제조업은 한국 산업 및 경제의 근간이다. 4차 산업혁명 시대가 코앞으로 다가오면서 곳곳에서 한국 제조업의 지능화에 대해 목소리를 높이고 있다. 어디에나 붙던 스마트는 공장에도 붙어 스마트팩토리라는 말이 등장했고 곧 일반화됐다.


스마트팩토리는 공장 자동화보다 진보한 개념이다. 단위 공정별로 자동화와 최적화가 이루어진 공장 자동화는 데이터는 개별적으로 수집한다. 반면 스마트팩토리는 데이터가 연결되어 있다. 따라서 데이터를 수집하면 데이터끼리 연계가 가능하다.

그렇다면 수많은 단에서 발생하는 데이터를 연계하려면 어떤 방법을 사용해야 할까?

OPC-UA(OPC Unified Architecture)는 산업용 자동화 애플리케이션을 위한 공급자 독립적인 통신 프로토콜이다. OPC-UA는 유연하고 독립적이다. 따라서 인더스트리얼 4.0의 구현을 위한 이상적인 통신 프로토콜로 간주되고 있다.

OPC-UA는 IT의 IP기반 세계와 생산 현장 사이의 간극을 메운다. 기계 내부에서, 기계 사이에서, 혹은 기계와 클라우드 데이터베이스 사이에서 모든 생산 프로세스 데이터는 단일 프로토콜을 통해 전송된다.

하지만 스마트팩토리 현장에서 이뤄지는 모든 통신을 OPC-UA가 커버할 수는 없다. TSN(Time Sensitive Networking) 규격은 기존 산업용 이더넷 프로토콜보다 최소 10배 이상의 빠른 데이터 전송 속도를 지녀 OPC-UA의 장점을 극대화할 수 있다.

ABB 그룹의 일원인 B&R은 여러 해 동안 OPC-UA에 몰두해왔으며 TSN에 대해서도 적극적이다. 지난 23일, e4ds EEWebinar에서는 B&R의 사재훈 차장이 스마트팩토리 구현을 위한 OPC-UA와 TSN 활용에 대해 논의해보는 웨비나를 가졌다.

다음은 웨비나 시청자들의 OPC-UA over TSN에 대한 질문과 그에 대한 B&R 사재훈 차장의 답변을 추린 것이다.


Q. 현 정부에서는 인더스트리얼 4.0을 매우 중요하게 여기고 있습니다. 독일의 성공사례를 벤치마킹하고 따라가기 위함일 텐데요. 그런데 실제 산업 현장에선 기존 공장들이 너무 낙후되어 애로 사항이 많습니다. IoT와 IIOT 기술이 대기업부터 중소기업의 공장까지 정착되려면 가장큰 TODO가 무엇일까요? (ID: le**)
A. 독일과 한국의 자동화 환경에는 많은 차이점이 있습니다. 우선 대기업, 중소기업의 새로운 비지니스 모델에 대한 정의가 선행되어야합니다. 최신 기술을 도입하는 것이 수익 창출과 직결되지 않는 점을 전제로, 일단 자동화와 데이터 수집을 위한 플랫폼을 구축, 현실적이고 실현가능한 성공사례를 만들어야 한다고 생각합니다. 각 기업의 목표로 하는 스마트화는 모두 다르기에 많은 조사와 공부가 선행되어야 적절한 플랫폼 구축이 가능하다고 생각합니다.


Q. MELSEC과 같은 산업현장의 오래된 PLM들은 아직도 RS232 같은 통신을 많이 쓰고 있습니다. 이런 제품에도 IoT 젠더를 사용하여 프레젠테이션 되는 프로토콜을 사용할 수 있나요? (ID: ds**)
A. 네, 그렇습니다. B&R의 CPU의 경우 기본적으로 이더넷 포트를 탑재하고 있으며, OPC UA 통신도 기본사양으로 제공됩니다. MELSEC의 경우 이미 통신 드라이브 개발되어 무상 배포되고 있습니다. RS232C는 관련 인터페이스 카드를 추가하면 즉시 연결됩니다.


Q. 필드버스 대비 OPC-UA에는 어떤 장점이 있습니까? (ID: na**)
A. OPC-UA은 매우 직관적인 프로토콜입니다. 사용자들은 인포메이션 모델(information model)을 통해 모든 태그에 대한 정보를 확인 가능하여 데이터 매핑 테이블을(data mapping table)을 수시로 찾아보는 번거로움이 없습니다. 또 OPC-UA를 지원하는 디바이스는 그 어떤 IP 시스템과도 연결이 쉬어 IIoT 구축에 효과적입니다.


