LS산전 권대현 팀장은, RAPIEnet은 자동화, PA 및 전력 등 전 산업분야로 적용이 확산되고 있다고 말했다.

한양대학교 홍승호 교수는 IEC/SMB/SG8, IEC/TC65를 주제로 한 발표를 통해 미래의 제조시스템은 Physical과 Cyber가 연결이 되고, 버추얼 펑션이 연결이 되는 형태로 패러다임이 변화할 것이라고 피력했다.

국제표준을 담당하는 국제기구 가운데 IEC(국제전기기술위원회)는 주로 전기적인 사양을 다루며, IEC에는 여러 기구가 있는데, 그 중 SMB(Standardization Management Board)는 표준을 직접 다루는 역할을 하고, 그 하위에 기술위원회(TC)와 전략 그룹(SG) 등이 있다.

IEC TC65는 산업용 공정계측, 제어 및 자동화를 위해 사용되는 시스템과 요소기술에 대한 국제표준의 제정 및 개정업무를 수행하는 IEC 산하 기술위원회로서, 그동안 필드버스 및 산업용 이더넷에 대한 국제표준을 수행해왔다.

IEC TC65는 스마트 제조(Smart Manufacturing)와 관련된 기술위원회로서 몇 개의 워킹 그룹이 있다. TC65 WG16는 디지털 팩토리, TC65 ahG3는 스마트 제조 프레임워크 및 시스템 아키텍처, TC65/SC65E ahG1은 스마트 제조 정보 모델, TC65/SC65E JWG5는 Enterprise-control System, TC65/SC65E WG8 OPC는 IEC62264(MES), PLCopen, AutomationML, Mapping for 61360 properties를 우선적으로 다루는 각각의 워킹 그룹이다.

미래에는 Physical과 Cyber가 연결이 되고, 버추얼 펑션이 연결이 되는 형태로 제조 시스템이 변화할 것

또, RAMI 4.0(Reference Architecture Model Industrie 4.0)은 독일에서 Industry 4.0을 추진하는데 있어 상이한 표준과 산업 환경의 일반적인 이해를 돕기 위한 목적으로 독일 기계설비공업협회(VDMA)가 구축하고, 국제표준화기구인 IEC 산하 SG8(전략그룹8, 스마트 제조)에서 발표한 것으로, 스마트 그리드(Smart Grid) 레퍼런스 아키텍처 모델을 참고로 만들어졌다.

RAMI 4.0은 Layer, Life Cycle & Value Stream, Hierarchy Level로 구성된 3차원 입체모델로 구성되며, RAMI 4.0 구조의 Layer 세로축은 맨 위부터 아래로 비즈니스, 펑션(Functional), 인포메이션, 커뮤니케이션, 통합(Integration), 자산(Asset)으로 되어 있다.

이 가운데 자산과 통합은 Virtual Representation을 위한 자산의 디지털화 촉진, 커뮤니케이션은 데이터와 파일의 프로토콜 및 전송, 정보는 관련 데이터, 기능은 필요한 모든 기능, 비즈니스는 관련 비즈니스 프로세스 맵핑을 위한 내용을 다룬다.

또 Life Cycle & Value Stream은 IEC 62890 표준을 기반으로 하며, 유형(Type)과 인스턴스(Instance)로 구분 후, 각각 개발과 유지·사용으로 세분한다.

Value Stream은 기술(Technology), 제품(Product)과 주문(Order), 공장(Factory)의 4 가지로 구성이 된다.

포스코ICT 박한구 상무는 공장단에서 보는 표준화는 파급효과가 큰 과제부터 시작하는 것이 중요하다고 역설했다.

슈나이더일렉트릭코리아 정성엽 팀장은 기설치 고객사와 향후 마이그레이션에 대비한 산업용 이더넷인 EtherNet/IP를 통해 Transparent Ready라는 콘셉트를 확장해 나가고 있다고 말했다.

