오늘날은 새로운 기술이 범람하고 있다. 자동화 기술과 정보 기술 역시 그렇다. ‘과학이 우리를 기다려주지 않는다’는 말이 나올 정도다.
자료｜오토메이션 월드

목차

1. 레시피 관리 및 일괄처리 소프트웨어

2. 식품 안전 및 정치세척(Clean in Place)

3. 설비종합효율 스키드 기반 제조

4. 자동화 & 프로젝트 관리

5. 스마트 디바이스 & 자산관리

6. 통신 및 모바일 작업

6. 통신 및 모바일 작업

 1) 표준화를 통한 이더넷 네트워크 동기화

 2) 모바일 인력을 위한 분석 및 커뮤니티 활용

 3) 무선 센서 응용사례

 4) 무선 대기 시간 및 대역폭 문제 해결을 위한 네 가지 팁

3) 무선 센서 응용사례
다량의 무선 센서(혹은 그 어떠한 센서라도) 없는 현장에서 작업하고 있는 이라면, 면 무선 센서 네트워크에 대한 가능성에 의구심을 가질 수밖에 없다. 

무선 센서가 산업 전반에 적절하다는 것을 입증하기 위해 무선 센서의 활용사례를 몇 가지 소개한다. 이러한 사례는 실제로 일상에서 찾아보기 쉽다. 따라서 실질적인 교과서로 보기에 손색이 없다.

1. 액체 저장 탱크의 범람을 막기 위해 무선 리밋 스위치 네트워크를 사용한다. 적용방법은 간단하다. 액체의 양이 바뀌어 탱크가 가득 차면 강제로 리밋 스위치가 작동한다. 스위치의 값이 바뀌면 이 신호를 펌프 제어기로 전달하고, 액체를 덜어내기 위해 액체를 밖으로 배출(Pumping Out)한다. 액체의 양이 안전한 수준에 도달하면, 스위치가 다시 제어기로 신호를 보내 펌프의 작동을 멈추게 한다.

2. 오늘날 송유관의 안전 및 보안 측면은 대체로 무선 센서 네트워크가 도맡는다. 무선 산업 네트워킹 연합(Wireless Industrial Networking Alliance, WINA)의 회장이자 Cooper Industries에서 무선사업부문 부서장및 회사 부사장을 맡고 있는 스티브 토테의 주장이다.

스티브 토테는 “다양한 작업을 멕시코에서 진행하고 있다. 현지에 있는 송유관을 관찰 및 유지보수하기 위함이다”라고 설명했다. 

이러한 응용사례에서 역시 네트워킹 기술을 활용한다. 송유관 자체에 통신 장치를 부착하여 자료를 수집하고, 고속 백홀을 통해 수집한 자료를 제어시스템으로 전송한다. 이 과정에서 센서 네트워크를 활용하게 된다.

유선·무선·모바일 등 다양한 통신기술의 조합 중에서도 무선 기술의 활약이 단연 돋보인다. 송유관을 20㎞ 내지 30㎞ 단위로 면밀하게 관찰할 수 있게 된 배경에는 무선 기술의 맹활약이 숨어 있다. 송유관의 길이가 길거나 송유관이 매우 많이 있을 경우, 무선 기술을 활용해 총 수백㎞에 달하는 송유관을 효율적으로 관찰할 수 있다.

3. 한 제약업체는 인큐베이터나 냉각기 등 자사의 다양한 R&D 장비 및 이와 연결된 제어 시스템을 365일 동안 주 7일, 24시간 내내 관찰하기로 정했다. 하지만 이들 장비는 대부분 작업 도중에 빈번히 이동해야 하며, 따라서 이동식 바퀴를 달고 있다. 이로 인해 원활한 배선이 어려웠다. 

현재 회사의 프로젝트는 진행 중이며, 현재 업체의 R&D 캠퍼스 전역의 약 2천 개에 달하는 장비에 무선 센서가 부착되어 있다. 모든 센서를 통해 모니터링할 수 있는 총 영역은 1.5㎞ 가량이다.

4) 무선 지연·대역폭 문제 해결을 위한 4가지 팁
장치나 시스템을 설계할 때 배선을 줄이기 위해 무선통신 기술을 활용하는 기술자 및 설계자들이 점차 늘고 있다. 하지만 무선 연결을 도입하기에 앞서 주의해야 할 사항이 몇 가지 있다.

1. 지연에 대한 허용(Latency Tolerance)이 어느 정도 필요하다. 유선 이더넷 연결은 전이중(Full Duplex) 전송방식을 활용한다. 이는 모든 단말 장치들이 송신과 수신을 동시에 실현함을 의미한다.

한편, 802.11a/b/g/n 등의 무선 기술은 반이중(Half Duplex) 전송방식을 활용한다. 하나의 장비가 전송을 시작하면 다른 장비들은 작동을 중단하는 방식이다. 따라서 무선 기술을 도입하기 위해서는 반이중 방식으로 인해 필연적으로 발생하는 지연을 얼마나 허용할 수 있는지를 고려해야 한다.

2. 멀티캐스트 트래픽을 제어할 수 있어야 한다. 공장자동화 프로젝트 내에 무선 기술을 구현하려 할 때, PLC 혹은 여타 제조장비 등에서 발생하는 멀티캐스트 트래픽에 주의해야 한다. 

멀티캐스트 트래픽은 유니캐스트 트래픽과 다르게 처리된다. 유니캐스트 방식은 오로지 하나의 장치에만 신호를 전송하며, 유니캐스트 장비는 동시에 한 가지 신호만 송·수신할 수 있다. 

반면 멀티캐스트 장비는 멀티캐스트 트래픽을 송·수신할 수 있다. 무선 접근점은 최소한의 비율(Minimal Rate)로 멀티캐스팅 트래픽을 송신한다. 모든 수신 클라이언트가 트래픽을 수신할 수 있도록 하기 위함이다. 이는 무선 AP의 낮은 총 대역폭이라는 결과로 나타나고, 전송속도 및 전송률을 최대치보다 크게 떨어트리게 된다.

3. 무선 기술은 대역폭이 떨어진다. 따라서 활용하려는 사례의 대역폭 요구사항이 충분히 낮은지, 즉 낮은 전송 속도 및 전송률로도 충족할 수 있는지를 확인해야 한다. 기존의 유선 솔루션에서 무선 솔루션으로 이동하는 많은 설계자들이 간과하는 측면이기도 하다. 무선 기술의 제한 요소와 한계점에 대해 인지함으로써 선행 설계(Upfront Design)가 무선 기술로도 작동하는지의 여부를 가늠할 수 있다.

4. 무턱대고 무선 기술을 도입해서는 안 된다. 기술과 업체를 선택하기 앞서 전체 시스템 설계 및 시스템의 전체 수명주기에 걸친 지원을 고려하라. 

시간을 들여 현장 조사와 경로 손실(Path Loss) 계산 그리고 페이드 마진(서비스 유지를 위해 요구되는 품질을 보장하기 위한 목적으로 기대되는 페이딩을 수용하기 위한 충분한 시스템 게인 또는 민감성을 제공하는 디자인 허용. 자료 ITS 용어사전)을 살펴야 한다. 이러한 노력은 실제 적용 시 결실을 맺는다.

페이드 마진을 염두에 두고 설계하라. 적절히 설계한 무선 장치 및 기술은 신뢰성이 높다. 하지만 적절한 페이드 마진을 확보하지 못했다면 향후 문제를 일으킬 소지가 있다.