지난 3월 초에 개최될 예정이었던 국내 최대 산업자동화 전문전인 ‘Smart Factory+AutomationWorld 2020’이 코로나19 사태로 전격 취소가 됐다. 이에 본지에서는 전시회 참가를 준비해온, 자동화업계 주요 5개사를 대상으로 지상전(誌上展)을 마련했다.
스마트 팩토리(Smart Factory)는 제조 공정의 유연한 자동화, 제조라인 및 기계의 원격제어, 위험과 고장 예측 실현 등을 목표로 다양한 ICT 기술을 활용하는 것이 특징이다.
발루프 및 백호프, B&R, 파익스, 리탈 등 5개사는 공통적으로 최근 제조업계의 최대 화두인 인공지능, 클라우드, 네트워크 등의 기술을 중심으로 이러한 스마트 팩토리를 구축할 수 있는 자사의 기술력을 홍보하는데 역량을 집중한 것이 특징.
5개사가 진행하고자 했던 전시계획을 통해 제조업계의 최신 기술동향을 진단해 본다.

 

 

Beckhoff Korea 이명복 이사

 

Q. Automation World 2020을 통해 산업계에 전달하고자 하는 Beckhoff Korea의 핵심 메시지는 무엇인가?
A. Beckhoff의 메시지는 매우 명확하다. Beckhoff의 PC 기반 제어시스템은 스마트 팩토리와 같은 미래형 공장에서 요구되는 모든 기술과 제품을 갖추고 있다는 것이다.

 

Q. 메인 데모제품 및 장비는 무엇이며, 해당 장비나 제품의 특징 및 경쟁력은 무엇인가?
A. 최근 설비(장비)의 트렌드를 보면, 기구 및 전장 구성을 콤팩트화하면서, 소프트웨어적인 엔지니어링만을 추가함으로써, 시장의 수요를 충족할 수 있는 제품을 생산할 수 있도록 설계되고 있다. 따라서, 이러한 트렌드에 맞게 다음과 같은 제품군들을 전시하고자 했다.

 

1. XTS (extension Transfer System)
XTS의 가장 큰 강점은 기구적인 조립에서 벗어나 소프트웨어적인 엔지니어링으로 생산 제품의 종류를 마음껏 변경시킬 수 있는 것이다. 또한, XTS는 이송을 목적으로 하지만, XTS의 경로상에 특정 공정들도 포함이 된다. 이송을 하면서 비전으로 검사를 한다든가 또는 로봇 시스템과 협업하는 것이 그 예로, 이송과 공정을 함께 진행하게 되면 공간도 절감되고, 생산성도 향상된다. 즉, XTS는 포장 업체뿐만 아니라, 반도체 및 IT 분야에서 소량 다품종 생산품을 이송하는 어플리케이션과 비전과 로봇 및 검사공정을 결합해 설비의 공간을 최소화함과 동시에 생산성을 향상시키는 장점이 있다. 특히, 비전을 활용한 검사공정의 경우 제품의 이송 중에 공정이 이루어지는데, 이때 위치 및 속도 정밀성이 시스템의 성능을 좌우하게 된다. XTS는 200mm/s에서 ±0.15mm의 정밀성을 보증하고 있어, 이러한 정밀 공정에 매우 적합한 시스템이다.

 

XTS는 포장 업체뿐만 아니라, 반도체 및 IT 분야에서 소량 다품종 생산품을 이송하는 어플리케이션과 비전과 로봇 및 검사공정을 결합해 설비의 공간을 최소화한다.

 

2. TwinCAT Vision
TwinCAT Vision은 PLC, 모션제어, 로보틱스, 하이엔드 측정기술, IoT 및 HMI를 통합하는 범용 제어 플랫폼 TwinCAT에 포괄적인 이미지 처리 기능을 추가한다. 다시 말해, PLC 엔지니어가 PLC 비전 라이브러리를 이용하여, 기계를 제어하면서 기계의 시각적 움직임을 동시에 판단 및 처리할 수 있다는 것이 기존 머신 비전의 가장 큰 차이점이라고 말할 수 있다.

