글로벌 모션제어 트렌드는 네트워크 타입이 접수 ①
  • 월간 FA저널
  • 승인 2012.12.31 13:49
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임베디드와 다른 출발선, PC 기반 모션 컨트롤러 ‘스퍼트’





























PLC 기반 모션 컨트롤러의 점유율이 심상치 않다. 최근 제조시장이 고효율 중심으로 확대됨에 따라 원가절감을 비롯한 화두에 적극 대응하고자, 가격 경쟁력 높은 보드와 모듈 형태의 PC 기반 솔루션이 높은 성장세를 보이고 있기 때문이다. PC 기반은 생산시간 단축, 간단한 구조, 에너지 사용량 절감 등을 요구하는 업계 요구에 적극 반영되고 있다. 더구나 안정성을 비롯한 신뢰성 측면에서 드러났던 약점들이 개발이 진행될수록 크게 개선됐기에 향후 시장 성장률은 더욱 높아질 것으로 기대되고 있다.


네트워크 타입 컨트롤러 시장 선도

산업용 네트워크를 통한 고속·고성능 모션 컨트롤러가 해당 업계에 대표적인 제품으로 인지도가 상승하고 있다. 과거 케이블 타입의 단점이었던 복잡한 구조가 매우 간단하게 구현됨으로써 지역 기반의 업계에서 네트워크 타입의 컨트롤러로의 빠른 전환을 요구하고 있다. 더구나 대용량 프로세스 데이터 교환, 고속 모니터링 등은 기존 방식에서는 실현할 수 없었던 기능으로 사용자들로부터 긍정적인 평가를 얻고 있다. 대역폭, 샘플링 타임 향상, 택트 타임 감소 등의 과제들이 장비 성능 극대화의 목적을 달성하고 있다.


2013년 모션 컨트롤러 성장 기대

반도체, FPD, 스마트기기, 테스트 장비 등 다양한 분야에서 다채롭게 활용되는 모션 컨트롤러는 꾸준한 성장세를 유지했지만, 올 2013년에는 대단한 호기를 맞이할 것으로 보인다.

글로벌 경기 침체로 보류됐던 지난해 국내 대기업의 생산라인 설비 투자 계획이, 올해 재개될 것으로 보여 해당 업계는 전천후 준비에 여념이 없다. 글로벌 경쟁력을 갖춘 AMOLED, LED 등의 국내 디스플레이 분야는 침체기에도 지속적인 성장세를 선보였기에 더욱 높은 기대감을 주고 있다.

모션 컨트롤러는 어느 시장에서도 적용이 가능하다는 특수성 때문에 성장세는 분명해 보이며, 신시장 및 수요 개척에 따른 업계들의 노력도 또 다른 수익 창출의 창구로 활용될 것으로 보인다.


서 정 훈 기자


PC 기반 모션 컨트롤러의 국내외 시장 동향은?


LS메카피온 : 국내외 모두 기존의 펄스열(Pulse Train) 방식, ±10V 아날로그 전압형 인터페이스의 서보제어 방식이 필드버스 네트워크 기반의 차세대 시스템 구조로 급격히 전환되고 있다.

모션제어와 관련된 유럽의 자동화 시장은 이미 네트워크 기반의 구성이 일반적이 됐고, 일본과 미국 시장도 네트워크 기반 방식으로 상당 부분 전환이 이뤄지고 있다.

이러한 필드버스 네트워크 기반의 제어 방식이 전면적으로 도입되면서 기존의 PC 기반 모션 컨트롤러 부문에도 변화가 감지되고 있다. 국내의 경우에는 DSP나 특정 네트워크용 ASIC을 탑재한 PCI 인터페이스 형태의 모션 컨트롤러가 현재 많이 사용되고 있지만, 유럽의 경우는 완전한 소프트웨어 방식의 제품들이 더 선호되고 있다. 풀 소프트웨어 방식 제품들의 경우, 61131이나 PLC open 등과 같은 국제 표준을 완벽하게 지원하기 시작하면서 특정 산업에서는 표준 제어기로 채택되고 있다.


















아진엑스텍 : PC 기반 모션 컨트롤러의 흐름은 2000년대 이후 세계 시장을 선도하고 있는 IT 제조 관련 자동화 설비 및 장비에 대한 설비투자 확장과 맥을 같이 하고 있다. 최근 몇 년간 반도체 치킨 게임의 종결과 미국, 한국, 대만 등으로 압축된 시장 상황을 반영하듯 국외 선진 모션제어 업체들의 국내 진출이 가속화되고 있으며 중국, 인도시장을 겨냥한 국내 업체들의 국외시장 공략도 가속화되고 있다.

