계장기술(PROCON)

특별기고 (연재)급부상하는 태풍의 눈 ‘APL’ <3회>

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 15회 작성일 20-09-11 15:23

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- 1940/1960년대 이후 60~80년 만에 바뀌는 세계 Process 계장 산업 표준과 2022년부터 활짝 열리는 거대한 세계 Process 계장 시장 면모

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아직 큰 변화는 오지 않았고, 이제 시작일 뿐이다. APL(Process 계장안전/고급물리계층)은 세계 Process 계장 분야의 틀을 완전히 바꾸어 놓을 것이다. Process 계장 분야에 APL이 바짝 다가오고 있다.
본고에서는 1940/1960년대 이후 60~80년 만에 바뀌는 세계 Process 계장 산업 표준과 2022년부터 활짝 열리는 거대한 세계 Process 계장 시장의 면모와, 급부상하는 태풍의 눈 ‘APL’을 3회에 걸쳐 소개한다.


5. APL(Advanced Physical Layer)의 IEC 국제표준 발표 약속

국내 Process 계장의 미래 시스템 장벽을 해결하기 위한 개념에 대해 프로세스 산업의 요구사항은 아주 명확하다. 모든 요구사항을 충족하려면 몇 가지 사양을 향상시켜 주어야 한다. 이러한 요청이 해당 관련 조직인 IEC에 제기가 되었다.

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1) IEC 60079-47 프로젝트팀 - IEC SC31G WG
Zone0/Class1 Division1까지의 위험지역(Hazardous areas)의 루프 전원공급장치 및 별도의 전원공급장치에 대한 본질안전(intrinsic safety) 요구사항을 충족하기 위해 기술위원회인 IEC PT 60079-47 프로젝트팀의 IEC SC31G는 IEC60079의 2-WISE 본질안전 이더넷(2- WISE)에 초점이 된 점화 및 보호(ignition protection)에 대한 개념을 확립하였다. 한편, 실무 그룹에서는 필드버스 본질안전 개념(FISCO)에서 정의된 보안 주체가 새로운 물리계층에 대한 일부 적용을 포함하여 2-WISE 기술 사양에도 적합하다는 데 동의를 받아냈다. 이러한 인식은 데크라 테스트 및 인증(DEKRA Testing and Certifica tion GmbH)에서 성공적으로 수행된 테스트를 통해 지원을 받고 있다.

2) APL(Advanced Physical Layer)최종 기술표준 규격(IEC TS 60079-47) 발표
2021년 말까지 IEC 국제표준 규격으로 발표가 될 예정이다. APL(Advanced Physical Layer)의 유일한 IEC 국제 표준은 이미 최종 기술표준 규격(IEC TS 60079-47)으로 확정되었고, 이변이 없는 한 개발 프로젝트가 중간 완성되는 2021년 말까지는 IEC가 국제규격으로 완성되는 APL(Advanced Physical Layer) 최종 기술표준규격은 IEC TS 60079-47이다. 따라서, 이 글을 읽는 Process 계장 기술자들은 최소한 “Ethernet-APL”의 국제표준번호 “IEC TS 60079-47” 정도는 2022년부터는 머리에 항상 암기하고 있어야 할 것이다.

3) 조직의 사양 관리(Specifications of organizations)
마지막으로 세계 3대 공동 개발 조직인 FCG, ODVA 및 PI 조직이 관련 사양에서 “Ethernet-APL”에 대한 정의를 내려야 하며, 이 개발 프로젝트는 2020년 말에 완료될 예정이다. ODVA 내에서 사양의 향상은 ODVA의 Volume 2 “EtherNet/IP 적용(Adaption) CIP”의 EtherNet/IP 물리계층(Physical Layer) 특별위원회 SIG(Special Interested Group)을 통해 수행하기로 했다. 또한, EtherNet/IP 미디어 계획 및 설치 지침은 APL 프로젝트의 공동 작업에서 수행되는 설치 지침에 따라 갱신(Update)되어야 한다.
4) Ethernet-APL/ISO OSI 모델의 기본 정의(Basic definitions for Ethernet-APL) ISO OSI model
이더넷 고급물리계층 “Ethernet-APL”은 IEEE 802. 3cg를 기반으로 한다. 따라서, ODVA의 EtherNet/IP와 같은 산업용 이더넷 프로토콜은 물리계층과 독립적으로 작동하므로 기능의 향상 효과를 가져오게 된다. ISO OSI 모델의 구성도(Configuration)는 다음과 같다.
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5) 토폴로지(Topologies)
“Ethernet-APL”에 의해 이미 확립된 토폴로지가 실현될 수 있다. 여기에는 최대 500mW의 필드 장치를 최대 50개까지 구동할 수 있는 검증된 필드버스 인프라의 트렁크 및 스퍼 토폴로지(Trunk-and-Spur Topology)가 포함된다. 본질안전(Intrinsic Safety)이 되는 위험지역에 APL 필드 스위치와 APL 필드 장치를 모두 설치한다.

