분산된 로컬 영역에서의 제어와 네트워크

산업용 네트워크의 대표주자인 DeviceNet은 지능형 분산된 환경에서 존재하는 기기간의 상태정보를 관리하는 기능인 DeviceLogic을 특징으로 한다. DeviceLogic은 또한 로컬 네트워크에서의 이중화 구성이 가능하다. < 편집자 주>
작업현장의 장치들은 의심할 여지없이 세대가 바뀔 때마다 점점 더 똑똑해지고(smarter) 있다. 컨트롤 시스템 아키텍처에서 스마트 장치들의 등장은 액추에이터와 I/O 블록, 모터 스타터, 기타 일반용도의 컨트롤 시스템 부품에 저비용 연산 능력을 통합시킬 수 있도록 한다.
시스템 수준의 엔드 유저나 기계제조업체(OEM)에게 이 말은 곧 스마트 컨트롤 시스템 부품이 논리연산 실행과 신호 처리, 이벤트 검출, 알람 통보 등과 같은 단순한 제어 기능을 수행할 수 있다는 것을 의미한다. 현장 레벨에서 이러한 기능을 수행하게 되면 설계 시간 감소와 신속한 설치, 진단기능 향상, 최적의 시스템 성능 및 프로세스 유지보수성 향상을 통해 비용을 절감할 수 있다.
DeviceLogix와 스마트 부품
스마트 부품은 중앙처리 장치와 상관없이 로직 기능을 수행한다. 분산된 환경에서 스마트 장치는 PLC로 통신을 하지 않고 필요한 기능과 로직을 처리한다. 5년 전에 도입된 DeviceLogix는 이와 같은 기능을 수행할 수 있는 로크웰 오토메이션이 제공하는 솔루션이다.
DeviceLogix는 스마트 장치에서 출력을 제어하고 상태정보를 관리하는 기능이다. DeviceLogix 기능을 가지는 장치들은 입력과 출력, 그리고 논리기능을 결합하여 자신의 동작을 결정한다.
입출력은 물리적 연결이나 네트워크를 통해 이루어진다. 물리적 입출력은 장치와의 물리적 연결을 통하여 실현되고 네트워크 환경에서는 각 장치들이 네트워크를 통해 다른 장치들로부터의 입력을 수신하고 네트워크를 통해 출력을 내보낸다.
DeviceLogix 부품들의 내부 로직은 내장된 입출력과 진단 정보 외에도 다양한 펑션블록을 사용하여 프로그램된다. 이러한 기능들은 AND, OR, XOR, NAND, NOR 및 XNOR 등과 같은 논리 연산자들을 포함하며 RS나 SR과 같은 Bi-stable 래치들과 Up Counter와 Down Counter, Pulse Timer, On-Delay, Off-delay Counter 등과 같은 기능도 사용 가능하다.
사용자들은 DeviceNet용 RSNetWork을 통해 DeviceLogix를 구성한다. RSNetWorx 제품에 포함된 DeviceLogix Editor 프로그램은 오프라인 및 온라인 네트워킹 모드에서 모두 사용 가능하다.
로컬 영역에서의 로직 제어
로크웰 오토메이션 스마트 모터 컨트롤러 제품 매니저인 Andy Jaap씨는 DeviceLogix 부품이 분산된 컨트롤 환경에서 어떻게 차별화 되는지 설명한다. 가장 먼저 이 제품들은 로컬 로직 제어 기능을 제공한다. 중앙 집중식 마스터 컨트롤러가 아닌 장치 수준에서 로직 제어 기능을 수행하면 빠른 입력 감지 및 출력 실행이 가능하다. 필요한 기능을 수행하기 위한 로직이 스마트 장치안에 상주하기 때문에 입력감지와 출력 실행에 필요한 시간이 크게 감소한다.
“스마트 장치들은 네트워크 경유하거나 I/O 스캔 같은 작업을 하지 않습니다.”라고 Jaap는 설명한다. 일부 프로세스 어플리케이션에서 최대 500ms까지 걸리는 응답시간이 제품에 따라서는 1ms – 2ms만에도 가능하다. 또한, 로컬 로직 제어는 전반적인 네트워크 트래픽을 감소시킨다. 그 이유는 로컬 제어가 보다 적은 메시지 전송을 필요로 하기 때문이다. 게다가, 로컬 로직 제어가 DeviceNet의 상태 변화(COS) 메시지 전송과 결합되면 성능이 더욱 향상된다. COS 메시지 전송 기능은 로컬에서 제어되는 출력이 상태를 바꾸거나, 타이머 및 카운터가 사전 설정 값에 도달할 때마다 마스터 컨트롤러에 통지를 할 수 있게 한다.