스마트공장이나 Industry 4.0은 IT관점이 아니라, 생산현장의 관점에서 보는 것이 현실적

박 상무는 스마트 공장이란 공급되는 소재와 설비, 생산되는 제품이 어디가 아픈지, 어느 정도 심한지를 말할 수 있고, 사람의 개입 없이 서로 소통하여 고객이 원하는 제품을 자동으로 생산하는 ‘똑똑한 공장’이라고 정의했다.

Control 및 IT 도입이 실패한 것은 L0에서 L2의 공장자동화에 대한 인프라가 완전히 갖추어지지 않은 상태에서 수동조업에 따른 데이터의 신뢰도 저하가 원인이라고 말하고, IT 기술 발전의 영향에 따라 ERP나 MES의 비즈니스 자동화가 선 도입되었으나, 현재 사용율 저하가 이슈가 되고 있다고 피력했다. 박 상무는 성공적인 도입단계는 L0 → L4의 Bottom Up 방식으로 자동화를 추진하는 것이라고 역설했다.

박 상무는 업무영역의 전문가와 Control & IT 전문가가 협업하여 석세스 스토리를 만들어가야 실패하지 않으며, 서플라이 체인 상에 있는 전후방 공정, 회사 간의 제품의 품질, 재질 정보의 공유로 상호결함을 보완한 생산 체제가 구축이 되어야 스마트 팩토리가 구현이 된다고 설명했다.

또, 스마트 팩토리는 공장운전실은 컴퓨터가 공정 전체를 모니터링, 분석 및 판단을 하는 Factory Automation이 구현되고, 공장 정비실은 컴퓨터가 설비의 건전성 판단 및 수명을 예지하는 Predictive Maintenance가 구현이 되어야 한다고 말하고, 이번 2016 하노버 산업박람회의 주제가 Predictive Maintenance였다고 말하면서, 증강현실(Augmented Reality)이 제조 산업에도 도입이 되고 있다고 설명했다.

박 상무는 공장단에서 보는 표준화는 생산, 품질, 설비, 에너지, 환경 등 공장에서 발생되는 모든 데이터의 속성 표준화를 기반으로 하는 분류, 분석체계의 표준화가 기본이라고 말하고, 파급효과가 큰 과제부터 시작하는 것이 중요하다고 역설하면서, 제조 산업의 원동력인 모터와 회전체 및 유압장치를 스마트하게 하는 것부터 시작할 필요가 있다고 덧붙였다. 또 단위장치별 Smart Machine Platform을 표준화하여 개발하고 설비단위, 공장단위, 전사단위의 플랫폼으로 확산시켜 나가는 방법으로 추진해야 한다고 말했다.

또, 발전소 Generator → 송배전의 GIS, 스위칭 기어, HV Cable, 트랜스포머 → 제조현장 모터까지 모든 계통의 단위설비 상태를 실시간으로 진단하고 수명을 예지할 수 있어야 한다고 설명했다.

또, ICT 신기술을 기반으로 전후 공정과 철강을 활용한 고객사들과의 초 연결로 상호소재, 제품의 품질, 재질정보를 공유하여 새로운 부가가치 창출을 하는 Connected Smart Factory가 중요하다고 말하고, 실효성 있는 스마트 팩토리를 구축하려면 진단 컨설팅을 통해 현 수준과 목표수준을 결정하고, Gap을 달성하기 위한 과제를 도출하여, 마스터플랜을 수립한 다음 본 사업을 수행하는 것이 올바른 방법이라고 역설했다.

이와 함께, 업무 전문가 중심으로 IT 전문가와의 협업이 중요하며, 회사 자체 육성보다는 전문기술을 보유한 외부기관과 협업하는 것이 중요하며, 파일럿부터 재사용을 위한 글로벌 표준화를 바탕으로 장기적인 관점에서 단계적으로 추진해야 한다고 강조했다.

순천대학교 문용선 교수는 ‘스마트공장 보급/확산 적용을 위한 공통산업 표준개발’을 주제로 한 발표를 통해, 스마트 공장은 다양하고 개인화되는 소비자 욕구와 CPS와 IIoT, 로봇, 머신 러닝과 같은 새로운 기술의 부상 및 노동인력의 감소와 친환경 에너지 대두 등의 요인에 의해 필요성이 부상하고 있다고 설명했다.

