제조업은 한국 산업과 경제의 근간이다. 4차 산업혁명 시대가 코앞으로 오자 곳곳에서 한국 제조업의 생산성을 높이자며 지능화에 대해 목소리를 높였다. 어디에나 붙던 스마트는 공장에도 붙어 스마트팩토리라는 말이 등장했고 어느새 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. 이 프로토콜은 유연하고 완벽하게 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. B&R의 사재훈 차장을 만나 두 규격에 대해 묻고 스마트팩토리 구현을 위해서 OPC-UA와 TSN을 어떻게 활용해야 하는 지 물었다.


Q. B&R에서 어떤 일을 하고 계십니까?
A. 저는 B&R에서 스마트팩토리 분야에서의 신사업 개발과 마케팅, 그리고 영업을 담당하고 있습니다.


Q. 최근 산업 자동화 부문에서 OPC-UA란 단어가 심심치 않게 들립니다. OPC-UA란 무엇입니까?
A. OPC-UA는 스마트팩토리와 인더스트리얼 4.0이 본격적으로 실체화되면서 상당히 주목받게 된 통신 프로토콜로서, OPC-UA 재단에서 보급하고 있습니다. OPC-UA의 시작은 OPC(OLE for Process Control)입니다. 그런데 스마트팩토리에 대한 산업계의 니즈가 커지면서 OPC 재단은 OPC에 대한 정의를 바꾼 듯합니다. ‘OLE for Process Control’에서 ‘Open Platform Communication’으로 말이죠.


Q. 전 세계 산업계에서 OPC-UA 통신 프로토콜은 얼마나 활성화 되어 있습니까?
A. 현재 거의 모든 산업 자동화기기의 공급사들이 OPC-UA 통신 프로토콜이 내장된 제품을 공급하고 있습니다. 불과 3년 전까지만 하더라도 이렇게까지 많지는 않았습니다. B&R은 OPC-UA 프로토콜을 지원하는 PLC 제품을 공급한 첫 번째 기업인데요. 지금은 지멘스, 로크웰, 미쯔비시 등의 주요 기업들이 기본 사양 혹은 OPC-UA 프로토콜을 공급하고 있습니다. 특히 컨트롤러에 많이 도입된 상황입니다.


Q. OPC-UA와 함께 언급되는 규격으로 TSN이 있습니다.
A. TSN이라는 규격은 미래의 이더넷 표준입니다. 현재의 이더넷은 100Mbps의 속도로 동작합니다. 그런데 자동화 설비가 고도화되고 장비가 고성능화되면서 처리해야할 데이터 량이 많아졌습니다. 이에 기가비트 이더넷에 대한 규격의 필요성이 생겼고, 그래서 등장한 것이 TSN입니다. ‘Time Sensitive Networking’, 즉 시간 민감형 네트워킹이란 말은 2가지 의미를 내포하고 있습니다. 실시간성과 시간결정성입니다.


Q. 두 특성에 대해서 설명해주십시오.
A. 실시간성은 같은 네트워크 계통에 있는 디바이스끼리 실시간으로 연결되는 것을 의미합니다. 클럭 단위로 나눠서 보면 지연이 있을 수 있지만, 디바이스는 그를 실시간이라 인식합니다. 자동화 영역에서는 로봇 컨트롤러, 모션 컨트롤러, PLC 등이 얼마나 어느 주기로 통신을 하고 있느냐가 실시간성입니다.

시간결정성은 두 사람 간의 대화로 설명 드리겠습니다. 두 사람이 실시간으로 대화하고 있는데, 어느 정도 싱크로가 맞아야 대화가 됩니다. 특정한 질문에 대답을 5분 뒤에 하거나, 아직 답도 안 했는데 다음 질문을 하면 대화가 어그러집니다. 자동화 영역에서는 각각의 컴포넌트들이 서로 실시간으로 통신하는데, 이걸 처리해야 하는 프로세스 타임 내에 처리가 되어야 합니다. 따라서 어떤 주기를 갖고 일정하게 동작해야지만 고성능의 통신주기를 지킬 수 있는 겁니다. 시간결정성은 고속 I/O처리나 고성능 모션 동기제어 쪽에서 중요한 요소로 작용합니다.

