스마트 팩토리, 센서가 지능화돼야 ! 

스마트 팩토리나 IIoT(Industrial Internet of Things)는 공장 내 모든 기기와 장비가 인터넷으로 연결되어 모니터링됨으로써, 장비나 기기가 고장 나기 전에 예지보전을 통해 설비의 다운타임을 줄이고, 생산성과 가용성을 높이는 것을 목적으로 한다. 이것을 가능하게 하는 가장 첫 번째 단계가 바로 IO-Link다.
IO-Link는 공장의 가장 아랫단에 위치한 센서의 상태 진단정보를 상위에 올려서 모니터링을 통해 이상 징후가 나타나기 전에 예지보전을 함으로써, 장비의 다운타임을 줄일 수 있기 때문에, 스마트 팩토리나 IIoT라는 새로운 제조 트렌드와 함께 주목을 받고 있다.
따라서 발루프(Balluff)나 터크(Turck), 로이체 일렉트로닉(Leuze Electronic)과 같은 센서 전문 업체들은 물론, 공장 아랫단부터 ERP 전 단계까지 전체 솔루션을 공급하고 있는 지멘스(Siemens)나 로크웰 오토메이션(Rockwell Automation), 오므론(Omron)과 같은 내로라  하는 글로벌 자동화업체들이 IO-Link를 지원하는 센서와 디바이스를 속속 출시하고, 4차 산업혁명 시대를 주도하기 위한 분주한 움직임을 보이고 있다.
스마트한 공장을 구현하기 위해 앞으로 와이어리스(Wireless) 센서가 잇달아 출시될 것으로 예상이 되며, 이더넷이 가능한 제품으로 기술이 진화되어 나갈 것으로 전망된다.
주력업체들의 IO-Link 기술 전개와 시장전략을 취재했다.
<기획ㆍ취재/최교식 기자 cks@engnews.co.kr>

발루프 코리아(Balluff Korea) 강철민 지사장

발루프 IO-Link 제품군

-IO-Link란 무엇인가.

▲IO-Link란 컨트롤러와 센서·액추에이터와 같은 디바이스 간의 통신을 위해 글로벌하게 표준화(IEC 61131-9의 규격)된 기술을 말한다. 인터페이스는 필드버스 독립적이며, 비 실드 산업용 케이블을 사용해 포인트 투 포인트(Point-to-Point) 연결을 한다.

IO-Link는 모든 센서의 신호를 컨트롤러로 전송해주거나, 반대로 컨트롤 데이터를 센서와 액추에이터 레벨로 연결해준다. 따라서 어떻게 모든 센서를 필드버스 레벨로 통합하느냐 하는 것이 핵심이다.

IO-Link는 컨트롤러를 통해 IO-Link 디바이스를 위한 파라미터의 자동 컨피규레이션과 진단을 가능하게 한다는 것이 큰 장점으로, 세 가닥의 비 실드 케이블을 그대로 사용해 설치할 수 있고, 이 케이블은 20미터까지 연장할 수 있다.

-스마트 팩토리에서 왜 IO-Link 통신이 중요한가.

▲스마트 팩토리에서는 기존보다 많은 I/O 디바이스 사용이 필요하고, 이러한 디바이스들은 점점 프로세스 파라미터의 능동적 세팅 및 모니터링, 그리고 자기진단 등 지능적인 기능이 요구되고 있는데, 이런 것들은 필드버스 통신의 범주에서 제외되고 있다.

그러나 지능적인 기능을 갖춘 센서 및 액추에이터와 같은 디바이스들을 통합하기 위해서는 추가적인 와이어링(Wiring)과 적절한 인터페이스 솔루션이 필요하다.

IO-Link는 바로 이러한 필드버스와 센서/액추에이터, 밸브의 on/off 동작과 관련된 신호를 기존에 사용하던 3선식 비 실드타입의 케이블을 그대로 사용하여 Point to Point 연결을 가능하게 하는 통신 링크이며, 최초의 범용적인 스탠다드 인터페이스다. 스마트 기기의 사용이 빈번해지는 현 상황에서 이러한 스마트 기기를 통한 진단기능과 파라미터라이제이션 (Parameterization)을 용이하게 할 수 있기 때문에 스마트 팩토리를 구현하는데 있어서 IO-Link가 중요해지고 있다.

IO-Link가 활용되는 다양한 영역

-IO-Link는 Industry 4.0이나 IIoT를 구현하는데 어떤 이점을 제공하나.

