산업용 이더넷 기반 필드버스의 최근 동향과 PROFINET

산업 각 분야에서 생산성 향상은 예로부터 변하지 않는 최우선 과제중의 하나이다. 자사의 설비투자를 통해 시장의 최신 요구에 보다 빠르게 대응하는 생산품으로 탈바꿈시킴과 동시에 시장으로의 도달시간을 단축하기 위한 통합시스템을 기대한다. < 편집자 주>
현재 자동화 산업에서는 필드버스(Fieldbus) 시스템이 통신방법으로 많이 사용되고 있으며, Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, Interbus, P-net, SwiftNet, WorldFIP 등이 IEC 61158 국제 표준 규격에 의해 인정된 산업용 시스템을 위한 국제 표준의 대표적인 필드버스이다. 최근에는 개방형 국제 표준으로 ProfiNet, EtherNet/IP, HSE, EtherCAT, Ethernet Powerlink, CC-Link 등이 새롭게 추가된 바 있다.
그 중에서 Profibus는 2004년 기준 100만 노드 이상이 현장에 설치되어, 유저에 의해 가장 많이 선택된 필드버스 기술이다. Profibus는 프로세스 오토메이션 및 디스크리트 산업 전반에 거쳐 적용되고 있으며, 두 산업이 혼용되는 분야에서도 강점을 보이고 있다. 또한 세이프티 애플리케이션에서 강세를 보이고 있으며, 모션 컨트롤과 드라이브와 관련한 다양한 검증된 솔루션을 확보하고 있다.
최근에는 산업 자동화 분야 네트워크에서 부각되고 있는 통신구조의 혁신과 IT 기술의 도입을 통한 기술 혁신이라는 2가지 경향이 두드러지고 있다. 이러한 산업용 네트워크 분야에서의 경향을 기존의 필드버스에 접목하려는 시도가 활발하게 추진되었으며, 하나의 기술로 새로운 자동화 시장에서의 경향을 간단하고 경제적으로 구현할 수 있는 다수의 네트워크가 탄생하기에 이르렀다.
특히 Profibus와 IT 기술의 대표 도구인 Ethernet을 혼합한 Profinet이 주목된다. 이 기술은 오피스 영역에서는 상상할 수 없는 공장의 복잡하고 어려운 환경을 극복할 수 있으며, 오랜시간 확보한 Fieldbus에서의 노하우를 통해서 가능하게 되었다.
유연한 시스템 통합성
산업 설비 운용자들은 PROFIBUS 또는 여타의 필드버스들을 통해 통신을 수행하는 기존의 시스템과 플랜트 부문들을 장래에도 시스템 설계의 변화없이 계속적으로 사용하고 확장시키기를 희망한다. 이에 대한 해답이 바로 산업용 이더넷이다. 그 중에서도 PROFINET은 기존 베이스의 통합을 손쉽게, 그리고 최소의 노력으로 완성하도록 한다.
PROFINET은 기존 시스템을 고려한 고도의 투자안전을 담보하기 때문에 고객은 혁신적인 표준에서 오는 이점을 지금은 물론 장차 다가올 미래에도 누릴 수 있다.
이더넷(Ethernet)은 그 자체로 이미 사무 환경에서 표준 버스 시스템으로 자리잡고 있다. 시장에서 대단위로 수용되는데 힘입어 전송속도 개선과 같은 이더넷 개발은 위축됨 없이 꾸준히 증가일로에 있다. 이러한 이더넷 프로토콜을 기반으로 하는 PROFINET은 필드레벨에서 관리차원의 정보레벨에 이르기까지 장치들을 연동하도록 한다. 따라서 사내 통신의 단일성과 지속성, 그리고 투명성을 고루 갖춘 산업적 수행능력을 연동시킬 수 있다.
각각의 분산 모듈들은 지능형 모듈로 교체되어 보다 효과적이고 분산화된 구조의 자동화 시스템을 구축하도록 한다. 모듈화에 따른 이점은 다음과 같다.
– 명확히 인식되는 인터페이스를 기반으로 논리적인 제어 기능의 분리
– 개별 OEM들의 사전 테스트로 인한 공기 단축
– 개별 모듈의 개별적인 시운전을 통한 전체 시스템 시운전 기간의 단축
– 국제 표준 규격을 통한 시스템 설계 및 통합에 대한 완벽한 계획 수립
– 매우 우수하고 기술적으로 검증된 자동화 모듈들의 유연성
이러한 지능형 분산 모듈에서의 이점에 더하여 필드버스로 구성되었던 기존의 산업용 네트워크 체계가 산업용 이더넷 기반의 네트워크로 변화해 가면서 추가적인 이점을 제공한다. 기존의 필드버스 시스템에서 수행하지 못했던 이 기종 필드기기간의 정보 통합을 이더넷 기반의 시스템은 보다 쉽게 추진할 수 있도록 한다. 또한 이러한 기술 진보는 일반 네트워크와 안전(Safety) 네트워크를 단일 네트워크로 통합하는데 까지 이르고 있다.
