무선 센서 네트워크들은 10년 이상 사용돼 왔으며, 표준기반 무선 네트워크인, IEC 62591 WirelessHART는 4년 전에 도입됐다. Industrial Automa tion Asia의 기사인 무선의 현명한 선택(Choose Wireless Wisely)에서 에머슨의 Jonas Berge는 공정산업을 위한 이러한 무선기술의 몇 가지 배경과 강점에 대해 기술했다.
Jonas는 다음과 같이, 디지털 프로토콜을 포함한 4-20mA의 유선 계장 통신이 전용에서 표준으로 진화한 과정에 대해 강조했다.
…각각의 DCS 생산업체는 상이한 프로토콜을 사용했으며 자사의 장치들만을 지원해 플랜트의 유연성이 결여됐다. 이에 따라 복수의 휴대용 단말기가 필요하게 됐다. 결국 HART 프로토콜이 우세하게 됐으며, 4-20mA/HART를 이용해 이제 대부분의 DCS들은 임의의 4-20mA 장치와 통신할 수 있으며, 단 하나의 현장통신기만이 필요하게 됐다.
또한, Jonas는 다음과 같이, Wire lessHART 표준이 NAMUR NE 124 무선 자동화 요구사항 절차의 일부로서 실시된 최종사용자 시험에 대해 기술했다.
…현장시험은 독일 Ludwigshafen에 위치한 BASF 플랜트에서 NAMUR에 의해 실시됐다. 시험에는 ABB, 에머슨, Endress+Hauser, MACTek, Pepperl +Fuchs, 지멘스의 게이트웨이와 장치들이 포함됐다. 이 시험에 의해 Wireless HART가 공정사용자들의 요구사항을 만족함이 입증됐다.
그는 이와 같은 시험은 물론 플랜트 애플리케이션에서의 시험과 검증을 거쳐 이제 WirelessHART 기술이 전 세계 2,100여개 플랜트에서 가동 중임을 언급했다.
신뢰성을 제공하기 위해 표준에 포함된 요소에는 무선 센서 통신이 다른 무선 네트워크들과 동일한 무선주파수에서 공존할 수 있는 능력이 포함되며, Jonas는 이에 대해 다음과 같이 설명하고 있다.
WirelessHART는 와이파이 및 여타 무선기술과 동일하게 라이선스가 불필요한 2.4GHz ISM 대역을 이용하지만, WirelessHART는 채널 도약과 채널 차단목록을 이용하므로 이들 기술과 공존이 가능하다.
필자는 표준에 포함된 이들 공존관련 기술에 대해 이전에 ‘신뢰 가능한 무선을 위한 공존 및 다이버시티 기법(Coexistence and Diversity Techniques for Reliable Wireless)’에서 설명한 바 있다. 또한 이 표준에서는 메시 기술을 이용해 신뢰성을 구현하며, 이에 대해 Jonas는 다음과 같이 설명한다.
메시 형상은 장치들이 상호 간에 복수의 경로를 형성해 메시지들을 ‘메시’ 내의 장치 수준에서 라우팅해 보다 견실성이 높다. 경로 중 하나가 차단되면 네트워크는 자동적으로 다른 경로로 전환해 신뢰 가능한 연결을 유지한다.
즉, 이중화 데이터 경로들이 단일 고장점을 제거하는 것이다. 실제의 설치에서는 일관적으로 99% 이상의 데이터 신뢰성을 제공하고 있다.
무선계장과 관련해 계속 의견이 반복되는 영역 중 하나는 이들 장치에 전원을 공급하는 배터리에 대한 문제다. 이에 대해 Jonas는 다음과 같이 설명하고 있다.
한 가지 잘못된 인식은 일부 무선 프로토콜들이 표준의 D형 배터리를 사용한다는 것이다. 그러나 크기가 동일하더라도 일반적인 탄소-아연 또는 알카라인 배터리를 사용하는 무선장치는 없다. 모든 무선장치들은 리튬 염화티오닐 배터리를 사용하며, 이들은 높은 전력에 긴 사용시간 그리고 넓은 온도범위를 제공하지만 일반 상점에서는 판매하지 않는다. 이들은 전문 공급업체 또는 무선장치 공급업체에서 구입해야 한다.
Jonas는 이 표준이 무선계장을 제어루프에 활용할 수 있도록 설계된 방법에 대해 강조했다.
WirelessHART는 정밀주기 마크로주기(‘슈퍼프레임’이라고 함)를 이용해 시간동기화 및 일정이 제어되며, 파운데이션 필드버스와 유사한 공급자/가입자(또는 버스트 모드와 수집) 방식 통신을 이용해 결정론적 통신을 실현한다.
또 다른 논의대상 영역은 무선장치 간의 거리다. 무선 센서 네트워크들은 저속 무선 사설망(LR-WPAN)의 물리 계층과 매체 접근 제어를 정의하는 표준인 IEEE 802.15.4를 이용한다.
Jonas는 통신거리를 다음의 함수로 설명하고 있다.
1. 송신 전력
2. 안테나 이득
3. 수신 감도
동일한 IEEE 802.15.4 소자는 WirelessHART 또는 여타 프로토콜에 사용이 가능하며, 이들은 동일한 거리를 실현하므로 프로토콜 간의 거리 차이는 없을 것이다. 레이즈드 안테나(Raised Antenna)를 사용할 경우 수백 미터의 장애물 없는 통신거리가 가능하다. 그러나 이와 같은 송수신의 직결(Light of Sight, 장애물 없는)은 사막 유전과 같은 열린 평지에서나 확보가 가능한 것이다.
WirelessHART 표준의 요소들에 대해 이해하고, 이것이 신뢰가 가능하며 신속히 배치가 가능한 설치를 지원하는 방법에 대해 알려면 Jonas의 기사(www.iaasiaonline.com/?pname=news&nc=im&nid=1647)에서 더 자세한 사항을 참고할 수 있다.
