제조 자동화와 스마트 팩토리의 차이

제조 자동화에 비하여 스마트 팩토리는 통신에 대한 중요성을 높였다. 기존에는 센서와 액추에이터를 물리적으로 연결하고, 각각의 필드버스 프로토콜을 이용하며, 제한된 보안과 데이터를 기반으로 컨트롤러 중심의 제어시스템이었다면, 스마트 팩토리는 IIoT 센서를 비롯한 센서와 액추에이터가 통신으로 연결되고, 표준 이더넷 기반으로 단일 표준 프로토콜을 활용하여 상호운용성을 확보하며, 강화된 보안과 유무선이 통합된 다양한 데이터들을 수집할 수 있어 빅데이터로 활용이 가능하며, 같은 바탕에서 기계학습을 비롯한 인공지능의 활용까지도 진행되고 있다. 또한 제어시스템 측면에서 컨트롤러 중심이 아닌 IT와 융합하여 IoT/IIoT를 통한 제어가 활발해지고 있는 추세다.

OPC UA를 사용해야 하는 이유

OPC UA는 Open Platform Communications Unified Architecture의 줄임말로, 산업용 통신의 안전성과 신뢰성을 보장하는 데이터 교환 표준으로서 제조업체 및 플랫폼에 구애받지 않고 독립적으로 운용된다.

기존의 자동화 환경은 PLC, 필드 디바이스 등 각각 다른 프로토콜을 사용하기 때문에 각각의 디바이스와 장비에 따라 각각 서비스 구축을 했다면, OPC UA 표준을 채택한 디바이스, 애플리케이션, 플랫폼 등은 상호 간에 제공하는 서비스를 쉽게 이용할 수 있다. 따라서 최하위 디바이스부터 MES, ERP와 같은 상단의 애플리케이션까지 상호운용성을 확보할 수 있다. 상호 간 통신이 가능해지고, 정확한 정보 교환이 일어나게 되므로 공장 내부뿐만 아니라 사무실의 PC, 관리자의 모바일 애플리케이션 등 일련의 시스템 내에서 운용이 가능해지기 때문에 스마트 팩토리 환경에서는 OPC UA 표준 도입이 필수적이다.

스마트 팩토리에서의 IT 컨버전스 사례

‘스마트 팩토리’라는 용어를 들었을 때, 가장 먼저 떠오른 풍경은 사무실에서 외부에 있는 공장의 장비 상태를 모니터링하고, 설비를 제어하여 공장을 운영하고, 생산 현황, 불량률 등의 데이터를 가공하여 자동으로 리포트를 뽑아주는 등의 원격 제어, 원격 모니터링이었다. 이 이미지는 필자가 산업 현장에서 프로젝트를 진행하고, 고객을 만나며 상담을 하는 내내 ‘모바일 시대에 살고 있는 우리가 실생활에서 사용하며 느끼는 편리함을 왜 산업 현장에서는 느낄 수 없을까?’라는 생각으로 이어지게 되었다.
다행히 스마트 팩토리를 준비하는 고객사들의 프로젝트를 진행하면서, 다음과 같은 실제 IT 융합 사례를 경험할 수 있었다.

1) IIoT 센서 데이터를 활용한 스마트 배전반 개발 (2017)
온도, 습도, 열화상 카메라, 부분 방전 등의 센서 데이터를 수집하고 시각화하여 배전반 모니터링과 예방 정비를 할 수 있는 시스템으로, 배전반에 탑재된 PC와 모바일 서비스로 구성하였다. 초기 과제에서는 모바일 서비스를 위하여 Redis의 Pub/Sub 기능을 이용하여 현재값을 표시하고, 통계는 RDBMS를 활용하였으나 차후에는 TSDB로 교체하여 운용하였으며, 상위 클라우드로의 연결까지 진행되었다.

