산업용 네트워크 프로토콜. 최근 공장자동화 분야의 흐름을 눈여겨보는 이라면 한번쯤 들었음직한 개념이다. 네트워크 기술을 활용하여 장치와 시설로 연결하고, 보다 편리하고도 스마트한 생산을 실현한다. 하지만 어떻게 해야 시스템을 구축할 수 있는지, 기존 기술과의 차이점은 무엇인지, 관련 기술로는 무엇이 있는지 속속들이 알기란 쉽지 않다. 한국파워링크협회의 사재훈 사무국장이 독자들의 궁금증을 해결해줄 자료를 마련했다. 산업용 네트워크 프로토콜 중 하나인 Ethernet POWERLINK에 대해 알아보자. 도움 | 사재훈 사무국장, 한국파워링크협회 정리 | 윤진근 기자(yoon@iomedia.co.kr)
목차 1. 파워링크란 무엇인가 1) 왜 이더넷인가? 2) 왜 파워링크인가? 3) 한국파워링크협회는 2. 파워링크의 기술들 (예정)
1)기본 개념 2) 슬레이브 3) 마스터 3. 파워링크의 미래
1. 파워링크란 무엇인가
1) 왜 이더넷인가? | 공장자동화의 첨단을 달리기까지 네트워크 기술을 활용한 시스템 구축에 대한 관심이 뜨겁다. 2000년대 초부터 산업용 이더넷을 활용한 연결망 구축이 본격화되었으니, 이제 산업용 네트워크는 도입기를 지나 성숙기에 접어들고 있는 셈이다. 하드와이어링 방식에서 필드버스 방식을 거쳐 이더넷에 이르기까지, 산업현장에서는 어떠한 변화가 일어났을까? 사람들이 이토록 이더넷에 열광하는 이유는 무엇일까?
오늘날 제조기술은 과거 어느 때보다 눈부시게 발전했다. 불과 몇 년 전까지만 해도 상상도 할 수 없던 제품과 기술을 이제는 산업현장 곳곳에서 볼 수 있게 되었다.
현장에서 생산하는 제품 역시 굉장히 다양한 요구사항을 가지고 있다. 부품의 가짓수부터 재질·표면·물량에 이르기까지, 여러 측면에서 제조 관련 요구사항이 증가했다.
여기에 제품의 복잡성은 그 어느 때보다 높아졌다. 실제로 공정에서 발생하는 작업의 양 및 부품의 개수가 현저히 늘어났다. 이로 인해 제조공정에서 발생하는 데이터의 양 또한 눈에 띄게 증가했다.
제조업체들은 이 많은 데이터를 어떻게 수집하고 처리해야 할까?
통신 시스템이 진화하기까지
공장에서 원활한 공정을 진행하기 위해서는 통신 기술이 필수적이다. 여기서 통신이란 공정을 구성하는 각 장치 사이의 연결을 말한다. 각 장치를 연결하여 유기적으로 움직이게 함으로서 원활한 공정을 보장하는 것. 지금까지 세상에 등장한 통신 기술은 크게 세 가지 종류로 나뉜다.
1. 하드와이어 기반
하드와이어링 방식은 생산에 자동화를 적용한 초기부터 사용하던 방식이다. 이름에서 알 수 있듯, 자동화를 구축하는 장치에 물리적 연결을 확보하여 전원을 공급하고 명령을 내린다.
하드와이어링 방식은 공장 전체 측면에서 보았을 때 어마어마한 양의 선(케이블)이 필요하다. 각 장치마다 별도의 배선이 필요하기 때문이다. 구축하기가 매우 복잡함은 말할 것도 없다. 또한 구축 및 활용에 드는 비용 역시 높다.
2. 필드버스 기반 필드버스가 무엇인지에 대해 알기 위해서는 기술의 어원을 살펴보아야 한다.
제품을 생산하기 위해서는 생산설비가 반드시 필요하고, 생산 설비를 제어하기 위해서는 제어를 위한 컨트롤러가 필요하다(주로 PLC 등의 제어기기를 많이 사용했다).
