산업용 네트워크, 업체에서 유저로 중심 이동

지난 20여 년 동안 자동화 산업에서 기기들간의 통신을 위해 수많은 기술들이 개발되었다. 필드버스와 시리얼 통신을 시작으로 산업용 이더넷, 모션 전용 네트워크 등 다양한 기술들이 산업현장에 적용되어 있다. 이제는 다수의 네트워크를 단순화하기 위해 표준화와 개방성이 중요시 되고 있으며, 이를 요구하는 유저들의 목소리도 높아지고 있다. 이런 추세로 네트워크 기술의 중심이 업체에서 유저로 이동되어 사용자는 선택의 폭이 넓어졌으며, 기술과 제품의 선택을 위한 고민은 깊어지고 있다.

글·이진수 기자(LJS@motioncontrol.co.kr)

요즘 텔레비전을 볼 때 4G, LTE 등 차세대 통신을 선전하는 통신사들의 광고를 자주 볼 수 있을 것이다. 통신기술에 생소한 일반인들도 빠른 속도의 인터넷이 가능한 기술로 휴대폰이 진화했다는 것을 알 수 있다. 여기서 눈여겨 볼 사항은 다수의 각각의 통신기술이 통합되고 있다는 것이다. 그렇다면 자동화 산업에서 기기들간의 통신을 담당하는 네트워크는 어떤가. 지난 20년 동안 자동화 산업에 제어를 위해 자동화 산업에서는 수많은 필드버스 시스템이 개발되었다. 이 필드버스 시스템들은 각각의 지역과 분야에서 위치를 확고히 하며, 자동화 산업에 한 축을 담당해왔다. 현재도 이 필드버스 시스템들은 중요한 역할을 담당하고 있다.

시리얼 통신

자동화 산업에서 가장 널리 사용되는 시리얼 통신 표준 인터페이스로는 RS-232, RS-422 및 RS-485가 있으며, 이런 시리얼 통신은 데이터 수집을 위한 저렴하고 사용이 편리한 방법을 제공한다. RS-232는 두 장치간의 데이터 전송을 제공하며, 컴퓨터와 주변기기간의 연결을 위해 이용되어 왔다. RS-422는 빠른 속도의 장거리 통신이 가능해 자동화 사업에서도 기본적인 기술이며, RS-485는 RS-422 표준의 확장형이다. RS-485는 리시버 수를 늘려 분산된 장치들과 많은 다른 산업용 애플리케이션에 적합한 기술로 널리 이용되고 있다.

PROFIBUS

자동화 산업에서 가장 보편화된 필드버스 시스템인 PROFIBUS는 DP, FMS, PA 등 상호호환이 가능한 3가지의 버전으로 구성되어 다양한 요구사항들을 충족시키며 자동화 산업에 많은 애플리케이션에 사용되고 있다. PROFIBUS-DP는 산업용 컨트롤러와 분산 I/O간의 빠르고 저렴한 통신을 위해 개발되었다. PROFIBUS-FMS는 주로 PLC나 PC와 같이 프로그래밍이 가능한 컨트롤러들간의 범용 통신을 위해 개발되었다. 국제 필드버스 표준 물리적 층(IEC 1158-2)을 이용하는 PROFIBUS-PA는 공정 자동화를 위해 개발된 기술이다.

DeviceNet

Allen-Bradley가 처음 개발한 DeviceNet은 뛰어난 상호 호환성이 장점으로 저가형의 단순한 장치들간의 상호 호환성에 초점을 맞추고 있다. DeviceNet은 단일 케이블로 전원과 시그널을 모두 전달하는 선형 토폴로지를 가지고 있으며, 산업용 장치들을 컨트롤러와 같은 고급 장치에 연결하는 낮은 레벨의 네트워크다.

지난 20년 동안 공정 제어와 공장 생산 제어를 위한 자동화 산업에서 개발된 수많은 필드버스는 시스템의 행로를 따르기는 쉽지 않았으며, 필드버스 시스템의 기능을 방해하는 여러 요소도 남아 있다. 따라서 유연하고 호환성을 가진 신뢰할 수 있는 통신 시스템에 대한 요구는 보다 증가하게 되었다. 이러한 시대적 흐름에 맞게 꾸준한 성능 향상과 미래를 대비해 업그레이드가 가능한 새로운 솔루션을 기대하게 되었고 이더넷이 처음으로 이러한 요구에 부응하였다.

그러나 TCP/IP와 같은 인터넷 프로토콜과 조합되어 있는 표준 이더넷은 데이터의 전송이 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) 기법에 의해 예측할 수 없는 지연이 발생할 수 있기 때문에 정확한 실시간 데이터 전송을 위해서는 적합하지 않았다.