2) DBMS를 활용한 웹 모니터링 (2018)
글래스 생산 설비 내 화상/단면검사기 데이터와 포장기 데이터를 동기화하여 이력 추적 및 품질관리 시스템을 구축하는 프로젝트로, 웹 모니터링과 리포팅 시스템이 IT와 결합된 부분이었다. 각각의 장비부터 관제 PC까지 OPC UA로 통합하였고, 관제 PC에서 통합된 데이터를 DB에 저장하고, 웹을 이용해 원격지인 사무동에서 모니터링과 리포트 생산을 가능하도록 하였으며, 기존 검사정보시스템을 대체하여 운용할 수 있게 되었다.

3) 태블릿PC를 이용한 장비 제어 (2019)
단일 장비에도 적용이 가능한 사례로, 듀얼라인믹서/디스펜서 장비에 물리적인 티칭 팬던트 대신 모바일 기기를 적용하였다. 또 HMI-컨트롤러(태블릿PC)를 OPC UA로 연결, Pub/Sub 기능을 활용하여 장비의 운용 상태를 모니터링하며 제어할 수 있도록 구성하였다.

 4) OPC UA를 활용한 웹 모니터링 시스템 (2020)
글래스 생산 설비의 데이터를 OPC UA로 통합하고, Javascript 기반의 OPCUA Client를 이용해 모니터링 시스템을 구축한 사례이며, 설비 데이터는 OPC UA로, 기타 정보는 RDBMS를 이용하여 개발하였다.
 

마무리

ERP/MES까지 연동되지 않은 부분적인 도입 사례임에도(모든 구축 사례에서 동일하게) 고객사의 업무 효율 개선 효과가 두드러졌으며, 설비 확인을 위해 담당자가 FAB에 출입하는 시간이 줄어들고, 자동으로 리포트를 생산하거나 통계를 활용한 분석이 가능해졌다. 즉 원격 모니터링, 원격 제어를 통한 효율성 극대화와 산업안전 증대, 데이터를 활용한 생산관리 측면에서 가치가 상당하다는 피드백을 받았다.

모든 프로젝트를 IronTools 2.0 기반으로 작업하였으며, 데이터 통합 운용은 IronGateway를, 웹 대시보드의 개발은 IronSpider를 사용하였다. Iron Tools 2.0은 장비 및 공장자동화 산업에서 필요한 HMI 저작과 데이터 관리, 모니터링, 장비 순차제어 등을 쉽고 빠르게 개발할 수 있는 PC 기반의 통합 개발 환경으로 OPC UA를 완벽하게 지원한다. 또 다양한 필드버스 프로토콜을 OPC UA로 통합하는 IronGateway를 이용해 기존 장비나 시스템의 큰 교체 없이 원활하고 안정적인 데이터 관리를 할 수 있다. 아울러 IronSpider는 Javascript 기반의 대시보드 저작에 특화된 Framework로, Javascript 기반의 OPC UA Client를 내장하고 있어 빠르고 안정적인 실시간 데이터 처리가 가능하고, 다양한 외부 라이브러리를 사용하여 필요에 따라 RDB MS, NoSQL, TSDB 등을 연동하여 통계나 리포트에 활용이 가능하였다. 이 제품들은 모두 OPC UA를 이용하여 안전성과 신뢰성을 보장하였고, 표준 프로토콜을 이용한 상호운용성을 확보하는데 중점을 두고 개발되었다.

삼성전자는 2017년에 OPC Foundation에 가입하였고, 자사 제조 인프라에서 활용한 플랫폼 구축에 나서고 있다. 이경운 삼성전자 IoT 수석부사장은 “산업용 사물인터넷(IIoT)의 진정한 잠재력은 시장의 공급업체 및 플랫폼과 독립적인 비즈니스 도메인 간 상호운용성을 보장하는 솔루션에서 나온다.”며 “OPC Foundation은 산업용 사물인터넷을 위한 실질적인 표준 단체이면서 끊김 없는 IIoT 서비스가 가능한 프로토콜 상호운용성을 제공한다. 우리의 제조 인프라를 위해 상호 운용이 가능한 IIoT 에지 플랫폼 배치에 큰 기여를 할 것이다.”라고 밝혔다.

2006년에 발표된 OPC UA가 10여 년의 긴 여정을 지나 그 가치를 발하고 있다. 스마트 팩토리에서 IT 기술과의 융합이 더욱 기대되는 이유다.

jude@Ironautomation.com