[첨단 헬로티]
최근 IO-Link의 적용사례가 급증하고 있다. 그 이유는 IO-Link를 사용할 경우 비용 절감은 물론 설치 시간 단축, 생산성 향상, 예지보전이 가능한 유지보수의 혁신 등의 혜택을 누릴 수 있기 때문이다. 스마트공장을 위한 스마트 센서 기술에 대해 터크코리아 정목해 이사가 ‘스마트공장 지능화 베스트 프렉티스 컨퍼런스 2017’에서 발표한 강연 내용을 정리했다.[편집자주]
▲ 터크코리아 정목해 이사
4차 산업혁명 대응을 위해 터크는 크게 4가지를 준비했다. 첫째, IO-Link이다. IO-Link를 통한 지능형 데이터 수집과 커뮤니케이션 솔루션을 제공하고 있다. 둘째, OPC-UA이다. RFID I/O 모듈은 자동화 전 범위에 걸친 글로벌 통신 표준 OPC-UA를 지원한다. 셋째, RFID이다. IP67 등급의 RFID와 이더넷 I/O 모듈, HF 및 UHF 변환을 위한 통합 데이터 처리 기능을 지원한다. 넷째, 이더넷이다. 멀티프로토콜 기능으로 프로피넷, 이더넷/IP, Modbus TCP, 3가지 프로토콜을 하나의 모듈에서 지원한다. 그 외 다양한 솔루션과 제품을 4차 산업혁명에 맞춰서 제공하고 있으며, 무선 관련 솔루션인 Banner 솔루션도 제공하고 있다.
터크는 또 센서를 가지고 산업용 IoT와 인더스트리4.0에 대응하고 있다. 밸브 액추에이터 사례를 보겠다. 밸브 액추에이터는 밸브의 열기/닫기를 해주는 액추에이터이다. 기존에는 밸브의 제어를 위해 어떤 신호를 보냈다. 그러다 보니 열고 닫는 데 많은 시간이 소요된다. 실제로 항상 0.7초 안에 열고 닫기가 되어야 하는데, 사용하다 보면 점점 더 시간이 증가하게 된다. 얼마나 빠르게 밸브 액추에이터가 동작하는지 Raw 데이터를 이용하여 밸브 동작 속도를 수집하게 되는데, 밸브 포지션이라는 센서가 그 시간을 측정해 준다. 측정 시간을 추적함으로써 어느 순간 고장이 나기 전에 예지보전할 수 있다. 이렇게 하나의 센서를 가지고도 생산성을 높이고 다운타임을 줄여서 가용성을 누릴 수 있는 기술들을 구현하고 있다.
그러나 공장 내 밸브는 한두 개가 아닐 것이다. 공장 내 모든 밸브에 센서 포지션을 달아서 예지보전을 할라 치면 공장 내 모든 밸브 속도가 점차 느려지거나 특정 지역의 밸브 속도가 느려질 수 있고, 아니면 한 개의 밸브 속도만 느려지는 문제가 발생할 수도 있다. 그래서 클라우드가 필요하다.
클라우드를 통해 공장의 모든 밸브 수천 개의 정보를 수집하면 부가정보를 제공할 수 있다. 터크는 밸브 포지션을 추적하는 애플리케이션의 클라우드 서비스를 지원하고 있다.
IO-Link 기술 특징
IO-Link를 만든 목적 중의 하나는 액세스 불가했던 현장 레벨의 다양한 센서에 접근하기 위함이었다. 요즘엔 여러 가지 통신 기반의 센서들이 있지만, 공장에서 사용하고 있는 센서들은 그동안 통신이 아닌 시그널, 아날로그 데이터로 접근했다. IO-Link는 이 부분을 제거하고 센서에서 오는 데이터를 상위 필드버스 레벨, PLC 레벨, ERP 레벨까지 얹을 수 있도록 지원한다.
구성도를 보면, 현장 레벨에 기본적인 IO-Link 디바이스들이 있고, 그 위에 IO-Link 필드버스 레벨이 있으며, 산업 현장의 커뮤니케이션을 이용해서 상위 시스템까지 전달하는 구조로 되어 있다. 산업 현장은 단순하게 사무실처럼 이더넷 선 하나만을 사용하지 않는다. 여러 가지 필드버스를 사용하고 있다. 최근엔 이더넷 기반으로 많이 사용하고 있지만, 아직도 현장에는 시리얼 타입 통신들을 사용하고 있기 때문에 IO-Link 마스터들은 그에 맞춰 탑재할 수 있는 기능도 제공할 수 있어야 한다.