스마트 공장이란 유연한 생산시스템, 제조공장 네트워크에 의한 정보의 통합 및 분배가 가능한 공장이라고 정의하고, 스마트공장과 관련된 표준화기구는 IEC SG8, IEC TC 65, ISO, OneM2M, IEEE 등이 있다고 말하고, 이들이 정의하는 표준화란 사용자 중심의 기술을 의미하며, 사용자가 쉽게 이용할 수 있는 표준화제품은 상호 운용성을 요구한다고 말했다.

문 교수는 RAPIEnet과 EtherCAT, CC Link IE, Ethernet/IP, Profinet, POWERLINK의 6개의 기존 프로토콜과 OPC UA를 연결해서 에너지와 로봇을 이용해 공장이 운영되는 모습을 소개했다.

또, 한국형 스마트공장 표준기술 실증장비 개념도와 함께, OPC UA와 IIoT, 로봇을 활용한 한국형 스마트공장 통합 운용 시스템을 소개하는 한편, 오픈 플랫폼을 활용하는 블록과 같은 유연한 스마트 공장을 제시했다.

CC-Link IE Field와 미쓰비시 제품으로 구성된 스마트공장 실증장비 사례 소개

한국미쓰비전기 홍성택 부장은 ‘CC-Link와 비교한 CC-Link IE 필드 네트워크의 특징’을 주제로 한 발표를 통해, CC-Link IE Field는 컨트롤러 분산제어·I/O 제어·안전제어·모션제어를 통합하는 올라운드한 필드네트워크라고 강조하고, 라인 및 장치, 기기의 레이아웃에 맞춰 스타형·라인형·루프형에 의한 플렉시블한 배선을 실현한다고 말했다.

또 1Gbps의 통신대역을 I/O 제어용의 사이클릭 통신과 추적관리성이나 기기의 진단 데이터를 수집하는 트랜전트(메시지) 통신으로 나누어 확보하기 때문에, 데이터 사이즈가 큰 트랜전트(메시지) 통신을 자주 실행해도 사이클릭 통신에 영향을 미치지 않아 안정적인 제어주기를 확보할 수 있다고 설명하면서, 정해진 시간 내에 정해진 데이터를 정확하게 보낼 수 있는 ‘정시성’과 관련한 CC-Link IE의 강점을 역설했다. 이 정시성은 CC-Link의 경우에도 동일하지만 CC-Link IE Field는 한층 더 안정된 사이클릭 통신이 가능하다는 것이 홍 부장의 설명.

또, CC-Link IE Field는 스타형, 라인형, 라인혼재형의 네트워크를 구축할 수 있고, 빈 포트에 케이블을 접속하는 간단한 배선으로 보다 더 자유롭게 필드기기를 설치할 수 있으며, 루프(링)형의 네트워크도 구축이 가능하다고 CC-Link IE Field의 유연한 네트워크 구축 능력에 대해 강조했다.

또 CC-Link IE Field 네트워크에 안전통신 기능이 추가되어 복수의 안전 PLC 간의 안전정보를 공유하는 것이 가능해졌으며, 생산라인의 각 공정단위의 안전 PLC를 배치해 CC-Link IE Field 네트워크로 접속하는 것으로, 하나의 공정에서의 안전정지에 연계하여 그 전후의 공정으로 안전하게 정지할 수 있다고 말하고, 향후에는 필드레벨의 안전제어도 CC-Link IE Field로 통일할 계획이라고 밝혔다.

또 통합 네트워크인 CC-Link IE와 심리스한 연계 프로토콜인 SLMP, 디바이스 프로파일 CSP 등 생산현장의 실시간 데이터 수집을 실현하는 요소기술에 대해 설명했다.

이와 함께 반송용 로봇 셀 시스템에서의 CC-Link IE Field의 적용사례를 설명했다. 이는 PLC와 로봇 간의 CC-Link 통신 접속으로 PLC에서 사용되는 신호를 로봇에서도 사용이 가능하기 때문에, 대량의 I/O 사용 및 HMI인 GOT와의 접속으로 로봇 조작 및 상태 모니터링, 메인터넌스(배터리 사용시간, 에러확인) 화면에서 손쉽게 조작을 가능하게 하는 사례에 해당한다. 또 CC-Link IE Field와 미쓰비시의 제품으로 구성된 스마트공장 실증장비 사례를 소개했다.

