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네트워크로 연결된 단일한 기계 안전 프로토콜
2012. 12. 10.
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I. Safety 시스템 1. 네트워크 안전의 진화 □ 다양한 제조 장비 솔루션에서 기계와 작업자, 제조 정보 모두의 안전에 대한 관심이 높아졌다. 공급자 주도의 표준 및 가이드라인에서 벗어나 엔드유저 중심의 표준과 시스템 구성 가이드라인이 마련되고, 단일의 개방형 표준을 구성하고자 하는 노력이 집중되고 있다. ◦
최근 몇 년 동안에서 가장 중요한 자동화 동향 중 하나는 정밀한 네트워크 시스 템에 하드 와이어 및 독립형 구성 요소에서의 기계 안전 기술의 변화이다. 오늘 날 현대적인 안전 솔루션은 개방형 네트워크를 통해 지능형 안전 장치들을 연결 할 수 있다.
◦
안전에 대한 시스템 정보는 국제 안전 표준의 요구 사항을 충족하기 위해 필요한 데이터 무결성의 수준을 유지하기 위한 조치를 구현하는 안전한 프로토콜을 통해 교환된다.
◦
그러나 산업분야 사용자들에게는 불행하게도, 서로 호환되지 않는 다양한 안전 솔루션들이 제각각으로 개발되어 왔다. 그럼에도 가장 광범위하게 사용중인 이더 넷
기반
네트워크들을
통합하여
사용할
수
있는
단일
안전
프로토콜인
openSAFETY를 표준화하기 위한 노력이 진행중이다. ◦
이는 또한 주요 엔드유저들과 산업용 이더넷 컨소시엄 협회들의 전폭적인 지원을 받아야만 실현 가능해 질 것이다.
2. 이더넷 기반 안전 네트워크 실현 □ 지난 10 년 간, 산업용 네트워크를 통해 다른 지능형 디바이스들과 통신하는 통합 안전 솔루션 개발을 위한 방법으로 안전 표준이 부각되었다. ◦
이로 인해 단일 네트워크 환경에서의 안전과 비안전 디바이스 모두를 통합하고, 더 강력한 안전 정보 전달 및 더 유연한 시스템 구조라는 유저의 혜택들이 제공 된다. - 1 -
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이더넷 기반 산업용 네트워크의 인기가 증가함에 따라서, 안전 프로토콜들은 각 각의 네트워크 컨소시엄에 의해서 구현 및 인증이 이루어지고 있다.
◦
최근까지
가장
(PROFIsafe),
대중적인
EtherNet/IP
안전 (CIP
프로토콜을 Safety),
가진
네트워크로는
POWERLINK
(openSAFETY)
EtherCAT (Safety over EtherCAT)이 있다. ◦
네트워크 안전의 이점은 다음과 같다 - 고정된 하드 와이어 시스템의 제거 - 기존 네트워크의 유연한 토폴로지를 통한 빠른 재구성 - 네트워크 안전 장치의 원격 구성 및 문제 해결 - 빠른 진단을 위한 디바이스 상태 데이터로의 접속
openSAFETY는 모든 산업분야에 적용할 수 있는 Safety를 제공한다
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PROFINET 및
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II. openSafety 1. 표준화 추진 현황 □ openSAFETY 프로토콜은 원래 Ethernet POWERLINK 표준화 그룹(EPSG)에 의해서 산업용 이더넷 프로토콜인 Ethernet POWERLINK를 위해 개발되었다. ◦
이후 몇몇의 주요 엔드유저들이 다른 안전 PLC들과의 인터페이스가 필요하다는 의견을
제시하고,
이를
받아들여
EPSG는
Ethernet
POWERLINK이외에도
PROFINET, Ethernet/IP, ModbusTCP, Sercos III 등의 산업용 이더넷 네트워크 들에 openSAFETY를 확장할 수 있는 현재의 방향을 설정했다. ◦
주요 회원사인 B&R과 슈나이더 일렉트릭이 주도하는 실험실 테스트를 통해 EPSG는 증명 개념 테스트(proof-of-concept tests)에 대한 사양을 발표했다.
