네트워크 통합을 위한 새로운 표준은 어떻게 시작되었나

기계, 필드 디바이스, ERP 시스템 및 클라우드 애플리케이션 모두 단일 네트워크로 통신할 수 있을까? 불과 몇 년 전까지만 해도 불가능한 일이었지만, TSN을 통한 OPC UA로 곧 실현될 예정이다. 이를 위해 세계적인 자동화 기업들이 실시간 산업 통신을 위한 공통 표준에 동의했다.

세계적인 자동화 기업들, 실시간 산업 통신 공통 표준 동의

[인더스트리뉴스 이주야 기자] 자동화 산업에서는 수십 년 동안 통신 프로토콜에 대한 경쟁이 심했다. 기계 제조업체에게 통신 프로토콜을 선정하는 것은 특정 벤더를 선택하는 것과 같았다. 대부분의 경우, 고객의 요구사항을 충족하는 유일한 방법은 한 기계에서 각각의 다른 제어 시스템을 구성함으로써 여러 타입의 모델을 제공하는 것이었다.

Shapers는 OPC UA와 TSN을 기반으로 한 통일된 통신 표준을 위한 계획을 2016년 SPS IPC Drives 전시회에서 처음으로 발표했다. [사진=B&R]

1980년대 후반에 처음 개발된 필드버스

B&R의 Product Strategy and Innovation의 Stefan Schönegger 부사장은 "필드버스 시스템은 1980년대 후반에 처음 개발되었다"고 설명했다. 1990년대 중반까지 많고 많은 필드버스 시스템들이 시장에 발을 들여놓으면서 시장점유율 경쟁이 시작되었다. 이를 Schönegger 부사장은 “이것이 필드버스 전쟁의 시초라 할 수 있다”고 말했다.

1990년대 후반에는 애플리케이션의 사양이 높아지면서 기존 필드버스 기술이 부족해지기 시작했다. 이에 업계는 잘 구축된 이더넷 물리 계층이라는 유망한 대안으로 눈을 돌렸다. 이더넷 물리 계층의 유일한 허점은 이더넷을 실시간으로 사용하는 방법을 찾아내야 한다는 것이었다.

산업용 이더넷 프로토콜

Schönegger 부사장은 "한동안은 업계가 동일한 산업용 이더넷 표준에 안주할 수 있을 것 같았다"고 말했다. 그러나 자동화 공급업체들은 곧 각각의 시스템에 대해 서로 다른 산업용 이더넷 프로토콜을 개발하기 시작했고 2000년대 초까지 기계 제조업체들과 작동자들은 통일된 프로토콜이라는 꿈을 접어야 했다.

산업용 이더넷은 이전의 필드버스와 마찬가지로 자체적인 성능의 한계가 있어서 해를 넘길수록 점점 더 많은 애플리케이션의 제한 요소가 되고 있다. 산업용 IoT의 요구사항은 대역폭과 사이클 타임 외에도 신기술 수요의 주요 요인이 되어 왔다.

Schönegger 부사장은 "IoT의 기본적인 전제조건은 센서에서 클라우드로의 원활한 통신"이라고 언급하며, "그 중에서도 보안이 최우선 관심사"라고 덧붙였다.

B&R의 Product Strategy and Innovation의 Stefan Schönegger 부사장은 “업계에서는 TSN을 통한 OPC UA를 표준으로 채택하는 것이 유일한 길이라는 점을 인정하게 됐다”고 말했다. [사진=B&R]

OPC UA를 통해 통일된 표준으로 채택

Schönegger 부사장은 "B&R은 산업 통신 진화의 다음 단계가 어떻게 될지에 대해 생각하기 시작했다"고 설명하며, "고객과 그들의 요구사항에 대해 논의하면서, 기술적 문제와는 별개로 프로토콜의 이질성과 세계적으로 인정되는 표준의 결여라는 또 다른 큰 문제에 직면했음을 알게 되었다" 고 언급했다.

Schönegger 부사장은 "2016년 9월, B&R과 네트워크 전문회사인 TTTech는 OPC UA와 TSN 이더넷 확장을 기반으로 한 표준 확립에 대한 논의를 위해 관심 있는 자동화 및 IT 기업을 초대했다"고 회상했다. OPC UA TSN 이니셔티브가 이 회의에서 창설되었다.

