산업용 사물인터넷(IIoT) 위한 Edge I/O 활용 방법

Opto22

Edge I/O는 오늘날 산업용 사물 인터넷(IIoT) 애플리케이션의 요구사항을 보다 간단하게 충족할 수 있는 효율적인 방법을 제공하고 있다. 인터넷의 연결성과 기술 능력이 증가하는 시대에는 아이디어를 실현하기 쉬워야 한다. 예를 들어, 다음과 같은 작업을 수행해야 한다고 가정해보자.

• 냉동장치의 온도 데이터를 데이터베이스에 기록
• 영업시간 이후 창고문이 열리면 문자 메시지 수신
• 공정흐름 및 압력 데이터를 SCADA 시스템에 입력
• 공기 압축기의 총 가동시간을 클라우드 분석 시스템에 전송
• 스마트폰으로 보안등 제어

간단한 아이디어지만 현재 기술로 이 모든 작업을 실현하려면 비용이 많이 들고 특별한 기술이 필요하다. 또한 많은 단계가 필요하므로 모든 IIoT 프로젝트가 단순하지는 않다.

복잡한 IIOT 프로젝트
스마트 무선 장치의 발전에도 불구하고 현실에서 대부분의 신호는 유선 스위치, 센서 및 송신기가 필요하다. 이처럼 원하는 곳으로 신호 데이터를 가져오는 것은 복잡한 일이다.

사례1 - 온도 데이터 가져오기

예를 들어 온도 데이터를 가져온다고 하자. 첫째, 작업자는 온도센서와 함께 작동할 I/O 또는 PLC 시스템의 수많은 구성 요소를 모두 지정하고 조달하는 데 필요한 기술을 보유하고 있어야 한다. 그후 PLC 및 I/O에 적합한 인클로저를 설치하고 조립한 후 전원을 공급해야 한다. 냉동 장치에 온도 센서를 설치하고 PLC 랙에 장착된 온도 입력 모듈의 적절한 입력 채널에 연결한다. 공급 업체의 소프트웨어를 사용하여 해당 PLC를 프로그래밍하고 올바른 신호 유형에 대한 입력 채널을 구성 후 I/O 데이터를 수집 기록한다.
그 다음은 로깅된 데이터에 대한 PLC 메모리를 읽고 데이터를 데이터베이스가 이해할 수 있는 형식으로 변환할 수 있는 소프트웨어 응용 프로그램이 있는 PC가 필요하다. 마지막으로 일부 소프트웨어는 데이터베이스에 로그인하여 기록되고 번역된 데이터를 게시하거나 삽입해야 한다. 데이터베이스가 현장 또는 액세스 가능한 클라우드에 있지 않은 경우는 어떻게 해야 할까.

사례2 - 작동 입력신호 신호 보내기

압축기를 정시에 클라우드 분석 플랫폼으로 보내는 것은 어떨까? 먼저 올바른 장비를 선정, 구매 및 설치해야 한다. 그 다음 압축기의 상태 접점을 PLC, PAC 또는 컨트롤러의 디지털 입력 모듈에 연결하여 켜짐/꺼짐 상태를 감지한다. 그 후 PLC를 프로그래밍하여 입력을 구성하고 래더 다이어그램 또는 펑션 블록을 작성해 입력이 켜져 있는 시간을 합산하여 압축기가 실행된 시간을 추적한다. 다음으로 전체 데이터에 대한 PLC의 메모리를 읽고 이해할 수 있는 형식으로 선택한 클라우드 분석 패키지에 해당 데이터를 제공할 수 있는 게이트웨이 또는 컴퓨터가 필요하다. 간단하지 않다.

사례3 - 보안등 제어

휴대 전화에서 보안등을 켜는 것은 쉬운 일 같지만 여러 단계를 거쳐야한다. 조명 접점이 PLC 또는 PAC의 출력에 연결되고 출력이 구성되면 별도의 PC에서 실행되는 HMI 입력을 기반으로 조명을 켜거나 끄도록 PLC를 프로그래밍한다. 그러나 HMI 소프트웨어 프로그램이 모바일에 적합하지 않은 경우 다른 HMI 패키지를 찾아서 구입한 후 새 인터페이스 화면을 구축해야 한다.

복잡하고 비용이 많이 드는 프로세스

위의 사례에서 볼 수 있듯이 단순해 보이는 요구 사항을 충족하는 것은 사실 복잡한 과정이 수반된다. 대부분의 경우 필요한 데이터와 함께 센서, 접점 및 송신기가 이미 설치되어 있지만 해당 데이터는 제어 프로그램 뒤에 있는 PLC 시스템에 잠겨 있다.
해당 데이터에 액세스하려면 다음을 수행해야한다.

