[스터디 노트 01] 스마트 제조에서의 필드버스 기술(1)

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2023년 01월 29일

필드버스 기술은 산업 자동화 시스템 현대화의 핵심 구성 요소로, 공장 현장에서 다양한 디바이스 장치와 시스템 간의 통신이 가능하다. 이는 현재 제4차 산업혁명과 함께 핵심 이슈가 되고 있는 스마트제조 구축을 위한 디지털화의 기반을 달성할 수 있도록 했다. 이에 필드버스 기술의 역사, 주요 기능 및 업계의 현재 상황을 포함하여 필드버스 기술의 기본 사항에 대한 개요를 정리한다.

[스터디 노트 01] 스마트 제조에서의 필드버스 기술(1) — (image. profibus.com)

필드버스(Fieldbus) 기술이 출현하게 된 배경을 먼저 알아보고, 주요 기능, 현재 상태, 이점 및 잠재적인 향후 개발을 포함하여 스마트 제조 분야의 필드버스 기술의 기본 사항에 대한 개요를 정리합니다. 또한 현재까지도 광범위하게 사용자층을 확보하고 있는 주요 필드버스 프토코톨에 대한 특징을 알아봅니다. 필드버스는 산업용 이더넷(Industrial Ethernet) 및 산업용 사물인터넷(IIoT)과의 네트워크 결합을 통해 상호운용성을 확보함으로써 스마트 공장의 실현을 앞당기는 디지털화의 주춧돌로 발전해 나가고 있는 중입니다.

필드버스의 탄생

필드버스(Fieldbus)라는 용어가 탄생하게 된 배경은 다음과 같습니다. 제품을 생산하기 위해서는 생산설비가 반드시 필요하고, 수반된 생산 설비를 제어하기 위해서 제어용 컨트롤러가 필요한데, 기존에는 생산설비를 제어하기 위해서는 PLC와 같은 제어기기가 필수적이었습니다.

생산설비가 정상적으로 동작되기 위해서는 각각의 공정에 필요한 센서(Sensor)나 액추에이터(Actuator)들이 제어기기의 Input/Output 장치에 연결되어야 하는데, 필드버스 시스템(Fieldbus System)에서는 제어기기에 장착되는 Input/Output 장치가 센서나 액추에이터와 가까이 설치하는 것으로 변화되었습니다. 즉, 제어기기의 Input과 Output 장치가 생산설비에 적절히 분산되어 설치되고 이들을 하나로 묶어서 통신 네트워크를 통해 제어기기와 연결하는 형태로 만드는 것입니다.

이렇게 입출력용 제어기기 장치가 생산 현장에 분산되는 형태를 취한다고 해서 생산현장을 의미하는 “필드(Field)”와 통신을 의미하는 “버스(Bus)”가 결합되어 “필드버스(FieldBus)”라 부르게 된 것입니다. 이러한 형태를 취하는 시스템을 특정상품명이나 회사명에 관계없이 필드버스라고 부르며, 각각의 필드버스 프로토콜들이 시장에서 상호 경쟁하면서 국제적인 개방형 표준으로 발전하게 되었습니다.

필드버스 기술의 역사

필드버스(Fieldbus) 기술은 제조업체가 처음으로 산업 환경에서 디지털 통신의 가능성을 탐색하기 시작한 1980년대에 뿌리를 두고 있습니다. 최초의 필드버스 시스템은 RS-232 및 RS-485와 같은 직렬 통신 프로토콜을 기반으로 했으며 주로 간단한 제어 애플리케이션에 사용되었습니다.

시간이 지남에 따라 필드버스 기술은 현재 우리가 자주 접하게 되는 프로피버스(Profibus), 디바이스넷(DeviceNet), 파운데이션 필드버스(Foundation Fieldbus), 씨씨링크(CC-Link) 및 캔오픈(CANopen)과 같은 다양한 필드버스 통신 프로토콜로 발전했습니다. 이들은 모두 국제 표준의 개방형 프로토콜 기술들로 기존의 각 업체별로 구축되어 왔던 폐쇄형 네트워크 통신을 개방화시키는데 큰 역할을 했습니다. 오늘날 가장 널리 사용되는 필드버스 프로토콜은 국제 표준의 개방형 이더넷 기술을 기반으로 실시간 통신과 높은 데이터 전송 속도를 지원할 수 있는 산업용 이더넷으로 발전했습니다.

[스터디 노트: 스마트 제조에서의 필드버스 기술(2) 편으로 이어집니다.]

[참조 영상]