▲새로운 제조 트렌드가 추구하는 것 가운데 하나가, 장비를 모니터링해서 고장이 나기 전에 미리 예지 보전하는 것이다. 앞서 얘기했듯이 IO-Link를 이용하면 컨트롤러를 통해 센서의 진단이 가능해지고, IO-Link 센서가 장비의 상태를 모니터링함으로써 장비의 문제점을 탐지할 수 있을 뿐 아니라, 생산 라인의 진단 정보를 지속적으로 제공함으로써 유지보수의 필요 여부를 보다 효율적으로 예측할 수 있다. IO-Link 통신 프로토콜을 통해 실시간으로 데이터와 진단 정보를 전달함으로써, 장비의 생산성까지 향상시킨다. 또, IO-Link 마스터는 센서와 컨트롤러 간의 통신을 간소화시키는 이점이 있다.

특히, IO-Link 센서와 마스터를 사용하면 마스터 한 두 개와 허브로 PLC와 연결이 되기 때문에 배선을 없애고, 기존의 중앙집중식 컨트롤을 분산화할 수 있다.

이러한 이점 때문에, 최근 IO-Link에 대한 관심이 증가하고 있다. IO-Link는 단기적으로는 효율적인 생산공정을 도와줄 뿐 아니라, 설비 투자비용을 줄일 수 있으며, 중장기적으로는 유지보수의 용이성 덕분에 비용 절감을 실현할 수 있다.

자동차 업계, 특히 파워트레인 어플리케이션에는 IO-Link를 이용한 이러한 분산화된 솔루션이 이미 많이 적용되어 있다.

-IO-Link가 적합한 어플리케이션으로는 어떤 것이 있나.

▲IO-Link는 센서의 성능보다, 센서나 액추에이터, 밸브를 어떻게 용이하게 필드버스와 연결해 주느냐 하는 측면에서 마스터와 허브가 중요하다.

근접센서의 경우, 파라미터를 바꿔야 할 필요가 없지만, 밸브나 펌프는 파라미터를 계속 바꿔져야 하는데, IO-Link 통신을 이용하면 HMI에서 자동으로 파라미터를 인풋해서 파라미터를 자동으로 바꿔준다. 또, 압력센서는 압력 레인지를 조절해줘야 PLC 단에 시그널을 보여줄 수 있기 때문에 이럴 땐 IO-Link가 편리하다.

-실제 공장 단에서의 IO-Link에 대한 반응은 어떠한가.

▲초기비용에 대한 부담은 있으나, Industry 4.0 기반 스마트 팩토리 구현을 위해 필요한 솔루션이라는 점에는 대체적으로 공감하는 분위기가 확산되고 있는 상황이다.

그러나 엔지니어와 경영층에서는 IO-Link가 좋은 기술이고, 스마트 팩토리로 가기 위해서는 필요한 기술이라는 것을 인식하고 있는데, 정작 현장 메인터넌스 관련 부서에서 IO-Link를 사용하는 것을 꺼려하고 있다. 변화를 좋아하지 않는 것이 그 원인으로, 기존 리모트 I/O를 바꾸는 것을 선호하지 않기 때문에, 아직까지 공장에서 IO-Link가 많이 사용되고 있지는 못하다.

국내에서도 스마트 팩토리에 대한 관심은 높지만, 아직 대부분의 기업에서는 개념에 대한 이해수준에 머물러 있는 것이 현실이다.

-IO-Link 통신을 지원하는 발루프 제품군으로는 어떤 것들이 있나. 또 현재의 IO-Link 시장에서 발루프의 위치는 어떠한가.

▲발루프는 50년 이상의 센서 경험을 가진 기업으로, 현재 및 앞으로 출시될 발루프의 센서그룹 제품들은 모두 기본적으로 IO-Link를 지원하고 있으며, 센서 제품군 외에, 마스터와 허브, 인덕티브 커플러 등 많은 제품들이 IO-Link 통신을 지원하고 있다.

IO-Link 통신을 지원하는 제품으로는 IO-Link Master와 IO-Link용 스마트 센서 허브 외에도, 스마트 램프, 산업용 RFID, 기계식 멀티 포지션 스위치 및 압력센서나 거리측정용 센서·레이저 센서·컬러 센서·아날로그타입 근접센서와 같은 IO-Link용 센서와 비접촉식 인덕티브 커플러, 밸브 커넥터 등이 있다.