그리고 TSN은 실시간성과 시간결정성을 동시에 갖고 있는 규격입니다.


Q. TSN 규격을 따르는 제품들이 많이 나와 있습니까?
A. TSN은 완전한 규격이 아닙니다. 내부 규격이 아직도 새로이 만들어지고 보완되고 있습니다. 현재 나오는 TSN 규격 제품들은 시제품입니다. 저희 B&R과 같은 회사들은 이 TSN 규격을 보완하는 데 고심하고 있습니다. ‘IIC(Industrial Internet Consortium) TSN 상호운용성 테스트베드’에 대해 들어보셨을 텐데요. 참여 기업들은 산업계의 목소리가 IEEE에 반영될 수 있도록 노력하고 있습니다.

TSN 규격은 네트워크 스위치 제품에서 개발이 활발합니다. 기가비트로 인해 거대해지는 네트워크 계통을 중간에서 적절하게 연결하는 것이 상당히 중요해졌기 때문입니다. IIC 참여 기업들은 수많은 네트워크 스위치를 제작 중이며, B&R의 경우, 컨피그레이션 툴, CPU, I/O 제품의 시제품 등을 만든 상태입니다.

Q. OPC-UA와 TSN은 어떻게 통합되어 운영됩니까?
A. OPC-UA는 통신 프로토콜로, TSN이라는 물리적인 규격 위에서 움직입니다. TSN이 고속도로라면, OPC-UA는 그 고속도로에서 탈 수 있는 특정 차종을 규정한 것입니다. OPC-UA는 현재 100Mbps 이더넷에서 사용되고 있지만, 스마트 팩토리에서의 데이터 처리 요구량은 계속해서 늘고 있습니다. 이는 네트워크 계통에 연결할 수 있는 컴포넌트의 개수가 증가한다는 것을 의미합니다.

가장 하위단의 센서부터 최상위단의 설비가 신경망으로 구축되는 것은 기본적인 요구 사항입니다. 신경망이 구축되지 않으면 중간에서 이를 연결해줄 게이트웨이와 미들웨어 등이 있어야 합니다. 이는 속도를 지연시키고 결정성을 방해하여 생산비용을 증가시킵니다. 따라서 TSN은 CPS(Cyber Physical System)와 같은 시스템들을 위해서 필수적으로 들어가야 하는 네트워크 기술입니다.


Q. 지난 3월에 있었던 ‘스마트공장·자동화산업전 2019’의 ‘IIoT Innovation DAY’ 세미나에서 필드버스 인포메이션 모델이 OPC-UA의 가장 큰 장점이라고 하셨습니다. 자세한 설명 부탁드립니다.
A. OPC-UA 재단 홈페이지에서 인포메이션 모델을 검색하면 17종의 인포메이션 모델에 대한 정보가 나옵니다. 여기에는 이더넷 파워링크(Ethernet POWERLINK), CNC 등의 자동화 기술에 대한 인포메이션 모델에 대해 개제돼있습니다.

스마트팩토리를 구축하고자 하는 엔지니어들은 기존의 수많은 산업용 필드버스 규격들을 어떻게 OPC-UA와 혼용해서 쓸 수 있을까에 대한 고민이 가득합니다. 한 기업이 자체적으로 추가적인 기능을 만들어 해결할 수 있지만, 업계의 다른 기업 제품과 호환이 안 된다는 문제가 발생합니다.

OPC-UA 재단이 제공하는 인포메이션 모델은 시장에서 이미 사용되는 규격과 OPC-UA를 사용할 때 각각의 컴포넌트에서 발생하는 이벤트 처리를 어떻게 해야 하는 지를 포함하고 있습니다. 엔지니어는 이 모델을 그냥 가져다 쓰면 됩니다. 이러한 모델은 점점 늘어나는 추세입니다.


