Link는 아날로그, 바이너리 및 직렬 통신 장치에 대한 보안 연결을 제공한다. 자동차 BIW 제조 및 어셈블리 현장의 작업자 보호를 위한 안전 펜스, 중장비 건설 및 머신 툴에서, 매뉴얼 워크 스테이션, 어셈블리 셀, 입/출력 스테이션 등과 같은 복잡한 센서 기술 및 터미널이 적용된 곳에서 전형적인 IO-Link 어플리케이션을 찾아볼 수 있다.

미래 연결 컨셉을 지원하는 IO-Link는 표준화된 프로토콜이기 때문에 낮은 투자 리스크를 가진다. 그 결과 장비 다운타임이 줄어들고 생산성이 향상된다. 디바이스와 마스터 시스템 간의 진단 및 운영 데이터의 포괄적인 데이터 교환은 문제 해결을 가속화시키고 상태 모니터링 시스템의 기초를 형성한다.

업무 단순화를 통한 효율성 증가

IO-Link는 설치 및 배선을 위한 균일하고 표준화 된 효율적인 기술이다. IO-Link 디바이스는 간단하고 편리하게 파라미터화할 수 있으며, 엔지니어링 소프트웨어 툴없이 교체 직후에 바로 작동 상태로 되돌릴 수 있다.

IO-Link 마스터를 통해 지능형 센서 및 액추에이터의파라미터를 쉽게 설정하고 재할당 할 수 있다. IO-Link를 통한 복잡하지 않고 표준화된 센서-액추에이터 조합의 배선은 자재 비용을 절감하고, 물류의 단순화가 가능해지며 시간을 절약할 수 있게 된다. 이로 인해 설치를 훨씬 편리하게 할 수 있다.

전동 실린더 EPCO, 서보 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블이 있는 OMS(Optimised Motion Series) 패키지는 기존의 전기 위치 시스템보다 훨씬 저렴하다.

전동 실린더 EPCO, 서보 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블이 있는 OMS(Optimised Motion Series) 패키지는 기존의 전기 위치 시스템보다 훨씬 저렴하다.

향상된 경쟁력

Festo라는 단일 공급원을 통해 다양한 마스터, 압력 및 유량 센서, 변위 엔코더/위치 센서, 5 개 밸브 터미널 시리즈, 비례 압력 제어 밸브, 스텝 모터 컨트롤러 및 연결 케이블과 같이 IO-Link를 위한 포괄적인 제품 제공이 가능하다. 또한 Festo는 공장 자동화 및 프로세스 오토메이션에 대한 풍부한 어플리케이션과 산업 종사자를 위한 기본 및 심화 교육을 제공한다.

IO-Link 마스터와 CECC/CPX-E 컨트롤러

4 개의 IO-Link 마스터 포트가 있는 소형 컨트롤러 CECC를 사용하여 경쟁력 있고 일관된 분산 설치가 가능하며, 전기 및 공압 드라이브를 제어한다. 이 소형 컨트롤러는 지능형 센서 및 밸브 터미널의 설치 및 네트워크 비용을 줄여 줄뿐만 아니라, 제어 캐비닛 내부 및 외부의 유용한 진단 옵션을 제공한다.

Festo는 크고 복잡한 어플리케이션을 위한 모듈형 모션 컨트롤러인 CPX-E를 제공한다. I/O 모듈은 모듈 당 4 개의 IO-Link 마스터를 사용할 수 있다. CPX-E는 EtherCAT® 마스터가 장착되어 있으며 독립형 CoDeSys 컨트롤러로 사용하거나 PROFINET 또는 EtherNet/IP 네트워크로 서브 시스템 및 슬레이브를 통합할 수 있다.

CPX 터미널

리모트 I/O로 사용하거나 밸브 터미널 MPA 또는 VTSA와 함께 사용하면 IO-Link 디바이스에 하나 이상의 마스터 인터페이스를 통합 할 수 있다. 기능 통합 덕분에 공압 및 전기 드라이브를 제어하는 것이 CPX 터미널에서 매우 용이하다. PROFINET 또는 Sercos 지원 CPX 터미널은 2 채널 IO-Link의 I-Port 인터페이스를 갖추고 있다. 따라서 개별 IO-Link 타사 디바이스를 밸브 터미널의 근접한 곳에 바로 연결할 수 있다.

