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[기고] Industry 4.0을 실현시키는 IO-Link
최교식 기자 | 2019-02-07 16:14:36

Industry 4.0의 목표는 ‘스마트 팩토리’다(사진. Balluff).

 

Industry 4.0은 장비 프로세스의 지능적인 네트워크뿐만 아니라 IT및 회사 관리와 함께 생산 관리 단계를 연결하는 것도 의미한다. 미래를 위한 이 프로젝트의 목표는 더욱 빠르게, 더욱 유연하게, 그리고 적응 가능한 프로세스를 갖춘 ‘스마트 팩토리’다. “지식은 힘이다”가 4차 산업혁명에 슬로건이 될 수 있을 것 같다. 스마트 팩토리란 장비가 공작물이 무엇을 하길 원하는지 잘 알기에 다른 장비가 또 다른 장비가 무엇을 하는지 잘 알 수 있기 때문이다.

 

이는 예를 들어, 액추에이터의 현재 상태가 어떤지, 현장에 있는 주변장치들은 무엇을 수행하는지, 지정된 시점에서 어느 공작물이 어떤 단계에 있는지 등 현장에서부터 다양한 정보를 요구한다. 장비의 현재 상태에 대한 세부 정보는 프로세스 값만 인지하는 것 보다 그 이상을 지능적이고 통신 가능한 센서를 통해 제공된다.

 

그러나 이는 인터페이스에 새로운 요구를 요한다. 추가적인 정보 즉, 장치식별 및 진단 데이터뿐만 아니라 파라미터 데이터까지 포함하여 전송되어야 한다. 후자는 사이즈 또는 레시피 변화를 유연한 로트 사이즈로 즉시 수행되어야 할 때 필요하다.

 

DIN EN 60947.5-2에 설명된 대로 이전의 센서 인터페이스가 병목현상을 일으키고 있다. 결국에는 한 개 또는 두개의 스위칭 비트만이 보내질 수 있다. 그리고 센서가 조금 복잡해지자마자, 차폐형 멀티 도체 케이블이 있는 번거로운 멀티 핀 플러그를 사용해야 한다.

 

IO-Link가 병목현상을 개선
이를 해결할 수 있는 것은 필드버스 중립적 통신 표준인 IO-Link다. Industry 4.0의 원동력 기술로서, IO-Link는 몇 년 전부터 이미 통신분야에서 획기적인 발전을 이루었다. 이는 컴퓨터에서 USB와 같이 보편적으로 사용할 수 있으며, IO-Link 처리 장치는 전체론적 시스템 개념에 간단하게 통합될 수 있다.


디지털 포인트-투-포인트 연결은 필드버스 레벨 아래에 작동하여 단순하고, 양방향 신호 및 데이터 교환을 제공한다. IEC 61 131-9 국제 인증 표준인 IO-Link는 설치와 케이블링 프로세스를 근본적으로 간결하다. 왜냐하면 IO-Link 마스터와 함께 현대적인 인터페이스는 모든 통신 작업을 위해 일반적인 비차폐형 3선 케이블만 필요로 하기 때문이다. IO-Link는 모든 표준 센서와 역 호환이 가능하며 전자기 간섭에도 문제없다.


특수 케이블이라든지, 추가 인터페이스 박스가 필요하지 않다. 터미널 없이 단지 M12 커넥터만 연결하면 기기들은 바로 사용할 수 있다. 스마트 IO-Link 기능이 있는 센서/액추에이터를 통해 매개체 변수 및 진단 콘셉트를 바로 실현시킬 수 있으며, 프로세스 단계까지 확장할 수 있고, 데이터를 한 눈에 확인할 수 있다.


그러나 IO-Link는 그 이상을 실현할 수 있다. 발루프의 프로젝트 연구는 툴을 사용하여 어떻게 가장 낮은 단계의 기기를 직접 엑세스할 수 있는지를 인상 깊게 보여준다. 시스템에서 모든 IO-Link 프로세스 기기는 거의 원하는 장소에서 제어 시스템과 병행하여 UDP(User Data Protocol)를 통해 중앙에서 모니터링, 매개체 변수, 및 테스트가 가능하다.

즉, 유연한 생상 공정과 통합된 네트워크 관리를 향한 로지컬 단계이다.

 

IO-Link 기반으로 한 발루프의 소프트웨어 툴은 전체 장치 주변을 명확하게 묘사한다(사진. Balluff).

 

한 번에 전체 시스템을 구성
IO-Link를 기반으로 한 소프트웨어 툴은 모든 주변 장치의 명확한 개요를 제공하고, 센서와 액추에이터에 대한 매개체 변수, 구성 및 진단 정보를 직접 엑세스하는 것을 가능케 한다. 이 툴은 복잡한 압력과 레이저 거리 센서의 구성 설정을 위한 수정, 재구성 및 테스트하거나 생산 관련 데이터를 불러 올 수 있다(모두 중앙 위치에서 수행).


가까운 미래에서는 솔루션이 포괄적인 네트워크 관리 시스템의 구성요소로 통합될 것이다. 네트워크 관리 시스템에는 여전히 자체 IP 주소를 가진 시스템 구성요소만 나타낸다. 일반적으로 이것은 마스터 레벨까지 내려가며, 결과적으로 프로세스 레벨에서 다양한 기기의 환경을 포함하지 않는다. 미래에는 IP 없이 IO-Link 기기가 네트워크 관리 시스템으로 통합되는 것이 가능해 지기 때문에, 이는 곧 바뀔 것이다. 따라서 멀티 기기 구성을 구현, 소프트웨어 업데이트, 오류 메시지 처리, 그리고 지구상의 거의 모든 포인트에서 정적/동적 시스템 진단을 필드 레벨까지의 실행이 가능해 질 것이다.


이와 같이 Industry 4.0은 센서/액추에이터에서 인터넷으로 전체 통신을 필요로 한다. 기존의 단일 방향 통신은 지능형, 멀티 방향 통신으로 대체되어야 할 것이다. 가상 물리 시스템(CPS)과 망사형 네트워크는 현실이 되고, 기능적 수준의 엄격한 계층적 자동화 피라미드로 대체될 것이다.

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