생산설비가 정상적으로 동작하기 위해서는 각각의 공정에 필요한 센서나 액추에이터 등이 제어장치의 입출력(I/O) 장치에 연결되어야 한다.
필드버스 시스템에서는 제어장치에 부착되던 입출력 장치가 센서 및 액추에이터 등에 근접해서 설치되는 형태로 변경된다. 즉, 제어장치의 입출력 장치가 생산설비에 분산 설치될 수 있는 것. 여기에 통신선을 이용하여 제어장치를 연결한다.
이 방식은 입출력용 제어장치가 생산현장에 분산되는 형태를 띤다. 따라서 생산현장을 의미하는 ‘필드’와 통신을 의미하는 ‘버스’를 합성하여 필드버스Fieldbus라고 부르게 되었다.
한국자동화표준시스템 연구조합의 조사결과에 따르면, 2015년 현재 전 세계적으로 약 100여 종류의 필드버스 형태 시스템이 존재한다.
3. 이더넷 기반 이더넷 기반의 통신은 기존 기술의 한계를 극복하기 위한 방편이다.
필드버스 프로토콜은 ▲각 필드버스 표준이 폐쇄적이고 ▲별도의 설정이 복잡하며 ▲속도에 한계를 가지고 있다. 필드버스 프로토콜은 또한 종류별로 연결단자 모양부터가 달라 각 장치의 연결이 어려우며, 서로 다른 표준을 활용하도록 프로그래밍하기도 쉽지 않다.
반면 이더넷 기술은 많은 이들에게 보다 친숙하다. 이더넷을 활용하는 장치는 랜(LAN) 선을 활용하여 연결한다. 그만큼 사용자에게 친숙하며 사용이 간편하다.
여기에 데이터 전송 속도나 전송량 또한 여타 기술에 비해 압도적으로 높다. 기존의 RS485 방식을 활용해서 얻을 수 있는 속도는 최대 12Mbps가량에 불과했지만, 이더넷 프로토콜을 활용하면 100Mbps 이상의 속도를 낼 수 있다.
이더넷 연결에 대해 조금 더 자세히 알아보자.
필드버스 Vs. 이더넷 기존의 필드버스 프로토콜은 RS485 혹은 CAN 방식을 주로 활용했다. 이들 프로토콜은 이미 다년간의 활용을 거쳐 신뢰성이 확보되었으며, 산업현장에서 성능이 입증·검증된 시스템이다.
하지만 필드버스 시스템에도 단점은 있다. 우선 ▲실시간성과 정주기성이 보장되지 않는다. 또한 ▲토폴로지 측면에서도 제약이 있다. 여기에 ▲전송 속도가 느리며, ▲데이터 전송량이 적다.
이를 좀 더 알기 쉽게 설명해보자.
예전에는 필드버스 프로토콜만으로도 장비나 흐름제어가 가능했다. 공정 과정에서 제어해야 하는 장비의 수가 적었기 때문이다.
하지만 오늘날 공정에 쓰이는 장비나 로봇 등은 제어해야 하는 채널의 수가 많다. 휴머노이드 로보틱스 분야를 예로 들어보자. 이 인간의 형상을 띤 로봇은 눈(영상 데이터, 즉 카메라)도 있고, 귀(음성 센서)도 있으며, 움직임을 위한 관절(모터 등)도, 감각기관(각종 센서)도 있다.
이 로봇을 원활하게 제어하기 위해서는 상당히 많은 수의 장치가 필요하다. 또한 로봇이 감지할 수 있는 외부에서의 자극이 많으므로, 로봇을 통해 들어오는 데이터의 양 또한 어마어마하다.
이제 이 데이터를 원활하게 주고받기 위한 요소들을 생각해보자.
기존의 필드버스 방식으로 로봇의 움직임을 처리하기 위해서는 물리적인 연결망을 구축해야 한다. 다양한 내·외부의 신호들을 감지하기 위해서는 중력·온도·습도·비전·압력센서 등 수많은 장치가 필요하다. 이는 몹시 복잡한 내부 신경망 회로 구조를 야기한다.