로컬 로직 제어는 또한 컨트롤러 내의 작은 프로그램으로 번역되고 이것은 메모리를 절약하고 스캔시간을 감소시킨다.
로컬 네트워크의 이중화 보장
DeviceLogix 부품은 로컬 네트워크의 이중화(Redundancy)를 보장하는 데에도 중요한 역할을 수행한다. 이 부품을 사용하면 시스템의 신뢰성이 증가하고, 진단 기능을 향상시키며, 고장 수리 빈도를 감소시킨다. 전통적인 시스템에서는 마스터 컨트롤러의 고장이 곧 다양한 분산 I/O 노드들의 제어기능 상실을 의미한다. 마스터 컨트롤러의 고장이 검출되면 분산 I/O 노드들의 출력은 ‘마지막 상태 유지(hold-last-state)’나 기타 사용자가 정의한 안전한 조건으로 전이하도록 구성된다.
로크웰 오토메이션은 로컬 네트워크 이중화(Redundancy)의 가치는 프로세스의 지속 및 통제된 형태의 가동 중단(Shutdown)에서 문제에서 명백히 드러난다고 언급한다. 스마트 부품들은 PLC와 관계 없이 동작하기 때문에 사용자들은 고장 검출 시에 보다 복잡한 일련의 행동들을 취할 수 있는 선택권을 가질 수 있어, 네트워크 차단 시에도 프로세스를 계속 진행하거나 치명적인 동작들을 안전하게 종료시킬 수 있다.
가령, 자재 취급 업종에서 무거운 부하가 누적되지 않고 모터들이 과부하를 겪지 않는 상태인 ‘제로압력 축적(zero pressure accumulation)’을 성취할 수 있는 능력은 프로세스의 효율성을 차별화시킬 수 있다. “이러한 어플리케이션 유형에서 컨베이어 시스템의 섹션들은 통상적으로 영역별 또는 소구역별로 관리됩니다. 회사들은 심지어 10피트 규모로까지 축소된 작은 영역들을 제어하기 위해 부품 안에 내장되는 DeviceLogix 프로그래밍 로직을 사용합니다.”라고 로크웰 오토메이션 DeviceLogix 프로그램 매니저인 Ed Joe씨는 설명한다.
그는 로크웰 오토메이션의 ArmorStart Distributed Control과 같은 제품은 생산 라인의 한정된 구역 내에서 프로세스를 제어할 뿐만 아니라 라인 상의 다른 구역에서 발생하는 이벤트들에 대해서도 2ms도 채 안 되는 매우 짧은 시간에 신속하게 반응할 수 있는 능력을 가지고 있다고 말한다. “ArmorStart 제품은 다이버터(Diverter)와 같이 컨베이어 시스템에서 흔히 볼 수 있는 보다 큰 마력의 모터 어플리케이션을 관리할 수 있으며, 기능을 제어하기 위하여 프로세서 내에서 동작하는 로직을 활용합니다.”라고 덧붙였다.
한편 Jaap씨는 실제로 사용되고 있는 DeviceLogix의 또 다른 사례를 설명한다. 식품 가공 플랜트에서 PLC가 고장났을 때 망가질 위험이 있는 제품들이 프로세스 처리 도중에 있었다면 DeviceLogix 부품들은 사전에 프로그램된 로직을 기반으로 계속 동작하여 프로세스를 최종 상태까지 진행시키거나 절차를 중단하여 폐기물을 제거 또는 감소시킬 수 있다. 이와 유사한 많은 어플리케이션들이 창고나 패키징 프로세스, 이산식 또는 배치식 제조공정 등에 존재한다. 이 경우들에 대해서 DeviceLogix는 생산을 저해하는 문제점들에 대한 효과적인 솔루션을 제공해 왔다.