Q. 그 외에도 OPC-UA의 장점은 무엇이라고 생각합니까?
A. OPC-UA의 가장 큰 장점은 개방형 프로토콜이라는 것입니다. 그 어떤 기업과 OS라도 OPC-UA 통신 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 스마트팩토리의 연결성을 위한 가장 이상적인 프로토콜인 것이죠.


Q. 추가적으로 TSN의 장점은?
A. TSN은 고속으로 데이터를 처리할 수 있는 스펙을 갖고 있습니다. B&R이 2017년부터 만들고 있는 데모시스템을 보더라도 모션 제어를 위한 다른 산업용 이더넷 규격들보다 TSN이 18배 더 빠릅니다.


Q. 최근 5G가 이동통신 영역에 머무르지 않고 제조업 분야로 그 발을 넓히고 있습니다.
5G는 무선통신입니다. 무선으로 수많은 노드에 정보를 전달하죠. 무선이기 때문에 5G의 실시간성과 시간결정성은 기계의 정밀함을 만족시킬 수 없습니다. 또한 기계 내부 통신까지 5G로 할 수는 없는 노릇입니다. 따라서 5G 데이터를 OT 영역으로 내리려면 TSN과 함께 사용해야 합니다.

5G는 엄연히 무선이라는 한계를 갖고 있습니다. 하지만 그럼에도 5G를 활용하면 이미 갖추고 있는 CPU 자원을 활용해 별도의 CPU 투자 없이도 고속의 컴포넌트를 제어할 수 있습니다. 이 데이터가 클라우드로 넘어가면, 눈에 보이지 않는 CPU 파워로 TSN 터미널을 통해 연결된 컴포넌트를 제어합니다. 5G는 새로운 시장을 만들 것입니다. 그리고 TSN과 함께 각각의 타깃 애플리케이션에 맞게 사용될 것입니다.


Q. B&R은 스마트팩토리를 구축하고자 하는 기업에게 어떤 도움을 줍니까?
A. B&R은 산업용 CPU, HMI, 모션 컨트롤, 고속 I/O, 세이프티 모듈을 공급하고 있습니다. 하드웨어 뿐만 아니라 하드웨어 운용 소프트웨어 툴도 공급하고 있습니다.


Q. OPC-UA과 TSN 규격에 대한 B&R의 강점에 대해서 설명해주십시오.
A. B&R은 OPC-UA 서버 및 클라이언트 기능을 PLC에 쓸 수 있게끔 공급한 기업입니다. 또한, 기존 CPU에서 OPC-UA를 사용하려면 옵션 카드를 써야 하므로 비용이 발생합니다. 그러나 B&R에서 공급하는 모든 종류의 CPU에는 OPC-UA가 기본적으로 탑재됩니다.

TSN은 아직 완성되지 않은 규격입니다. TSN을 제대로 사용하기 위해서는 사용하는 네트워크 계통의 컨피그레이션이 중요합니다. B&R은 하드웨어뿐만 아니라 그 툴을 만들어 올해 4분기까지 출시할 예정입니다.

2020년까지 B&R은 OPC-UA와 TSN을 모션 드라이브에 내장할 계획입니다. 현재까지의 모션 컨트롤러들은 아직 산업용 이더넷 규격을 사용하고 있습니다. OPC-UA와 TSN은 모든 종류의 디바이스를 연결해서 사용한다는 이상적인 목표를 이룰 열쇠입니다. 이를 이루기 위해서는 시장에 나오는 모든 컴포넌트에 OPC-UA와 TSN을 탑재할 것입니다.


Q. 다른 자동화 기업들과 차별화되는 B&R의 장점은 무엇입니까?
A. 첫 번째는 개방형 기술을 공급한다는 것입니다. B&R이 사용하는 엔지니어링 환경에 대한 툴도 내부적으로 사용하는 언어는 AC 표준언어를 사용하고 있습니다. 언어가 표준화 되어 있다는 것은 툴을 활용하는 엔지니어들이 표준 언어로 애플리케이션을 만든다는 것이다. 혹여 나중에 B&R의 툴을 사용하지 않더라도 다른 표준 언어를 쓰는 툴로 애플리케이션을 만들 수 있습니다. 특정 언어로 만들면 그 솔루션에 종속이 됩니다. B&R은 폐쇄적이지 않습니다.

