이더넷 기반의 산업용 네트워크
실시간 동기 제어의 핵심인 모션 컨트롤 시장을 잡아라!
이더넷 기반의 산업용 네트워크 기술들이 상위 시스템에서 하위 컨트롤러까지 수직적인 통합이 가능한 장점으로 자동화 분야에서 부각되고 몇 년의 시간이 흘렀다. 빠른 속도, 보완된 안정성뿐만 아니라 시스템의 간편화, 유지 보수의 편리성 등 다양한 장점을 지닌 이더넷 기반의 산업용 네트워크는 이런 장점들로 “자동화 산업에 새로운 표준 네트워크는 이더넷 기반의 프로토콜이 될 것”이 기정사실화 됐음에도 불구하고 기존 필드버스와 같은 상호호환성과 기존 네트워크와의 상호운용성에 대한 문제로 시장확대에 어려움을 겪고 있다.
이를 극복하고 시장을 확대하기 위해 이더넷 기반의 산업용 네트워크 기술을 개발한 업체들은 상호협력과 제휴, 기술의 완전 오픈화 등 다양한 방법을 통해 마케팅을 활발하게 전개하고 있다. 이미 국내에서도 많은 이더넷 기반의 산업용 네트워크 기술들이 소개되었으며, 지멘스의 ‘PROFINET’, 로크웰의 ‘EtherNet/IP’, Beckhoff의 ‘EtherCAT’ 등이 세미나와 전시를 통해 적극적인 마케팅 활동을 전개하고 있다.
특히 지난 해에는 국내 기업인 LS산전이 ‘RAPIEnet’이라는 이더넷 기반의 산업용 네트워크 기술을 자체적으로 개발하고, IEC 국제 표준화에 적극적으로 나서 국내 자동화 업계의 이목을 집중시켰다. B&R의 Ethernet Powerlink는 프로토콜 개발소스까지 완전 Open을 선언하고 유럽과 모션 컨트롤 분야를 중심으로 마켓을 확장하고 있다. 한국미쓰비시전기오토케이션은 CC-Link의 이더넷 기반 기술인 CC-Link IE를, 한국야스카와전기는 이더넷 기반의 Mechatrolink-Ⅲ를, 선보이고 국내에서 저변확대를 위한 활동이 한참이다.
이런 이더넷 기반의 산업용 네트워크 분야에서 실시간 동기 제어의 핵심인 모션 컨트롤 분야가 정점으로 부각되고 있다. 모션의 제어의 입증은 곧 속도, 정확성, 신뢰성 등을 인정받는 것이며, 모션 컨트롤 시장을 선점하는 것은 곧 기술의 저변확대와 제품의 시장확대로 이어지기 때문이다. 산업용 네트워크 분야에 핵심 업체들의 전략을 통해 향후 시장의 방향을 가늠해 본다.
(가나다 순: B&R 산업자동화, 지멘스 자동화사업본부, 트라이텍(Beckhoff), 한국미쓰비시전기오토메이션, 한국야스카와전기)
글·이진수 기자(LJS@motioncontrol.co.kr)
<질 문>
[1] 저변확대를 위해, 펼쳐온 마케팅 활동은.
[2] 차별화된 장점과 적용 시 이점은.
[3] 효율적인 활용을 위한 Tip은.
[4] 주목해야 할 소식과 이슈는.
[5] 중장기적인 활동 계획과 전략은.
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진정한 오픈 프로토콜 ‘Ethernet PowerLink’
세일즈가 아닌 서로 통하는 커뮤니티 형성
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| B&R 산업자동화의 이인용 대표이사 |
[1] Ethernet PowerLink의 컨셉은 진정한 오픈 프로토콜이다. 고유의 칩이나 소프트웨어를 필요로 하는 것이 아니라 인터넷에서 비용없이 소프트웨어를 다운을 받아 Chip에 설치하면 사용이 가능하다. 즉, 라이센스도 가입비도 전용 칩도 없는 진정한 오픈 프로토콜인 것이다.