하지만 이더넷 프로토콜은 일대일 연결 방식 혹은 필드버스를 활용한 연결에서 벗어나 이더넷 기술을 통해 데이터를 처리한다. 이더넷은 TCP/IP나 웹 서버 등을 활용하여 데이터를 주고받으므로 보다 쉽고 간결하며 빠른 연결을 수행한다.
산업용 이더넷 기술은 1972년부터 지속적으로 개선을 거쳐왔으며, 현존하는 다양한 마이크로프로세서에서 사용할 수 있는 기술이다. 특정 제조업체가 주도하는 것이 아닌 독립적인 기술이라는 점도 매력적이다.
산업용 이더넷 산업용 이더넷은 산업현장에 특화된 이더넷 기술을 일컫는다.
산업자동화 관점에서 바라본 표준 이더넷은 전송 데이터 충돌 방지를 위해 CSMA/CD방식을 채택하고 있다.
하지만 이는 시간 결정적이지 못하다. 보다 진보된 산업현장에서 필드버스 영역에 연결되어 있는 센서·액추에이터·모터 등 부품의 동기화 제어 솔루션을 구축하기 위해, 고속의 시간결정성은 선택이 아닌 필수가 되었다.
이더넷의 특징인 고속·대용량 데이터 전송을 필드버스에 적용하기 위해 실시간성과 시간결정성을 보완한 것을 ‘산업용 이더넷’으로 명명하였다. 이는 최근 공장자동화에 사용되고 있는 리얼타임 OS와 함께 사용되고 있다.
간단히 설명하면, 실시간성은 말 그대로 간단히 설명하면, 실시간성은 말 그대로 실시간으로 제어할 수 있는 능력을 이야기하고, 시간결정성은 정확한 주기로 장비를 제어하는 능력을 말한다.
실시간성
누군가가 트위터나 페이스북 등의 SNS에 응급 메시지를 올린다. 그러면 사람들이 이를 ‘실시간으로’ 확인하여 관련 기관에 신고하고, 더러는 사용자들이 직접 나서기도 한다. 이런 방식으로 문제가 해결되는 경우, 사람들은 이를 ‘실시간으로 해결했다’고 한다.
하지만 이는 엄밀히 따지면 ‘실시간성’이 아니다. 변화가 일어나고, 기계가 이를 인식하는 과정에서 ‘시간 지연’이라는 것이 생기기 때문이다.
우리는 일상적으로 인터넷을 활용해 이메일을 확인하고 SNS를 즐기며, 동영상을 보고, 음악을 듣는다. 우리는 이를 ‘실시간 서비스’라고 생각한다. 하지만 실제로는 이러한 동작 모두에 시간 지연이 발생한다. 정보를 주고받아 응답하는 데에 시간이 필요하기 때문이다.
실제로는 실시간이 아닌 과정을 실시간이라고 느끼는 것은 우리가 원하는 ‘실시간성’이 낮기 때문이다. ‘이 정도면 끊김 없이, 실시간으로 통신하고 있다’는 것에 대한 기대치가 낮은 것.
체감이 잘 가지 않는다면, 타국을 예로 들어보자. 미국은 한국보다 인터넷 속도가 느리다. 파일 전송이나 스트리밍 서비스 등의 속도 역시 한국에 비해 열악하다. 하지만 미국에서는 이를 ‘실시간성이 있다’고 일컫는다. 이는 미국이 한국보다 실시간성에 대한 요구가 낮기 때문이다.
산업현장에서는 일상적인 환경에서의 그것보다 높은 실시간성을 필요로 한다. 수많은 동작을 보다 빠르게 구현해야 하기 때문이다.
날아오는 물체를 실시간으로 인지하여 회피하는 휴머노이드 로봇을 개발한다고 가정하자. 로봇은 눈 등을 통해 물체를 인식하여 몸을 움직여 피하게 된다. 이 과정에서 로봇은 ▲물체가 날아오는 것을 포착하고 ▲속도를 측정하며 ▲방향을 감지한다. 이어서 ▲정보를 뇌로 전달하면 ▲뇌가 명령을 내린다. 이후 ▲목 관절과 근육을 움직여 물체를 피한다. 뿐만 아니라, ▲다리나 허리 등의 모션 모듈 역시 목의 움직임을 인지해 다양한 변화에 맞추어 균형을 잡아야 한다.
