"B&R의 reACTION과 NetTime은 제어성능의 새로운 패러다임을 가져다 줘"
X20 모듈의 동작 온도 범위 최근 -25°C 에서 +60°C로 확장됐으며, GL로부터 해양 어플리케이션 인증 받아
B&R 산업자동화 김세훈 차장
-B&R의 분산 I/O 제품 포트폴리오는 어떻게 되나.
▲우리 B&R산업자동화는 현재 「X20시스템」과 「X67시스템」, 「XX Box(Compact I/O)」, 「XV 시스템」등의 분산 I/O 제품을 공급하고 있다.
X20시스템은 제어 캐비닛용이며, X67시스템은 제어 캐비닛 없이 직접 기계에 설치하는 타입, XX Box는 특화된 I/O 조합의 콤팩트 I/O, XV 시스템은 범용 밸브 매니폴드 연결 툴이다. 모델명에서 알 수 있듯이 X20시스템은 IP20 등급이며, X67시스템은 IP67 등급으로 제작이 된다.
통신 인터페이스 부분에서는 B&R에서 개발한 Ethernet POWERLINK 외에 CANopen, DeviceNet, Profibus DP, Ethernet TCP/IP 및 Modbus, Interbus 등의 버스 컨트롤러를 통해 상위 컨트롤러와 쉽게 인터페이스를 할 수 있도록 지원하고 있다.
-분산자동화 시장의 확대와 함께 I/O 신제품들이 속속 선보이고 있다. 이들 신제품은 메인터넌스나 와이어링 측면에서 보다 간편해진 것이 특징이다. B&R의 제품은 이러한 측면에서 어떤 장점이 있나.
▲B&R의 X20시스템은 타사의 CPU와도 통신이 가능한 제품으로서, 슬라이스 타입으로 설치공간을 50%까지 절감할 수 있다.
X20시스템은 터미널 블록과 일렉트로닉스 모듈, BUS 모듈 이 세 가지가 각각 분리되는 구조로 개발되어, 일렉트로닉스 모듈이 고장이 났을 때도 Power On이 되어 있는 상태에서 분리가 가능해 기계를 다운시키지 않고 메인터넌스할 수 있다는 것이 장점이다. 또한 터미널 블록이 분리가 때문에 Free Wiring이 가능하고, PLC 메인터넌스를 위한 작은 홀(Hole)들이 있어서 PLC 메인터넌스를 위한 테스터를 집어넣을 수 있기 때문에, PLC의 메인터넌스를 손쉽게 해준다는 것 역시 X20시스템의 중요한 장점 가운데 하나로 꼽힌다. 이밖에도 흰색, 청색, 붉은 색 등 색상별로 인식 태그가 있어서 메인터넌스 시 실수를 방지할 수 있다. 사이즈 역시 12.5×99×75mm로 콤팩트하다. 그리고 필요에 따라서 슬라이드 타입의 X20을 거의 무한으로 확장할 수 있다.
슬라이스 타입의 X20 시스템
-X20시스템이 B&R의 주력 제품인 것으로 아는데, 글로벌 시장 및 국내시장에서 주요 수요처가 어떻게 되나.
▲유럽시장의 경우 X20 시스템이 확장성의 장점을 인정받아, 특히 반도체 및 자동차 등 I/O 포인트가 다수 적용되는 어플리케이션에서 판매에 호조를 보이고 있다.
국내에서는 플라스틱 압출기 및 패키징 등 OEM 시장을 중심으로 판매가 확대되고 있다.
B&R에서는 이 X20 시스템 외에도 액이 흘러내리는 음료수 및 우유, 샴푸 등 패키징 분야에 적합한 IP67 등급의 X67시스템과, 솔레노이드 밸브 전용 Output인 XV시스템 등의 I/O 제품에 대한 영업에도 박차를 가하고 있다.
-X20 시스템의 확장성은 어떻게 되나.
▲한 I/O 스테이션에서 253개까지의 모듈을 꽂을 수 있다. 또 각각의 스테이션 간 확장거리는 100M로서 이것은 타 업체에서는 찾아보기 힘든 사양이다.
열악한 환경에 적합한 X20c시리즈. 코팅된 I/O 모듈이다.