Q. 기존의 모든 필드버스가 OPC-UA over TSN으로 대체되는 흐름인가요? (ID: dg**)
A. 네, 그렇습니다. 기존 필드버스와 이더넷은 IIoT를 위한 니즈를 만족시키기에 제약이 큽니다. 이미 독일, 미국, 중국, 일본 등의 다양한 스마트팩토리 관련 표준 모델에서 OPC-UA over TSN의 필요성에 대해 명시적으로 나와 있습니다.


Q. OPC-UA의 보안성은 어떤가요? (ID: eg**)
A. OPC-UA는 최신 보안 규격이 적용 될 수 있도록 프로토콜 구조가 디자인되었습니다. 대표적으로 ID/PWD 로그인, SSL/TLS 프로토콜 지원, RSA 표준인증 등입니다. 그 외에도 OPC UA 정책상 최신 보안기술을 쉽게 적용할 수 있도록 지속적인 개선이 있을 것입니다.


Q. 필드버스나 산업용 이더넷 같은 경우 게이트웨이를 사용하면 보안이나 관리부분에서 좀 더 효과적이지 않습니까? (ID: yk**)
A. 네트워크 계통을 어떻게 디자인 하는지에 대한 문제입니다. 그렇기 때문에 OPC-UA가 다양한 보안표준 탑재가 가능하도록 디자인 된 것입니다. 물론 보안관련 방화벽등과 같은 정책 및 보안 솔루션은 필요합니다. 점점 더 데이터 보안이 중요해 지고 있기 때문이지요. 관리적인 부분은 사용자의 인프라, 내부운영인력에 따라 차이점은 있을 수 있다고 생각되지만, 게이트웨이는 장기적으로 비용에 대한 증가와 통신 속도의 지연을 발생시킬 수밖에 없습니다.


Q. 기존에 EtherCAT이나 OPC UA로 로봇 모션을 구동하고 있는데 TSN이라는 기술을 추가하면 기존에 장비나 네트워크망을 바꿔야 하나요? (ID: el**)
A. TSN은 기가비트 망이므로 바꿔야합니다. 당연히 각 디바이스에도 TSN 스위치가 내장되어야 합니다.


Q. OPC-UA over TSN에서 IIoT 연결을 위한 고속 이더넷 스위치가 필요합니까? (ID: ho**)
A. 네, 필요합니다. 네트워크 스위치뿐만 아니라 TSN을 지원하는 PLC나 모션드라이브 내부에 2포트 스위치(허브가 아닙니다)가 내장되는 구조로 공급됩니다.


Q. 이더넷은 왜 IIoT를 위한 성능을 만족할 수 없나요? (ID: yk**)
A. 이더넷은 시간결정성을 만족시킬 수 없습니다. 시간결정성은 정확한 주기로 지연 없이 동일 네트워크에 있는 자원들이 통신하는 것을 의미합니다. 이메일은 1ms 늦게 받아도 상관없습니다. 그러나 로봇, 모션, 고속 IO 제어와 같은 분야에서 1ms 통신지연은 자동화 영역에 심각한 장애를 초래합니다. 시간결정성은 정확한 주기를 통한 제어, 실시간성은 고속통신으로 이해하시면 됩니다.


Q. Pub/Sub도 사용 가능한가요? (ID: gi**)
A. Pub/Sub은 이미 적용되어 있습니다. 기술자료 보다는 애플리케이션 구성 시 도움되는 툴이 제공된다고 생각하시면 됩니다. 관련 링크입니다.


Q. TSN으로 무선 시스템 제어가 가능한가요? (ID: lc**)
A. 통제실에서 다양한 제조공정을 컨트롤 할 수 있는 기능 정도입니다. TSN은 이더넷 기술이므로 무선 제어가 가능합니다. 단 TSN을 지원하는 무선 시스템이 필요합니다. 아직까지 관련 제품은 없는 것으로 알고 있습니다.


Q. 그렇다면 TSN이 정확히 어떤 의미입니까? 그리고 TSN 위에 CC-Link, TSN 위에 OPC UA라고 하셨는데 좀 더 자세히 알려주십시오. (ID: na**)
TSN은 Time Sensitive Networking의 약자입니다. TSN은 시간결정적인 통신을 보장합니다. TSN망은 기가비트 기반이며, 그 위에 다양한 프로토콜이 동작합니다. B&R이 OPC-UA over TSN을 도입하려고 하는 이유는 OPC UA와 TSN이 모두 개방형이라 소유권이 없으며, 벤더 독립적이고 IIoT에 최적화 되어 있기 때문입니다.


Q. 기존 시스템에 적용할 때 프로젝트 기간이 보통 어느 정도 소요됩니까? (ID: w3**)
A. 통신 드라이버 구성 자체에는 시간이 소요되지 않습니다. 단순 비교는 어렵지만, DAQ 시스템을 구축할 때 기존의 필드버스 하드와이어링, 산업용 이더넷을 포함해서 즉시 실데이터를 확인할 수 있습니다.