TwinCAT Vision의 가장 큰 특징 세 가지는 개방성, 실시간성, 클라우드 연결성이다. 먼저, TwinCAT Vision은 Beckhoff의 개방형 제어 기술 철학을 따른다. 첫 번째로 하드웨어에 중립적이다. TwinCAT Vision은 GigE Vision 인터페이스가 있는 라인스캔, 영역스캔 카메라와 함께 작동한다. 두 번째는 소프트웨어 확장을 지원하여 사용자가 카메라 데이터 원본에 액세스하고 자신의 이미지 처리 알고리즘을 쉽게 통합할 수 있게 해준다. 또한, TwinCAT Vision은 PLC, 모션제어, 로보틱스, 하이엔드 측정기술 및 머신비전 기능을 단일 플랫폼에 통합함으로써 뛰어난 실시간 어플리케이션 성능과 기계 효율의 상당한 향상을 실현하며, 모션이나 로봇의 불필요한 지연을 방지한다. 마지막으로, TwinCAT Vision은 TwinCAT 제어 플랫폼에 통합되어 TwinCAT IoT와 TwinCAT Analytics에 직접 연결할 수 있다. 이를 통해 클라우드와 쉽게 통신하고 클라우드 기반 서비스에 액세스할 수 있으며 인더스트리 4.0 어플리케이션을 간소화할 수 있다.

 

TwinCAT Vision은 PLC 엔지니어가 PLC 비전 라이브러리를 이용하여, 기계 머신을 제어하면서 기계 머신의 시각적 움직임을 동시에 판단 및 처리할 수 있다.

 

3. EtherCAT Plug-in modules | EJ 터미널
Beckhoff의 Plug-in modules의 EJ 터미널은 어플리케이션에 부합하는 커넥터 수준에서 결선 절차가 현저하게 줄어든다. 예를 들어, 조립된 케이블과 코드화된 커넥터를 사용할 수 있게 된다는 것이다. 이것은 생산 절차는 최대한 가속화되고, 결선 에러의 위험이 최소화되어 작업시간과 비용을 줄어들게 된다. 뿐만 아니라, 전 세계적으로 다른 위치에서 장비를 생산한다고 가정한다면, 개별 결선에 있어 전문적인 지식이 없더라도 자동화되고 코드화된 커넥터를 이용함으로써, 작업자로 인해 발생할 수 있는 결선 에러가 사라져, 예상하지 못한 위험과 에러가 최소화된 생산을 가능하게 한다. 결과적으로, 신호선의 수작업, 일반화되어 있는 전통적인 제어 케비닛 설치방식이 조립화된 케이블 장비의 간단한 플러그 방식으로 대체될 것이다.

 

4. AMP8000 (Distributed Servo Drive system)
AMP8000 분산 서보 드라이브는 장비 공간 및 제어 캐비닛 공간에 대한 요구사항을 줄이기 위해 출시됐다. AMP8000의 드라이브 통합은 매우 콤팩트한 디자인을 특징으로 최적화된 설계를 제시한다. 또한, 하나의 케이블로 EtherCAT 신호와 전원을 공급하는 ‘EtherCAT P’ 기술이 적용됨으로써, 제어 캐비닛 내부의 드라이브 기술 공간을 단일 커플링 모듈로 줄일 수 있다. 이러한 분산 드라이브 시스템은 생산 공장의 공간이 매우 협소한 반도체 생산 설비에서 큰 이점이 있을 것으로 보인다.

 

Q. 최근 제조업계의 새로운 니즈로는 어떤 것이 있나? 또 그러한 니즈에 Beckhoff는 어떻게 대응해 나가고 있나?
A. 최근 고객사들은 최대한 많은 필드레벨의 데이터를 상위 시스템으로 전달될 수 있도록 시스템을 설계하고 있다. 이러한 요구조건들은 다양한 시도와 결합 될 수 있는데, 그 첫 번째는 클라우드 및 엣지 시스템에서 방대한 양의 데이터를 분석하고 모니터링하면서 전체 공장의 운영을 최적화하기 위한 노력이라 할 수 있다. 그다음으로는 상위 시스템과 필드레벨의 연결성을 기반으로 하는 소프트웨어 엔지니어링을 적극적으로 검토하는 것이다. 고객 입장에서 보면, 이러한 노력들을 소프트웨어 플랫폼의 단일화를 구현할 수 있으며, 하드웨어적인 제어기  및 블랙박스를 제거할 수 있기 때문이다.