산업용 이더넷

표준 이더넷의 필수 요소인 IEEE 802.3은 이더넷 전송의 특수한 성질 때문에 발생할 수 있는 데이터 충돌을 방지하는 중요한 메카니즘이다. 이러한 이더넷 기반의 실시간 능력을 갖춘 필드버스의 개발을 위해서 개발자들은 지연 현상을 제거하기 위해 다양한 시도를 해왔고 그 결과로 ‘산업용 이더넷’이라는 기술이 탄생하게 되었다.

제조산업에 독점적인 네트워크가 전통적인 영역을 구축하고 있음에도 불구하고 산업용 이더넷은 다양한 분야에 적용되었다. 이는 산업용 이더넷 기술이 기존 네트워크 기술보다 빠른 데이터 전송속도와 광범위한 대역폭 지원뿐만 아니라 복잡한 시스템의 단순화 생산성 향상까지 가져오는 장점을 제공하기 때문이다.

최근의 산업용 이더넷 시장은 다양한 기술과 제품들이 시장에 쏟아져 나오며 각축전을 벌이는 경쟁구도를 형성하고 있다. 이에 따라 제품 공급업체에서는 최적의 솔루션을 제공하기 위한 능력과 더불어 마케팅 능력까지 갖춰야 했다. 반면 사용자는 선택의 폭이 넓이졌지만 선택을 위한 고민은 깊어졌다.

한편, EtherNet/IP는 이더넷 기반 DeviceNet 확장이며, 통신 프로파일은 표준 IEEE 802.3 통신 기구에 기초한다. PROFINET은 PROFIBUS의 확장이며, 프로피넷 통신 프로파일은 IEEE 802.3 이더넷 표준에 적합하다.

모션 전용 네트워크

산업용 이더넷의 발전은 모션 네트워크 기술에도 영향을 미치고 있다. 네트워크 기술의 개방화 바람이 불면서 모션과 산업용 이더넷 네트워크의 영역이 없어지고 있는 것. 모션 전용 네트워크 기술인 SynQnet, PMAC, Mechatrolink 등의 성장은 저조한 반면 개방형 산업용 이더넷인 Ethernet POWERLINK, EtherCAT, SERCOS, EtherNet/IP CIP Motion 등 모션 컨트롤 시장에서 성장세를 잇고 있다.

IEEE 802.3 표준 이더넷 프레임을 채용한 EtherCAT은 구성과 설치가 간단하고 고속성 및 오픈 프로토콜의 장점을 살려 시장을 확대하고 있다. 특히 다양한 이더넷 디바이스들을 EtherCAT 디바이스들과 함께 사용할 수 있어 국내에 많은 업체들도 기술 개발 및 제품의 적용을 진행하고 있다.
 

완벽한 오픈 정책
Ethernet POWERLINK

현재 산업용 이더넷은 국제 표준의 프로토콜들이 세계시장의 대부분을 점유하고 있는 가운데, POWERLINK 프로토콜이 완벽한 오픈 정책을 통해 모든 스펙 및 개발자 소스를 모두 개방하는 정책을 펴면서 업계의 이슈를 이끌어 가고 있다.

B&R 산업자동화의 이인용 지사장은 “POWERLINK는 산업용 이더넷 솔루션에서 선두적으로 개발되어 나왔으며, 정밀성과 안정성이 중시되는 각종 산업분야에 적용되어 검증된 프로토콜”이라며, “개발 소스코드까지를 완전 무료로 개방하여 누구나 쉽게 POWERLINK를 가져다가 자신의 솔루션을 만들고, 시스템에 구축하여 유권을 자신이 가지고 사용할 수 있는 세계 유일의 오픈 프로토콜”이라고 설명했다.

B&R Automation이 발표한 Ethernet Powerlink는 사용자에게 현대 자동화 분야의 모든 통신을 제어하기 위한 단일화되고 일관성이 있으며 호환성 있는 수단을 제공하기 위해 창안된 산업용 이더넷 솔루션이다.  OWERLINK는 프로세스 산업 애플리케이션 뿐만 아니라 기계와 플랜트 엔지니어링 등 모든 다양한 애플리케이션에 적용 가능하다. 또한 산업 자동화에서 PLC, 센서, I/O 모듈, 모션 컨트롤러, 안전 컨트롤러, 안전 센서, 액추에이터, HMI 시스템과 같은 모든 구성 요소를 통합시킬 수 있다.

이인용 지사장은 “이제 산업용 프로토콜은 벤더 중심에서 유저 중심으로 주체가 변화하고 있다”고 강조하며, “따라서 표준화와 개방성을 중심에 둔 유저들의 목소리를 더욱 높여 나가기 위해 POWERLINK와 함께 국내 시장에서 더욱 적극적 노력을 경주할 예정”이라고 밝혔다.