이러한 일련의 동작을 1초 안에 수행하기 위해서는 1초의 실시간성이 필요하다. 마찬가지로 0.1초 안에 수행하려면 0.1초의 실시간성이 필요하다.
즉, 실시간성이란 ‘실제로 작업을 원활히 수행하기 위해 필요한 최소한의 시간’이라고 정의할 수 있다.
예를 들어 1초의 실시간성을 원하는 현장에서 3초 뒤에야 작업이 이루어졌다고 가정하자. 이는 원하는 시간 내에 작업을 수행하지 못한 셈이다. 이를 ‘실시간성이 깨졌다’고 한다. 1초라는 시간을 맞추지 못했기 때문이다. 하지만 3초의 실시간성을 필요로 하는 현장에서 같은 현상이 일어났다면? 이는 실시간성을 충족하는 셈이 된다. 3초라는 범위 내에 들어왔기 때문이다.
이더넷 프로토콜, 특히 POWERLINK는 이 실시간성이 높은 것이 강점이다.
시간결정성 산업현장에서는 연결되어있는 각 장치 및 기기들이 정확한 주기로 같은 타이밍에 움직여야 하는 경우가 많다. 이 개념을 이해하기 위해 몇 가지 예를 들어보자.
① 테이블 위의 벨을 누르면 카운터의 주문 확인용 PC에 테이블 번호가 출력되며, 출력 직후 알람이 울리는 100개의 테이블을 갖고 있는 식당이 있다. 이 식당에서 신호가 처리되는 과정을 상상해보자. 테이블에서 점심 시간동안 벨이 눌리고, 호출 신호가 처리되는 시간을 측정한다면? 누구든 작업의 처리 시간에 일관성이 없다는 것을 발견할 것이다. 왜냐면 최악의 경우 100개의 테이블에서 동시에 벨이 눌린다면 전송지연이 발생하게 되며, 신호를 전달하는 프로토콜이 고속의 실시간성과 정주기성을 보장하지 않기 때문이다. 앞서 설명한 것과 같이 손님과 주인 모두 고속의 신호처리 시스템을 원하지 않기 때문에, 사용자들은 이를 실시간으로 처리된다고 생각한다. 하지만 이러한 시스템은 실질적으론 실시간성이 부족하므로 산업현장에 부적합하다.
② 100℃의 오븐에서 30분 동안 구웠을 때 가장 맛있는 빵이 생산되는 공정이 있다고 가정하자. 하루에 100개의 빵을 생산하는 공장이 있다. 이 공장에서 사용하는 오븐의 상태가 좋지 못해 30분의 공정시간이 보장이 되지 않으며, 29분 58초 내지 30분 1초의 공정이 진행된다고 가정하자. 이 경우 제품의 품질과 생산량에 많은 차이가 있다고 말할 수 있을까? 최악의 경우를 상정해보자. 제품별 생산시간의 차이는 2초이다. 100개를 생각한다고 가정하면 2×100=200초, 즉 3분 20초 가량이다. 별 것 아닌 것처럼 보이는가? 이를 하루에 10억 개를 생산하는 빵 공장으로 확대시켜보자. 최악의 경우 생산시간의 차이 2초에 1,000,000,000개를 곱하면 555555.5555시간에 달한다. 빵의 품질을 떠나, 손실되는 생산량 자체가 어마어마하다. 만약 정확한 베이킹 시간이 맛에 영향을 주어 품질에 문제가 생긴다면, 그리고 당신이 만약 그 공장의 사장 혹은 공장장이라면, 시간결정성은 매우 중요한 요소이다.
③ 국내 시장에서 사용하는 일반적인 고속 서보제어 시스템의 경우, 1㎳의 네트워크 사이클 타임과 100㎲의 응답속도를 보장한다고 말한다. 이 경우 네트워크 사이클 타임과 각 서보모터의 응답 반응속도를 어느 수준까지 줄일 수 있는가가 시간결정성의 정밀도를 나타낼 것이다.