이러한 요구 조건들에 대해 Beckhoff는 TwinCAT 단일화 플랫폼에서 강력한 상위 및 필드 레벨의 통신 네트워크를 제공하고 있다.

 

Q. 스마트 팩토리와 관련한 Beckhoff의 경쟁력은 무엇인가?
A. 앞의 질문에서 설명한 바와 같이 최근 새롭게 요구되는 요구조건을 충족하는 것과 스마트 팩토리를 구축하는 건은 일맥상통할 것으로 보인다. Beckhoff는 이에 대해 다양한 요소기술을 갖추고 있다.

클라우드 시스템과의 통신 인터페이스는 최근 MQTT를 비롯하여 OPC UA가 많이 적용되고 있다. 이에 대한 완벽한 솔루션을 Beckhoff가 제공하고 있으며, 심지어 단지 설정만으로 필드데이터를 MQTT 인터페이스로 클라우드 시스템으로 전송할 수 있는 EK1960 제품이 있을 정도다.

Beckhoff는 TwinCAT이라는 소프트웨어 플랫폼을 제공한다. 엔지니어링 및 프로그래밍을 지원하는 툴이면서, 50us 사이클 타임의 실시간 제어 능력을 제공한다.

또한, 개방형 통신 프로토콜인 EtherCAT을 개발한 Beckhoff 는 필드 레벨의 완벽한 통신 능력을 제공하고 있으며, EtherCAT을 기반으로 한, 상태 및 에너지 모니터링, SIL3 Safety 기능 등을 갖추고 있다. 최근에는 EtherCAT G를 발표하여 산업용 통신 사용자에게 더욱 강력한 제어시스템을 제공한다. 즉, EtherCAT G가 출시됨에 따라 수백 개의 디바이스와 매우 짧은 사이클 타임을 가진 대규모 시스템도 단일 중앙 마스터를 사용하여 동기화 및 운영될 수 있다.

 

Q. EtherCAT G의 주요 어플리케이션은 어떻게 되나?
A. Beckhoff는 2018년 11월 SPS IPC Drives 전시회에서 EtherCAT G 및 EtherCAT G10을 선보였다. EtherCAT G는 표준 이더넷의 1 Gbit/s 전송 속도에서 작동하고, EtherCAT G10은 100 Mbit/s 속도로 실행되는 현재 표준 EtherCAT보다 100배 빠른 10 Gbit/s 전송 속도에서 작동한다. 이와 같은 전송 속도의 엄청난 증가는 훨씬 더 높은 데이터 처리율을 허용함으로써, 산업용 통신 사용자에게 더욱 강력한 제어 시스템을 제공한다. 즉, EtherCAT G가 출시됨에 따라 수백 개의 디바이스와 매우 짧은 사이클 타임을 가진 대규모 시스템도 단일 중앙 마스터를 사용하여 동기화 및 운영될 수 있다. 특히, 머신 비전, 광범위한 통합 데이터 네트워크 및 모션 어플리케이션에서 적용율이 높을 것으로 보인다.

 

Q. 최근 출시된 C6015 및 C6030, CX2072는 최근 IPC 기술 트렌드에 어떻게 대응하나?
A. 인더스트리 4.0, IIoT에서 가장 많이 언급되는 용어는 클라우드, 빅데이터 기술, 인공지능 등이다. 이러한 기술들은 대부분이 산업용 PC를 이용하여 구현하고 있다. 산업용 PC가 제어나 현장상태 모니터링만 하는 역할이 아닌 인더스트리 4.0과 IIoT에서 산업 현장과 클라우드 시스템 간의 게이트웨이의 역할로 발전할 것으로 보인다. 또한, 급속도로 높아지는 산업용 PC의 성능을 이용하여 산업현장에서 발생할 수 있는 다양한 데이터를 수집 및 분석할 수 있게 도와줄 것으로 예상된다. 다양한 영역에서 적용될 수 있도록 다양한 인터페이스 및 콤팩트한 폼팩트를 다양하게 제공해야 하는데, C6015 및 C6030이 이러한 요구조건을 충족한다.