◦
다른 네트워크에서 openSAFETY를 구현하기 위해 EPSG는 대부분의 네트워크가 상호 작용 계층을 형성하고 계층화된 네트워크 모델을 지원한다는 사실을 활용한 다. openSAFETY 응용 프로그램 계층은 네트워크가 필수적인 네트워크 기반 안 전 메시지를 포함하고 있다. 이 일반적인 응용 프로그램이 네트워크의 다양한 활 용을 수행할 수 있도록 기본 전송 계층에서 완전 독립적으로 수행할 수 있다.
□ EPSG의 스테판 포이어(Stephan Schonegger) 제너럴 매니저는 “네트워크에 기반 한 안전 시스템은 다른 장점들에 대한 대가 지불이 너무 높은 독립성을 고객들에 게 요구하지 않는다. openSAFETY의 주요 개발 목적중 하나는 시스템 버스에서 의 안전 시스템에 대한 자율성이다.”고 언급했다. ◦
이 해법은 사용되는 전송 프로토콜에 상관없이 안전하게 데이터를 전송할 수 있 고 모든 필드버스에 사용 가능하게 하는 블랙채널(black channel) 기술에서 찾 아졌다. 안전 프레임의 전송을 맡고 있는 데이터 전송 프로토콜은 안전 프로토콜 과 관련된 기능과는 전혀 무관하게 만들었다.
◦
이것이 블랙채널의 원리이다. 이를 통해 안전 지향적인 모든 매커니즘이 오직 어 플리케이셩 레벨에만 설치되기 때문에, 기본적인 전송 레이어와는 완벽하게 독립 적으로 운영되는 것이다.
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포이어는 “이것은 기계 제조업체보다 더 많은 이익을 가져다 준다. 또한 장치 제 조업체들은 개발과 인증을 한번에 수행할 수 있기 때문에, 판매까지의 시간을 단 축하는 이점을 얻을 수 있다.”고 덧붙였다.
□
openSAFETY 하이라이트
- 단 하나의 통일된 표준으로 모든 필드버스를 수용 - 효율적인 교차통신에 의한 생산성 극대화 - 시운전 및 유지보수 기간의 단축 - 안전 파라미터의 자동 설정 - 모듈식 안전 개념을 채택한 기계에 최적화된 컨셉 - 전세계 유일의 100% 개방형 안전 솔루션 - 가장 빠른 IEC 61508 SIL3 통신 솔루션 탑재 - 위험성 없는 투자: TÜV 적합성 시험 인증 - 이상적인 백플레인(backplane) 버스 시스템
2. 고객을 위한 솔루션 □ ARC Advisory Group의 데이비드 험프레이(David Humphrey)는 최근 출간된 Industry news analysis을 통해 단일 표준의 개방형 안전 프로토콜이 왜 네슬레와 같은 엔드유저들에게 이점을 제공하고, 이들이 적극적으로 openSAFETY를 지원하는 지를 설명했다. ◦
험프레이는 “안전 프로토콜이 중요한 안전 정보의 중단없는 디바이스-to-디바이스 통신을 실현할 수 있지만, 많은 엔드유저들은 현실적인 딜레마에 빠져있다. 멀티 플랜트를 통해 구성된 산업 자동화 구조를 표준화하려는 노력에도 불구하고, 많 은 플랜트들은 호환되지 않는 시스템의 다양한 브랜드 제품을 사용하고 있다. 종 종 여러 브랜드 제품들로 플랜트를 구성하거나, 심지어 소규모 자동화 라인에서 도 상호 호환되지 않는 브랜드 제품이 구성되어 있기도 하다.”고 진단했다.