이런 특성으로 Ethernet PowerLink의 마케팅 전략은 세일즈가 아닌 서로 통하는 커뮤니티를 형성하는 것이다. 단기적으로 국내에서는 연구소와 대학교를 중심으로 마케팅 활동을 펼칠 계획인데, 이는 Ethernet PowerLink의 진정한 장점을 알리기 위함이다.
[2] 모든 제품에 이더넷 기반의 산업용 네트워크를 미래지향적으로 적용하고 있는 유일한 회사가 B&R이다. B&R은 모든 제품에 Ethernet PowerLink를 적용해 개발하고 출시하고 있다.
Ethernet PowerLink는 7~8년 전부터 제품에 적용되었으며, 풀 시스템으로 30만 세트가 넘는 적용사례로 안정성과 신뢰성이 입증된 산업용 프로토콜로서, 이더넷 기반이 가지는 장점을 물론 하나의 프로그램에서 중요도가 높은 사이클과 낮은 사이클에 설정이 가능한 사이클 타임의 지정, CPU 하나에서 하나의 소프트웨어로 포지션, HMI, PLC, 프로세스 등을 모두 처리할 수 있는 장점들을 제공한다.
즉 Ethernet PowerLink는 모션 제어를 위한 CPU와 소프트웨어가 따로 필요없다. 이는 전체 시스템의 가격절감과 하나의 소프트웨어 툴만 사용하면 다양한 기능들을 처리할 수 있고 업데이트와 파라미터 변경도 쉽게 할 수 있다.
일반 CPU에 모션 CPU를 따로 사용해야 하는 프로토콜이 있는데, Ethernet PowerLink는 하나의 CPU에서 모션 제어까지 소프트웨어로 처리가 가능하다. 이를 프로토콜이 뒷받침하지 못하면 불가능한데, Ethernet PowerLink는 이를 가능하게 한다.
[3] 국내는 국내 자체 기술로 이루어진 산업용 프로토콜이 없는 실정으로 해외 업체의 프로토콜에 맞혀 단기적인 이득에만 취할 수 있는 제품에 집중하고 있다. 처음 개발에는 어려움이 따르지만, 진정한 오픈 프로토콜인 Ethernet PowerLink를 집중해 개발한다면 자신만의 기술을 보유함은 물로 장기적으로는 세계 최고 수준의 프로토콜을 고유의 기술로 발전시킬 수 있다. Ethernet PowerLink는 국내에 B&R 같은 회사를 여러 개 탄생시킬 수 있는 기술인 것이다.
[4] 유럽의 알스톰(Alstome) 회사가 자사의 프로토콜로 Ethernet PowerLink를 선택한 점을 주목해야 한다. 에너지 분야의 특성으로 제품을 20년 이상 게런티를 보장해야 하는 알스톰과 같은 회사에서 프로토콜을 바뀌는 것은 쉬운 결정이 아니다. 이는 안정성, 신뢰성, 미래 발전성 그리고 기술에 종속되지 않는 진정한 프로토콜이란 Ethernet PowerLink의 장점이 반영된 것이다.
[5] 협회 활동과 마케팅 활동은 B&R에 직접적인 이득을 주는 것이 아니다. 국내에서 B&R 산업자동화가 성장하면 자연스럽게 Ethernet PowerLink도 성장할 것이다. 국내에서 연구소와 대학교에 마케팅 활동을 계획하고 있지만, 장기적으로 Ethernet PowerLink의 목표는 서로 말이 통하는 커뮤니티의 형성이란 점을 다시 강조하고 싶다. 10년 후에는 Ethernet PowerLink에 의해서 지금과는 다른 자동화 시장의 그림이 그려질 것이다.
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협회 발족 20주년 ‘PROFIBUS/ PROFINET’
Energy Management를 산업용 네트워크에도 적용할 것
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| 자동화사업본부 장희돈 과장, 가현석 과장 |
[1] 지멘스는 내부적으로 PROFIBUS와 PROFINET을 홍보하기 위한 Innovation Tour(산업 솔루션 전시회)를 전세계에 걸쳐 펼치고 있다. 보통 네트워크에 관련한 Innovation Tour는 2~3년에 걸쳐서 수행되며, 매번 새로운 기능들에 대해 소개를 하고 있다. 국내의 경우, 독일 본사의 정책과 발맞추어 한국 프로피버스 협회와 긴밀하게 협조하여 AIMEX 참여 지원, PROFINET의 Open 기술 세미나 공동 개최, PROFIBUS 협회의 정기 교육 지원 등의 업무를 수행하고 있다.
