계장기술(PROCON)

기획특집 인더스트리 4.0이 가능한 스마트 센서 솔루션

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 2,583회 작성일 19-05-15 16:06

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광센서 분야의 혁신적인 선도 기업인 Leuze electronic이 인더스트리 4.0이 가능한 스마트 센서 비즈니스 솔루션을 구현하면서 업계 내 인더스트리 4.0 선도자로 자리매김하고 있다.

대표적인 자동화 피라미드 구조

전통적인 구조의 자동화 피라미드 안에는 다양한 레벨이 있다. 필드 레벨(입력/출력 신호), 컨트롤(PLC), 프로세스 명령 레벨(SCADA), 오퍼레이션 명령 레벨(MES), 그리고 사업 명령 레벨(ERP) 등이다.

인더스트리 4.0이 프로세스를
더욱 단순하고 경제적으로

인더스트리 4.0의 목적은 생산과 자재 흐름에서 프로세스를 더욱 효과적이고 빠르게, 그리고 보다 가변적으로 만드는 것이다. 이를 위해 전통적인 자동화 피라미드의 서열화된 구조를 깨야 한다.
 
데이터 흐름은 하나의 레벨 안에서뿐만 아니라 모든 레벨 사이에서 양방향으로 가능해야 한다. 이미 기술적으로 가능하다. 그러나 데이터를 한 레벨에서 다음 레벨로 운반하기 위해서는 각 레벨에 상당한 비용이 든다. 인더스트리 4.0은 모든 레벨에서 원활하게 통신할 수 있어야 한다. 이러한 표준화된 통신을 통해, 각 레벨이 커뮤니케이션하고, 수평과 수직 양방향으로 정보를 교환할 수 있어야 한다.

인더스트리 4.0의 기초

이를 위해서는 다중 채널을 가능하게 하여 수평 방향과 수직 방향의 두 통신 레벨 모두 작동할 수 있는 시스템이 필요하다. 예를 들어, 센서가 수평 레벨로 프로세스 데이터를 PLC로 전달해야 하고, 수직 방향 레벨로는 상태 모니터링을 위해 사전 경고 메시지를 전송할 수 있어야 한다. 양쪽 레벨을 문제없이 지원하기 위해, 센서는 하드웨어에 기본 기술을 통합해야 한다. 특히 IP 기반 프로토콜을 사용하는 이더넷은 이러한 다중 채널 통신 경로를 열어 주고, 이를 위한 적절한 전제조건이 된다. 따라서 이하에서 고려하는 것은 단지 측정, 포지셔닝 또는 식별 시스템 등과 같은 바이너리 데이터 이상을 사용하는 센서와 시스템들이다.


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인더스트리 4.0 가능 센서

다중 채널 통신을 하는 인더스트리 4.0 가능 센서는 부하 상황에서도 안전한 통신 용량을 제공하는 시스템 아키텍처를 요구한다. 하나는 센서 데이터 처리에 초점을 맞추고, 다른 하나는 호스트 시스템과의 통신에 중점을 두는 멀티플 컴퓨팅 유닛을 가진 시스템으로 이어진다. 극도로 작은 시스템으로는 이것이 불가능한 경우가 많다. 이때 퍼포먼스와 통신 능력과 관련하여 적절한 절충안을 찾아야 한다. 만일 센서가 한 채널로 프로세스 데이터를 제공할 능력이 있고, 다른 채널로는 진단 데이터 또는 상태 데이터를 제공할 능력이 있다면, 데이터를 어떻게 전달할지 정의해야 한다. 프로세스 레벨에서는 프로피넷 또는 이더캣과 같은 프로토콜에 의해 이 점이 명확하게 설명되고 정의된다. 센서는 프로세스 데이터 외에 추가로 이 프로토콜의 모든 요소를 사용할 수 있고, 진단 데이터와 매개변수 데이터를 교환할 수 있다. 컨트롤에 의한 중앙 장치 구성은 오늘날 이러한 통신 모델에서 중요한 측면이다.

