빠르면서도 정주기성이 보장되는 유연한 구조로 스마트화 실현
CC링크, Power링크, TSN 등 OPC UA와 호환을 기반으로 해

아무리 좋은 기술력도 프로토콜에 대한 표준이 정립되지 않으면 무용지물이다. 4차 산업의 핵심은 융합이다. 공장 간, 장비 간, 사물 간 호환성 확보가 이뤄져야 생산성 향상 및 불량률 감소를 통한 가격과 품질 경쟁력 확보 등 스마트공장의 특성을 활용할 수 있다.

2025년까지 스마트공장 3만개를 구축하겠다는 정부 주도의 ‘스마트제조혁신 비전 2025’와 표준화 지원체계 확립을 위한 ‘스마트공장 표준화 추진 전략’을 수립해 국가 표준을 마련하며 중요성을 방증한다. 하지만 장비간 프로토콜이 달라 시스템 설계 및 유지관리에 있는 어려움을 해소하기 위해 장비간 프로토콜 공통표준인 OPC UA 도입을 지원하기 시작했다.

OPC UA는 산업용 자동화 애플리케이션을 위한 공급자 독립 통신 프로토콜이다. 클라이언트와 서버 원리를 기반으로 하며 개별 센서와 액추에이터로부터 ERPC 시스템이나 클라우드에 이르기까지 통신을 허용한다. 또한, OPC-UA는 IT의 IP 기반 세계와 생산 현장 사이의 간극을 채워준다. 기계 간, 기계와 클라우드 데이터베이스 사이에서 모든 생산 데이터는 싱글 프로토콜을 통해 전송된다. OPC는 전통적인 공장 수준의 필드버스 시스템의 요구를 제거한 것이 특징이다.



해당 프로토콜은 플랫폼이 독립적이고 내장된 안전 메커니즘을 특징으로 한다. 그리고 유연하고 독립적이기 때문에 4차 산업의 구현을 위한 중요 프로토콜로 꼽히고 있다.

이에 따라 다양한 프로토콜은 OPC UA와의 호환성을 바탕으로 기술력을 내세우고 있다.

CC-link
IHS 리서치에 산업용 네트워크에 조사를 의뢰한 결과 한국, 아시아에서 CC링크는 적용률 1위를 기록했고 업계별로는 자동차 분야, 액정분야, 반도체 분야에서 큰 사용률을 보였다.

CC링크는 현재 국내외에 메인 설계 관리 네트워크로 사용되고 있으며 대용량 광통신 분야에 인정받고 있다. 이중 CC링크 아이필드는 고속 1Gbps로 초고속 네트워크를 지원하고 2011년에는 모션과 동기 기능을 확장한 CC필드 모션 이후에는 보안 문제로도 범위를 넓힌 CC링크 세이프티가 나왔다.

IoT 시대에서 네트워크는 핵심 기술이다. 이를 강화하는 것이 CC링크 협회의 의무다. 빠른 속도와 여러 특징으로 IE에 적합하다. 하나의 네트워크가 생산 라인에 통합 후 모니터링하는 것이 최적이지만 실제 현장은 여러 네트워크가 혼재되어 있다. 복잡한 구조의 여러 네트워크 간 정보를 얼마나 잘 수집하고 분석하느냐가 중요하다.

CC-Link 협회 김명심 과장은 “센서 네트워크로 성장하고 있는 IO링크와 CC링크를 하나의 망에서 같이 사용하기 위해 협업 중이며 유럽 시장점유율 1위인 프로피넷과도 호환을 통해 접속성을 강화했다”고 말했다. 이어 “무엇보다 OPC UA와의 연계를 강화를 위해 OPC Foundation과 연계한 CSP+를 발표했다”라고 말했다.

멀티 벤더 제품 간이나 다른 OS에 걸쳐 데이터교환이 가능한 고신뢰 산업 통신용 데이터 교환 표준 규격인 OPC UA의 호환을 바탕으로 한 CSP+는 다품종 소량 생산을 실현하기 위해 각 장치의 정보 공유를 통해 장치별 가동률을 개선한다. 대표적인 특징은 별도 장치에 매뉴얼이나 프로그램 없이도 사용이 가능하고 다양한 툴과 통합이 이루어지며 여러 언어 및 XML에 대응한다.

각 사 및 장치마다 화면 사양이 통일되지 않아 비교가 어렵고 소프트웨어의 수정이 필요해 큰 비용이 들었다. 이러한 문제점을 개선하고자 장치용CSP+를 도입해 다양한 장치의 정보를 간단히 정의했다. 김명심 과장은 “현장 여러 라인의 장치에서 제공하고 있는 정보를 모두 모니터링하는 데에는 한계가 있지만, CSP+는 원하는 정보만 띄어줘 효율적인 관리가 이루어진다”라고 밝혔다.

Power Link 및 TSN 기술
미국과 독일 등 선두기업은 클라우드, 설비 등 단일 플랫폼에 집중하고 있다. 한국도 스마트 시장을 위한 고유의 기본전략 수립과 구체적 플랫폼을 구축해야 하지만 어려움을 겪고 있다.

고성능의 서보, 모션 및 로보틱스 제어 등에 이더넷 파워링크, 프로피넷, CC링크, IRT 등 이더넷 기반의 프로토콜이 사용되고 있지만 이 중에서도 OPC UA가 크게 활용되는 데에는 프로토콜 구조가 강력하고 범위가 넓기 때문이다. 이는 기존의 게이트웨이를 제외하고 효율적인 방법으로 기기 및 사물 간의 연결이 가능하다.

하지만 현장에서 전방위적 통신 통합 수준의 개방성을 OPC-UA가 모두 충족하지는 않는다. 이런 문제를 해결하기 위해 TSN(Time Sensitive Networking) 기술 규격을 개발했다. 기존 인더스트리얼 이더넷 프로토콜보다 10배 이상의 빠른 데이터 전송 속도를 가진다.

아직 산업은 이더넷이 아닌 필드버스를 주로 사용하고 있는 실정이다. 이에 따른 문제점은 텍스트 기반의 프로토콜을 제공하며 정보를 개발자가 분석하는 데에 있어 직관적이지 않고 어렵다. 개발사마다 신호도 다르다. 하지만 한국파워링크협회 사재훈 국장은 “앞으로 더 넓고 빠른 데이터를 올리기 위해서는 이더넷 기반의 프로토콜을 사용할 것이고 특히 OPC-UA와 TSN이 주가 될 것이다”라고 말했다.

2000년 이후로 OPC-UA는 인포메이션 모델을 만들고 보안 문제도 갖춰 많은 국제 표준이 OPC UA와 협업하고 있다. 다양한 미디어에 통합될 수 있는 유연성과 더불어 자동화의 핵심인 보안에 강력하다는 점이 이유다. 협회 실험결과에 따르면 기존 산업용 프로토콜인 필드버스보다 18배 빠른 속도를 보였다고 밝혔다. 빠르면서도 정주기성이 보장되는 유연한 구조다.

사재훈 국장은 “경제적, 시간적 비용 문제로 인해 필드버스를 한 번에 걷어 낼 수는 없다 이에 따라 천천히 게이트웨이를 줄여나가며 어떻게 하면 이더넷 기반의 프로토콜을 도입할 것인가가 핵심과제”라고 설명했다.