국내 시장은 과거 10년간의 IT 제조 자동화 설비 및 장비의 국산화 개발과정(국산화율 30%)을 거쳐 2010년 이후에는 양산 설비를 확대하면서 가격 경쟁력, 빠른 납기, 품질 신뢰성 등이 경쟁의 차별화 요소로 부각되고 있다. 뿐만 아니라 한정된 FAB 공간 내 설비 투자의 효율성 제고와 미세 공정을 통한 수율 확보가 전방산업의 주된 니즈가 됨으로써 다양한 공정의 통합 및 융합한 장비, 고성능 비전 카메라 및 고속 이미지그래버 그리고 동기된 모션 컨트롤의 확대 적용으로 산업용 PC 및 PC 기반 모션 컨트롤러의 사용이 점차 확대되는 추세다.


커미조아 : 펄스 출력방식의 PCI/PCI Express 모션 제어보드는 여전히 시장에서 꾸준한 점유율을 차지하고 있다. 다만 운영체제가 윈도 XP에서 윈도 7으로, 32비트에서 64비트로 본격 전환되고 있으며, 일부 머신비전 등의 분야에서는 호환성과 데이터 처리속도의 향상을 위해 이미 윈도 7 기반의 64비트가 보편화된 상황이다.

그리고 PCI 슬롯에 장착되는 또 다른 형태인 네트워크 모션제어 보드가 기존 설비를 대체하거나 차세대 개발 설비에 적용된 사례가 점차 늘고 있다.


ADLINK 코리아 : 2012년 국내 모션 컨트롤러 시장은 유럽발 금융위기와 세계 경제 침체로 주요 산업들의 설비투자 감소가 발생해 많은 업체가 고전을 면치 못했다.


내쇼날인스트루먼트 : 국내 반도체, 자동차 등의 주요 산업에서 투자가 일괄 감소함에 따라 모션 제어 시장이 많이 위축돼 있다. 그러나 수요가 발생하는 중국이나 미국에 수출함으로써 어느 정도의 수익을 창출해내고 있다.


PLC/PC 기반의 특징을 비교한다면?




























LS메카피온 : 근래에 소개된 61131 지원의 최신 외산 PLC 등의 경우 예외적이긴 하지만, PLC와 PC 기반 제어기의 실질적인 차이는 적용 가능한 모션제어의 난이도에 따라 달라진다. PLC는 출발 자체가 프로세스 제어나 I/O 제어를 목표로 개발됐기 때문에, 모션제어 분야에서는 기능이 제한적인 경우가 많다. 제어의 난이도가 낮은 일반 산업장비 등에서는 PLC를 적용하거나 PC를 적용해도 성능 구현에 별다른 차이가 없지만, 비전 응용 부문, 정밀 포지셔닝 분야 등과 같이 PC 혹은 전용 모션 컨트롤러를 사용해야 하는 경우에는 PLC를 적용하기 어려운 경우가 많다.

고난도의 모션제어를 구사하기에 PLC는 다소 적절치 않지만, 좀 더 높은 신뢰성이 요구되거나 작동 환경이 열악한 곳에서는 PC 기반 솔루션에 비해 오히려 유리한 면을 갖고 있다.


아진엑스텍 : 국내시장의 경우 과거 일본으로부터 자동화 관련 설비 및 장비 도입이 주를 이뤘다. 이러한 산업화의 전이 과정에서 자연스럽게 국내에 소개되고 정착된 PLC의 경우, 손쉬운 사용과 다양한 산업 환경에서의 고신뢰성을 바탕으로 많은 사용자들을 확보할 수 있었다. 이러한 저변으로 IT 제조설비 및 장비에서도 많이 사용되고 있다.

그러나 최근 제조업 트렌드인 공정의 융·복합화와 미세공정 대응이라는 과제와 맞물려 컴퓨터 CPU의 비약적 발전으로 인한 고속 연산, 이더넷 기반의 고속 유·무선통신 기술의 확산, 다양한 센서 및 비전을 융합하는 고정도 측정 기술과의 융합, 각종 OS 및 프로그래밍 툴의 개방성, 확장성을 바탕으로 PC 기반 모션제어는 산업 자동제어의 근간을 확대시키고 있다(표 1).