로컬 수준에서 강력한 기능 제공
지난 몇 년간 로크웰 오토메이션은 다수의 DeviceLogix 기능을 갖춘 제품들을 소개해 왔다. 이 모든 제품들은 로컬 수준에서 보다 강력하고 우수한 진단 기능을 제공하도록 설계되었다. 예를 들어, 스마트 I/O 시스템은 감지에서 조치까지를 빠르게 처리할 수 있고, 오작동하는 장치들이나 단락 및 기타 문제점들을 찾아낼 수 있다.
CompactBlock I/O는 얇게 봉합된 곳이나, 오퍼레이터 워크스테이션 패널, 푸시버튼 스테이션 또는 배선관 등에 적합하다. ArmorBlock MaXum 및 고전류 ArmorBlock I/O 제품들은 On-Machine 또는 후방 패널 마운팅에 적합한 봉합처리된 하우징 블록을 갖추고 있다. 그리고, 1799 Embedded I/O 제품들은 기계에 내장되는 어플리케이션을 위한 PCB 형태의 제품들이다.
800E/F 및 800T 푸쉬 버튼 스테이션은 모터 비상정지나 빠른 조그동작 등과 같이 응답 시간이 중요한 어플리케이션에 맞추어 설계되었다. 2-, 3- 및 4-구멍 구성에 엔클로우저를 부착한 수평 및 수직모델들이 이용 가능하다.
E3 Plus 고체상태 과부하 릴레이는 모터동작을 지속적으로 모니터하며, 트렌드를 추적하고, 잠재적인 고장이 발생하기 전에 시정 조치를 취하게 한다. 그것은 접지 오류 및 서미스터 기능을 제공하며, 온도 과부하, 위상 이탈(Phase loss), 저부하(Underload), 정지(stall), 정체 및 전류 불균형을 방지한다. 생산 다운 타임이 생기지 말아야 하는 고비용 설비 및 어플리케이션에 대해서는 825-P 모듈형 보호 시스템이 전류, 라인 전압 및 온도를 포함한 3-상 저압/고압 모터의 중요한 부분을 모니터 한다.
ArmorStart 분산형 모터 컨트롤러 제품군은 3개의 어플리케이션 유형들을 위한 통합된 사전 엔지니어링 준비 형 스타터이다. Bulletin 280/281 ArmorStart 모델은 full-전압 및정역변환 어플리케이션에 맞추어 설계되었다. Bulletin 283 ArmorStart 모델은 부드러운 스타트를 제공하며 모터는 초기 토크 값에서 full 전압으로 증가됩니다.
Bulletin 284 ArmorStart는volts-per-Hertz 동작방식을 특징으로 하며, 이는 전체 드라이브 속도 범위에 걸쳐 속도 제어와 높은 레벨의 토크 및 부하가 증가함에 따른 향상된 속도 제어를 제공한다.
100-DNY DeviceNet Starter Auxiliary는 복수 모터 스타터 컨트롤 판넬 뿐만 아니라 밀폐형 스타터에 사용하기에도 적당하다. 이 제품은 컨트롤러의 입력 값에 신속한 반응을 제공하며, 기계적 타이머 및 릴레이 등의 추가적인 부품 구성없이 신호 상태 감시, 이벤트 검출, 알람 등의 기능을 제공한다.
EtherNet/IP와의 결합
오늘날 DeviceLogix 기능을 갖춘 장치들은 단순한 로직 제어 기능을 제공하지만, 이러한 제품들은 머지 않아 보다 뛰어난 기능을 제공할 것이다. 로크웰 오토메이션에서는 현재 DeviceLogix의 새로운 릴리즈가 개발 중에 있으며, 새로운 Analogue Function Block의 추가를 포함하여 런타임 펌웨어 라이브러리가 강화될 예정이다. 이더넷에 기반한 산업용 네트워크 프로토콜인 EtherNet/IP 역시 향후 버전들에서 적극 고려되고 있다. 또한 소프트웨어 구성 툴은 현재 래더 로직 프로그램 편집기를 포함하고 있다.
향후 수년간에 걸쳐 DeviceLogix에 기반한 스마트 컴포넌트 기술을 사용하는 로크웰 오토메이션의 제품들이 훨씬 더 많이 나타날 것이다. DeviceNet의 진정한 멋은 매우 독특한 컨트롤 자동화 솔루션을 개발할 수 있는 유연성이며, DeviceLogix가 이를 뒷받치고 있다.
아이씨엔 매거진 2007년 05월호