현재 전체 IO-Link 시장의 60% 정도를 발루프가 점하고 있을 정도로 발루프가 IO-Link 시장을 주도하고 있으며, 제품 종류나 설치실적 등에서 메이저 기업으로 자리 잡고 있다.

-발루프가 전체 IO-Link 시장의 60%를 차지할 수 있는 이유는 무엇인가.

▲발루프가 전체 IO-Link 시장의 60%를 차지할 수 있는 이유 가운데 하나는 마스터와 허브의 다양성이다. 프로피버스와 프로피넷, CC-Link, CC-Link IE, 디바이스넷, EtherNet/IP. EtherCAT, 산업용 이더넷 등 출시되어 있는 대부분의 이더넷과 필드버스를 지원한다.

또 PLC업체와 공조체제를 구축하고 시장을 확대해 나가고 있는 전략 역시, 우리 발루프가 IO-Link 시장을 주도할 수 있는 이유 가운데 하나다.

-발루프의 IO-Link 제품군의 특장점은 무엇인가.

▲우선 IO-Link 마스터는 다양한 필드 인터페이스를 지원하며, IP67까지 높은 IP등급을 지원한다. 또 최대 16포트까지 포트 수가 다양하다.

또 스마트 센서 허브는 다양한 환경에서 사용할 수 있도록 다양한 재질로 제작이 된다. 일예로, 용접 어플리케이션에서는 접지가 중요한 요인이 되는데, 이 접지를 방지하기 위해 메탈이 아니라, 플라스틱 재질로 제작이 된 스마트 센서 허브를 공급하고 있다. 또 한 개의 센서용 허브를 증설할 수 있는 확장성 역시 장점 가운데 하나다.

파워 서플라이의 경우에는 지속적인 모니터링과 라이프타임 및 스트레스 레벨, 부하 레벨 정보를 제공한다.

이송시스템을 위한 IO-Link RFID

-발루프의 IO-Link Master는 어떤 점이 특징인가.

▲앞서 얘기한 대로 우리 발루프의 IO-Link 마스터는 상위 컨트롤러와 연결이 용이하도록 다양한 필드 인터페이스를 지원한다. 또한 마스터 모듈은 4채널부터 16채널까지 연결할 수 있는 IO-Link 포트를 지원함으로써, 확장성 측면에서 상당한 장점을 제공한다.

-IO-Link 분야에서 발루프가 가질 수 있는 경쟁력은 어떻게 설명될 수 있나.

▲전 세계 자동차 분야에서 발루프는 관련 수요를 주도하고 있는 메이저 업체다. IO-Link와 관련해 레퍼런스가 많기 때문에, 고객들의 신뢰가 높고, 선호도가 강하다. 국내 자동차 파워트레인 분야에서도 발루프의 IO-Link 제품을 거의 사용하고 있다.

IO-Link 시장의 60%를 차지하고 있기 때문에 가격경쟁력이 뛰어날 수밖에 없고, 제품의 다양성이나 성능 역시 경쟁사 대비 월등하다.

-IO-Link 통신과 관련된 향후 제품 포트폴리오 계획은 어떠한가.

▲발루프에서는 일반 필드버스 외에 IO-Link Interface를 기반으로 세이프티(Safety) 관련제품을 준비하고 있다.

프로피세이프를 내장한 F-CPU나 가드 록킹 디바이스, 세이프티 라이트커튼, 파워서플라이, 세이프티 I/O 디바이스, 인터록킹 디바이스, E-Stop 등의 출시를 준비하고 있다.

특히, 지난 2016 SPS IPC Drives 전시회에서 두 가지 신제품이 소개됐는데, 그 가운데 하나가 IO-Link 기능이 탑재되어 있는 세이프티 제품이었다. 프로피세이프(PROFISAFE)를 탑재한 IO-Link Master 제품이 업계 최초로 출시가 됐다.

또 하나는 스마트 카메라로, 과거와 같이 사물의 존재유무나 위치불량, 흠을 감지하는 단순한 제품이 아니라, 카메라 기능이 들어가 있는 비전센서가 새롭게 선보였다.

-발루프의 스마트 팩토리 전략은 무엇인가.

▲Industry 4.0를 가능하게 하는 요인은 크게 Interoperability, Virtualization, Decentralization, Real-time Capability, Service Orientation, Modularity가 있다. 또한 스마트 팩토리 개념이 한 축인 IIoT(Industrial Internet of Things)는 흔히 Physical Object(객체) 또는 Things(사물) 간의 데이터 교환 및 수집이 가능한 네트워크라고 할 수 있다. 발루프에서는 이러한 기본개념에 기반하여, Networking of things for Interoperability, Decentralization, Modularity가 바로 IO-Link이기 때문에, 이를 통한 스마트 팩토리 구현에 집중하고 있다.