EtherCAT은 모든 제어시스템이 OPC UA를 통해 클라우드 시스템에 직접 연결될 수 있기 때문에, Industry 4.0 구현을 위한 완벽한 연결성 제공

트라이텍의 권정현 과장은 EtherCAT을 주제로 한 발표를 통해 ETG 멤버는 6개 대륙 60개국에 걸쳐 3565개 사가 확보되어 있으며, 어플라이드 머트리얼 시스템즈 등 세계 반도체 시장의 17%를 차지하는 업체들이 EtherCAT을 사용해서 장비를 만들고 있다고 말하고, EtherCAT은 유연한 토폴로지를 가진 고성능, 저비용의 사용하기 쉬운 산업용 이더넷 기술로서, 2003년 소개된 이후, 2007년부터 국제 표준이 됐으며, EtherCAT은 개방형 기술로서 누구나 EtherCAT을 구현하거나 사용할 수 있다고 강조했다.

또, EtherCAT은 네트워크의 실시간 기능을 저해하지 않으면서, 일반적인 인터넷 기술을 함께 사용할 수 있으며, EtherCAT의 ‘Ethernet over EtherCAT’ 프로토콜이 FTP, http, TCP/IP 그리고 그 밖의 다른 것들을 전송한다고 설명했다.

권 과장은 또, EtherCAT은 스위치나 허브의 필요성을 없애면서 대역폭 이용률을 높일 수 있다고 강조하고, EtherCAT이 프레임을 처리하는 독특한 방법으로 가장 빠른 산업용 이더넷 기술이 되게 했다고 말했다.

<캡션> 트라이텍 권정현 과장은 ETG와 OPC Foundation이 지난해 MOU를 체결하고 기술적 협력을 진행하고 있다고 말하고, 이를 통해 모든 제어시스템이 OPC UA를 통해 클라우드 시스템에 직접 연결될 수 있기 때문에, EtherCAT은 Industry 4.0 구현을 위한 완벽한 연결성을 제공할 수 있다고 말했다.

또 EtherCAT 네트워크는 라인이나 버스, 트리, 스타 토폴로지 등 토폴로지의 제한을 받지 않으며, 최대 65,535개의 디바이스를 연결할 수 있고, 최대 100M, 그 이상의 광케이블 사용이 가능하며, Hot Connect와 Hot Swap 기능, 링토폴로지 이중화 등을 지원한다고 설명했다.

또, EtherCAT은 중앙집중시스템 및 분산시스템 구조 모두에 적합하고, 마스터-슬레이브, 마스터-마스터, 슬레이브-슬레이브 통신을 지원하며, 하위 필드버스 통합이 가능할 뿐 아니라, 공장 전체 측면에서는 EAP(EtherCAT Automation Protocol)로 기존의 인프라를 모두 포괄할 수 있다고 말했다.

권 과장은 EtherCAT의 중요한 장점을 사용의 편리성과 저 비용의 두 가지로 설명했다.

EtherCAT은 노드 어드레스가 자동으로 설정되며, 네트워크 설정이 필요 없고, 진단 및 빠른 고장위치 확인으로 오류를 정확히 찾아내고, 특히 네트워크 구성 시 스위치를 사용하지 않으며, MAC 또는 IP 어드레스의 복잡한 조작이 요구되지 않기 때문에, 다른 산업용 이더넷보다 사용하기 쉽다고 강조했다.

또 EtherCAT은 어떤 고 성능 기반시설 요소도 필요로 하지 않으며, 마스터 디바이스는 특별한 인터페이스 카드를 필요로 하지 않고, 슬레이브 디바이스는 다양한 공급자들로부터 구할 수 있는 고도로 통합된 비용 효율적인 칩을 사용할 뿐만 아니라, 시스템을 작동시키거나 유지보수를 위한 많은 비용이 드는 IT 전문가들이 필요하지 않기 때문에, 기존의 필드버스 비용으로 산업용 이더넷의 모든 장점을 제공한다고 설명했다.