POWERLINK의 슬레이브 제품은 400㎲ 이하의 네트워크 사이클 타임과 1㎲의 응답속도를 보장한다. 실시간성과 시간결정성 측면에서 POWERLINK의 고유한 특징이나 장점에 대해서는 다음호에 자세히 설명한다.
토폴로지 네트워크 시스템을 구축해본 이라면 ‘토폴로지’라는 용어를 들어보았을 것이다.
네트워크 토폴로지란, 네트워크상의 노드들이 연결되어 있는 형태를 말한다. 일반적으로 단일 네트워크 상에는 1개의 마스터와 다수의 슬레이브가 존재하게 되는데, 마스터와 슬레이브가 연결되어 있는 상태를 말한다.
대표적으로는 중앙에 위치한 한 개의 서버에서 여러 클라이언트를 동시에 제어하는 성형(Star Type), 네트워크 상의 모든 클라이언트와 호스트를 일자형 케이블에(마치 나뭇가지처럼) 연결한 버스형(Bus Type), 모든 장치가 원 모양으로 묶여 있는 링형(Ring Type) 등이 있다.
이더넷 네트워크 방식은 토폴로지의 방식 측면에서 자유롭다. 가정에서 인터넷을 연결할 때, 벽에 커넥터를 꽂기도 하고, 바닥에 꽂기도 하며, 무선으로 사용하기도 한다. 이를 실현할 수 있는 비결은 IP 주소다. 고유한 IP 주소만 알고 있다면 손쉽게 접속하여 사용할 수 있는 것. 이더넷 방식만이 누릴 수 있는 장점이다.
파워링크 역시 이더넷의 속성을 가지고 있어 어떤 토폴로지에든 쉽게 적용할 수 있다.
2) 왜 POWERLINK인가? | 표준 이더넷 Vs. 전문화된 이더넷 이더넷 프로토콜이 훌륭한 기술임에는 의심의 여지가 없다. 하지만 표준 이더넷 기술은 산업현장에 적용하기란 쉽지 않다. 사무용 응용사례에 적합하게 설계되었기 때문이다. 그렇다면 일반 이더넷과 산업용 이더넷의 차이점은 무엇이며, POWERLINK 프로토콜의 장점은 무엇일까?
산업용으로 쓰이는 장비의 내부를 열어보면, 수 개에서 수십 개에 이르는 필드버스와 시스템들이 연결되어 있다. 이러한 환경에서 시스템에 문제가 발생한다면 원인을 분석하고 진단하기 위해 각각의 시스템에 대한 개별 분석을 진행해야 한다. 이는 시간과 금전의 소비로 이어진다. 여기에 각각의 프로토콜을 연결하기 위해 게이트 등의 추가 모듈을 장착해야 하는데, 이 역시 비용적인 문제로 이어진다.
이러한 시스템을 표준화된 단일 네트워크로 구성할 수 있다면 어떤 이점을 얻을 수 있을까? 여기에 더해, 이더넷 기반의 최신기술을 적용할 수 있다면?
이더넷 프로토콜을 적용하면, OEM업체, 즉 장비 제조업체들은 ▲보다 쉽고 용이한 진단을 통해 서비스 비용을 줄일 수 있다. 또한 ▲표준화된 네트워크를 활용함으로써 보다 많은 장비로의 확장성을 보장받는다. 여기에 ▲이더넷 기능을 활용하므로 산업용 사물인터넷에 대한 연결도 용이하다. ▲장비 설계가 간결하고 전체적인 시스템 개발비용이 감소하는 것은 물론이다.
표준 네트워크를 사용하면 서로 다른 기종 및 시스템을 몇 번의 클릭만으로 연결할 수 있게 된다.
POWERLINK는 현재 IEC61158 및 IEC61784에 표준으로 등록되어있다. 이 두 규정은 산업용 네트워크 표준과 관련한 규정으로, 표준으로 등재되었다는 것은 POWERLINK가 산업용 네트워크에서 요구하는 수준을 충족하는 규격임을 의미한다.
