글로벌 경기 침체로 산업 자동화 시장에 전반적인 어려움이 가속화되고 있다. 생산라인 투자가 전면 보류되고, 효율성과 원가절감을 선호하고 있는 추세다. 이에 발맞춰 전기 또는 기계적 장치의 일부를 소프트웨어로 대체하는 방식이 점차 각광받고 있다. 이러한 추세에 따라 최근 컨벡스 주관 하에 여러 업체들과 협력해 국책 과제로서 소프트웨어 제어기인 ARIA를 개발 중에 있어 이목이 집중된다.

편집자 주

현재 자동화산업 시장은 잇따른 경기 악화로 효율성과 원가절감을 선호하는 추세이다. 이에 따라 PLC, 모션, 로봇 제어에 대해 기술적인 통합에 대한 요구가 늘어나고 있다. 하지만 기존 하드웨어 제어기에는 이러한 기술적인 통합에 대한 한계점과 제한이 있어 소프트웨어 제어기의 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.

일찍이 소프트웨어 제어기는 독일 등과 같은 고급 기술력을 지닌 국가에서 이미 개발돼 산업에 적용되고 있지만, 국내에서는 기술력 부족으로 TwinCAT, ACS Motion과 같은 외국제품에 의존하고 있다. 컨벡스는 국내 소프트웨어 제어기의 국산화를 선도하고 있으며, 그 외에도 여러 특장점을 갖는 제어기를 개발하고 있다.

한국의 독자적인 기술로 개발 중인 소프트웨어 제어기(ARIA : Advanced Robotcon trol for Industrial Automation)는 유연성과 확장성, 신뢰성, 빠른 제어주기와 이식성 등의 특징을 갖는 제어기가 될 것이며, 국내 최초이자 최고의 소프트웨어 제어기가 될 것으로 기대된다.

외산에 의존성이 강한 소프트웨어 컨트롤러

현재 소프트웨어 컨트롤러는 해외의 여러 회사에서 만든 제품이 세계시장을 장악하고 있다. 이스라엘의 ACS Motion Control, 독일의 Beckhoff와 Kuka에서 만든 제품들이 대표적이다. 각 회사의 제품 특징을 살펴보면 ACS Motion은 64축수 지원, 2kHz의 모션 사이클과 개방형 구조로 모션 제어 전용 언어를 제공하는 특징이 있다. 하지만 로봇 제어기가 아니라는 단점이 있으며, 고속 모션네트워크가 한 가지만을 지원한다는 단점이 있다.

Beckhoff의 TwinCAT의 경우 모션 전용 소프트웨어 제어기로서 C++ 객체 지향 언어지원, 64축수 지원, 1kHz의 모션 사이클, 개방형 구조, 지원 OS가 2개라는 특징이 있지만, 로봇 제어기가 아니라는 단점이 있다. Kuka의 KMC 제어기는 64축 지원과 로봇제어기로서 뛰어난 성능을 보이지만, 축수지원의 한계와 비개방형 구조라는 단점이 있다. 실제로 구동되는 로봇의 축수는 16축 이하로 구동되며, 지원 OS는 1가지다.

국내 독자적인 기술로 소프트웨어 컨트롤러 개발

외산 제품의 장점은 살리고, 취약점을 보완한 제품 ARIA를 현재 정부 과제를 통해 개발 중에 있다. ARIA는 로봇 제어기를 탑재한 개방형 구조, 빠른 모션 사이클 지원, 다양한 고속 모션 네트워크 지원, 다양한 OS 지원이 가능하도록 설계될 예정이다. 향후 PLC 통합이 가능하며 이식성 및 여러 특징을 개발해 한국의 독자적인 소프트웨어 제어기를 만들고자 한다.

ARIA는 특정 하드웨어 플랫폼에 의존적이지 않아 유연하고 이식 가능한 소프트웨어 기반의 플랫폼으로서 실시간 모션 제어 런타임 엔진, EtherCAT 등의 고속 네트워크를 지원한다. 뿐만 아니라 IEC 61131-3 표준 프로그래밍, EtherCAT, SERCOS 등 범용 고속 모션 네트워크 등을 채택함으로써 개방형 로봇 제어기를 구현했다.