또 ETG와 OPC Foundation이 지난해 MOU를 체결하고 기술적 협력을 진행하고 있다고 말하고, 이를 통해 모든 제어시스템이 OPC UA를 통해 클라우드 시스템에 직접 연결될 수 있기 때문에 EtherCAT은 Industry 4.0 구현을 위한 완벽한 연결성을 제공할 수 있다고 말했다.

권 과장은 IPC 및 임베디드 PC, I/O, 각종 자동화 기기가 EtherCAT을 통한 실시간 제어 및 상태(진동, 온도, 안전, 에너지) 진단과 OPC UA를 활용한 상위 시스템 연결 및 통합을 통해, 스마트 팩토리를 구현하는 데모를 소개했다. 이와 함께 EtherCAT을 활용한 실시간 제어 및 상태진단을 보여주는 스마트 팩토리 표준화를 위한 EtherCAT 실증장비 화면을 소개하면서 Industry 4.0은 자동화와 IT의 융합이라고 말하고, EtherCAT은 Industry 4.0 및 IoT로 스마트 팩토리를 구성할 수 있는 이미 준비된 산업용 프로토콜이며, 오는 7월 20일 한국에서 EtherCAT 멤버미팅이 개최될 예정이라는 말로 발표를 마무리했다.

슈나이더일렉트릭 머신 PLC, EtherNet/IP 내장 웹서버 통해 항상 네트워크에 연결되어 알맞은 정보를 관련된 시스템에 제공

슈나이더일렉트릭코리아의 정성엽 팀장은 ‘EtherNet IP/OPC UA’를 주제로 한 발표를 통해, 현재 이더넷 통신은 필드버스에 비해 두 배 빠른 속도로 성장하고 있으며, EtherNet/IP는 두 번째로 큰 시장점유율을 지니고 있는 이더넷 통신방식이며, 슈나이더에서는 몇 년 전, ODVA와의 전략적 협력을 통해 산업용 이더넷으로서 EtherNet/IP를 채택, 적용하고 있다고 말했다.

정 팀장은 슈나이더일렉트릭은 표준 이더넷 통신방식, 싱글 벤더에 의한 통신방식이 아닌 상호협조적인 조직에 의한 통신방식, 기설치 고객사와 향후 마이그레이션에 대비한 산업용 이더넷인 EtherNet/IP를 통해 Transparent Ready라는 콘셉트를 확장해 나가고 있다고 말하고, ODVA는 1996년에 창립된 글로벌 협회로서, 산업자동화에서 개방된 상호운용 가능한 정보와 통신기술을 개발 홍보하고 있으며, 개방형 표준에 전념하면서 세계를 선도하는 자동화 회사들로 구성된 300 개 회원이 넘는 거대 조직체라고 설명했다.

또 ODVA에서는 EtherNet/IP를 에너지 사용관리의 최적화, 기계통합의 최적화, 공정통합의 최적화 등을 통해 에너지/기계/계장분야로 확장시켜 나가고 있다고 밝혔다.

정 팀장은 또 스마트머신에 대한 설명에서, 스마트머신은 연결이 용이하고 유연하며 효율적이고 안전한 기계를 뜻하며, 슈나이더일렉트릭의 머신 PLC는 OPC와 OPC UA, EtherNet/IP와 Modbus TCP를 지원하며, EtherNet/IP 내장 웹서버를 통해 항상 네트워크에 연결되어 알맞은 정보를 관련된 시스템에 제공하며, QR코드를 활용해 유지보수가 손쉽다고 피력했다.

또 최근 EtherNet/IP CIP(Common Industrial Protocol)에 Energy 오브젝트를 추가하면서, 디바이스 자체가 에너지 소비상황 등을 스스로 인식할 수 있도록 함으로써, 컨트롤러 및 디바이스가 별도의 미터기 없이도 에너지 정보를 획득하고 축적할 수 있게 되어, 궁극적으로 네트워크를 통해 플랜트와 공급망 전체의 에너지 관리를 가능하게 한다고 말하고, EtherNet/IP는 표준(Standard)의, 준거하는(Compliant), 진실로 상호운용적(Truly Interoperable)인, 완전히 스마트 팩토리에 준비가 되어 있는 산업용 이더넷이라고 강조하는 말로 발표를 마무리했다.