6) 고객 관점에서의 장점(Advantages from a customer point of view)
“Ethernet-APL”은 고객에게는 장점이 그다지 많지 않으나, 엔지니어 및 유지보수 직원에게는 많은 장점을 제공하는 Protocol이다.

7) 시스템 설계 및 통합 시간 단축(Reduction of system design and integration time)
필드 레벨과 제어 레벨 사이에는 하나의 광범위한 통신 기술이 있으므로 “Ethernet-APL” 시스템 인프라 구조에서는 서로 다른 통신 프로토콜을 변환하는 게이트웨이 및 프록시(Proxies)가 필요하지 않다. 최대 60W의 전원공급장치 출력으로 인해 전원공급장치 1대당 더 많은 장치를 추가할 수 있어 세그먼트 수는 감소한다. 잘 알려진 트렁크 및 스퍼 토폴로지는 Ethernet-APL 시스템으로 조정할 수 있다. 또한, 필드버스 케이블을 재사용하여 기존의 설비를 쉽게 교체할 수가 있다. 전체적으로는 시스템 설계의 복잡성이 줄어든다.

8) 스타트업 노력의 감소(Reduction of Startup Efforts)
“Ethernet-APL” 인프라를 설치하는 동안 극성의 독립성(Polarity independence)과 공통 트렁크 및 스퍼 토폴로지(Common trunk & spur topology)로 인해 설치상의 오류가 감소한다. 설치 후 “Ethernet-APL” 인프라의 물리계층은 늘 동일하므로 테스트 노력도 대폭 줄어든다. 교육에 있어서도 네트워크 통신망은 단 하나이므로 교육이 매우 단순해진다. 자동 인스턴스화(Auto-instantiation)가 지원되는 IP 기반 통신의 표준 수단을 통해 IT에서 OT의 수직 통합화가 매우 쉬워진다. 기존 시스템보다 속도는 최대 300배 이상 빠르므로 높은 데이터 전송 속도가 가능한 장치 구성을 할 수 있다.

9) 타임 라인(Time Line)
이미 설명한 바와 같이, 모든 관련 사양은 2020년 말에 완결 및 릴리스될 것으로 예상된다. 1차 목표는 2021년 6월 독일 프랑크푸르트의 ACHEMA FAIR에서 완전한 네트워크 인프라의 실제 제품으로 “Ethernet-APL”을 시연할 것이다. 출시된 제품은 박람회 직후에 전 세계에 제공될 예정이다.

10) 첫 고객 경험(First customer experiences)
2019년 “Ethernet-APL” 기술은 독일의 화학공장 중 필름 원료메이커로 유명한 BASF에서 첫 번째 프로토타입을 기반으로 평가가 되었다. 평가 프로젝트의 초점은 이미 설명된 프로세스 계장 산업의 아래 요구사항이다.
• 모든 응용프로그램을 위한 하나의 이더넷 프로토콜이어야 하며
• 모든 자동화 레벨에서 강력한 이더넷 통신이 되어야 하며
• 동일한 2가닥 케이블을 통한 데이터 통신이 가능하고, 동시에 전원 공급도 함께하는 장치이어야 하며, 기존의 산업용 필드버스 케이블의 재사용도 가능해야 한다.
• 위험지역(Hazardous area)에서의 사용이 가능해야 하며,
• NAMUR Open Architecture(독일의 프로세스    자동화 유저그룹)에서 인정하는 산업 사물인터넷(IIoT)이 가능해야 하며, 평가는 제어실(CCR 룸)과 현장을 포함하여 이더넷 통신이 가능해야 한다.
 이 경험의 첫 번째 결과가 지난 2019년 11월 NAMUR 총회에서 발표되었다. 결과는 대 성공이었으며, 기술은 기대했던 모든 이점을 제공하였다.

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