[커버스토리] 진화하는 PAC, PC의 단점 개선하면서 산업 현장서 독자 분야 개척

안정성 우려 불식하며, 신재생에너지 등에서 새로운 방향 모색

PC의 성능과 PLC의 안정성이 통합된 PAC는 차세대 기술로 등장했지만 PAC 기술의 안정성과 신뢰도에 대한 개선 요구 등으로 널리 보급되지 못했다. 하지만 기술 발전에 따라 산업현장의 열기와 진동에서도 안정성을 유지하며 섬세한 작업을 가능케 하는 PAC 제품들이 속속 선보이고 있으며, 이들 제품도 특정 산업 분야에 특화된 형태로 컨트롤 시스템에 지속적으로 통합되고 있다. 이에 본지는 PAC의 최근 기술적 발전과 그 흐름을 조명해 봤다.

하 상 범 기자

PAC(Programmable Automa tion Controllers)를 이야기하려면 먼저 PLC(Programmable Logic Controllers)를 언급하지 않으면 안 된다. PLC에 상용(COTS) 하드웨어가 사용되고, PC 시스템이 리얼타임 OS와 통합되면서, PC와 PLC간의 기술적 차이는 날로 줄어들어 새로운 컨트롤러 방식 PAC가 등장했다. PAC는 Automation Research Corporation (ARC)이 만든 신조어로, 업체에 따라 해석은 분분하지만 PLC와 PC의 기능을 통합하는 차세대 산업용 컨트롤러를 의미한다.

PAC는 기존 PLC 벤더에서는 하이엔드 시스템의 의미로 사용되며, PC 컨트롤 업체에서는 산업용 컨트롤 플랫폼으로 간주되고 있다. PAC는 PLC와 PC, DCS, 개방형 제어 플랫폼 등의 장점들만을 모아 통합한 제조 시스템으로 기업들의 요구조건들을 모두 충족할 수 있도록 설계됐다. PAC 기술은 개방적인 산업 기준과 확장된 영역 기능성, 공통 개발 플랫폼을 제공한다.

PAC 시스템은 소프트웨어와 하드웨어의 통합을 최대로 할 수 있도록 설계돼, 전체 시스템에는 한 가지의 프로그램만이 필요하다. 이러한 기능을 통해 시스템 내의 모든 기능에 접속할 수 있게 되고, PLC와 리모트 I/O, 운전 제어, 드라이브, PID 제어를 비롯한 많은 것들을 통합하고, 이더넷 TCP/IP와 인터넷 등의 사용을 통해 회사 전체의 통합을 이룰 수 있게 된다.

PAC 등장 초기엔 다양한 확장성과 통합 기능 등으로 PLC를 대체할 수단으로 평가받았다. PAC에 포함된 PC는 고급 태스크를 수행하기 위한 소프트웨어 기능을 제공하면서, 그래픽 기반의 프로그래밍 및 사용자 환경을 제공하고, COTS 컴포넌트를 사용함으로써 컨트롤 엔지니어들이 기타 애플리케이션을 위해 개발된 기술 활용을 가능하게 했다.

PAC는 하드에 내장된 릴레이, 아날로그 컨트롤러와 PLC가 사용되고 있는 거의 모든 애플리케이션에 사용할 수 있다. 실제로 많은 애플리케이션에서 PLC를 대체하고 있다. 일부 PLC 제조업체는 PAC를 만들고 있고, 일부는 PAC에 대한 기준을 사실상 충족하는 PLC 디바이스로 분류하고 있다.

그럼에도 PC는 산업용 컨트롤 애플리케이션에 적극적으로 통합되지 못했다. 다양한 고급 기능을 제공할 수 있음에도 산업 현장에서 항시 발생하는 진동과 고온의 열기는 안정적인 PC 운영에 걸림돌로 작용했다. 거친 산업 현장에서 안정적으로 가동될 수 있는 PC가 개발되기 전이어서 초기 PAC에 대한 우려는 적지 않았다. 이 때문에 PC 기반 제어가 중심이 되는 PAC는 신뢰성, 안정성 부분의 검증을 오랜 세월 거쳐야 했다. 지금도 그 단계는 진행 중이며, 향후 하이브리드 시장에 적합한 제품으로 서서히 부각될 것으로 예상되고 있다.

PAC는 현재 각 방면에서 조금씩 진보된 모습으로 산업 현장의 한 자리를 차지해 나가고 있다. 로크웰오토메이션(이하 로크웰)은 에너지 및 발전사업 분야에 완벽한 제어가 가능한 PAC 제품군을 공급하고 있다. 로크웰 권오혁 차장은 “한국수력원자력 및 관련 발전소 5개 유틸리티에 로크웰 PAC 중 하이엔드인 Control Logix가 거의 80%의 점유율을 보이고 있다”고 밝혔다.

그 외에도 에너지 부분의 S사의 엔지니어링 업체와 협력해, 네트워크 스위치 이중화 및 PAC의 CPU, 파워 서플라이 이중화, 네트워크 이중화를 모두 실현했다는 것이 그의 설명이다.