-X20 시스템에는 CPU모듈이 있나.
▲상위 레벨에 사용할 수 있는 고성능 CPU 모듈과 이보다 성능이 낮은 범용 CPU 모듈이 있어서, 어떠한 디바이스와도 통신이 될 수 있는 모듈이 지원된다.
-X20 시스템에는 어떤 특수모듈들이 제품화되어 있나.
▲하나의 모듈이 바코드 리더와 인터페이스 되는 「COM slice」라는 제품이 있다. 이 제품은 RS232, 485, CAN 등 전용 인터페이스 카드가 있어서 카메라와 같은 제 3의 디바이스와 연결할 수 있다.
또 로드셀 전용 모듈과 Ultrasonic Path Measurement, 전류를 측정할 수 있는 디지털 Output, 모듈과 관련해 리졸버 피드백을 받을 수 있는 리졸버 모듈, Potentiometer Supply 등의 특수 모듈이 출시되어있다.
이 가운데 디지털 Output의 경우 로드 쪽에 이상이 발생해서 전류에 변화가 생겼을 경우 이를 빨리 감지할 수 있는 제품이며, Potentiometer 전용모듈은 정밀도가 요구되는 분야에 적용되어 오차범위를 줄여줄 수 있다. 또한 Fieldbus 모듈 중, DALI, M-Bus, ASi, HART 와 같이 특화된 환경에서 사용하는 다양한 특화된 통신 또한 지원한다.
-X20시스템은 가격 경쟁력 측면에서는 경쟁력이 있나.
▲미국 및 유럽산 등 경쟁사 제품과 비교할 때 충분한 가격경쟁력을 확보하고 있는데다, 앞서 설명한 제품의 장점 때문에 시장 확대에 유리한 입지를 확보하고 있다.
특히, X20시스템은 동일한 사이즈에서 한 모듈이 디지털 I/O를 16점까지 지원할 수 있어서, 전체적으로 봤을 때 12 mm의 동일한 사이즈에서 4포인트가 더 지원이 되기 때문에, 유저에게 가격적인 이점을 제공하고 있다.
-새롭게 출시된 콤팩트 타입의 X20은 어떤 제품인가.
▲우리 B&R에서는 제품의 소형화를 지속적으로 추진하고 있다. 이번에 출시된 콤팩트한 X20 I/O 모듈은 콤팩트한 하우징에 최대 2 앰프까지 전환 가능한 기능성을 제공하는, 컴포넌트 밀도가 증가된 제품이다.
X20 DO9323은 X20 폼팩터에서 8 푸시-앤드-풀 출력을 제공하며, X20 DO6639는 30 VDC 또는 230 VAC의 6x 릴레이 모듈이다.
DO8323의 디지털 출력은 전기적으로 분리되어 있고, 하이 사이드, 로우 사이드 또는 푸시-앤드-풀 방식으로 와이어링될 수 있다. 따라서 모듈은 12~24 VDC의 공칭 전압 및 0.5A까지의 정격 전류와 full-bridge로 동작하는 최대 4 개의 DC 모터를 제어할 수 있다. Half-bridge로 동작할 때는 최대 8개의 모터를 제어할 수 있다.
DO6639 모듈은 NO 접점의 6개의 독립적인 릴레이가 있다. 그리고 30VDC이나 230VAC 에 2앰프로 로드될 수 있다. 이러한 방식으로 B&R은 230VAC 릴레이를 위한 컴포넌트 밀도를 현저하게 개선했다.
-XV시스템은 어떤 제품인가.
▲XV시스템은 SMC를 비롯한 Festo, Metalwork, Burkert, ASCO Joucomatic, Rexroth, Norgren 등의 업체의 다양한 범용 밸브 매니폴드 연결 툴로서 B&R 기기 간 통신인 X2X (기본 24 pin parallel port 사용) 링크를 이용해서 다양한 업체들의 솔레노이드 밸브를 상위 컨트롤러에 연결시켜준다. 전장 바깥에 장착해서 센서선과 가장 가깝게 끌어올 수 있는 것이 이 제품의 장점 가운데 하나다.
-XV 시스템의 주 수요처 및 채널수는 어떻게 되나.