 

Q. 올 한 해 제조 자동화 분야 수요전망은 어떻게 하나?
A. 올해 초만 하더라도 엔드유저들의 투자심리가 회복되는 분위기였으나, 최근 발생하고 있는 코로나 바이러스로 인해 경기가 매우 위축되고 있다. 올해 경기가 회복될 수 있도록 전반기 내에 코로나 바이러스로 인한 영향이 최소화되어야 할 것으로 생각된다.

 

Q. EtherCAT은 TSN에 대해 어떤 준비를 하고 있나?
A. TSN(Time sensitive Networking)은 IEEE802 네트워크에서 실시간 기능을 제공하는 반면, EtherCAT은 필드버스 기술 영역에서 지배적인 통신 네트워크이다. 설비에서 EtherCAT을 사용하고 머신들을 스위치를 통해 상호 연결하면 이더넷 네트워크 구조가 구현된다. 그러나 이더넷 기반의 네트워크 사이에는 실시간성을 보장하지 못하기 때문에 EtherCAT으로 획득된 데이터를 TSN 네트워크에 통해 전송하면 EtherCAT 슬레이브를 변경하지 않고도 두 기술의 이점을 결합할 수 있다.

향후 제어시스템 간의 실시간성을 기반으로 하는 통합 인터페이스로 거론되고 있지만, 아직 TSN 자체의 표준안이 발표되지 않아, 각각의 협회나 자동화 솔루션 업체에서 독자적인 TSN 기술을 발표하고 있는 듯하다. 물론 Beckhoff도 2018년 초에 이미 TSN을 지원하는 EtherCAT 버스커플러를 소개한 바 있다. 그러나, TSN의 시장이 성숙되기 위해서는 먼저 표준안이 마련되어야 할 것으로 보인다.

 

백호프의 메카트로닉스 솔루션인 XTS는 공정에서 소재를 고속으로 이송하거나 분류하는 모든 어플리케이션에 적합하다.

 

Q. 스마트 팩토리 시장을 확대하기 위한 Beckhoff의 전략은 무엇인가?
A. Beckhoff는 스마트 팩토리를 구현하기 위한 다양한 기술과 제품들을 갖추고 있다. 이를 하나의 소프트웨어 플랫폼으로 통합해 운영할 수 있는 소프트웨어 패키지 플랫폼을 구현하고자 한다. 예를 들면, 클라우드 기반의 엔지니어링 플랫폼이라든지, TwinCAT Analytics One-Click Dashboard가 좋은 예이다.

 

Beckhoff는 인공지능 및 머신 러닝에 대한 제품을 강화하여 클라우드 및 엣지 시스템에서 설비의 최적화 운영, 예측제어 등을 구현할 수 있도록 할 예정이다.

또한, 인공지능 및 머신 러닝에 대한 제품을 강화하여 클라우드 및 엣지 시스템에서 설비의 최적화 운영, 예측제어 등을 구현할 수 있도록 할 예정이다.

 

Q. 향후 스마트 팩토리와 관련해 부상할 기술로는 어떤 것을 꼽나?
A .산업현장의 필드레벨 통신과 상위 클라우드 시스템의 연결을 위한 연결성을 기반으로 하는 통합 소프트웨어 인터페이스(플랫폼)가 강화될 것으로 보인다. 이는 기존 산업현장의 통신구조에서 흔히 볼 수 있었던 제어기 간의 수직적 레벨이 아닌, 클라우드 및 엣지 시스템으로 구성되어지는 통합 제어시스템 구조로 변경될 가능성이 매우 높을 것으로 보인다. Beckhoff는 IPC 하드웨어 플렛폼을 비롯하여 상호 제어기의 연결성에 대한 제품군을 갖추고 있으며, 시장의 요구사항들을 꾸준히 모니터링하고 있다.

 

TwinCAT Vision은 PLC, 모션제어, 로보틱스, 하이엔드 측정기술 및 머신비전 기능을 단일 플랫폼에 통합한다.

또한, 인공지능 및 머신러닝 기술이 매우 가파르게 성장할 것으로 보인다. 자동화 산업에서는 예측 유지 보수 및 프로세스 제어, 이상 감지, 협업 로봇, 자동화된 품질관리 및 기계 최적화를 포함한 많은 분야에서 새로운 가능성을 열어 줄 것이다.