특히 네트워크 스위치의 경우 REP(Resilient EtherNet Protocol) 기능을 활용해 네트워크가 끊길 시 복구 시간이 스위치 간 70m/s 이내로, 네트워크의 경우 50node까지 3m/s 안에 복구가 가능하다. 이를 포함해 로크웰에서는 고 가용성을 위해 I/O 이중화부터 고성능 ControlLogix L7x 계열의 컨트롤러 이중화, Ethernet/IP 기반의 디바이스 레벨의 링 구성 네트워크 이중화, 알람 & 이벤트 서버 이중화, 히스토리언 이중화에 이르기까지 완벽한 이중화를 구현하고 있다. 로크웰의 PCA 제품군은 완전한 고가용성 솔루션을 지원하는데, 이러한 이중화 풀라인업을 제공하는 업체는 로크웰이 유일하다는 것이 권 차장의 설명이다.

어드밴텍은 식음료 생산 산업 현장을 위한 APAX 시리즈를 통해 앞선 기술과 모든 생산 공정에 대한 토털 솔루션을 제공하고 있다. 식음료 제조 산업은 제조 과정에서 제품의 품질을 모니터링하고 제어할 통합 솔루션을 필요로 하고 있다.

에너지, 식품, 신재생에너지 등 특화된 산업으로 확산

어드밴텍 APAX 시리즈는 모든 제품을 쉽게 기존 인프라에 맞게 접목시킬 수 있고, 고급 제어를 위한 다양한 기능을 제공한다. 대표적으로 식음료 제조 현장에서 개발 및 조리법 프로그래밍, 각 기계에 별도의 지시 제어, 프로그램 알람 설정, PID 컨트롤러를 통한 온도와 습도 제어 등을 담당하고 있다. 이러한 모든 프로세서를 어드밴텍의 APAX 컨트롤러를 통해 완벽하게 적용시킬 수 있다. APAX 컨트롤러는 강력한 온도 계산 능력과 작업 현장에서 순차적인 기능 제어를 통해 일괄처리 기능을 한층 강화시켜 준다.

어드밴텍의 APAX-5000 시리즈는 오픈 개발 아키텍처를 제공하며, 단일 컨트롤 시스템 내에서 제어, 정보 처리 및 네트워크를 통합하는 제품이다. APAX-5000 시리즈는 다른 작업을 위한 듀얼 컨트롤러를 특징으로 하는데, 이는 기존의 다른 제품들보다 우수한 성능을 자랑한다. APAX-5000 시리즈의 다용도성, 유연성 및 확장성은 복잡한 자동화 산업의 요구를 충분히 만족시킬 수 있다.

또한, APAX-5000의 I/O 모듈은 핫스왑(Hot Swap) 성능, 고밀도, 클램프 타입 터미널 블록, ID 스위치, LED, 와이어링 정보가 들어 있는 쓰기형 라벨, 그리고 유연한 확장 토폴로지와 같은 엔지니어의 수고를 덜어주는 다수의 매력적인 특징들을 보유하고 있다.

어드밴텍의 산업자동화 부서는 최근 디바이스들간의 복잡한 통합을 줄이기 위한 솔루션으로써 APAX 데이터 수집 & 컨트롤 기술과 임베디드 오토메이션 컨트롤러를 통합한 새로운 하이브리드 컨트롤러인 APAX-6572를 출시했다.

인텔 AtomD5101, 66GHz, 2GB RAM를 지원하는 APAX-6572는 3×GbE LAN, 2×COM 포트, 1×VGA 그리고 4×USB 2.0 포트를 제공한다. APAX 컨트롤러는 4개의 확장슬롯을 제공하며, 고객은 이 확장슬롯에 4×APAX-5090P 모듈을 설치해 최대 18 COM 포트 사용이 가능하다. 최대 32개 APAX DA&C I/O 모듈을 이 시스템에 적용해 최대 768 디지털 I/O와 192 아날로그 I/O 포인트 제공이 가능하다. 어드벤텍 김일상 차장은 “이 제품은 광범위한 공장의 DA&C 애플리케이션과 기계 작동을 위한 보조 컨트롤러로 사용하기에 적합하다”고 소개했다.

정밀·신재생에너지 산업에 확산되고 있는 PAC

에이디씨씨스템이 공급하는 PAC 제품은 의료장비 제작 현장과 태양광산업에 보급돼 제 역할을 톡톡히 해내고 있다. 에이디씨씨스템 윤두완 과장은 “의료장비를 제작하는 대표 업체 중 한 곳이 PC 기반 윈도 환경에 콤팩트하고 Motion, DI/O를 함께 컨트롤 할 수 있는 제품을 원하던 중, 에이디씨씨스템 ICPDAS의 Embedded Standard 2009(XP) 기반의 제품인 XPAC 제품을 선정하게 됐다”고 소개했다. 해당 업체는 XPAC 제품을 활용해 2년의 개발 기간을 통해 장비개발을 완료했고, 현재는 임상실험 준비단계에 있다고 한다.

