최근 인더스트리 4.0의 도래가 업계의 이슈가 되고 있다. IO Link는 표준화된 IO 테크놀로지로 인해 프로세스 값뿐만 아니라 센서 파라메터와 상태메세지가 전송될 수 있다는 특별한 장점을 제공하는 기술이다. 최근 아이에프엠(ifm)사는 특수 소프트웨어를 사용해 PLC를 생략하고 ERP 시스템으로 직접 IO Link 데이터를 전송할 수 있도록 하는 시스템을 관련 시장에 소개하고 있다.

현재 각 업계의 생산 공정은 4차 산업혁명에 따라 그 형태가 완전히 변화했다. 목적은 효율성, 유연성, 생산성의 획기적인 제고에 있으며, 이를 위해 Cyber Physical System(CPS)을 구성하기 위한 기계 및 설비에 네트워킹을 구축하는 것이 필수사항이 됐다. 디지털 네트워킹과 높은 유연성으로 인해 자동화된 생산이 로트사이즈 1(Lot Size 1)으로 현실화되고 있다.

기업 내 모든 레벨을 아우르는 커뮤니케이션
인더스트리 4.0의 기본 아이디어와 오랜 숙원은 회사 내 모든 레벨에 걸친 지속적인 커뮤니케이션이다. 필드와 컨트롤 레벨에서부터 관리, 생산 운영진, 기업 레벨에 이르기까지 데이터가 방해받지 않고 공급돼야 한다.

오늘날에도 ERP 레벨에서 기계 설비상의 센서로 하향 커뮤니케이션을 실행하는데에는 여전한 장벽이 존재한다. 컨트롤레벨에서 PLC는 연결된 필드 디바이스의 데이터를 처리하고 센서 데이터는 PLC 프로그램으로 처리돼 액추에이터를 컨트롤 하는 용도로 사용된다. PLC가 관리 레벨로 상향 이동시키는 데이터는 PLC 프로그램에서 정의돼야 한다. 하나의 기존 플랜트에 추가된 데이터가 상위 레벨로 이용가능한 상태가 됐다면 PLC 프로그램이 사용될 필요가 있다. 이는 유연성을 감소시키고 센서 데이터로의 직접적인 접근을 제한하게 된다.

수많은 회사에서 다양한 레벨의 서로 다른 책임은 지속적인 커뮤니케이션을 방해하는 또 다른 장애물이 된다. 즉 전기 엔지니어링과 자동화 기술 부서는 컨트롤, 관리, 필드레벨을 책임지고, IT 부서는 기업 소프트웨어를 책임지고 있다. 여기에서 두 부서는 서로 다른 우선순위를 가지고 다양한 콘셉트를 추구하게 된다.

	▲ 아이에프엠의 Linerecorder는 지속적인 커뮤니케이션을 위한 여러 개의 소프 트웨어 모듈로 구성돼 있다.

PLC를 생략하는 Y-Communicaiton
오늘날의 ERP 제조업체들은 생산 공정을 최적화하기 위한 솔루션을 자주 제공해왔다. 하지만 이의 전제조건은 상응하는 데이터가 이용 가능해야 한다는 점이다. 따라서 기업 레벨에서 관련 데이터를 사용가능하도록 만들 수 있는 툴(Tool)이 필요하게 되며 이러한 툴에 대해 많은 요구사항이 존재한다. 무엇보다 첫째로, 상이한 데이터 소스를 처리할 수 있어야 하고 자동화 기술에서 공통적으로 사용되는 모든 프로토콜을 취급할 수 있어야 한다.

이와 관련해서, 동기식, 비동기식 데이터 전송의 서로 다른 인터페이스를 통한 실시간 커뮤니케이션은 반드시 가능해야 하며 방대한 데이터를 처리할 수 있는 능력뿐만 아니라 운영시스템, 하드웨어로부터 독립적이어야 하는 것 등이 추가 요구사항이다.

위에 언급한 모든 요구 조건에 상응하는 솔루션은 아이에프엠의 Linerecorder다. 이 시스템은 지속적인 커뮤니케이션을 실행하기 위해 여러 개의 소프트웨어 모듈로 구성돼 있다. 예를 들어, Linerecorder Agent Conectivity Port(LR Agent CP)는 무수히 많은 수의 인터페이스 간의 양방향 통신을 허용하는 소프트웨어 게이트웨이다. 이는 필드, 컨트롤, 관리 레벨에서 부터 시스템과 디바이스의 데이터 간 통신을 가능하게 해준다.