▲XV 시스템은 음료수나 샴푸 등 액에 의해 제품이 손상될 수 있는 산업분야에 효과적인 제품으로서 8, 16 또는 24채널이 지원된다.
1㎲의 응답속도를 실현하는 B&R의 reACTION 기술은 X20과 X67 I/O뿐만 아니라, 새로운 X20 콤팩트 컨트롤러에서도 사용할 수 있다.
-최근 출시되는 신제품들 가운데, 열악한 환경에서 사용할 수 있는 I/O 제품들이 눈에 많이 띤다. B&R은 열악한 환경에서 사용할 수 있는 I/O 제품군이 있나.
▲B&R은 최근, 열악한 환경에 적합한 X20c시리즈를 출시했다. ‘코팅된’ 콤팩트 컨트롤러 및 I/O 모듈은 전자 모듈에 특수 코팅을 하여 습기 및 부식성 기체로부터 보호된다. 따라서 부식이 잘 일어날 수 있는 환경에서 사용하기에 적합하다.
전자 모듈에 되어있는 코팅은 습기 및 부식성기체의 영향으로부터 컴포넌트와 서킷보드를 보호한다.
특히, 우리 B&R에서는 X20 시스템이 사용될 수 있는 어플리케이션의 범위를 세 번이나 확장했다. 모든 X20 모듈의 동작온도 범위는 최근 -25°C 에서 +60°C 로 확장됐으며, X20 시스템은 또한 Germanischer Lloyd(GL)로부터 해양 어플리케이션에 대한 인증을 받았다.
-메이저급 자동화 업체들이 에너지 측정을 위한 I/O 모듈을 출시하고 있는데, B&R에서 최근 출시된 신제품으로는 어떤 것들이 있나.
▲B&R에서도 최근, 새로운 온도 및 전력 측정 모듈을 출시했다.
4 와이어 저항 측정 타입의 온도 측정 모듈 및 333 mV 출력의 외부 변압기를 연결하기 위한 4개의 전류 입력 단자가 있는 에너지 측정 모듈을 추가함으로써, X20 I/O 시스템을 확장시켰다.
IEC 60751을 만족하는 최대 4 개의 플라티늄 PT100 온도 센서는 4 와이어 연결 기술을 사용하여 X20ATB312 온도 측정 모듈에 연결될 수 있다. 12.5 mm 폭의 소형 4 채널 X20 모듈은 X20TB1F 16 핀 터미널 블록을 사용하여 와이어링될 수 있다. 이 모듈은 4 와이어 연결 및 0.01°C의 해상도를 위해 일정한 공급전원을 가진 PT100 센서를 이용한 저항방식의 온도 측정뿐만 아니라 직접 저항측정도 가능하며, 각 채널당 개별적인 필터 시간을 설정할 수 있다.
또 X20AP3161이 에너지 측정 모듈에 새롭게 추가됐다.
이 제품은 최대 3x 480 VAC을 받을 수 있는 3개의 전압 채널과 외부 전류 변압기를 연결하기 위한 4개의 전류 채널을 갖추고 있다. 이 모듈은 각각의 상별로 혹은 전체에 해당하는 유효, 무효 그리고 피상 전력을 측정한다. 각 상별 전력 소비량과 전체 소비량도 기록된다.
또한 최대 31차 고조파까지 전류 및 전압을 측정하기 때문에 매우 정확하다. 고감도 및 4번째 채널이 있기 때문에, 중립선에 누설 전류를 측정하는데 특히 적합하다. 이 신호는 디지털 변수의 형태로 전달되기 전에 사전 처리되기 때문에, 컨트롤러의 부하를 감소시킨다.
-B&R에서 최근 마케팅에 주력하고 reACTION 기술은 어떤 것인가.
▲분산제어의 개념이 달라지고 있다. CPU가 여러 개로 분산되고, I/O 자체가 CPU와 메모리를 가지고 있어서, 입력이 들어왔을 때 CPU의 부담을 덜어주는 개념으로 변화하고 있다.
reACTION 기술은 펑션 블록 에디터에서 작성된 프로그램이 CPU를 거치지 않고 X20 및 X67시리즈 I/O 모듈에서 직접 실행이 됨으로써, 내부 데이터 전송이 필요 없고, 응답 시간을 1μs까지 줄여준다. B&R은 Automation Studio 4 개발 환경의 이점을 활용하여, 소프트웨어 모듈들을 분산된 하드웨어에 할당하고, 모듈의 로직 컴포넌트들의 잔여 용량을 최대한 활용한다. 이를 통해 펑션 블록 라이브러리는 업데이트되면서 그곳에 저장될 수 있다.