태양광산업에서도 주목할 만한 성과를 이어가고 있다. 에이디씨씨스템은 적극적인 영업력을 바탕으로 태양광산업에서 꾸준한 매출신장을 하고 있다. ICPDAS의 다양한 제품들을 국내 태양광 업체에 공급하고 있으며, 그 중 한 기업을 통해 태양광발전시설의 통신, 제어, 모니터링 용도로 윈도 CE기반의 제품인 WinPAC를 공급 중에 있다.

지멘스는 최근 풍력 발전소나 태양광 발전소 등은 강한 진동과 충격, 전자파 적합성, 24시간 연속 작동 등이 요구되는 조건 속에서도 강력한 성능을 유지하는 임베디드 PC를 선보였다. 지멘스 Simatic IPC427D Microbox PC와 Simatic IPC477D 패널 PC는 유지보수가 필요 없으며, PAC 부분에서 취약점으로 지적된 PC 냉각을 위한 팬을 제거한 제품이다. 3세대 인텔Core i7 프로세서를 탑재하고 있으며, 선택 사양에 따라 이전 세대의 제품에 비해 최대 2배 이상의 컴퓨팅 능력을 가지고 있다.

이 두 제품은 측정, 제어, 조절, 운영 및 모니터링 같은 복잡한 통신 작업에 특히 적합하다. 최대 80GB의 SSD, 최대 16GB의 CFast 플래시메모리, 고속 SATA 링크 같은 견고한 대용량 저장 장치는 높은 데이터 보안성과 시스템 가용성을 제공한다. 두 장치 모두 내장형 24V 산업용 전원장치를 탑재하고 있으며, 무정전 전원공급 장치(UPS) 없이도 윈도 Embedded Stan dard 7와 함께 정전 유지 메모리 기능을 지원한다.

한국내쇼날인스트루먼트(NI)는 최근 cRIO-9068 컨트롤러를 시장에 선보였다. 이 제품은 부동 소수점 연산 프로세서, DSP 슬라이스를 제공하는 FPGA, Linux 리얼타임 버전의 운영체제를 제공한다. 설계자들은 쉘 액세스를 통해 방대한 Linux 커뮤니티에 접근함으로써 절감된 시간과 리소스로 머신을 설정하고 실행할 수 있다. 상용 Linux 애플리케이션 외에도 새로운 부동 소수점 연산 프로세서는 LabVIEW 소프트웨어와 Eclipse 개발환경 모두를 지원하므로 컨트롤 설계자들은 기존의 코드를 C에서 재사용할 수 있다. 사용자는 기존의 소프트웨어를 최소한의 작업만으로 최신 하드웨어에 배포할 수 있다.

NI 권순묵 대리는 “제강 공장, 섬유 산업, 반도체 등의 업계는 최근 더욱 스마트한 장비를 요구하는 추세로 변화하고 있으며, 장비에 대한 수요가 발생하면서, 이전보다 향상된 머신 컨트롤 디자인 기술에 대한 요구가 있을 것”으로 전망했다.

권 대리는 “최신 하이브리드 처리 기술을 이용하는 PAC와 임베디드 컨트롤러의 아키텍처가 여러 특정 PAC/PLC 또는 맞춤형 설계에서 더욱 통합돼 개수가 적은 소프트웨어 설계 방식의 컨트롤러로 전환되면서, 머신 설계를 발전시키고 간소화되는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

PAC 신제품 출시 앞둬, 향후 성장세 기대 높아

PAC의 전망을 내다보는 업계 관계자들은 “당장 PLC를 대체할 수준은 아니지만 PAC만의 수요를 일정하게 형성했다”고 평가했다. NI 권순묵 대리는 “PAC 제조업체들이 오히려 증가하고 있으며, 계속해서 호환성과 성능을 개선한 제품을 내놓고 있다”고 설명했다. 그는 “더욱더 많은 산업자동화 영역에서 PAC 제품이 지속적으로 사용될 것이며, 더 많은 PAC 신제품들이 출시를 앞두고 있다”고 말했다.

로크웰 권오혁 차장은 “전반적으로 전체 국내 PAC 산업은 2012년은 성장세가 주춤하고 약간 하락했지만 2013년에는 회복세로 돌아설 것 같다”고 진단했다. 국내 EPC, 오일 & 가스 분야에서 중동 쪽으로 PAC의 수요가 높아지고 있으며, 2014년에도 자동차 분야에서 주요 PAC 수요처인 포드, 폭스바겐, GM 등의 신규 해외 공장 증설 계획을 가지고 있다는 것이 긍정적인 판단의 근거다.

권 차장은 “로크웰은 국내의 경우 고객의 노후화된 설비에 대한 투자 및 IT 및 상위정보시스템 및 데이터베이스와의 정보 통합 및 PAC의 꾸준한 기능 확장을 발판으로 향후 5년간 연평균 성장률을 6.5% 대로 전망하고 있다”고 밝혔다.

FA Journal 하 상 범 기자 (fa@infothe.com)