• PLC, PAC 또는 기타 컨트롤러에서 프로그램을 변경하여 필요한 데이터를 제공한다.
• 애플리케이션에 필요한 프로토콜, 언어 및 번역기를 사용하여 필요한 미들웨어(라이센스를 포함한 하드웨어 및 소프트웨어)를 구매하고 활성화한다.
• 데이터를 필요한 곳으로 이동하기 위해 미들웨어를 구성 및 프로그래밍 해야 한다.
• 서버 방화벽, 보안 인증서, 사용자 계정을 포함한 인터넷 게이트웨이 및 네트워크 연결을 이해하고 구성해야 한다.
• PLC, PAC 또는 컨트롤러와 데이터 대상 간의 통신 설정이 필요하다.

Edge I/O, 간소화를 향한 발전

IIoT를 통해 도달하려는 목표는 실제 신호 데이터를 수집하고 이를 전달하고 필요한 곳에서 사용할 수 있도록 만드는 프로세스이다. 원격 자산을 모니터링하거나, 분석 또는 규제 목적으로 데이터를 수집하거나, 장비와 프로세스를 제어하거나, 운영자 및 감독자에게 시각화를 제공하는 경우가 이에 해당한다. 다행히 자동화 제조업체는 IIoT 프로젝트를 간소화하는 데 도움이 되도록 설계된 기능을 사용하여 Edge I/O라고 하는 새로운 종류의 I/O를 도입하고 있다.

Edge I/O, 지능형 분산장치로 설계

Edge I/O 제품에는 PLC 또는 산업용 PC가 필요하지 않다. 대신, 데이터 수집 또는 통신이 필요한 IIoT 애플리케이션의 요구를 충족하기 위해 지능형 분산 I/O 장치로 설계됐다. IIoT 프로젝트를 단순화하는 데 도움이 되는 Edge I/O 제품의 주요 기능은 다음과 같다.

• 간단한 사양 및 구매가 쉽다. 단일 부품 번호에는 I/O, 네트워킹, 프로세서, 전원 및 임베디드 소프트웨어 등 필요한 모든 것이 포함된다. Edge I/O 장치는 반드시 전원 공급 장치가 필요하지 않다. 대신 장치의 프로세서에 PoE(Power over Ethernet)를 사용한다.

• 작고 튼튼하다. Edge I/O 제품은 거의 모든 곳에 배치할 수 있는 소형 산업용 장치이다. 광범위한 주변 온도에서 작동하며 UL 위험 지역 및 ATEX 승인을 포함한 환경 요구 사항을 준수한다. Edge I/O는 소형 폼팩터로 제공되며 DIN 레일 또는 패널 장착이 가능하다.

• 웹 기반으로 구성할 수 있다. 애플리케이션의 유연성을 극대화하기 위해 Edge I/O에는 다양한 종류의 다기능 또는 다중 신호(DI/DO/AI/AO) 채널이 포함될 수 있으며 웹 기반 소프트웨어를 통해 구성할 수 있다. 또한 카운팅, 열전대 선형화, 최소/최대값 및 장치에서 독립적으로 실행되는 지능형 기능을 포함한다.

• 임베디드 소프트웨어 및 프로토콜을 지원한다. 안전하고 인증된 웹 기반 인터페이스는 Edge I/O를 통해 시운전 및 문제 해결을 단순화한다. 별도 소프트웨어도 내장되어 있으며, Edge I/O를 로컬 또는 클라우드 기반 소프트웨어와 연결하는 간단한 데이터 흐름을 생성한다. IT 프로토콜과 OT 프로토콜이 모두 지원되며 MQTT와 같은 효율적인 데이터 통신 방법으로 유연성, 보안을 추가한다.

• 보안 기능 내장 되어 있다. 사이버 보안을 유지하기 위해 Edge I/O에는 사용자 인증, 데이터 암호화, VPN 지원, 보안 인증서 및 웹 기반 인터페이스에서 구성할 수 있는 방화벽과 같이 데이터를 보호하는 여러 기능이 포함되어 있다. IIoT 프로젝트의 비용과 복잡성을 줄임으로써 Edge I/O를 사용하면 아이디어를 훨씬 쉽게 조성‧달성할 수 있다.

Edge I/O 제품 groov RIO?