POWERLINK의 비동기 영역, 별도의 게이트웨이 없이 OPC UA와 연결

B&R 사재훈 차장은 B&R에서는 머신레벨은 POWERLINK라는 이더넷으로, 공장레벨은 OPC를 통해 전체 제조공정을 통합해 나가고 있으며, OPC UA와 POWERLINK, openSAFETY 이 3가지 통신으로 스마트 팩토리의 단일라인에 대한 인티그레이션이 가능하다고 설명했다.

사 차장은 POWERLINK의 전용 대역폭은 로봇이나 모션과 같은 실시간성 데이터와 IP카메라의 영상데이터 혹은 대용량의 로그파일과 같은 비실시간성 데이터를 하나의 장비에서 동시에 해결할 수 있게 해준다고 말하고, OPC UA는 센서 수준까지의 일관성 있는 통신을 제공한다고 강조했다.

이것은 POWERLINK 패킷구조가 Synchronous Phase와 Asynchronous Phase로 구성되어 있기 때문에 가능하며, POWERLINK는 특히 Asynchronous Phase 영역을 사용해서 펌웨어를 전송하거나 UDT, TCP, IP뿐만 아니라, OPC UA 데이터를 전송할 수 있는 구조로 되어 있으며, 이것은 별도의 게이트웨이 없이 OPC UA와 연결이 가능한 시스템을 구축할 수 있다는 것을 의미한다고 강조했다.

사 차장은 또, POWERLINK와 openSAFETY, OPC UA 이 세 가지 통신규격은 스마트 팩토리를 위한 표준 네트워크 기술을 제공하며, 이 세 가지 통신규격을 통해 자동화 계층의 수직과 수평의 통합은 물론, 원격 진단 및 관리, 웹 기반의 각종 스마트 기기와 직접적인 연결을 통한 시스템 유연성의 확장, 리소스와 에너지의 모니터링, 네트워크 기반의 세이프티 구성을 통한 세이프티 성능의 극단적인 향상과 관리비용의 혁신적인 절감을 이룰 수 있다고 피력했다.

이어서 POWERLINK와 openSAFETY, OPC UA 이 3 가지 통신규격은 표준화된 이더넷의 조화, 동기 및 비동기 데이터의 실시간 처리, 오픈 소스 솔루션, 네트워크 기반의 세이프티 솔루션, 개방형 하드웨어 플랫폼, 실시간 동기화 제어, 에너지 모니터링, 웹 기반 솔루션, 고 신뢰성·고 가용성의 원격 자원관리 시스템, 스마트 엔지니어링 환경이라는 10가지 기능을 가능하게 함으로써, 스마트 팩토리를 위한 표준 네트워크 기술을 제공한다고 설명했다.

특히, B&R의 mapp 기술은 기존 라이브러리들을사용하는 것과 달리, 스마트폰 앱을 다운로드 받아 사용하는 것처럼 어플리케이션별로 필요한 앱들을 다운받고, mapping함으로써 개발시간을 최대 67%까지 단축시킬 수 있다고 말했다. 또 앞으로 산업 애플리케이션에 카메라가 필수적으로 적용이 될 것이며, 이러한 빅데이터를 어떻게 해결할 것인가 하는 것이 과제로 대두되고 있는데, 이러한 문제를 POWERLINK로 해결할 수 있다고 역설했다.

사 차장은 앞서 설명한 10가지 기능을 활용한 데모시스템을 현재 국내에서 준비 중으로, 레드원 테크놀러지의 문용선 이사가 추진 중인 스마트 팩토리 실증장비에 탑재 예정인 POWERLINK를 통신기반의 g.b robotics 개발이 완료되는 대로 시장에 선보일 수 있을 것이라는 말로 발표를 마무리했다.