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인더스트리 4.0 시스템 도입, 완전한 스마트 팩토리 구현과 비용 최소화를 동시에 이루는 법 | 파카코리아

요새 많은 분들이 인더스트리 4.0에 대해 관심을 갖고 계시고 이러한 발전된 제조기술의 전환이 어떤 결과를 가져올 것인지 궁금해 합니다.

그 중 가장 궁금해 하는 부분이 인더스트리 4.0으로 전환하는 데에 필요한 비용적인 부분인데, 실제로 완전한 스마트 팩토리를 구현하는 비용은 그렇게 높지 않습니다. 

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오히려 램프 업(ramp-up, 장비설치 이후 대량양산에 들어가기까지 생산능력 증가분)이 지속되면서 인더스트리 4.0을 준비하지 않으면 차후에는 더 큰 비용을 지불해야 할 수 있습니다. 실제로 다수의 제조 공장과 가공 공장들은 인더스트리 4.0 적용이 불가한 장치들을 선택하여, 장기적으로 매우 값비싼 대가를 치루는 실수를 저지르고 있습니다.

이를 방지하기 위해서는 시작부터 인더스트리 4.0의 장비와 시스템을 스마트하게 적용해야 합니다. 생산 자동화를 업그레이드하거나 발전시키는 방식으로 비용을 최소화하고 인더스트리 4.0을 기계와 시스템의 일부로 만드는 방식으로 새로운 어플리케이션을 개발하는 것이 인더스트리 4.0으로 옮겨가기 위한 이상적인 방법입니다.

여기에는 센서, 통신 프로토콜, 프로그래밍 소프트웨어 그리고 PAC(programmable automation controllers) 또는 PLC(programmable logic controllers) 등의 컨트롤러를 선택하는 것이 포함됩니다.

 

  • 웹 서버가 포함된 임베디드 HMI

 

PAC과 같은 장치는 인더스트리 4.0 제조 전략의 핵심 역할을 합니다.

PAC은 기계적인 로직 뿐만 아니라 모션제어를 루틴하게 제공하고 또한, 전형적으로 임베디드 HMI (human-machine interface)를 특징으로 하기 때문입니다.. 이러한 설계상의 장점은 구성 요소가 동일한 로직을 사용하는 동일한 장치일 경우, 프로그램이 장치간에 태그를 공유할 필요가 없고 프로그래밍 시간을 획기적으로 단축하여 비용을 절감하고 인더스트리 4.0의 가능성을 보장하기 때문입니다..

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이전 모션 제어기에서 나타나던 위치 제어 오차를 생각해보겠습니다.

위치 제어의 오차가 발생하면 임베디드 HMI가 웹서버에 자동으로 액세스합니다. 많은 임베디드 HMI가 웹서버 기능을 갖추고 있어 결과적으로 이메일이나 SMS를 통해 자율적으로 운영자와 공장 관리자에게 경고를 보낼 수 있습니다. 이러한 기능은 모션 컨트롤러가 PLC로 오류 내용을 보내고, PLC는 데이터를 처리하여 이를(웹 서버가 있을 수도 있고 없을 수도 있는) HMI로 전달하는 전통적인 접근 방식과 매우 비교가 됩니다.

따라서 PAC을 사용하여 로직이 단일 하드웨어장치에 다운로드 되고 하나의 프로그래밍 소프트웨어로 작성되면서, 장치 간의 데이터를 전송하는 복잡성이 제거됩니다.

장비 내 쉬운 정보의 흐름이 중요하지만, 머신 간 데이터 흐름도 중요합니다. IEC 61131-3 프로그래밍 표준은 하나의 제조업체가 개발한 기계 장치가 다른 제조업체의 언어를 동일하게 사용하도록 보장하며, 이는 인더스트리 4.0의 매우 중요한 부분입니다. 이러한 필수적인 특성을 고려하지 않는다면, 이를 만회하기 위해 장기적으로 비용이 추가됩니다.

 

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  • 하위 레벨 장치

컨트롤러 하위단에는 보통 공압 밸브와 위치 센서와 같은 하위 레벨의 장치가 있습니다.

여기서 해결해야 할 과제는 이러한 장치에서 데이터를 가져와 유용한 정보로 바꾸는 것입니다. 한 가지 방법은 고성능 제어 통신을 통하거나 직접 클라우드로 결과를 전송하기 전에 장치 수준에서 정보를 처리하는 것입니다.