밸브 터미널

MPA-L, VTUG, VTUB, VTOC 또는 기존 CPV와 같은 밸브 터미널과 비교하여 경제적이며 효율적인 설치가 가능하다. 밸브 터미널용 멀티 핀 연결 케이블은 표준 M12 케이블과 IO-Link로 대체된다. 이렇게 하면 자재 비용이 절감되고 특히 유연하고 쉬운 설치, 특히 까다로운 작업 조건에 대한 적응과 같은 기술적 장점을 제공한다.

4 개의 IO-Link 마스터 포트가 있는 소형 컨트롤러 CECC를 사용하여 경쟁력 있고 일관된 분산 설치가 가능하다.

4 개의 IO-Link 마스터 포트가 있는 소형 컨트롤러 CECC를 사용하여 경쟁력 있고 일관된 분산 설치가 가능하다.

전기 자동화

구성 및 진단을 위한 통합 웹 서버가 있는 모터 컨트롤러 CMMO-ST도 IO-Link 인터페이스를 지원한다. CMMO-ST는 스텝 모터를 위한 폐 루프 서보 컨트롤러이며 Festo의 OMS (Optimized Motion Series)의 중요한 부분이다. OMS 시스템은 포지셔닝을 매우 쉽게 만든다. 전기 실린더 EPCO, 서보 기능이 있는 스텝 모터 EMMS-ST, 모터 컨트롤러 CMMO-ST 및 필요한 모든 케이블은 기존의 전기 위치 제어 시스템보다 훨씬 저렴하다.

EPCO가 있는 Festo의 OMS는 두 가지 방법으로 구성할 수 있다. 웹 구성 및 서버의 파라미터 클라우드를 사용하여 매우 간단하고 빠른 구성을 할 수 있다. 컨트롤러는 자체 IP 주소를 가지며 사전 정의 및 테스트 된 조합에 필요한 모든 데이터가 포함된 카탈로그가 제공된다. 즉, 사용자가 많은 시간을 절약 할 수 있다.

비례 압력 제어 밸브 VPPM

IO-Link에 연결된 비례 제어 밸브 VPPM은 차폐된 아날로그 케이블이 필요하지 않아 신호 레벨이 간섭을 받을 확률이 감소된다. 파라미터는 IO-Link 마스터에서 설정되고 데이터가 저장된다. 이는 실용적이며 부품을 교체한 후 바로 재시작 할 수 있다. IO-Link는 점대점 연결 덕분에 짧은 사이클 시간이 가능하다. 압력 제어, 테스트, 미터링, 프레스 및 피팅 어플리케이션은 주로 특수 기계, 식품 및 음료, 인쇄 및 종이, 자동차 및 전자 산업에서 적용된다.

위치 센서 SDAT

IO-Link의 균일한 인터페이스는 개별 센서 연결을 대체하므로 복잡한 센서를 쉽게 통합할 수 있다. 즉, 위치 센서 SDAT 및 파라미터화 가능한 압력 및 유량 센서를 통합하여 저렴한 비용으로 설치할 수 있다. 예를 들어, 위치 센서 SDAT는 스크루 드라이빙, 리벳팅, 초음파 용접, 가압 및 클램핑을 위한 프로세스 모니터링에서부터 물체 감지에 이르기 까지 높은 반복 정밀도로 피스톤 위치를 감지한다. [제공. 훼스토]

더 자세한 내용보기 http://www.festo.com/cms/en-gb_gb/15646.htm

Continue Reading

산업용IoT

NXP, 산업용 IoT 엣지 애플리케이션 보안 지원

Published

on

NXP LOGO

NXP 반도체는 저비용의 산업용 IoT 엣지 애플리케이션을 위한 Arm Cortex-M33 및 Arm 트러스트존(TrustZone®)을 적용한 업계 최초의 마이크로컨트롤러 플랫폼 LPC5500을 출시했다. 저전력 40nm 임베디드 플래시 프로세서에 기반한 LPC5500 마이크로컨트롤러(MCU) 시리즈는 한층 새로운 수준의 프로세싱 효율성, 보안, 기능을 제공한다.