두 번째는 스마트팩토리와 관련된 요소 기술을 공급하는 데 앞장서고 있다는 것입니다. 규격들이 시장에 나왔을 때 실제적으로 사용하려면 제품을 사용할 수 있어야 하고 안정성이 높아야 합니다. B&R이 공급하는 제품에는 스마트팩토리 기술을 통합되어있습니다. 또 본사에서 검증하고 양산하기 때문에 타깃 애플리케이션과 수준을 맞출 수 있습니다. 고객이 자체적으로 개발을 하지 않더라도 요소 기술을 공급합니다.

그 외 부가적인 장점으로는 전통적인 PC 공급업체와 달리 DCS까지 커버하는 솔루션을 공급하고 있다는 것입니다. 그 외에도 세이프티에 대한 통합 등이 잘 구축되어 있습니다.


Q. OPC-UA 설비 도입자가 아닌 장비 개발자에게 B&R이 해줄 수 있는 일은 무엇입니까?
A. 국내는 제조업이 상당히 발달되어 있습니다. 그리고 제조를 하는 것은 기계입니다. 기계를 만든다는 것은 기계를 컨트롤 할 수 있는 CPU가 있어야 하는 것이고, 외부의 제품들과 통신으로 연결된다는 것입니다. B&R이 공급하는 하드웨어는 OPC-UA를 기본적으로 탑재하고 있습니다. 저희의 툴로 타깃 머신을 만들면 OPC-UA를 기본으로 지원합니다.

많지는 않지만 PC 기반의 윈도우 제품을 개발하는 고객들도 많은데, OPC-UA 제품을 만들려면 OPC-UA 스택을 구매하거나 오픈 소스로 나와 있는 샘플을 가져다 직접 개발하면 된다. 다만 개발에 리스크가 있다고 판단되면 B&R의 CPU를 구매하여 게이트웨이처럼 사용하면 됩니다.

저희는 다양한 산업 분야에서의 성공사례를 갖고 있습니다. 구형 장비의 데이터를 클라우드로 연결했을 때 단순한 게이트웨이 역할 뿐만 아니라 KPI를 관리할 수 있는 소프트웨어가 하드웨어에 장착되어있습니다. 오렌지박스가 대표적입니다.

오렌지박스는 내부적으로 여러 지능적인 기능을 갖추고 있어 특정 신호들을 처리해서 예지 보전이나 예측 제어를 한다든지, 에너지를 모니터링 한다든지, 각각의 업체들이 갖고 있는 KPI 지수를 관리하는 데 일종의 에지 컨트롤러다. 이런 솔루션을 찾는 업체들, 기존에 설비를 운용하고 제어하는 기술은 갖고 있으나 추가적으로 이득이나 서비스 콘텐츠를 만들고 싶으나 솔루션을 자체적으로 보유하기엔 리스크가 있다고 판단하고 있는 업체들에게 요소 기술을 제공하겠습니다.


Q. 마지막으로 e4ds 독자들에게 한마디 부탁드립니다.
A. 산업계가 스마트화 되면서 현업에서 고생하는 엔지니어들에게 숙제가 많아지고 있습니다. 새로운 솔루션을 찾아서 현장에 적용해야 하는 과제가 대표적인데요. 사람자체가 스마트하지 않으면 스마트화는 쉽지 않습니다. B&R 역시 절반이 엔지니어입니다. 같은 고민을 갖고 있습니다. 따라서 고민을 털어놓을 창구가 생겼다고 생각해주시면 감사하겠습니다. 저희가 가진 요소 기술들을 적절히 조합해서 고객의 목표 달성에 적당한 툴 역할을 하고 싶습니다.