◦
다른 시스템에서 정보는 OPC와 같은 개방형 표준을 통해 공유 할 수 있지만, 서 로 다른 안전 프로토콜들은 다른 기기들간의 안전 관련 정보를 교환하는 빠르고 안전한 방법을 방해하고 있다는 것이다. - 4 -
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개방형 안전 프로토콜인 openSAFETY는 블랙채널 운전에 필수조건인 어플리 케이션 레이어에만 설치되기 때문에 기본적인 전송 레이어와는 완벽하게 독 립적으로 운영된다. □ 세계 선도적인 식음료 기업인 네슬레(Nestle)는 단일 안전 프로토콜을 사용한 주요 이점들을 파악하고, 적극적으로 openSAFETY의 적용을 위한 연구를 지속하고 있다. ◦
네슬레는 라인 레벨에서의 안전 이벤트의 보다 나은 관리를 통해 전반적인 라인 안전과 전반적인 설비 효율성(OEE) 개선이라는 이점을 확인했다.
◦
안전 프로토콜은 기계 및 라인 컨트롤러를 이해하고, 사용중인 컨틀롤러의 타입 이나 브랜드에 관계없이 표준 이더넷 TCP/IP 네트워크를 단일 프로토콜로 통합 하여 수행하는 것이 충분하다.
◦
네슬레에 따르면, 범용의 머신-to-머신 안전 프로토콜의 부족은 통합 라인의 가치 를 갉아 먹는다. 라인상에 있는 모든 기계들이 모든 종류의 안전 이벤트에 반응 해야 한다.
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예를들어, 안전 이벤트의 심각성에 따라 동일 라인에 있는 다른 기계들은 셧다운 되거나, 히터 바를 유지하거나, 축의 동기화를 유지하는 등의 긴급 재시동을 위한 작용유예 상태로 빠져든다.
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여기서 핵심은 바로 기계와 오퍼레이터(조작자)를 안전하게 유지하는 동안 이것 이 에너지 소비와 재가동 효율성간의 균형을 깨뜨린다는 것이다. 단지 단일 안전 프로토콜의 사용을 통해서 네슬레는 오퍼레이터 안전과 기계 안전, 전반적인 설 비 효율성(OEE)의 향상을 기대하게 되었다.
◦
네슬레의 브라이언 그리펀(Bryan Griffen) 오토메이션 & 프로세스 컨트롤 글로 벌 팀장은 “네슬레는 단 하나의 자동화 공급업체를 선택하는 대신에 지멘스, 로 크웰오토메이션, 슈나이더 일렉트릭, B&R오토메이션 등 세계적인 메인 자동화 솔루션 공급업체들 모두를 우선 공급자로 선정하여 포장 자동화 제어를 담당하게 했다. 포장 설비에서의 단일 자동화 공급자 정책이 아닌, 공급자 다변화를 추구하 면서 개방형 기술과 국제 표준의 이행을 통해 엔드유저인 우리에게 유리한 장기 적인 전략을 마련하게 됐다.”고 밝힌 바 있다.
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이러한 개방화된 기술과 표준화된 스펙을 공개적으로 제시하여, 자동화 시스템에 대한 브랜드 다변화를 통해 장기적으로는 공급자 중심의 기술종속에서도 벗어나 시스템 구성에서의 기술 주도권까지를 스스로 확보하는 전략 수행이 가능해졌다.
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그리펀 팀장은 “이는 우리의 자동화 제어 시스템 직접 구축에서 뿐만 아니라, OEM 기계 제작 업체들에게도 커다란 이점을 제공할 것이다. OEM 업체들도 이 제 자신에게 유리하고 가장 적합한 제어기를 선택하여 자신의 기계와 시스템에 적용할 수 있게 됐다. 단지 우리가 요구하는 것은 표준과 스펙을 만족하기만 하 면 된다.”고 강조했다.