[2] 자동화 시스템을 구성하는 Monitoring/Control 시스템에서 실제 제어를 담당하는 PLC, DCS, PC-Based Automation 그리고 분산 IO, Motion Controller, Touch Screen, Field Instru- ment, Motor 등 수 많은 제품이 PROFIBUS/PROFINET을 지원한다. 제지 및 철강 산업에서 모션 컨트롤러인 SIMOTION 시리즈 D4X5 제품을 통하여 로터리 나이프 제어용으로 사용하고 있으며, 특히 다 축 동기제어에 PROFIBUS/PORFINET Clock Synchro- nous 설정으로 최적의 성능을 구현하고 있다.
[3] 먼저 PROFIBUS 협회에서는 많은 어플리케이션에서 적절히 PROFIBUS/PROFINET 기술을 사용 할 수 있도록 가이드 북/ 화이트 페이퍼를 제공하고 있다. 시스템의 설계 및 디자인 단계에서부터 실제 설치할 때까지 이러한 가이드는 사용자에게 많은 도움을 주고, 적용 시 혹시라도 발생할 수 있는 문제점을 효율적으로 예방해 준다. 문제가 생겼을 경우를 대비해 PROFIBUS 협회에는 다양한 툴을 이용하여 문제의 원인을 파악하고 처리할 수 있는 준비를 갖추고 있으며, 기술적인 지도도 자세히 받을 수 있다.
[4] 지난 독일 Hannover 국제 자동화 전시회에서 PROFIBUS/ PROFINET 협회에서는 미래 지향적인 시스템 구축을 위해 Energy Management라는 부분이 산업용 네트워크에도 적용되어야 한다고 주장을 하고 이를 실현시키는 작업에 들어 갔다. 전세계가 몰두하고 있는 그린산업에 산업용 네트워크에서 지원해야 하는 요소를 도입하려는 첫 시도로 볼 수 있다. 또한 올 해 11월경 PROFINET에 I-Slave, Share Device 등과 같은 Profile이 추가 될 것이고, 보다 많은 필드 네트워크와의 통합 솔루션도 제공될 것이다.
올해는 PROFIBUS/PROFINET 협회가 20번째 생일을 맞는 해이다. 20년간 주도적으로 산업용 네트워크 부분을 이끌어 온 PROFIBUS는 이제 시장에서 그 위치를 공고히 다지고 있으며, 많은 부분에서 산업용 이더넷 기반의 PROFINET에 투자가 이뤄지고 있다. 또한 프로세스 오토메이션 부분에서 와이어리스 기반의 솔루션을 전세계적으로 대표적인 필드 버스 협회와 공동으로 선보일 것을 기대하고 있다.
[5] PROFIBUS/PROFINET를 지멘스는 TIA(Totally Integrated Automation)의 근간을 이루는 주요한 네트워크로 사용을 하고 있다. 단기적으로는 실사용 회사에 방문 교육 및 정규적인 교육을 통한 기술 보급과 전시회 참가를 통해 많은 고객을 한 자리에서 뵙고 홍보하는 것이 있으며, PROFIBUS의 많은 기술적인 자료를 한국어로 변환하여 국내 엔지니어에게 보급하려고 한다.
중장기적으로는 한국 PROFIBUS 협회가 주관하고 있는 PROFIBUS/PROFINET의 실제 사용자를 위한 정규 Certified Engineering 교육을 개설에 적극 지원하고 있으며, PCC(Profibus Competence Center) Korea에 기능적인 확장을 지원하고 있다.