그리고 이 라이브러리들은 I/O 모듈에서 마이크로 컨트롤러의 명령어들처럼 실행될 수 있어서, 시간에 민감한 서브 프로세스가 표준 하드웨어에서 구현될 수 있고, 특정 모듈의 필요성을 제거하여, 네트워크와 컨트롤러 모두의 부하를 상당히 감소시킨다. B&R에서는 이 reACTION 기술에 대해 특허를 획득했다.
이 reACTION 기술이 소개되기 전에, B&R에서는 NetTime이라는 기술을 먼저 선보였다.
NetTime 기술은 나노초 범위의 정확도로 POWERLINK를 통해 실시간 클럭 동기화를 제공하는 기술로서, 여러 엔코더의 위치 및 분산 I/O를 동기화할 수 있도록 해준다.
B&R의 reACTION과 NetTime은 제어성능의 새로운 패러다임을 가져다준다.
예를 들어, NetTime 기술은 병 방향을 감지하는 로터리 라벨링 기계에 있는 것과 같은 고가의 지능형 센서를 대체하는데 사용될 수 있다. 샘플타임 50μs의 아날로그 입력 모듈은 병을 스캔하고, 시간당 최대 80,000병까지의 정확한 병 정렬을 위한 데이터를 제공할 수 있다.
접착슈팅, 코드 스탬핑 및 불량 제품 분류와 같은 다른 고속기계 기능은 분산 I/O와 모션 제어를 동기화하는 B&R의 reACTION과 NetTime 기술을 결합시킬 수 있다. 디지털 출력은 125ns의 분해능으로 제어될 수 있으며, 등록마크 또는 제품감지와 같은 빠른 입력신호는 1μs의 타임 스탬프로 기록된다.
-이 1㎲ 응답속도는 기존 솔루션으로는 구현할 수 없나.
▲기존 솔루션에서의 응답시간은 네트워크 성능 또는 노드 수, 그리고 네트워크 트래픽 및 컨트롤러의 성능과 같은 여러 가지 요소에 의해 영향을 받는다. 기존 신호처리로 I/O 모듈의 입력 드라이버는 입력 신호를 읽은 후, 로직 신호로 변화시킨다. 그리고 이 신호는 네트워크를 통해 중앙 PLC로 전송된다. PLC는 신호를 처리하고, 다시 모듈로 신호를 보낸다. 출력 드라이버는 다시 한 번 전환하여 필요한 곳으로 보낸다. 이러한 방식으로 ms 이하의 응답시간을 달성하기란 불가능하다.
우리 B&R에서 reACTION 기술을 개발할 때의 목표는 I/O 모듈 자체에 직접적으로 가능한 한 많이 통합시킴으로써, 신호처리를 가속화하는 것이었다. 동시에 중앙 집중식 소프트웨어 관리의 이점을 놓치지 않는 것이 목표였다.
새로운 reACTION 기술은 입력신호가 수신되는 시간과 제어신호가 전송되는 시간 사이의 지연을 줄여서 1㎲까지 낮춰준다. 기술 자체는 내장형 FPGA 칩의 I/O 모듈에 기초한다. B&R은 병렬로 신호를 빠르게 처리할 수 있는 FPGA 칩을 사용한다. 약 10개의 연결된 펑션블록과 FPGA의 처리 시간은 약 0.8㎲이다.
-B&R 외에 I/O에 FPGA 칩을 사용하는 PC 베이스 자동화 업체가 있다. FPGA 프로그래밍이 쉽지 않은 것으로 알고 있는데.
▲우리 B&R 개발자가 직면했던 과제 가운데 하나가 FPGA와 관련된 어려움이었다. B&R은 Automation Studio 개발환경에서 FPGA를 관리하고 프로그래밍할 수 있게 함으로써, 이에 대한 해결책을 얻었다. IEC 61131 펑션블록 형태로 프로그램과 파라미터를 개발함으로써 이것이 가능하다.