□ 네슬레 이외에도 미국 식품 포장기기 공급자 조직인 Pactiv를 비롯하여, 독일 프로세 스 고기 생산자 모임인 Rügenwalder Mühle 등의 다른 많은 엔드유저 고객들이 openSAFETY의 가치에 대해 연구중이다. ◦
또한 Kraft Foods, Pepsi, Arla Foods, and M&M Mars와 같은 식음료 제조업 자들 또한 openSAFETY 기술의 잠재적인 이점에 대해 적극적으로 연구하고 받 아들이고 있다.
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레이저, 전자, 의료기기 전문업체로 유명한 TRUMPF Machinen Austria의 알프
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레드 휴터러(Alfred Hutterer) 박사는 유럽의 한 기술포럼에서 “서로 다른 시스 템 사이에서 정보 처리 상호 운용성의 부재는 비쌀 뿐만 아니라 개발에서 판매까 지의 소요시간을 늘이며, 합리적인 2차 공급자 정책을 가로막는다.”고 언급했다. ◦
휴터러 박사는 또한 “그들의 개별 기술들은 많은 이기종의 네트워크와 호환 가능 한 하드웨어를 개발해야만 하는 필드 디바이스 제조업체들을 힘겹게 한다. 이는 대부분 세이프티 시스템에 있는 정보 처리 상호 운용성의 부재로부터 생겨난다.” 고 진단했다.
◦
이에 TRUMPF와 같은 기계 제조업체들은 이전의 솔루션과 비교되는 표준화된 openSAFETY와 함께 필요에 따라 2차 공급 업체를 번갈아 가며 사용할 수 있는 면에서 상당한 이점을 얻을 수 있다고 밝혔다.
□ 산업용 컨소시엄 조직인 OMAC(The Organization for Machine Automation and Control)은 포장기계 및 공작기계에서의 오픈 컨트롤을 위한 하드웨어 독립적인 가 이드라인을 정의하여 주목된다. ◦
OMAC은 다양한 워크그룹을 통해 요구 사항과 태그 및 상태 명명 규칙에서 기 계 연결에 이르기까지를 정의하였다.
◦
지난해에 OMAC은 PackSafety 위원회를 설립하고, 머신 빌더들에게 PMAC의 가이드라인을 따를 것을 강요하는 포장기계에서의 안전 요구사항에 대한 확인 과 제를 제시했다. 2012년초에 PackSafety 위원회는 다음과 같은 2가지 기본목표 를 설정했다.
◦
또한 2012년말에는 이러한 사양에 기초한 초안이 발표될 예정이다. - 최신 안전 기술의 사용을 통해 안전 운영 효율성을 극대화한다. - 안전 인터페이스 정의를 제공하여 라인 통합에 따른 비용과 노력을 줄인다.
◦
존 코엘(John Kowal) OMAP 이사(Board Member)는 “OMAP는 기존의 산업 표준이 솔루션 공급자 주도로 이루어지면서 엔드유저의 의사와는 무관하게 다수 의 표준이 탄생됨으로써 혼란과 불편만 겪고 있다.”고 토로했다.
◦
한발 더 나아가 그는 “필드버스, 산업용 이더넷에 이어 무선에 이르기까지 모두 실패한 표준이라고 정의하고, SAFETY 분야에서만은 엔드유저가 주도하는 새로운
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단일표준을 만들겠다.”는 강한 의지를 표명했다. □ 프랑스 국립 철도회사 및 Airbus를 중심으로 구성된 DDASCA (Dependable Distributed Architecture for Safety Critical Applications) 컨소시엄도 지난해에 완벽하게 개방된 Safety 기반 데이터 전송 프로토콜인 openSAFETY를 공식적인 통 신 표준으로 선언했다. ◦
프랑스 파리에서 Entreprise, EADS, HPC Project, ENSTA, Alstom Power, EDF R&D, SNCF, Windriver, B&R 등을 준심으로 지난해 3월에 구성된 이 컨 소시엄은 SIL4까지의 Safety 필수 어플리케이션을 위한 오픈 솔루션의 표준화, 정의 및 구현방안을 다루고 있다.