커미조아 : 단적인 예를 들자면, PLC는 복잡한 작업 데이터베이스를 다룰 필요 없이 간단한 제어만으로 운용 가능한 서브 유틸리티 제어 모듈에 사용되며, 모션 또는 I/O만 제어하는 경우는 PC 기반보다 상대적으로 구성 단가가 적게 들 수 있다. A/D, D/A 및 통신 모듈을 추가하는 경우에는 PC 기반의 제어기 구성시보다 단가가 훨씬 높아질 수 있다. 또한 쉽게 코드를 업로드할 수 있어 보안에 취약하다. 전기 회로에 대한 기초 지식과 래더 프로그램 작성 방법만 알면 누구나 어렵지 않게 제어 시퀀스를 프로그래밍할 수 있다.

PC 기반의 제어는 PLC에 비해 보다 정교한 작업이 데이터베이스 연동을 통해 가능하다. 물론 제어 프로그램을 작성하기 위해 VC, VB 및 Delphi와 같은 프로그래밍 언어를 습득해야 하는 단점이 있지만, 컴파일된 바이너리 파일을 사용함으로써 소스 노출을 막을 수 있어 보안을 요하는 시스템에 적합하며 특별한 제약 없이도 기능을 확장할 수 있다.

하지만 HDD, SSD, FAN 등 PC 구성 파트의 성능 및 내구성에 의존도가 높아 적절한 관리가 필요하다. 최근엔 하드웨어 성능이 많이 향상돼 IPC가 아닌 일반 PC로도 제어기를 구성하는 경우가 종종 있다.

커미조아에서는 PLC 기반의 제어기 제품은 출시하지 않았으나, PLC 사용자를 위해 임베디드 기반의 스탠드 얼론 형태로 운용 가능한 cEIP 제품군인 ceNM-PE를 추천하며 PLC의 래더 기반 스캔방식을 그대로 따라서 펌웨어 애플리케이션을 통해 제어 시퀀스를 프로그래밍할 수 있도록 펌웨어 라이브러리 및 시퀀스 프로그램 예제 소스를 제공하고 있다. 이 제품은 HMI 인터페이스를 사용하는 핸드헬드 터치 장치와 시리얼 통신 등으로 연동 가능하며, 최근 시장에서 각광받고 있다.


ADLINK 코리아 : 먼저 크게 2가지로 나눠 볼 수 있다. 운영 측면에서 PC 기반의 제품은 다양한 디바이스 장치를 설치해 사용자의 욕구를 충족시킬 수 있다. 반면에 PLC 구조는 운용 체계가 제어시스템에 특화되고 구조가 간단하기 때문에 다소 안정적이다.

또한, PLC는 프로그래밍된 작업을 순차적으로 진행하는데 비해, PC 기반은 동시에 여러 가지 작업을 할 수 있다는 차이점도 있다.




























국산과 외산 모션 컨트롤러 간의 성능 차이는?


LS메카피온 : 국산 제품의 경우 기본적인 포지셔닝 기능 등의 구사에는 문제가 없고, 시장 진입 초기와 달리 어느 정도의 신뢰성이 확보됐다고 보여진다. 그러나 기술적인 성능차는 아직 간격이 존재한다.

특정 벤더에서 제공하는 전용 ASIC을 활용한 필드버스 네트워크 지원 제품(미쓰비시 SSCNET, 캬스카와의 메카트로링크 등)이 출시되고 있기는 하지만, 현재 출시되고 있는 국산 제품의 경우 전통적인 펄스열 인터페이스 방식이 대부분이다. 펄스열 인터페이스가 주력인 관계로, 컨트롤러 단계에서의 서보 루프 제어 등이 요구되는 갠트리 제어, 마스터/슬레이브 제어, 전자 캠/전자 기어/플라잉 시어(Flying Shear) 애플리케이션 등에서 다소 취약한 상태다. 이러한 기능이 특히 요구되는 인쇄, 고속 포장, 정밀 권선, 정밀 스테이지 산업에서 국산 제품의 경쟁력이 취약하고, 대응력 또한 낮아 외국 제품을 적용해야 하기 때문에 시스템 구성 비용도 다른 분야에 비해 높다. 또한, 대부분의 국산 제품이 모션 ASIC을 이용해 동작하기 때문에 좌표계 처리 기술이 요구되는 로봇분야에도 불리한 편이다.