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1000번째 회원 가입 ‘EtherCAT’
EtherCAT 적용한 일본 제품들 출시
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| 트라이텍의 손창모 부장 |
[1] 지난 4월 EtherCAT 테크롤로지 그룹에 1000번째 회원이 가입했다. 산업용 이더넷 업체들만으로 조직된 협회 중에 가장 큰 규모를 자랑한다. 이런 빠른 성장세는 기술의 오픈과 개발에 따른 비용이 저렴한 장점, 다양한 업체에서 개발에 필요한 제품의 공급의 이점이 있기 때문이다.
국내에는 37개 업체가 회원으로 가입되어 있으며, 추가적으로 4개 회사가 가입할 예정이다. 저변확대를 위해 국내에서 특별한 활동을 펼치지는 않았지만 국내 고객들이 정보에 대한 접근이 빨라서 해외 전시회 및 인터넷을 통해 EtherCAT의 장점을 알고 개발하고 있다. EtherCAT을 이용한 어플리케이션이 많이 있고 이런 사례를 전시회와 세미나를 통해 국내에 꾸준히 알린 것이 마케팅 활동이라 할 수 있다.
[2] EtherCAT의 큰 특징은 성능이 뛰어나면서도 가격이 저렴하다는 것이다. 마스터 쪽에 별다른 카드가 필요없으며, 일반 랜 카드의 사용이 가능하다. 별도의 스위치가 필요없어 사용이 편리하다.
IO, 시컨스 제어, 모션 제어, 모든 분야에 적용이 가능하여 산업 전분야에 집중하고 있다. 초장기에는 반도체 및 OLED 분야에 시컨스 제어를 시작으로 모션 제어, 크레인 제어, 포장기 및 워터젯 장비에 적용됐다.
최근 일본 제품들이 나오면서 반도체 및 LCD 분야와 일본 서보 드라이브 제품이 많이 사용된 분야에 빠른 확장이 기대되고 있다. 일본 제품들이 EtherCAT을 채택한 제품을 출시하는 이유는 유럽이나 미국에서 제품을 요구하기에 때문에 이를 수용하고자 한 것이다.
[3] EtherCAT은 사용이 편리하기 때문에 시스템 구축 시, 특별한 팁이 있는 것은 아니다. 대부분의 문제는 케이블에서 발생하기 때문에 랜 케이블은 STP 케이블 사용과 사람이 아닌 기계가 찍은 케이블의 사용을 권장하며, 랜 카드의 경우 인텔 랜칩이 내장된 제품을 사용하면 최고의 성능을 발휘할 수 있다.
[4] 지난 독일 하노버 산업박람회에서 EtherCAT에 가장 큰 장점은 호환성이 시연됐다. 모션 제어 분야에서 16개 회사 25개 서보 드라이버 제품이 하나의 마스터 프로그램에서 작동하는 것을 시연한 것.
특히 지난 4월에 야스카와, 히타치, 산요, 후지 등 일본 회사들이 EtherCAT 서보 드라이브를 발표하고 출시한 것에 주목해야 한다. 일본 제품의 출시로 특히 모션 제어 분야에서 원가절감과 성능의 향상을 제공할 솔루션이 확보된 것이다.
국내 시장의 경우, 반도체와 LCD 분야에서 일본 서보 제품을 많이 사용하는데, 이 제품들이 곧 국내에도 출시될 것으로 국내 시장에 새로운 바람을 일으킬 것이다.
이처럼 일본 제품이 출시되고, 공압 밸프, 엔코더 등 EtherCAT을 활용하기 위한 기본 환경은 모두 갖춰졌으며, 이제는 EtherCAT 제품들을 활용해서 최적화된 어플리케이션 적용이 남았다.
[5] 여러 회사들과 협의를 통한 프로모션으로 아직은 구체화 되지는 않았지만, 지난 독일 하노버 전시회에서 선보인 것과 같은 컨셉으로 여러 회사의 EtherCAT 제품들을 시연하여 EtherCAT의 호환성을 강조할 수 있는 자리를 마련할 계획을 세우고 있다.