POWERLINK 프로토콜을 준수하는 장비의 경우, 서로 다른 기종 간에도 같은 프로토콜(언어)로 대화할 수 있다. 별도의 추가비용(외국어 공부나 통역사 고용 등)이 없어도 빠르게 작업에 투입할 수 있는 것.
여기에 이더넷을 기반으로 한 프로토콜인 POWERLINK는 이론적으로 파일 전송·음성 전송·영상 전송 등 이더넷을 활용한 기술을 모두 활용할 수 있다.
시간 지연 문제 해결하다 오늘날 일반적인 이더넷 기술은 반속파 감지 다중 접속 및 충돌 탐지(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, csmacd) 기능을 탑재하고 있다.
이 기능은 많은 장비들이 동일한 네트워크를 기반으로 하고 있고, 이 장치들이 유동적으로 움직여야 할 때 빛을 발한다. CSMA/CD 기술은 각 장치(노드) 사이의 충돌 및 간섭을 막기 위해서 임의적인 지연을 두고, 이후 충돌을 방지하는 절치를 반복적으로 수행한다.
하지만 이 기술을 산업현장에 적용하기에는 무리가 있다. 기술 특성상 장치 사이에 지연이 발생함은 물론, 지연 시간을 예측할 수 없기 때문이다.
100개의 장비를 0.1초 내에 동시에 움직여야 하는 산업현장을 생각해보자. 여기서 각 장치가 움직일 때마다 딜레이가 생긴다면? 생산 지연은 물론 치명적인 사고 및 피해로 이어질 수도 있다.
따라서 POWERLINK는 CSMA/CD 충돌방지 알고리즘을 적용하지 않고, 독자적인 기술을 적용함으로써 보다 실시간성과 시간결정성을 보장한다.
현재 EPSG는 이러한 기술 자체를 외부에 공개하고 있다. 소스를 공개함으로써 보다 많은 사람이 사용할 수 있도록 한 것.
다양한 층을 아우른다
산업현장에서 활용하는 장비에도 다양한 층위가 있다. 산업현장을 구성하는 ‘층’은 장치의 종류와 역할에 따라 구분된다.
구분하는 주체에 따라 각 장비별 영역은 세분화되거나 줄어들거나 하지만, 기본적인 구분은 크게 달라지지 않는다. EPSG는 이를 3개 영역으로 구분한다.
1. 사이트 레이어. ERP·MES·SCADA 등의 시스템이 운영되는 계층이 여기에 해당된다. 2. 프로세스 레이어. 실질적인 공정과 제어를 위한 두뇌 역할을 하는 계층이다. 3. 컨트롤 레이어. 필드버스에 연결되어 있는 계층을 의미한다. 센서·액추에이터·모션컨트롤러·로봇 등이 여기에 해당한다.
POWERLINK는 이더넷 망을 통해 2번과 3번 라인을 연결한다. 두 층을 연결함으로써 산업현장이 산업용 이더넷 프로토콜과 성공적으로 융합하였음을 의미한다.
이는 POWERLINK가 이더넷을 기반으로 한 프로토콜이기에 가능한 일이다. 이더넷을 기반으로 원격으로 산업 정보들을 주고 받으며, 기업 차원에서 다양한 공장을 동시에 제어하는 등 다양한 업무를 수행하는 것. 최근 뜨거운 감자가 되고 있는 IIoT나 스마트 팩토리 등의 개념들은 이더넷 프로토콜을 활용한 융합이 없다면 달성키 어려운 과제들이다.
안전한 네트워크 실현한다 POWERLINK는 앞서 언급된 프로세스 레이어와 컨트롤 레이어를 추가적인 게이트웨이 없이 단일 네트워크망으로 연결할 수 있는 유일한 산업용 프로토콜이다.
마스터에 할당된 고유 IP 주소는 상위의 사이트 레이어와 완벽히 분리된 독립적인 네트워크망을 구축할 수 있도록 도와준다. 이러한 특징을 통해 POWERLINK 프로토콜은 크래킹 및 사이버 테러 등 보안 관련 측면에서 높은 안정성을 실현한다.