ARIA 적용 분야 및 기대효과

소프트웨어 제어기의 기술력은 런타임 시스템 엔진을 기반으로 사용자 통합 환경시스템 구축, 동역학 및 기구학 모듈, 빠른 모션 제어주기 및 고속 네트워크 등의 다양한 기술 개발이 요구된다.

사용시 가장 먼저 접하게 되는 사용자 통합 환경시스템의 설계이다. 실제 사용자가 필요 구성 또는 피라미터 값으로 로봇 및 각 축을 구동할 수 있게 설정돼야 하며, 각각의 사용자 필요조건 값에 대해서 개발돼야 한다.

이를 기반으로 실제 로봇이나 장비에 입력 값이 들어가게 돼 구동된다. 구동될 때 로봇의 움직임은 동역학 및 기구학 모듈과 모션 프로파일 생성의 호환을 통해 구동되는데, 모션 구현에 대한 기술력이 뒷받침돼야 한다. 이 기술력은 로봇의 PTP, CIRC 같은 모션 등의 구현이 요구되며 다양한 모션이 사용될 때 필요한 필수 기술이다.

로봇을 구동할 때 연속적이고 부드러운 모션을 가하기 위해서 실시간 공급할 수 있는 고속 모션 네트워크(EtherCAT, Mechatrolink III, SERCOS-III 등)와 빠른 모션 제어주기가 있어야 하고, 이러한 부분을 해내기 위해서는 제어기의 엔진이라고 할 수 있는 런타임 시스템이 최적화돼야 한다.

또한 실제 로봇 제어기를 어디서든 적용하기 위해서 공통적으로 호환할 수 있는 언어로 제작돼야 하는데, 로봇 제어기를 위한 프로그래밍 언어인 IEC 61131-3 표준 로봇 제어 언어를 적용해야 하며, 이 밖에도 안전 기능, 동역학 모듈을 검증하는 등 여러 가지 부수적인 개발도 해야 한다. 이러한 기술들이 모두 통합돼야 경쟁력 있는 소프트웨어 제어기가 만들어진다.

소프트웨어 제어 시스템은 로봇을 비롯한 다양한 분야에 적용할 수 있다. SCARA, 6축 다관절 로봇 등에 적용 가능한 시뮬레이터(동역학 및 기구학 검증 프로그램)를 포함하고 있어 기구 및 동역학적인 검증을 이룰 수 있는데, 이러한 검증은 로봇을 구동하는 데 있어 움직임과 토크, 속도, 위치 값을 실시간으로 확인할 수 있는 장점이 있다.

또한, 다양한 장비에도 적용 가능하며 특히 컨베이어 벨트 시스템, 인공관절, 반도체 조립장비, 공작기계, 물류이송로봇, 물류 및 공정로봇 등에 적용 가능하다. 전반적인 자동화 설비에 폭넓게 적용 가능해 향후 다양한 분야에서 적용될 것으로 예상된다.

ARIA의 향후 과제 및 미래

로봇 제어기 기술은 하드웨어적인 부분을 소프트웨어적으로 승화하려는 조짐과 실제 사용자가 사용하기 쉬운 이식성과 유연성, 빠른 고속 네트워크로 구동하려는 방향으로 나아가고 있다. 이러한 세계 트렌드에 발맞춰 기존 하드웨어 제어 시스템을 대체할 만한 높은 호환성과 신뢰성을 갖춘 소프트웨어 제어기를 설계하는 것이 ARIA의 개발 목표가 될 것이며, 이를 계기로 독일 및 해외 여러 나라에 잠식당한 국내 소프트웨어 제어기 시장을 국산화하는 것이 큰 과제이다.

또한 제어기와 연결되는 장비 또는 로봇으로서, 뛰어난 제어기로서의 역량을 발휘할 아이템을 찾아야 할 것이다. 이러한 과제들이 ARIA의 개발에 중대한 영향을 끼칠 것이다. 목표하고 있는 대로 순조롭게 진행된다면, 내년께 한국 최고의 소프트웨어 제어기인 ARIA가 출시될 것이다.

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