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대규모 시스템 구축에 강한 ‘CC-Link IE’
향후 TCP/IP 통신도 지원할 계획
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| 한국미쓰비시전기오토메이션 홍성택 차장 |
[1] 미쓰비시전기에서는 CC-Link라는 산업용 네트워크를 개발하여 CC-Link 협회(CLPA)를 통하여 보급 확대 및 고객 지원을 위해 노력해 왔다. CLPA에서는 반도체 규격인 SEMI 표준, ISO 및 IEC 국제 표준 규격 인증을 획득하였으며, 국내 규격인 KS 규격 인증을 2008년 4월에 취득하는 등 국내외 FA분야에서의 오픈화를 가속하고 있다.
2008년에는 CC-Link의 새로운 네트워크 시스템인 CC-Link IE를 발표했다. CC-Link IE는 산업용 Ethernet을 기반으로한 컨트롤러간 통신 네트워크로서 1Gbps의 고속 통신과 256000바이트의 대용량 네트워크 공유 메모리를 이용한 데이터 통신이 가능한 네트워크 시스템이다.
[2] 새롭게 개발된 CC-Link IE는 무엇보다도 대용량의 데이터를 실시간으로 교환할 수 있다는 것이 최대의 장점이다. CC-Link IE는 최대 256000바이트의 데이터를 네트워크상에서 공유할 수 있는데, 1Gbps의 통신 속도로 최대 데이터로 통신을 하더라도 5~10ms 이내에 모든 노드가 통신을 한다. 또한 네트워크 메모리 공유 방식의 통신으로, 간편한 프로그램 개발도 가능하다.
효율적인 프로토콜에 의해 정시성 즉, 정해진 시간내에 통신이 완료되는 특성을 가지고 있기 때문에 데이터 전송의 지연이나, 중요 데이터의 분실 등을 염려하지 않아도 된다. 이중화된 광 통신 케이블을 이용하기 때문에 외부 노이즈의 영향을 받지 않으며, 예상치 못한 노드의 장애나 통신선로상의 문제가 발생되어도 정상적으로 통신할 수 있어, 고신뢰성이 보증된다.
MELSEC PLC에 적용하여 사용할 경우 Seamless 통신 기능을 지원하는데, 이는 상위 이더넷 컨트롤러간은 CC-Link IE, 필드 측은 CC-Link로 구성된 경우, 상위에서 필드 측까지 3개의 네트워크를 사용하지만, 프로그래머는 마치 하나로 이어진 네트워크처럼 통신이 가능하도록 지원하는 기능이다.
[3] 소규모 보다는 대규모에서 더욱 CC-Link IE의 위력이 빛난다. 대규모 시스템을 구축하더라도 CC-Link IE는 데이터 교신 속도는 늦어지지 않아 LCD 제조라인 등 수 십대의 설비가 연속적으로 설치된 라인에서 빠른 속도로 가공품을 이송시키더라도 데이터를 놓치는 경우가 발생하지 않는다.
[4] CC-Link IE는 이더넷 기반의 산업용 네트워크로서 현재로서는 CC-Link IE 전용의 프로토콜로 통신하도록 되어 있으나, 향후 TCP/IP 통신도 지원할 계획이다. 또한 접속을 보다 용이하게 할 수 있도록 관련 제품 개발에도 박차를 가할 예정이다.
최근에 미쓰비시전기의 표시기 제품인 GOT에 장착할 수 있는 CC-Link IE 옵션 모듈 GT15-J71GP23-SX가 개발 출시되었다. 이 옵션을 장착함으로써 GOT를 CC-Link IE의 노드로 등록하여 네트워크에 접속되어 있는 각 PLC의 상태 모니터, 조작을 고속으로 실행할 수 있게 되었다.
[5] 단기적으로 종래의 컨트롤러간 네트워크로서 MELSEC PLC 전용 네트워크였던 MELSECNET/H를 CC-Link IE로 전환하도록 MELSECNET/H 사용 유저에 대해 마케팅 활동을 전개할 예정이다. 중장기적으로는 CC-Link IE를 CLPA를 통해 오픈화함으로써 CC-Link IE의 저변 확대와 더불어 ISO, IEC 등의 국제 표준화 작업을 차질없이 진행함으로써 국제 표준 네트워크로서의 위상을 갖추게 될 것이다.
