산업용 네트워크에서 이더넷이 각광받고 있다. 연결이 확대되고, 더 많이 데이터의 이동이 요구됨에 따라 고속 전송이 가능하며, 확장성이 뛰어난 이더넷에 대한 관심이 높아지고 있는 것이다. 일반적으로 활용되는 IEEE802.3은 데이터 전송이 일정하지 못해 산업 현장에서의 적용에는 무리가 있다. 이러한 문제를 해결하고, 산업 환경에 맞춤화된 다양한 산업용 이더넷 기술이 등장하여 경쟁하고 있는 가운데 POWERLINK는 완전한 공개를 실현하여 주목받고 있다.
파워링크협회 사재훈 한국지부 사무국장은 파워링크의 특징 중 하나로 ‘완전한 오픈’을 꼽았다. 다른 주요 표준들이 일부를 비공개하여 폐쇄성을 유지하고 있는 반면, B&R이 개발하여 2001년 처음 소개되고, 2008년 모든 소스코드가 공개된 POWERLINK는 100% 오픈소스 프로토콜로 제한 없는 활용이 가능하다는 설명이다. 개발자들을 위한 오픈소스 소프트웨어 개발관리 홈페이지인 ‘소스포지’에서 POWERLINK 관련 소프트웨어의 데모 프로그램도 받을 수 있다.
사재훈 사무국장은 “제어용 통신 프로토콜 뿐 아니라 안전 관련 프로토콜까지 openSAFETY라는 이름으로 공개하고 있는 POWERLINK는 진정한 개방형 프로토콜”이라고 강조했다.
openSAFETY는 생산 라인·공정 플랜트 등에서 기계 장비의 안전한 작동에 관한 정보를 전송하는 통신 프로토콜이다. 전통적인 안전 솔루션은 특수 릴레이를 통해 기계와 제어 시스템을 연결하는 전용 통신 회선이 요구되지만, openSAFETY는 안전 관련 정보를 위해 여분의 케이블이 필요하지 않아 통신을 위한 공간과 비용을 절약하게 하는 이점이 있다.
안전 네트워크의 실현
POWERLINK는 프로세스 레이어와 컨트롤 레이어를 추가적인 게이트웨이 없이 단일 네트워크망으로 연결할 수 있는 산업용 프로토콜이다. 마스터에 할당된 고유 IP 주소가 상위의 사이트 레이어와 완벽히 분리된 독립적인 네트워크망을 구축할 수 있도록 하는데, 이는 크래킹 및 사이버 테러 등에 대하여 높은 보안성이라는 이점을 가져다 준다. 또 링·케이블·CPU 등 다양한 이중화 기능을 지원하는 등 보완 기능도 갖추고 있다.
이외에도 POWERLINK 프로토콜은 한 개의 마스터로 최대 239개의 슬레이브를 구축할 수 있으며, 각각의 슬레이브는 마스터 시스템으로 변경이 가능하다. 슬레이브와 마스터 모두 소프트웨어 기반으로 구축할 수 있기 때문이다. 이렇듯 POWERLINK의 뛰어난 확장성은 생산시설 전체를 아우르는 대규모 네트워크를 완벽하고, 안전하게 구축할 수 있게 한다.
산업 현장에서 요구되는 강한 실시간성의 요구도 충족함은 물론이다. 인터넷 등에서 일반적으로 이용되는 이더넷은 데이터 충돌 방지를 위한 메커니즘을 갖고 있는데, 이는 데이터 전송을 불규칙하게 만드는 요인이 된다. 따라서 산업용 이더넷은 산업 현장에서 요구되는 강한 실시간성을 만족해야 한다.
예컨대 디지털 제어 시스템·모션 제어 응용 프로그램은 종종 1ms 이내의 지연없는 사이클 타임이 요구된다. POWERLINK는 특히 강력한 실시간성을 자랑한다.
이외에도 POWERLINK는 CANopen의 전체 범위를 통합하고, IEEE 802.3 이더넷 표준을 완벽하게 충족시킨다. 프로토콜간 모든 네트워크 토폴로지의 선택의 분산 허용, 핫 플러깅 능력과 모든 표준 이더넷 기능의 제공도 POWERLINK가 갖는 고유의 특징이다.
OPC UA와 상호 보완
OPC UA와 긴밀한 협력 관계를 구축하고 있다는 점도 주목할 요소다. OPC UA는 미국 산업인터넷컨소시엄(IIC)과 독일 인더스트리 4.0 컨소시엄이 합의한 통신 표준으로, ABB·B&R·보쉬렉스로스·시스코·GE 등 산업계 선도 기업들이 산업용 컨트롤러와 클라우드에 대한 통합 통신으로 협력하고 있다. POWERLINK는 OPC UA와 긴밀하게 협력하여 상호보완적인 관계를 구현하고 있다.
예를 들어 장치·장비 등 기계류에서 요구되는 마이크로초 단위 제어는 강한 실시간성을 갖는 POWERLINK를 통해 해결하고, 이보다 상위 개념인 HMI·데이터 수집 등은 OPC UA가 해결하는 방식으로 서로를 보완하면서 연결을 제공한다. 이때 실시간성 및 시간결정성이 필요한 데이터는 동기 데이터(Isochronous Data)로, 실시간성 및 시간결정성이 덜 필요한 데이터 교환 등은 비동기 데이터(Asynchronous)로 각각 처리하며, POWERLINK 프로토콜은 OPC UA 프로토콜이 각 장비에까지 적용할 수 있는 터널 역할을 수행한다.
사재훈 사무국장은 “대부분의 선도 기업들이 참여하고 있는 OPC UA의 역할은 계속해서 확대될 것으로 전망된다”면서 “POWERLINK는 OPC UA의 부족한 부분들을 메꾸고, 산업 현장의 요구에 효과적으로 대응하여 더 많은 이익을 전달한다”고 자신했다.