여기서 단일하다고 하는 것은 통신 네트워크의 모든 요구조건이 하나의 기반에서 충족되어, 전 공정에서 단일한 네트워크를 사용하고 이러한 네트워크는 오피스망에서 사용되고 있는 WAN, SMS, Internet Remote Access 등과 같은 기술을 산업 자동화 분야에서도 그대로 사용할 수 있음을 의미한다.
모든 요구에 적합한 솔루션
IEC 61158과 IEC 61784 국제 표준을 따르고 있는 PROFINET은 통합 통신에 기반하며, TCP/IP는 물론 개방형 IT 표준의 무제한적 동시 사용에 근간을 두고 있다. PROFINET은 시각을 다투는 Time-critical, 실시간-RT 신호들의 전송을 가능하게 하며, 이는 곧 오늘날 필드버스 시스템들이 보내는 신호와 동일한 반응시간을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이와 같은 수준의 실행능력은 표준 컴포넌트들을 써서 달성될 수 있다.
보다 진보한 단계는 고성능, 등시성 모션 제어 애플리케이션용으로 설계된 등시성 실시간 (Isochronous Real-Time: IRT) 기능을 갖춘 PROFINET을 사용하는 것일 것이다. IRT는 결정적 실시간 가용능력을 제공하며, 1 ms 미만의 반응시간, 등시성 전송 및 1us 이하의 지터 값 등과 같은 필요한 모든 요구조건들을 충족시킨다.
또한 PROFINET은 이더넷과 연결된 필드장치들의 직접적인 연동을 가능하게 하며 컨트롤러와의 고속 데이터 교환능력을 갖추고 있다. 설비 운용자는 어떤것도 새롭게 배울 필요가 없고, 따라서 PROFIBUS 제품군에서 비롯하여 익숙해진 동일한 외부 장치 진단기능들이 PROFIBUS 장치의 투명한 통합이 그러하듯이 PROFINET에서도 그대로 쓸 수 있다.
PROFINET은 고객이 최소의 노력으로, 고성능 모션 제어 애플리케이션용 등시성 드라이브 컨트롤 시스템을 빠르게 생성할 수 있도록 지원한다. 이로써 고객이 누리는 혜택은 TCP/IP 통신 프로토콜을 사용하면서도, 현재의 일반적 솔루션에 비해 비약적인 도약을 구현할 수 있는 것이다.
PROFINET은 고객이 전문지식을 요하지 않고도 자사의 네트워크를 설치할 수 있도록 배려한다. Star 구조의 배선형태에 부가하여, PROFINET은 또한 Line 및 Ring 구조를 지원함으로써, 고객이 케이블링 오버헤드를 최소화할 수 있도록 하면서도 고도의 가용성을 보여준다.
PROFINET- IT 표준 및 보안
PROFINET은 최적화된 시스템 구성에 소요되는 모든 제반 기능들을 제공함은 물론, Http, HTML, SNMP, DHCP 및 XML 등과 같은 검증된 표준 IT기술을 사용함으로써 PROFINET에 통합하는 것은 운영 및 유지보수 상의 비용절감을 의미한다. 더욱이 고객은 필요시에는 언제라도 해당 중요 데이터에 전세계 어느곳에서도 접근할 수 있는 인터넷 액세스를 갖게 된다.
데이터 및 통신 기술 영역에서 네트워크 보안의 중요성은 최근 수년간 비약적으로 증대되었다. 여기서 보안은 시스템 사보타주 내지 민감한 데이터로의 비인가 접근을 방지함을 의미한다. 이로써 생산에 불필요한 영향을 끼치지 않으면서 자동화 네트워크에 대한 보안 위험을 최소화할 수 있다.
PROFINET은 또한 사람과 기계, 그리고 환경을 고려한 완전한 안전 개념을 요구하는 제반 조건들을 충족한다. 고장 방지 통신용 표준 프로필인 PROFIsafe를 채택한 까닭에, PROFINET은 평시의 표준 애플리케이션은 물론, 긴급시의 고장 방지용 애플리케이션에 모두 응용이 가능하다. 임의 변동이 가능한 프로그래밍 보안 논리구조는 시스템 가동 및 프로그래밍을 단순화하도록 표준 도구들을 사용한다.
아이씨엔 매거진 2007년 04월호