아진엑스텍 : 모션 컨트롤러는 일반적으로 개루프와 폐루프 제어 방식으로 분류된다. 국내 모션 제어 개발업체들은 대부분 개루프 제어 방식을 사용하고 있으며, 외국의 선진 자동화 업체들이 체택하고 있는 폐루프 제어 방식은 고정밀 제어 등이 필요한 분야에 제한적으로 사용된다. 대표적인 예로서 디바이스의 고속 반송에는 개루프 제어, 절삭 가공분야에서는 폐루프 제어 방식을 체택하고 있다.

개인적으로는 국산과 외산을 구분하는 경계가 제어 방식의 차이가 아니라 사업성과 해당 업종의 업력이라고 생각한다. 국내 모션 제어기 개발 업체들의 업력은 대략 20년 미만이나 외국의 선진 자동화 업체들은 50~100년의 역사를 가지고 있다.

또한 사업성 측면에서 볼 때 폐루프 제어의 원천 기술 습득과 이를 활용한 제품의 상용화 과정에 투입되는 개발비는 천문학적인 비용이 소요되기에 이를 사업화할 수 있는 국내 자동화 산업분야는 전체 시장의 20%정도에 불과하다.


커미조아 : 솔직히 외산 모션 컨트롤러는 하이엔드급에서 최대 펄스 출력 속도가 필요한 경우나 갠트리 제어, 또는 아날로그 모션 제어가 필요한 경우에 유효하다. 그렇지 않은 나머지 경우에는 국산 모션 제어기를 선택하는 것이 유리하다. 대표적인 이유로는 먼저 국산 제어기가 외산에 비해 스펙, 기능, 성능이 전혀 뒤지지 않는다는 것이다. 외산은 제어기에 문제가 발생하면 기술적 지원이 사실상 불가능하며, 제품 보완/업데이트 주기도 길다. 국산의 경우는 보통 제어기 제조사에서 자체 기술력을 보유하고 있으므로 유저 사이트에 맞게 커스터마이징을 통해 제어기 성능을 극대화할 수 있다.

커미조아는 모션 핵심칩은 오랜기간 제어 노하우를 보유한 일본의 NPM(Nip pon Pulse Motor) 칩을 사용해, 10년 이상의 축적된 PCI/PCI Express 인터페이스 기술, 드라이버 기술, 펌웨어 기술, 다양한 모션 알고리즘을 적용해 국내 최고의 모션 제어기를 생산하고 있다. 또한 일본의 대표적 제어 3사인 파나소닉, 야스까와, 미쓰비시 전기와의 기술 제휴를 통해 네트워크 모션 제어칩 및 프로토콜을 공급받아 네트워크 모션 제어보드를 개발하고 있다. 국내 모션 제어기의 위상이 높아졌다고 할 수 있다.


ADLINK 코리아 : 하드웨어적인 측면에서는 성능 차이가 거의 없다고 본다. 다만, 차별화된 애플리케이션 및 샘플 코드 지원, 밀착 기술 지원이 중요한 요소라고 본다.


고효율 중심으로 시장이 전환되고 있는데, 모션 컨트롤러의 주 역할은?


LS메카피온 : PLC나 유공압, 인버터 등을 이용한 간이 모션제어와 비교하면 모션 컨트롤러보다 고속의 고정도 제어를 수행하는 것이 가능해진다. 이를 통해 모션 컨트롤러를 사용해야만 하는 복잡한 모션이 요구되는 경우 외에도, 생산 시간을 단축하거나, 복잡한 구조의 장비를 보다 간단하게 제작해 비용 효과를 높이거나, 에너지 사용량을 줄여 효율성을 높이는 등의 생산성 증가 효과를 기대할 수 있다. 이 같은 고효율 시스템을 개발하는데 있어 핵심은 복잡하고 난해한 기구 동작을 손쉽게 프로그래밍할 수 있고, 이를 고정도로 제어할 수 있는 것이 모션 컨트롤러의 존재 가치라고 할 수 있다. 특히, 최근의 PC 기반 모션 컨트롤러는 서보모션 제어 이외에 시퀀스 제어, 프로세스 데이터 획득, 기기 간 통신 등 제반 동작을 손쉽게 구현할 수 있는 유틸리티 기능도 포함돼 그 중요성이 점점 커지고 있다.