또한 그는 “B&R의 관심사 중 하나는 또한 널리 보급된 POWER- LINK의 사용이다. B&R은 구성품, 시스템, 그리고 디바이스를 POWERLINK를 적용하여 출시 및 개발하고 있다”며, “오픈 소스 정책의 결과로 사용자가 아무런 제약없이 POWERLINK를 사용할 수 있어 생산품의 품질을 개선시킬 수 있는 더 많은 경쟁을 이끌어 가고 있고 장기적으로는 라이센스 비용을 절약함으로써 기술을 적용하는데 더 큰 자유를 얻을 것”이라고 덧붙였다.
 

힐셔면 통하는
모든 산업용 네트워크 프로토콜

지멘스와 로크웰처럼 산업용 네트워크 프로토콜을 보유하고 있지는 않지만, 모든 산업용 네트워크와 관련하여 운영하는 기술을 보유한 회사가 있다. 그 회사는 1986년 설립돼 자동화 산업 관련 산업용 통신 분야에서 꾸준한 성공을 이어오고 있는 힐셔(Hilscher)다.

힐셔 코리아의 원일민 지사장은 “힐셔는 산업용 통신에 대한 제품 확장에 초점을 맞춰 PC용 카드와 게이트웨이 등 통신에 관련한 모든 제품을 갖추고 있다”며, “특히 산업용 네트워크 관련 시장에  나와있는 거의 모든 네트워크를 운영하는 기술을 보유하고 있다”고 설명했다. 독일에 본사를 둔 힐셔는 국내에서는 1999년부터 대리점을 통해 제품을 공급해 왔으며, 2009년 국내 지사를 설립하고 본격적인 시장공략에 나섰다.

원일민 지사장은 “국내에서 힐셔의 브랜드 가치를 높이고 2004년 자체 기술로 개발한 netX 제품의 시장을 확대하기 위해 힐셔는 한국지사를 설립했다”며, “지사 설립 이후에는 제품의 다양화를 꾀함으로써 기존에 PC용 카드가 주력이었다면, 이제는 칩 모듈과 게이트웨이 제품을 활성시키는 성과를 달성했다”고 말했다.

또한 그는 “제품의 다양화뿐만 아니라 국내 시장에서 산업용 네트워크 프로토콜 개발을 위해 netX 제품이 검토대상에 포함될 정도로 netX 제품의 위상이 높아진 점이 고무적”이라고 덧붙였다. 기존 필드버스 기술보다 데이터 전송속도가 빠른 산업용 이더넷 통신이 시장을 지배해 가고 있다. 이러한 시장에 대응해 힐셔는 32비트 프로세서 ARM 926을 베이스로한 네트워크 컨트롤러인 netX를 개발했다. netX는 산업현장에 적용된 모든 리얼타임 이더넷과 모든 필드버스 시스템을 지원하는 것이 큰 장점이다.

원일민 지사장은 “대부분의 회사가 멀티 프로토콜을 사용하고 있다. 여러 개의 프로토콜을 사용하기 위해서는 개발 리스크가 그 만큼 클 수밖에 없다.”며 “그러나 힐셔의 제품을 사용하면 한번의 개발로 여러 개의 프로토콜을 사용할 수 있는 이점을 제공한다”고 설명했다.

통합 네트워크 컨트롤러 ‘netX‘

힐셔의 netX는 통신과 최대의 데이터 처리량을 위해 새로운 시스템 아키텍처에 최적화된 고도의 통합 네트워크 컨트롤러다. 통합된 듀얼포트 메모리를 통해 호스트 CPU의 Companion Chip으로 동작하고 필드버스 시스템에서 리얼타임 이더넷 시스템까지의 산업용 통신 전체를 구현한다.

시스템에 따라 별도의 CPU를 사용하지 않는 경우 호스트 인터페이스는 확장 버스 또는 직접적인 디지털 입력과 출력으로 구성할 수 있도록 한다. 또한 다양한 주변장치 기능, UART, USB, SPI, I2C와 같은 시리얼 통신뿐만 아니라 통합된 IO-Link나 CCD 제어기 등을 통한 다양한 응용범위를 지원한다.

게이트웨이 솔루션 ‘netTAP’

힐셔의 netTAP 게이트웨이 제품군은 두 개의 프로토콜을 간단하고 효율적으로 서로 변환한다. 간단한 시리얼 버스든 전통적인 필드버스나 수많은 리얼타임 프로토콜 중 하나이든 상관없이, netTAP은 산업 자동화의 어떤 프로토콜도 변환하기 위한 공통의 플랫폼을 제공한다. 플랜트용으로 사용하기 위해 최근 필드버스로 업그레이드 되거나 리얼타임 이더넷으로 현대화된 netTAP은 신구 기술 사이에서 간단히 인터페이스를 해줌으로써 현재 입증된 필드장치들을 사용 가능하게 한다.