Linerecorder Sensor를 통해 IO Link 센서의 모든 데이터는 캡처되고 송신된다. 이 시스템을 가지고 센서 데이터가 PLC를 통해 ERP 시스템으로 전송되는 것이 아니라 직접 전송되기 때문에 결과적으로, 위에 설명한 장애물들을 회피할 수 있다. 아이에프엠은 이를 Y-Communication 타입의 커뮤니케이션이라고 명명하며 데이터는 한 방향으로 PLC에 도달하고 다른 방향으로는 ERP 시스템에 이른다.

또한 Linerecorder의 에이전트(Agent) 솔루션은 임베디드 버전에 존재해 운영시스템으로부터 독립적이다. 이는 센서, 액추에이터, 평가유닛에 직접 설치될 수도 있다. 후자의 사례는 8개의 IO Link 인터페이스를 가진 인더스트리 4.0 게이트웨이다.

Linerecorder Smartobserver를 가진 소프트웨어 프레임워크는 시각화와 모니터링을 위한 하나의 시스템을 포함한다. 이는 상태보전을 가능하게 하며 Smartobserver의 시각화는 customizing이 가능하다.mSmartobserver를 통한 에너지 소모 값의 모니터링과 기록은 DIN EN ISO 5001의 인증으로 정의된 평가 기능을 가능하게 하며 최종적으로 모든 데이터는 또한 ERP 레벨에서 상위레벨 시스템으로 이용가능하다.

지능형 센서 연결의 핵심, IO Link
ERP 시스템에서 센서 평가를 위한 기본은 IO Link다. 커뮤니케이션 표준은 표준 센서 데이터뿐만 아니라 파라메터와 상태메세지의 송신을 허용한다. 아이에프엠은 지능형 센서들을 연결하는 이러한 방법이야 말로 미래의 키(Key)임을 강력히 확신한다. 그리고 이는 특히 인더스트리 4.0을 내포하고 있다. 그 결과로써, 아이에프엠의 모든 새로운 센서들은 표준으로써의 IO Link 인터페이스를 내장하고 있으며 현재, 제품 포트폴리오는 약 300여개의 IO Link 센서들을 소개하고 있고 매년 100~150개의 새로운 제품이 추가될 예정이다.

IO Link와 Linerecorder 시스템으로 인해, 과거에는 커뮤니케이션 소실이나 높은 수준의 노동, 비용 투입으로 인해 불가능했던 수많은 애플리케이션이 구현되고 있다. 다음의 두 가지 사례를 소개한다.

압축공기는 제조 산업에서 사용되는 여러 가지 에너지 중 가장 고가의 에너지에 속한다. 따라서 제조 플랜트 현장에서 발생할 수 있는 누설을 발견하는 것은 매우 중요한 일이다. 아이에프엠은 기계설비상에서 압축공기 소모량을 측정하고 압축공기 누설을 확인하기 위해 IO Link 인터페이스를 장착한 센서들을 공급한다.

많은 기계설비들은 이미 압축공기 미터를 내장하고 있다. 이 미터기들을 가지고 PLC는 기계설비들의 운영 준비상태를 모니터링한다. 그러나 이를 위해 미터기들은 공기압이 충분한지 즉 정의된 임계치를 상회하고 있지는 않은지를 감지하는 것으로만 사용되곤 한다. 압력의 변동, 압력강하와 같은 다른 값들은 센서에 의해 감지될 뿐 PLC에서 평가되지는 않는다. 현재 사용자들은 초기에 언급했던, 생산플랜트에서 압축공기에 대해 PLC 프로그램이 변경돼야 할 것이라는 문제에 직면하게 된다. 현재까지 노동과 비용의 투입은 매우 높은 것으로 간주돼 왔다. 이제 압축공기미터 상의 IO Link 인터페이스로 인해 상황은 매우 다른 양상을 띄게 된다.

두 번째 사례는 기계설비의 상태보전에 관한 것이다. 기계설비에 장착된 센서는 베어링의 진동을 감지할 수 있다. 진동으로 인해 기계의 정지 현상을 야기할 수 있는 베어링이 곧 손상될 수도 있는지의 여부를 발견해 낼 수 있다. 관련 데이터와 센서데이터에 접근할 수 있는 설비모니터링 시스템의 가용성은 매우 중요하다. 이들은 기계설비의 상태 보전을 실행할 수 있으며 베어링은 관련 변화가 발생하는 순간 교체될 수 있다. 정의된 유지보수 주기에서 베어링이 규칙적인 교체작업 동안 장시간의 적절한 기능을 수행하는 것은 이미 과거의 일이 됐다. 이 애플리케이션을 위해 지속적인 커뮤니케이션 또한 필수불가결하다.

아이에프엠일렉트로닉 제공

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