또한 POWERLINK는 EMC에 매우 강력한 구조를 자랑하며, 링·케이블·CPU 등 다양한 이중화 기능을 지원하는 등 여러 안전 보완 기능을 가지고 있다.
POWERLINK 프로토콜은 또한 한 개의 마스터로 최대 239개의 슬레이브를 구축할 수 있다. 여기에 각각의 슬레이브를 마스터 시스템으로 변경할 수 있는 확장성도 갖추었다. 따라서 생산시설 전체를 아우르는 대규모 네트워크 또한 안전하게 구축할 수 있다.
모든 네트워크 계층 통합 POWERLINK의 네트워크 사이클 타임 내의 비동기 영역을 통해 UDP·TCP/IP·펌웨어·파일·OPC-UA등의 프로토콜과 기능을 연결할 수 있다.
이는 POWERLINK와 OPC-UA의 통합된 네트워크상의 데이터 교환이 매우 자유롭다는 것을 의미한다.
OPC Foundation에서 만든 OPC UA 프로토콜은 공장자동화 분야에서의 데이터 수집을 위한 표준화 프로토콜이다. 데이터 수집과 네트워크를 위해 만들어진 프로토콜이므로, 최상단에서 출발해 아래쪽 영역으로 향한다. 프로세스 레이어와 컨트롤 레이어에 집중하고 있는 POWERLINK와 궁합이 잘 맞을 수밖에 없는 것.
POWERLINK 프로토콜을 준수하는 장치 중에는 OPC UA와 협업할 수 있는 기능을 내장한 제품이 다수 있다. 예를 들어 B&R의 PLC 및 PC 제품군에는 대부분 OPC UA 서버 및 클라이언트 기능이 내장되어 있다. 이는 같은 OPC UA 기술을 활용한 제품을 사용하면 시스템 구축이 보다 용이해짐을 뜻한다.
오픈 소스의 이점 POWERLINK는 지난 2008년부터 오픈 소스, 즉 개방 정책을 채택하고 있다. 따라서 사용 상에 그 어떠한 법적 제약이 없다. 여기에 슬레이브뿐 아니라 마스터까지 소프트웨어 기반으로 구축할 수 있다는 점도 매력적이다.
현재 소프트웨어 개발자들을 위한 오픈 소스 소프트웨어 개발관리 홈페이지인 ‘소스포지’에서 파워링크 관련 소프트웨어의 데모 프로그램을 내려받을 수 있다.
매력은 무궁무진하다 POWERLINK는 동기 데이터와 비동기 데이터를 동일한 사이클 시간동안 처리한다. 또한 모션 동기제어와 영상·음성 데이터를 동시에 처리할 수 있다.
POWERLINK의 마스터 장비는 슬레이브와 선택적으로 통신하여 네트워크 자원을 절감할 수 있다. 또 마스터의 개입 없이 슬레이브와 슬레이브 간 통신도 구현하여 고속의 동기제어처리를 실현한다, 연결과 통신이 매우 유연한 것.
네트워크 자원을 자유롭게 활용함으로써 핫 플러깅(USB와 같이 연결되어 있는 모듈을 정지하지 않고 제거하거나, 추가할 수 있음) 기능은 물론, 앞서 설명한 모든 종류의 네트워크 토플로지 구축을 실현한다.
IP의 지적재산권은 소유자가 없다. 이는 시스템 개발을 필요로 하는 자동화 업체에게 매력적인 소식이다. 또한 마스터 시스템 구축에 대한 C코드 자체도 오픈소스로 배포하고 있어, 다양한 방식으로 마스터를 구축할 수 있다. POWERLINK 프로토콜에 대해서는 다음 호에서 자세히 설명한다.
3) 한국파워링크협회는? | POWERLINK 국내 도입 이끈다 한국파워링크협회는 Ethernet POWERLINK와 openSAFETY의 국내 발전을 도모하는 협회이다. 현재는 파워링크의 개발 및 확산을 주도하고 있다. 한국파워링크협회가 어떤 역할을 하고 있으며, 국내에서 어떤 비전을 보고 있는지 살펴보자.