하지만 이 방법은 비용이 많이 들고 데이터를 수집하거나 중앙 집중화하는 데에 별로 도움이 되지 않습니다. 현재 산업계에서는 많은 비용을 들이지 않고도 온도 센서, 솔레노이드, 공압 밸브, 매니폴드로부터 기본적인 데이터를 수집하는 시리얼 기반 프로토콜인 IO 링크의 인기가 높아지고 있습니다.

간단한 버스 통신을 이용하여 데이터를 수집한 후, PAC이나 PLC에서 유용하게 만들 수 있습니다. 대부분의 장비 제작자는 IEC 또는 유사한 언어로 PLC 또는 PAC을 익숙하게 프로그래밍하므로 업체들은 기계 컨트롤에 대한 통합적인 접근방식을 취하는 기술 공급업체를 찾아야 합니다. 이것은 정보의 흐름을 단순화할 뿐 아니라 서버와 데이터를 쉽게 공유하여 비용을 절감할 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 크게 성장한 통신 프로토콜은 OPC-UA 입니다.. 이것은 기계 대 기계(Machine to machine), 기계 대 SCATA(Machine to SCATA), 기계 대 서버(Machine to server) 간에 데이터를 전송하기 위한 클라이언트 서버 표준입니다. 이러한 유연성 덕분에 OPC-UA는 인더스트리 4.0을 위한 사실상 표준이 되었습니다. 일부 공급업체는 현재 사용자가 몇 번의 클릭으로 OPC-UA 연결을 쉽게 생성할 수 있는 통합 소프트웨어 도구를 제공합니다.

 

  • 중요한 데이터는 어떻게 프로세스 관리 담당자에게 전달되는가?

클라우드에 유용한 정보를 모으는 것도 중요하지만 이러한 정보를 어떻게 프로세스 관리 담당자에게 전달할 수 있을까요?

사실 이는 직무에 따라 다른 부분인데, 예를 들어, 공장 관리자는 OEE (overall equipment effectiveness) 정보를 원하지만, 일반적으로 이러한 정보는 많은 대중과 공유하지 않으므로 내부 서버를 사용하는 것이 좋습니다.

또 다른 요소로 공장 관리자는 한 자리에 있지 않고 장비에서 멀리 떨어져 있을 수 있지만 OEE가 발생한 그 자리에서 바로 정보를 확인할 필요가 있습니다.

그런 상황에서 웹 서버가 있는 임베디드 HMI가 내장된 시스템은 iOS 또는 안드로이드 지원 장치로 연결할 수 있습니다. 여기에는 외부 클라우드가 필요 없으므로 이러한 리소스 비용이 절감됩니다. 대신 그러한 공장 내부 네트워크는 ‘포그 (fog)’ 컴퓨팅이라 합니다.

 

  • 인더스트리 4.0 연결성과 비용

인더스트리 4.0에서 디바이스의 연결 비용은 고비용일 필요는 없지만, 디바이스를 연결하게 되면 이후에 현저한 비용 절감으로 이어질 수 있습니다.

중요한 것은 시장에서 제일 비싼 센서를 구입할 필요가 없으며, 데이터를 적절하게 추출할 수 있도록 IO 링크와 같은 통신 지원의 하위 레벨의 디바이스를 선택하면 됩니다.

또 다른 팁은 비용 효율적인 표준 프로토콜을 채택하여 다양한 소스의 데이터 사용을 허용하고, 단일 컨트롤러에서 단일 프로그래밍 소프트웨어를 사용하면 프로그래밍을 단순화할 수 있습니다. 참고로, 기계 컨트롤러가 다른 추가의 게이트웨이를 사용할 필요 없어 클라이언트-서버 관계에 대한 능력을 갖추고 있는지 확인해야 합니다.

이런 방식으로 정보를 다른 위치로 돌려야 하는 이들이 IEC 기반 프로그램에서 이를 바로 실행할 수 있습니다.

 

여기서 강조드리고 싶은 부분은 포그 컴퓨팅을 간과하면 안된다는 것입니다. PLC에 웹 서버가 가능한 임베디드 HMI가 있다면, 클라우드를 사용하지 않고도 필요한 인더스트리 4.0 애플리케이션을 충족할 수 있습니다.

인더스트리 4.0으로의 전환은 차후로 미루기보다는 되도록 빨리 실행되어야 합니다.

 

파카코리아_오토메이션_Electromechanical_Productmanager_김태영

이번 블로그 기사 작성은 김태영 부장(Electromechanical Product Manager, 파카코리아 Motion Systems Korea Division )이 도움을 주셨습니다. 

이메일 : taeyoung.kim@parker.com

파카코리아 제품 보기 : http://ph.parker.com/kr/ko/products

파카코리아 문의처 : parkerkr@parker.com

 

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