◦
향후 이 솔루션은 공장 자동화와 에너지 관리에서부터 철도, 자동차, 의료 및 방 위산업에 이르는 광범위한 영역에 적용될 예정이어서 주목된다.
openSAFETY는 생산라인에 사용되는 산업용 이더넷 표준 및 제어 시스템에 관계없이 전체
생산라인을
위한
개방형
안전
프로토콜이다.
openSAFETY는
PROFINET,
Ethernet/IP, ModbusTCP, Sercos III와 Ethernet POWERLINK와 같은 현재 가장 광범 위하게 사용되고 있는 산업용 이더넷 네트워크들과의 통합성을 제공한다.
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III. 고객을 위한 안전 정책 □ 벤더 중심적인 조직보다 사용자 중심의 조직을 강화하고, 사용자 조직을 통한 가이드 라인을 마련하여 필드버스 전쟁을 극복하는 것이 필요하다. ◦
산업용 컨소시엄 협회들이 제공하는 개방형 기술을 통한 이점을 제공한다고 했던 과거의 필드버스 전쟁(Fieldbus War)이 보여준 바와 같이, 각 협회들은 솔루션 공급자로 구성된 회원 자신들의 상업적 이익에 의해서 움직인다.
◦
ARC의 험프레이는 “자동화 공급자들에게 그들의 주요 제품에 추가적인 안전 프 로토콜의 지원을 강요하고 설득하는 것이 쉽지는 않을 것”이라고 진단했다. 그럼 에도 이들 엔드유저들의 파워는 막강하기에 결국은 성공할 것이다.
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기계 장비 공급업자들은 산업 표준 및 가이드라인에 따라 대규모이면서 세계적인 고객사들의 요구사항이 제기되었을 경우, 이에 적극 따를 수 밖에 없다.
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EPSG의 포이어는 “자동화 공급자들이 이러한 변화를 받아들일 준비가 되어 있을 때에 도울 준비가 되어 있다.”고 밝히고, “이러한 지원의 목표는 openSAFETY를 받아들이는데 필요한 추가적인 비용과 노력을 줄여줄 것이다. 오픈 소스를 통해 라이센스 비용이 없으며, 해당 기술에 대한 주인이 없는 법적인 제한의 철폐, 그 리고 openSAFETY 마스터와 슬레이브에 사용할 수 있는 TÜV 인증 스택이라는 기술요소를 제공한다.”고 말했다.
IV. 새로운 도전의 실현 가능성 □ openSAFETY 전략은 여러가지 측면에서 식음료, 제약, 포장기계를 비롯한 다양한 자 동화 산업에 있어 분명한 도전임에 틀림없다. ◦
지금까지 자동화 산업이 개방형 기술에 대해 많은 자랑을 늘어놓아 왔다. 그러나 그 개방형 기술은 자사의 시스템과 그 추종자들만에게 해당되는 개방이며, 혜택 일 따름이었다.
□ 우리는 필드버스의 국제 표준화 추진 과정을 통해 이미 이들의 꿀말(Honey Words) 을 듣자마자 한쪽귀로 다시 내버려야 함을 알고 있다.
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이들의 개방성과 시스템 이점은 엔드유저를 위한 것이 아니라 시스템 공급자를 위한 것이었기 때문이다.
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OEM 기계 장비 공급업체들마저 이들의 큰 피해자가 되고 말았다.
□ 이제 세계는 공급자 중심에서 사용자 중심으로 변화하고 있다. ◦
이는 소비재 제품에서만 그런 것이 아니다. 생산재 제품 및 시스템, 솔루션에서도 통용되고 있다.
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이것이 바로 단일 안전 프로코톨을 요구하는 각종 엔드유저 조직들이 움직이게 된 요인이다.
[참조 자료] * * * *
openSAFETY www.open-safety.org 국제기계자동화및제어협회 www.omac.org 아이씨엔웹 www.icnweb.kr ARC www.arcweb.com
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