OPC UA TSN 이니셔티브의 구성원들은 차후 ‘Shaper’로 알려진 일원들이다. 이 그룹의 비전은 실시간으로 동기화된 모션 제어가 가능한 센서에서 클라우드로의 인터페이스 없이 개방된 통신을 달성하는 것이었다. 기존 기술에 비해 18배 높은 성능을 제공하는 것이 목표였다.

그 시점부터, Shapers는 새로운 기술의 세부 사항을 논의하면서 구성원 수가 꾸준히 증가했다. Schönegger 부사장은 "2018년까지 자동화 기술 분야의 가장 큰 기업들이 대거 우리의 이니셔티브에 동참했다"고 밝혔다. 업계에서는 TSN을 통한 OPC UA를 통해 통일된 표준으로 채택하는 것이 유일한 길이라는 점을 인정하게 됐다.

표준이 독립적이기 위해서는 해당 조직이 어떤 특정 제조업체에 얽매여서는 안 된다. Schönegger 부사장은 "Shapers가 OPC 재단에서 TSN을 통한 OPC UA의 상급 조직으로 올라선 것에 대해 매우 감격스럽다"고 말했다.

2018년 11월 OPC재단은 TSN을 통한 OPC UA로 범위를 현장 레벨로 확대하고 22개 업계 거물급 기술자들로 구성된 신기술 운영위원회를 세우겠다고 발표했다. 또한 OPC재단 이사에는 슈나이더일렉트릭, 로크웰, B&R의 모기업 ABB 등 세 자동화 글로벌 전문가들이 추가됐다.

TSN을 통한 OPC UA로 곧 실현

OPC UA 발행-구독 메커니즘의 기본 사양과 TSN의 필수 2차 표준이 완성됐다. 여기에는 시간 동기화를 위한 IEEE802.1AS와 네트워크 상의 데이터 전송 시간 보장을 위한 IEEE802.1qbv가 포함된다. Schönegger 부사장은 "우리는 이미 전체 OPC UA 포트폴리오를 TSN에 초점을 맞춰 전력을 가하고 있다"고 설명했다. TSN을 통한 OPC UA를 탑재한 B&R 버스 컨트롤러가 생산에 들어갈 예정이며 이외의 컨트롤러와 드라이브도 뒤따라 생산될 계획이다.

Schönegger 부사장은 "몇 년 후면, TSN을 통한 OPC UA가 없으면 새로운 기계를 찾을 수 없을 것이다"고 자신 있게 말했다. 서로 다른 프로토콜 환경이란 장벽이 무너지면서, 기계 제작자와 작동자는 연결된 제조 시스템 및 산업용 IoT 솔루션을 구현하는 데 있어 이전보다 훨씬 수월해질 것이다.

Schönegger 부사장은 과도기가 순조롭게 지나갈 것으로 기대하고 있다고 설명하면서, "POWERLINK와 OPC UA 사이의 동반된 사양으로 새로운 네트워크로 기존의 기계와 시스템을 쉽게 통합할 수 있다"고 전했다.

2018 SPS IPC Drives 전시회에서 TSN상의 OPC UA를 탑재한 최초의 버스 컨트롤러를 공개했다. [사진=B&R]

■ TSN 상의 OPC UA–이 모든 건 어떻게 시작되었나

• 2016. 09: 네트워크 전문회사인 TTTech와 자동화 전문회사, B&R의 초청으로 OPC UA TSN 이니셔티브의 원년 멤버들은 차후 ‘Shapers’로 알려진 기업들이다.

• 2017. 04: Belden/Hirschmann, Phoenix Contact가 Shapers에 합류했다.

• 2017. 11: Pilz, Hilscher, Wago가 Shapers에 합류했다.

• 2018. 04: Rockwell Automation이 Shapers에 합류한다고 발표했다.

• 2018. 11: OPC재단은 TSN을 통한 OPC UA로 현장 레벨 통신을 확장했다고 발표했다.

• 2018. 11: ABB, Schneider, Rockwell이 OPC 재단 이사회에 가입했다.

• 2018. 11: TSN을 통한 OPC UA 운영위원회를 발표했으며, 가입한 기업은 ABB, BECKHOF, Bosch-Rexroth, B&R, Cisco, Hilscher, Hirschmann, Huawei, Intel, Kalycito, KUKA, Mitsubishi Electric, Molex, Omron, Phoenix Contact, Pilz, Rockwell Automation, Schneider Electric, Siemens, TTTech, Wago, Yoko-gawa가 있다.

• 2018. 11: SPS IPC 드라이브 전시회에서 TSN상의 OPC UA를 탑재한 제어 장치를 최초로 공개했다.

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