OPC UA 및 Azure 클라우드

장치들 간에, 그리고 개별 레벨들 간에 단순하게 데이터에 액세스 할 수 있도록 OPC UA와 같은 새로운 통신 표준이 확립되고 있다. 이 표준을 사용하면 모든 수준의 자동화 기술과 통신할 수 있고, 클라우드와 데이터를 교환할 수 있다. 이 목적을 위해 센서는 이른바 클라우드의 oT 허브를 사용한다. 그렇게 되면 클라우드에서 센서 데이터는 장치를 뛰어넘어, 그리고 지구적으로 평가될 수 있다. 예를 들면 Microsoft의 Azure 클라우드와 같이 강력하고 최적화된 많은 도구들이 제공되고 있다. 또한 이 클라우드는 연결되어 있는 센서와 상호 작용하고, 펌웨어 업데이트 수행과 같은 다양한 활동을 실행할 수 있다. 클라우드에 있는 데이터는 위치나 사용자에 상관없이 액세스 할 수 있다. 클라우드 기술을 사용하기를 원하지 않는다면, 데이터는 OPC UA 클라이언트를 통해 어떤 PC에서나 쉽게 표시할 수 있다.

통합 연결성을 갖춘 센서

컨트롤에 의해 구성되는 프로세스 데이터를 컨트롤로 전송하고, 동시에 진단 데이터를 OPC UA 또는 HTML과 같은 프로토콜을 통해 전송할 수 있는 센서를 Leuze electronic은 통합 연결성을 갖춘 센서라고 한다. 이 기술을 탑재한 센서는 인더스트리 4.0을 구현하기 위한 기본이 된다.

전제 조건인 상태 모니터링

인더스트리 4.0이 가능한 센서는 상태 모니터링을 지원한다. 이는 상태 모니터링 맥락에서 데이터를 어디서든 사용할 수 있는 가능성을 위해 필요하다. 또한, 센서 자체는 관련 데이터를 확인하고 제공할 수 있어야 한다.
 
한 가지 예로, 광센서가 오류 없이 기능하기 위해서는, 충분한 빛 에너지가 통과할 수 있게 광학 장치에 먼지가 없어야 한다. 광학 장치가 오염되면 오작동이 일어날 수 있다. 스크린이 빛을 통과시킬 수 있는지, 아니면 오염되어 있는지, 이에 대한 정보는 인더스트리 4.0이 가능한 센서 자체에 의해 확인되고 출력될 수 있다. 이는 상태가 양호할 때에 센서에 에너지를 공급하고, 기계를 사용하지 않을 경우에는 센서를 청소할 수 있도록 도와준다. 따라서 기계와 시스템의 다운타임을 피하고, 결과적으로 생산이 경제적이고 효율적이다. 

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클라우드에서 상태 모니터링

광학 장치가 오염되었을 때 알려주는 상태 모니터링 정보는 실제 프로세스 데이터와 함께 OPC UA 통신을 통해 센서에 의해 동시에 클라우드로 전송되고, 그 곳에서 이 정보를 평가한다. 클라우드는 데이터를 저장할 뿐만 아니라, 들어오는 정보에 응답하고, 근무 교대 시 서비스 부서에 센서 유지보수 작업이 필요한지 알린다. 또한 센서가 고장나기 전에 센서의 수명이 다했음을 보고할 수도 있다. 제조사, 부품 번호, 부품 지정과 같은 장치 데이터는 클라우드를 통해 제공되기 때문에, 조달 부서는 메시지를 수신하여 새로운 부품을 주문할 수 있다. 예비 부품을 비축해 두는 데에 필요한 비용을 줄이고, 센서가 고장나기 전 적절할 시기에 센서를 교체할 수 있다.

www.leuzeusa.com
 

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