새로운 Edge I/O 제품의 한 가지 예는 자동화 제조업체 Opto 22의 groov RIO? 제품군이다. 출시된 첫 번째 제품은 통신 프로세서와 10개의 내장 I/O 채널이 있는 소형 원격장치이다(구성 가능한 다기능, 다중 신호 I/O 채널, 2개의 Form C 릴레이). groov RIO와 같은 Edge I/O 제품이 앞서 언급한 간단한 애플리케이션에 어떻게 도움이 되는지 살펴본다.

첫째, 특정 애플리케이션에 대한 I/O를 선정하는 것이 훨씬 간단해진다. groov RIO는 단일 디바이스에서 수천 개의 고유한 I/O 구성을 지원하기 때문에 더 이상 특정 I/O 모듈을 식별하고 조달할 필요가 없다.

둘째, 장치를 장착하고 표준 이더넷 네트워크에 연결하는 것이 쉽다. 원하는 신호가 있는 센서 또는 장비 근처에 groov RIO를 배치한다. RIO의 작동 온도는 -20°C ~ +70°C이고 UL 위험 지역 승인, ATEX 준수, 패널 또는 DIN 레일 장착이 가능하다.

특히 저전압 애플리케이션에서는 인클로저가 필요하지 않을 수 있다. groov RIO는 2개의 스위치 기가비트 인터페이스 중 하나를 통해 이더넷 네트워크에 연결된다. 스위치와 함께 PoE(Power over Ethernet)를 사용하거나 10-32 VDC 전원을 제공할 수 있다. 이 장치는 LAN의 DHCP 서버에서 IP 주소를 자동으로 받는다. 무선 LAN 네트워킹은 옵션 USB WiFi을 통해서도 지원된다.
장치가 제자리에 있으면 웹 브라우저를 열고 보안 사용자 계정을 만들고 I/O 채널을 구성하고 애플리케이션에 대한 데이터 통신을 설정한다.

Edge I/O 사례1 - 냉동 장치 온도를 데이터베이스에 기록

1. 처음 8개 채널 중 하나를 2선 ICTD(통합 회로 온도 장치) 온도 센서에 연결하고 센서를 냉동 장치에 배치한다.
2. 컴퓨터 또는 모바일 장치에서 groov RIO에 안전하게 로그인하고 브라우저 기반 groov Manage 소프트웨어를 사용하여 채널을 ICTD 입력 센서로 구성한다.
3. 웹 브라우저에서 임베디드 Node-RED 편집기를 연다. 사전 구축된 노드를 사용하여 온도 데이터를 MariaDB, Microsoft SQL Server 또는 PostgreSQL과 같은 온 프레미스 또는 클라우드 기반 데이터베이스로 이동하는 간단한 흐름을 만든다. 아래의 groov RIO가있는 이미지를 앞에 언급된 이미지와 비교해본다. Edge I/O를 사용하면 여러 하드웨어 및 프로그래밍 단계가 제거되어 프로세스가 간소화된다.

참고: 로컬 온보드, 전원 고장 방지 플래시 메모리 또는 groov RIO의 직접 연결된 USB 메모리 스틱에 온도를 기록하는 흐름을 작성할 수 있다. 특히 원격 위치에 인터넷 연결이 없는 경우에 편리하다.

Edge I/O 사례2 - 클라우드 분석 시스템에서 압축기 작동유무를 정시에 전송

1. 처음 두 개의 I/O 채널 중 하나를 압축기의 실행/중지 접점에 연결한다. 웹 브라우저에서 정시 합계 기능을 사용하여 채널을 개별 입력으로 구성한다. groov RIO는 압축기가 실행되는 시간을 자동으로 합산한다.
2. Node-RED를 열고 요약된 데이터를 분석 시스템으로 이동하는 간단한 흐름을 만든다.

Edge I/O 사례3 - SCADA 시스템에 데이터 게시

1. 프로세스 계측 트랜스미터(예: 흐름 또는 압력 레벨)를 처음 4개의 I/O 채널에 연결하고 아날로그 입력(전압 또는 전류)으로 구성한다.
2. groov Manage에서 MQTT 브로커에 채널 데이터를 게시하도록 MQTT 통신을 구성한다. 그러면 SCADA 시스템은 브로커의 데이터를 구독할 수 있다.

프로젝트에 따른 결단

앞의 세 가지 예는 groov RIO Edge I/O 제품이 IIoT 프로젝트를 단순화할 수 있는 주요 방법을 보여준다.

자료 제공: Opto22(www.opto22.com)