Ethernet POWERLINK는 실시간 산업용 이더넷 프로토콜의 한 종류이다. 이름에서 알 수 있듯 산업 용도로 만들어진 프로토콜이며, 이더넷 프로토콜을 기반으로 하고 있다. openSAFETY는 네트워크 기반의 세이프티(안전) 전용 프로토콜을 말한다.
POWERLINK 및 openSAFETY 프로토콜은 이더넷 기반의 제어 관련·안전 관련 통신 프로토콜이다. 이들 프로오콜은 오스트리아 자동화 기업인 B&R에서 2001년 경 개발·보급되었다.
표준을 주도하는 EPSG 여타 산업용 프로토콜이 그렇듯, POWERLINK와 openSAFETY 역시 프로토콜의 개발 및 소개를 주도하는 단체가 있다. 그 주인공은 Ethernet POWERLINK Standardization Group(EPSG)이다.
EPSG는 모션 제어와 자동화 기술 분야 전문가들이 모여 만들어진 협회로, 2003년 스위스에 설립되었다. EPSG의 목적은 POWERLINK 프로토콜의 표준화 및 개발이다.
EPSG 측에서 제공한 설명에 따르면, POWERLINK 프로토콜은 ㎲(마이크로초) 범위에서 실시간 데이터 전송을 보장하기 위해 설계된 IEEE 802.3 이더넷 표준을 기반으로 하고 있다.
한국에서의 파워링크 한국에서 꾸준히 POWERLINK에 관심을 기울여온 기업으로는 B&R이 있다. B&R은 POWERLINK를 개발한 업체이다. 지속적인 개발 및 배포에 노력을 기울이는 것은 당연한 일이다.
2002년 한국지사를 설립한 B&R은 일찍이 POWERLINK 표준을 국내에 도입하였으며, 한국파워링크협회를 설립하는 과정에서 주도적 역할을 하기도 했다.
현재 한국에서는 한국파워링크협회를 필두로 한 몇몇 기업들이 파워링크의 개발 및 확산을 주도하고 있다.
지난 2014년에는 POWERLINK가 한국산업표준에 등록되었으며, 이와 동시에 한국파워링크협회가 설립되었다. 본격적으로 한국 시장에 진출하기 시작한 셈이다.
한국파워링크협회는 표준 개정에 적극적으로 참여하거나 개발을 직접 수행하지는 않는다. 대신 협회는 현재 한국 내에서 POWERLINK 표준 관련 서비스 및 지원을 담당한다.
한국파워링크협회에서 수행하는 중요한 역할은 바로 성능 실험과 평가다. 특정 제품 간의 호환성이나 성능을 평가하고, 이들의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 각종 실험을 진행하는 것. 여기에 POWERLINK 표준을 준수하는 제품에 대한 인증기관으로서의 기능도 수행하고 있다.
한국파워링크협회는 또한 국내의 POWERLINK 사용자들을 위한 정기교육을 진행하기도 한다.
활용범위 넓히다 한국파워링크협회와 B&R이 국내에 파워링크를 도입하던 초기에는 사출성형기기와 포장기기 산업에서 주로 사용되었다. 이들 시장이 주 무대였던 것.
하지만 한국파워링크협회는 “이제는 국내에서 활동 무대를 넓힐 때”라고 말한다.
기존에는 플라스틱 제조·포장·갠트리 머신·CNC 등의 분야에서 POWERLINK 기술을 볼 수 있었다면, 앞으로는 보다 많은 분야에서도 활약하게 될 전망이다.
사재훈 한국파워링크협회 사무국장에 따르면, 협회는 현재 잠재적 성장 가능성이 있는 조선 및 반도체 분야에 힘을 싣고 있다. 또한 자동차 및 신재생에너지 분야에도 진출하고자 한다.
한국파워링크협회는 POWERLINK 및 openSAFETY 프로토콜을 보다 다양한 공장자동화 및 공정자동화 분야에 도입하고자 노력하고 있다.