LPC55S69 디바이스는 최대 100MHz 코어 클록 주파수에서 32uA/MHz 효율을 달성한다. 신호 처리 및 암호화를 위해 밀착 결합된 추가 가속기를 갖춘 듀얼 코어 Cortex-M33 기능과 고급 엣지 애플리케이션을 위해 최대 640KB 플래시 및 320KB에 이르는 온-칩 SRAM을 갖추고 있다. LPC55S69는 차동 쌍 모드(differential pair mode)로 16비트 연속 근사형 ADC(SAR ADC)를 통합하며, 50MHz 고속 SPI, 통합 피지컬 트랜시버(physical transceiver)를 갖춘 고속 USB, 8개의 유연한 통신 인터페이스, 동시 Wi-Fi 연결 및 외부 데이터 로깅을 위한 듀얼 SDIO 인터페이스 등 시스템 확장에 사용할 수 있는 풍부한 주변장치 세트이다. 또한, 오프로딩 및 사용자 정의 작업을 실행하기 위한 NXP의 자율 프로그래밍 로직 유닛(logic unit)으로 향상된 실시간 병렬 처리 기능을 제공한다.

Cortex-M33의 핵심 기능 중 하나는 전용 코프로세서 인터페이스로서, 긴밀히 결합된 코프로세서를 효율적을 통합해 CPU 처리 기능을 확장한다는 점이다. 동시에 완전한 생태계 및 툴체인 호환성을 유지한다. NXP는 이와 같은 기능을 활용해 컨볼루션(convolution), 상관 관계, 행렬 연산, 전달 함수와 필터링 등 핵심 ML 및 DSP 기능을 가속화하는 코프로세서를 구현한다. Cortex-M33에서 실행 시 대비 최대 10배로 성능을 향상시킨다. 또한 이 코프로세서는 널리 사용되는 CMSIS-DSP 라이브러리 콜(API)을 활용해 고객 코드 이식성을 간소화한다.

통합 표준 보안 기능으로는 변경 불가한 하드웨어 ‘RoT(root-of-trust)’를 통한 보안 부팅, SRAM PUF 기반 고유 키 저장소, 인증 기반 보안 디버그 인증, AES-256&SHA2-256 가속화 및 보안 클라우드-투-엣지 통신을 위한 DICE 보안 표준 구현이 있다. 공개 키 인프라(PKI) 또는 비대칭 암호화는 ECC와 RSA 알고리즘용 전용 비대칭 가속기로 한층 가속화된다.

Continue Reading

배너광고

Power Electronics Mag
오토메이션월드 2019
inter battery 2018
네스트필드
  • 슈나이더 일렉트릭
  • 힐셔코리아
  • 비앤드알 산업자동화
  • HMS Anybus
  • 지멘스
eBook 보기

책 판매대

SPS 2018
물류기술 매거진
Advertisement

Trending

Copyright © 2015 Flex Mag Theme. Theme by MVP © Copyright 2006-2018, 아이씨엔 미래기술센터 All Rights Reserved.
tel. 0505-379-1234, fax. 0505-379-5678 | e-mail. icn@icnweb.co.kr | Powered by WordPress Flex Mag Theme. Theme by MVP
Address: 57-25 4F, Changcheon-dong, Seodaemun-gu, Seoul, 03789, Korea
주소: 서울특별시 서대문구 연세로5나길 10 (창천동, 4층)
업체명: 아이씨엔, 사업자등록번호: 206-11-69466, 통신판매업신고증: 2009-서울서대문-0373호
기사제보 : news@icnweb.co.kr 반론청구 : oseam@icnweb.co.kr

아이씨엔의 모든 콘텐츠는 저작권법의 보호를 받습니다. 이의 일부 또는 전부를 무단 사용하는 것은 저작권법에 저촉되며, 법적 제재를 받을 수 있습니다.


[[클린 광고 선언]]
아이씨엔 매거진은 어떠한 경우에도 성인, 성형, 사채, 폭력, 투기, 악성SW 및 환경파괴(원자력 포함) 관련 광고는 게시하지 않습니다.
[광고 신고: oseam@naver.com]