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동기성과 신뢰성 확립한 ‘MECHATROLINK’
MECHATROLINK-III로 고속화도 실현
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| 메카트로링크 협회 다나카 다케시 회장 |
[1] 한국야스카와전기는 전시회에 참가하여 메카트로링크(MECHATROLINK) 제품들이 접속하는 데모의 실시와 펄스 접속으로 모션을 진행하고 있는 고객을 방문해 네트워크화를 추진함으로써 저변확대를 위한 마케팅 활동을 펼치고 있다.
국내 메카트로링크 기술의 확대를 위해 2008 국제 모션 컨트롤, Aimex 국제 자동화 등 각종 전시회에 참가하여, 가입된 각 회사들의 메카트로링크 제품을 대규모로 접속하는 데모를 실시함으로써 네트워크의 상호접속성을 보여주고 있다. 또한 펄스 접속으로 모션을 진행하고 있는 고객을 직접 방문해 메카트로링크 네크워크화를 추진하고 있다.
메카트로링크 협회는 일본을 본부로 미국, 독일, 중국, 한국에 지부를 두어 메카트로링크 기술을 세계 규모로 보급하고 있다. 특히 일본을 중심으로 각 해외지부에서 컨트롤러, 서보, 스테핑 드라이버, I/O 등 관련 업체에게 메카트로링크 제품의 개발을 장려하고 있다.
[2] 메카트로링크는 기계 제어에 필요한 토크, 위치, 속도 제어가 모두 가능한 것이 장점이다. 또한 온라인 상의 제어 모드 전환도 자유자재로 변환 가능하여 복잡한 기계의 움직임을 효율적이고 매끄럽게 컨트롤 할 수 있다.
상호 통신 중에 데이터 에러 걱정을 할 필요가 없다. 전송 주기마다 확실하게 데이터를 재전송하기 위해, 전송 주기 내에 데이터를 다시 보내기 위한 시간을 확보하여 재전송함으로써 신뢰성을 향상시켰다. 또한 정확한 주기성도 보장하고 있다.
모션 제어에 필수적인 요소인 동기 성능도 향상되었다. 통신 ASIC 내부에 Repeat 회로를 넣어 Cascade 접속을 가능하게 했지만, Slave기기 내부에서 Repeat 지연이 발생으로 인해 Timer 회로로 각 Slave 기기의 시간을 보정하는 전송로 지연 보정 기능을 개발하여 동기 성능을 향상시켰다.
모션 제어에 대해 펄스 인터페이스와 네트워크 인터페이스를 비교해 보면, 펄스 주파수 제한에 의한 속도 제한이 없어져 Tact Time 단축, 배선의 간소화로 의한 가격 절감, 내노이즈성에 의한 시스템의 신뢰성 향상을 꾀할 수 있다.
[3] 메카트로링크를 채용한 제품은 컨트롤러와 서보 뿐만 아니라 인버터, 스테핑 드라이버, I/O, 센서 등 다양하다. 이 모든 것을 한 종류의 케이블로 접속이 가능하여 자유로운 시스템의 구성이 가능하다.
[4] Yaskawa, Yokogawa, Tietech 등 MECHATROLINK-III(통신 속도 100 Mbps) 대응의 제품 개발하였다. 메카트로링크 협회 상하이 지부 설립을 앞두고 있고 MECHATROLINK-III Slave 전용 ASIC 개발 예정이다.
MECHATROLINK-III 대응 제품의 확대(I/O 등의 Slave 기기), MECHATROLINK 대응 제품의 확대(2009년도에 Total 250 제품 목표), 메카트로링크 멘버의 확대(2009년도에 Total 550사 목표, 2010년도에 Total 700사 목표)로 할 계획이다.
메카트로링크는 모션 네트워크로서 10년 이상의 풍부한 경험과 노하우로 동기성과 신뢰성은 확립되어 있다. 새로 나온 MECHATROLINK-III에 의해 고속화도 실현되었다. 오픈 네트워크로 다양한 제품을 가지고 자유로운 시스템 구축이 가능한 메카트로링크은 전 세계적으로 인정받고 있는 모션 네트워크다.