I/O와 CPU 태스크 간의 통신은 프로세스 변수들의 교환을 통해 통상적으로 처리된다. AND, OR, XOR, NOT 같은 로직 오퍼레이터의 사용이 가능하고, ADD SUB, MUL, DIV같은 산술 연산자도 사용할 수 있을 뿐만 아니라, Flip-Flop, PWM, Comparator Function과 Counter도 가능하다.
B&R 고객에게 익숙한 소프트웨어 개발같이 쉽게 접근하여, reACTION 기술은 새로운 차원의 속도를 열었다.
-reACTION 기술은 B&R의 모든 I/O에서 사용될 수 있나.
▲reACTION 기술은 X20과 X67 I/O뿐만 아니라, 새로운 X20 콤팩트 컨트롤러에서도 사용할 수 있다.
-올 2014년 B&R의 분산 I/O 비즈니스는 어떠한가.
▲CPU 비즈니스가 지난해에 비해 좋지 않은 상황을 보이고 있다. 그러나 I/O 단품만으로는 변화가 거의 없다. 올 상반기 동안 제철분야나 자동차, LCD, 반도체 업계의 투자가 없었기 때문에 이에 대한 영향이 자동화 분야에 미치고 있다. 좋았던 산업분야를 꼽는다면 제약분야가 있다.
올 3/4분기부터 포스코 등 일부 대기업의 투자계획이 있어서 이에 대한 기대를 하고 있다.
-분산 I/O의 시장 확대 전략은 어떻게 전개해 나가고 있나.
▲reACTION이라는 빠르고 좋은 솔루션을 필요로 하는 데가 아직까지는 많지 않은 편이다. 따라서 B&R에서는 경기에 민감하지 않은 특화된 시장을 찾아, 이를 공략하는데 초점을 맞추고 있다.
B&R은 제품의 장점을 활용해 틈새시장을 공략하는 한편, I/O를 CPU 및 모션파트 등을 위한 영업적인 툴로 적극 활용해 나간다는 전략이다. 특히 I/O 단독이 아닌 모션 및 화면 등의 제품과 연계된 시스템 판매에 중점을 둔 시장 확대 전략을 전개해 나가고 있다.
반도체나 자동차 분야는 DeviceNet이나 Profibus와 묶여 시장이 형성되어 있어서, 우리 내부적으로는 소형 단독장비 분야의 수요에 초점을 맞추고 있다.
특히, 올해부터는 I/O 단독 비즈니스도 차츰 확장해 나가고 있다. 이것은 이러한 수요가 시장에서 나오고 있기 때문에 이에 대한 대응책이기도 하고, 우리 B&R의 인지도를 확대하는 방편이기도 하다.
우리 B&R에서는 이 1μs 기술을 저 사양 PLC에서도 사용할 수 있도록 지원하고 있다. 보통 CPU가 좋아야 reACTION 기술을 사용할 수 있다고 생각하는데, 이 통념을 깨고 저 사양의 PLC에서도 이 기술을 사용할 수 있게 했다.
reACTION이나 NetTime과 같은 고급 기능을 굳이 사용하지 않을 이유가 없다. 따라서 고부가가치 시장을 찾는 것이 우리의 과제다.
현재 포장산업의 기술은 품질이나 수량 측면에서 한국이나 중국이 별 차이가 없다. 따라서 속도를 높일 수 있는 방안을 모색해야 하는데, 그 가운데 하나가 reACTION 기술이 될 수 있다.
-분산 I/O의 기술 트렌드를 어떻게 전망하나.
▲앞으로 과거의 분산화가 아닌, reACTION 기술 같은 분산화 기술이 트렌드로 자리 잡을 것으로 예상된다. 여기에는 필드버스라는 통신이 기반이 될 것으로 보이며, 분산제어를 담당하는 것이 CPU가 아니라, 통신이 될 것이라는 것이 나의 생각이다.
또 앞으로 전력이 중요한 산업이 될 것으로 예상이 된다. 에너지를 보다 적게 쓸 수 있는 스마트 팩토리, 더 나아가서 인더스트리 4.0의 요구에 맞는 reACTION 기술이나 분산 I/O가 주목을 받을 것으로 예상이 된다.