IO-Link 특징을 보면, 첫째, 표준 통신 기술이다. IO-Link 시리얼 통신을 사용하고 있으며, 4핀이나 5핀짜리 커넥터에서 나오는 통신과 시그널을 같이 사용할 수 있다. 또한, IO-Link 시그널 통신과 스탠더드 I/O, 이 2가지를 하나의 선에서 다 해결할 수 있기 때문에 실제로 3가닥선만 이용해서 통신이 가능하다. 뿐만 아니라, 포트 클래스 A, 포트 클래스 B, 2가지 방법의 커넥터를 사용할 수 있다.
둘째, IO-Link 통신이다. IO-Link 통신은 실제로 2가지의 데이터를 전달해 준다. 하나는 측정값, 값에 대한 품질 상태 등 애플리케이션 결과에 대한 Cyclic 데이터를 제공한다. 다른 하나는 Acyclic 데이터라고 해서 스위칭 포인트 설정, 에러 메시지, 내부 온도 경고 등 센서 상태 진단이나 어떤 형태의 정보를 얻어올 때 명령을 보내서 데이터를 가져올 수 있다.
셋째, 각 디바이스는 IODD(IO Device Description) 파일을 보유하고 있다. 그래서 IO-Link 디바이스를 사용하게 되면 거기에 이름을 줄 수 있다. 알람이 울린다든가 하면 여러 가지 진단할 수 있는 데이터도 같이 들어올 수 있다. 이런 부분 때문에 IO-Link를 통해서 센서를 스마트 센서로 변경할 수 있다. IODD 파일은 표준화된 파일 포맷을 가지고 있어, IO-Link 마스터든 타 브랜드의 IO-Link 센서든 IODD 파일만 읽어 들이면 전부 사용이 가능하다. 또한, 다양한 컨피규레이션을 쉽게 PC에서 관리할 수 있게끔 되어 있다.
왜 IO-Link인가
그러면 스마트공장을 구축하는 데 왜 IO-Link일까. 여기에는 몇 가지 이유가 있다. 첫째는 비용절감이다. 비용 절감 측면에서 기존에는 12핀, 8핀, 6핀 등 다양한 커넥터 크기가 있어야 했지만, IO-Link는 5핀 케이블만 있으면 여러 요구사항을 충족할 수 있다. 따라서 케이블 및 IO-Link 모듈의 자재비용이 절감된다. 또한, 기존 PLC는 다양한 I/O들이 있고 필요에 따라서는 다른 모듈을 사용해야 하지만, 하나의 IO-Link만 장착하게 되면 온도센서든 근접센서든 다양하게 변경할 수 있다. 그래서 전장 설계 역시 간소화할 수 있다.
둘째, 빠른 설정과 시운전을 할 수 있고 컨트롤 시스템에서 실시간으로 변경될 수 있다. 현장에서 직접 변경하는 것이 아니라 PC나 상위 시스템에서 모니터링을 통해 타깃 파라미터를 설정하거나 변경할 수 있다. 또한, IO-Link는 프로세스, 서비스, 이벤트라는 3가지 타입의 데이터를 제공한다. 센서 결과뿐만 아니라 에러 메시지, 경고, 보전 경고 등의 데이터를 전달해 준다. 디바이스 설정값, 추가적인 장비 정보도 쉽게 접근할 수 있게 해준다.
셋째, 기본 3선 케이블을 사용하고 있다. 기존 아날로그 신호는 온도나 압력 데이터의 경우 받는 케이블은 최소 실드가 되어 있어야 안정화를 가져올 수 있었지만, IO-Link는 이미 디지털화되어 있다. 따라서 실드 케이블을 사용하지 않아도 되며, 이미 디지털화된 데이터를 IO-Link 마스터로 데이터를 보내기 때문에 왜곡이 없고 노이즈에도 강하다. 뿐만 아니라 I/O 허브를 사용하여 IO-Link를 지원하지 않는 장치를 연결할 수 있으므로 추가 배선비용도 절감할 수 있다.
넷째, IO-Link는 장비 교체도 용이하다. 1.1버전 때부터 나온 ADR 기능 탑재로 신규 장치를 위한 수동 설정이 필요없고 다운타임을 줄일 수 있다.
다섯째, 유지보수를 혁신할 수 있다. IO-Link는 실시간 정보를 기반으로 하므로 경보 및 예방 유지보수가 가능하다. 사용자는 표준 유지보수 일정을 실시간으로 재설정할 수 있고 즉시 세척이 필요한 센서를 식별하기 위한 액세스 게인 설정도 가능하다. 뿐만 아니라 총 사용 시간 확인으로 교체시기를 예측할 수 있다.