발루프의 입장에서 보면 스마트 팩토리의 시작은 IO-Link와 RFID다. 현재 추적성을 위해 그동안 RFID를 사용하지 않던 고객들이 RFID를 찾고 있다. 발루프에서는 고객에 맞는 RFID와 IO-Link를 제공하는데 초점을 맞추고 있고, 여기에 맞는 신제품을 계속 출시하고 있다.

스마트 팩토리나 Industry 4.0, IIoT는 단순한 컴포넌트로는 구현할 수 없다.

우리 발루프는 시스템의 가장 하단의 센서부터 PLC 전 단계까지의 모든 솔루션을 제공할 수 있는 포트폴리오를 갖추고 있으며, Profinet이나 EtherNet/IP, CC-Link 등 모든 통신 프로토콜을 지원하고 있다.

스마트 팩토리나 Industry 4.0과 같은 트렌드는 제품을 구매함으로써 얻는 단순한 가격적인 이득이 아니라, 공장의 생산성을 향상시키는 솔루션이 중요하다.

발루프는 Industry 4.0이라는 새로운 제조 트렌드에 맞게 IO-Link나 Traceability(추적성)에 필요한 RFID에 센서를 연결해서 Industry 4.0을 위한 토탈 솔루션을 공급하는데 주력하고 있고, 이것이 발루프의 경쟁력이라고 할 수 있다.

-발루프가 강한 자동차 분야를 위주로 IO-Link 시장을 확대시켜 나갈 계획인가.

▲사실 자동차 분야보다 반도체나 가전, 배터리가 큰 시장이다. 그러나 이들 분야는 초기투자를 꺼려하는 성향이 있어서 IO-Link가 빠르게 확산이 되기는 어려울 것으로 보인다.

장비제조업체도 타깃으로 하는 시장 가운데 하나다.

한국도 지난해, 전년대비 IO-Link 매출이 2배 이상 늘어났다. 발루프 전체 매출 가운데 IO-Link 비중이 5% 정도였는데 지난해 10%로 늘어났고, 한국의 경우에는 전체매출 가운데 15%를 IO-Link가 차지하고 있다.

센서보다는 밸브나 펌프가 IO-Link를 사용하게 되면 얻을 수 있는 특수한 이점이 있기 때문에, IO-Link 기술이 빠르게 확산되는 경향이 있다.

IO-Link는 포화된 상태에서 뺏어오는 시장이 아니라, 이제 시작된, 열려있는 시장이다.

-스마트 팩토리를 위해 향후의 센서기술이 어떻게 발전이 될 것으로 예상하나.

▲IIoT와 IO-Link는 떼려야 뗄 수 없는 관계에 있다. 공장이 스마트해지기 위해서는 가장 하단의 센서부터 스마트해져야 하기 때문이다.

제품의 다양성 측면에서는 각 메이커별로 차이가 있겠지만, 대부분 IIoT 개념을 기본으로 한 제품들이 속속 등장할 것으로 예상이 된다. 그러한 예로서 앞으로 Wireless 기반의 제품들이 잇달아 출시될 것으로 보인다.

-IO-Link 유스 케이스(Use case)로는 어떤 것이 있나.

▲자동차 파워트레인에도 I/O 포인트가 10점 이상인 어플리케이션에는 모두 IO-Link를 사용한다.

전기자동차 업체인 테슬라에서도 전 공정에 발루프의 센서와 IO-Link, RFID를 사용하고 있다.

하나의 로트에서 제품을 만들고 또 다른 제품을 생산할 수 있게 하는 ‘로트 사이즈 1 매뉴팩처링’은 고객의 요구를 반영할 수 있는 유연한 생산체계를 확보하는 것이 핵심이다. 따라서 확장성, 파라미터라이제이션이 중요하며, 이를 위해서는 반드시 IO-Link 기술이 필요하다. 센서가 제대로 작동하고 있는지, 실제로 데이터를 지속적으로 보내고 있는지 지속적으로 모니터링해야 되며, 원거리에서 파라미터를 바꿔줘야 하는데, IO-Link 기술을 활용하면 이것이 쉽게 해결이 되기 때문이다.