아진엑스텍 : 국내외 IT 제조기반의 설비 자동화에 대한 마켓 트렌드와 니즈는 다양한 공정으로 세분화돼 있는 장비의 융·복합화를 통한 FAB 내 설치 면적의 효율성 제고와 운용 인력의 고도화며,미세공정을 통한 양산수율 확보가 최대의 화두가 되고 있다.

이러한 융·복합 장비와 미세공정 실현에 있어서 고속, 고정도 모션 제어는 필수불가결한 요소가 될 것이다.


커미조아 : 기구적인 특성을 잘 활용한 성능 극대화를 통한 생산성 극대화의 실현이라고 본다.


ADLINK 코리아 : 고객들은 높은 품질과 최고의 생산성을 발휘하고, 보다 빠른 택트 타임을 가진 설비를 보유하고자 한다. 보다 효율을 높이거나, 고속에서도 정밀한 컨트롤을 하는 것이 모션 컨트롤러의 주 역할이다.


내쇼날인스트루먼트 : 공장자동화를 위해 기존에 사람이 행하던 단순 작업들을 모션제어를 수행하는 로봇이나 장비들로 대체함으로써 생산성을 증가시키고 있다. 사람보다 정밀한 동작을 실행함으로써 작업의 효율 및 품질을 높이는데 큰 역할을 하고 있다.


PC 기반 모션 컨트롤러의 대표적인 시장과 기대되는 시장은?


LS메카피온 : 가장 대표적인 시장은 FPD, 반도체 장비 관련 시장이라고 할 수 있다. 기존에는 컴퓨터 비전이 사용되는 제조와 검사 설비 등에 주로 PC 기반 모션 컨트롤러가 많이 사용됐지만, 최근에는 PLC에서도 전용 인식 모듈 등을 활용한 비전에 대응이 가능해지고 있다. 그럼에도 불구하고 복잡한 컴퓨터 기반의 인식, 판단, 프로세스 제어 기술이 요구되는 반도체, FPD 공정 장비 분야에서는 여전히 PC 기반 모션 컨트롤러가 우위를 점할 수밖에 없을 것으로 보인다.

이 분야와 더불어 PC 기반 응용 프로그램을 기반으로 운용되는 의료장비 분야도 향후 유망한 시장으로 보인다. 또한, 아직은 시장 자체가 활성화되지 않았지만, PC 기반 모션 컨트롤러가 대응할 수 있는 궁극의 시장으로 지능형 서비스 로봇 분야를 기대할 수 있다.





























아진엑스텍 : 국내시장의 경우 IT 제조관련 설비 및 장비 국산화 분야에서 PC 기반 모션 컨트롤러의 전체적인 점유율은 50% 정도 차지한 것으로 추정된다. 대표적인 분야는 스마트기기 제조 및 테스트 장비, 반도체 및 FPD 제조 등이고,향후에는 AMOLED, 태양열 및 전기 자동차, 제조업용 로봇 등을 거쳐 휴머노이드 로봇 등에 광범위하게 사용될 것으로 보인다.


커미조아 : 대표적인 시장은 반도체 관련 분야가 압도적이며, 디스플레이 파트가 그 뒤를 잇고 있다. 전·후 공정의 검사 설비 및 다양한 디스펜싱 설비에 주로 적용된다. 향후 자동차 부품 검사 및 차세대 전지 관련 분야에도 많은 사용이 기대된다.


ADLINK 코리아 : 우리의 모션 제품들은 다양한 자동화 현장에서 사용되고 있다. 먼저 디스펜싱, PCB 제조 설비, SMT, TFT/LCD, AOI 설비, 반도체 공정 중 패키징 및 어셈블리 제조 설비 등 다양한 자동화 장비에 적용돼 있다. 향후에도 전통적으로 강세인 반도체 및 자동화 설비, 공장자동화에 대한 수요는 더욱 늘어날 것으로 보인다.


내쇼날인스트루먼트 : 국내에서는 단연 반도체와 자동차 분야다. 모션 컨트롤은 로봇이나 장비에 적용돼 산업 현장에서 사용되는데 국내 시장에서는 반도체와 자동차를 배제하고는 말할 수 없다. 이외에 추후 기대할 수 있는 분야는 의료용으로 최근 첨단 의료산업에 투자가 이뤄지고 있고, 의료 장비도 시대의 흐름에 따라 편의성 등에 대해 더욱 고려하고 있어, 추가적인 모션 적용이 검토될 만한 분야라고 생각한다.

















 


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