계장기술(PROCON)

기획특집 ‘Untact’ 시대를 위한 원격 진단 솔루션 제안

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 24회 작성일 20-10-14 13:39

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2020년 COVID-19로 인해 시대가 급속도로 바뀌어가고 있다. 업무 환경, 비즈니스 환경, 일반 생활의 모든 부분에 “비대면”이라는 단어가 앞서고 있다. 장비 수출의 길도 막히고, 장비 수출 이후 셋업에 따른 공정도 문제가 발생하고 있다. 이 시기에 가장 먼저 적용을 검토해야 할 것은 원격 진단 및 예지보전 솔루션이다.

정기적인 예방보전을 통해 장비를 안정적으로 사용하려 노력하고 있다. 그렇게 하더라도 갑작스레 일어나는 장비의 고장으로 인한 생산성 저하는 막을 길이 없다. 그리고 빈번한 생산 제품 변경으로 인한 설비 변경 시에도 생산성 저하가 발생한다.

우리는 문제가 발생하면 어디가 어떻게 고장난 줄 모르는 경우가 많다. 사용자로부터 연락이 오면 우선 달려가서 해결하려 한다. 그러다 보면 부품이 부족해 왕복을 하거나, 현장 방문이 불필요한 간단한 PLC 프로그램 수정으로 해결하는 경우를 맞는다. 이러한 일이 반복됨으로 인해 인적, 물적 리소스의 손실이 많이 발생한다. 장비의 상태를 원격으로 확인하고, 어느 부분의 이상이 있는지 미리 알고 대처한다면, 앞에서 말한 상황들을 피할 수 있을 것이다.

사물인터넷(IoT)과 센서를 통해 제조 설비 간의 정보 교환으로 비효율적인 부분을 예측해 개선하는 기술이 들어간 공장을 ‘스마트 팩토리’라 한다. 말단의 센서와 설비 간의 정보 교환이 핵심이다. 일반적으로 공장에서 사용되는 센서는 데이터를 아날로그 형태로 전송하는 단방향이었다. 그러다 보니 센서 하나가 고장나도 특정 공정 전체에 문제가 생겨야 고장 사실을 알 수 있다. 이런 문제를 해결하기 위한 방법으로 IO-Link가 각광을 받고 있다.
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IO-Link 솔루션 제안

IO-Link는 산업용 시스템의 센서와 액추에이터를 위한 인터페이스 솔루션으로 컨트롤러와 어떻게 연동해야 하는지에 대해 규정하고 있는 세계 최초의 표준 기술(IE C 61131-9)이다. IO-Link 시스템은 일반적으로 센서용으로 사용하는 M12 A-Coding, 비실드 타입의 3 와이어 케이블을 사용하고 있다. 이는 접점센서와 아날로그 센서, 액추에이터에도 동일하게 적용되고 있다. ‘IO -Link 마스터’와 ‘IO-Link 디바이스’ 제품들로 구성되어 있다.
 
IO-Link의 양방향 프로토콜은 공장에서 센서 파라미터를 쉽게 업데이트할 수 있다. 이로 인해 각각의 센서를 재프로그램하기 위해서 현장을 방문하지 않아도 된다. 양방향 통신은 접점 신호, 아날로그 신호 등 공정 데이터를 주기적인 데이터로 전달한다. 아날로그 센서의 설정 데이터와 케이블 끊김, 과열 조건, 출력 단락, 진단, 센서의 수명 등 상태 진단 데이터를 비주기적인 데이터로 실시간 제공한다.

IO-Link의 포인트-투-포인트 통신 프로토콜은 필요한 사이클 시간에 따라 최대 32바이트가 가능하다. 또 IO-Link 마스터는 센서 및 타이밍 파라미터를 저장할 수 있고, 새로운 센서에 자동으로 파라미터들을 다운로드할 수 있다.

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 적용 사례

우측의 이미지는 실제 IO-Link를 활용한 사례를 보여준다. 자동차 Door 실링 작업을 하는 로봇 지그에 사용한 사례이다. 기존 IO block을 활용하던 것을 IO- Link를 사용함으로 케이블이 간소화되고 Parameteriz ation을 실행했다. 이를 통해 연결되어 있는 센서나 압력의 상태를 모니터링하여 예지보전을 실행한 케이스이다.

회전 구조에 따른 케이블 단선이 빈번하게 발생하던 부분은 IO-Link Inductive Couplers를 사용하였고, 전원과 신호를 무선으로 공급하여 문제를 해결하였다.
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원격 진단을 위한 SNMP 솔루션 제안

IO-Link는 Field Level의 센서 신호가 PLC를 통하거나, 직접 Management Level로 데이터를 전달하는 방법을 제시하고 있다.

IO-Link(IEC 61131-9) Non-IP Devices(Sensors/ Actuators)을 위한 분산화된 데이터 저장 영역뿐만 아니라 IP-지원 Gateways에 정보 전달을  제공한다.

LLDP인 Link Layer Discovery Protocol(IEEE 802. 1AB) Devices와 Network nodes 사이에 정보 전송을 제공하고, Non-IP devices와 Proxy-Agent로서 통신할 수 있다.
SNMP(Simple Network Management Protocol) IP devices와 정보 전송 및  Network management를 위한 Data storage(MIB)를 제공한다.

즉 센서의 신호는 IO-Link→LLDP→SNMP→NM S의 과정을 통해 산업용 이더넷 영역에서 활용 가능하게 원격지에서 데이터를 모니터링할 수 있는 기초가 된다. 이때, 주기적인 데이터 외에 비주기적인 이벤트 데이터들도 모니터링을 할 수 있다. 

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대면 가상 공간을 통한 문제해결의 이점
지난 몇 년 동안 장비 유지관리 및 문제해결을 위한 원격 액세스 기술의 사용이 대중화되었다. 이제 COVID-19 위기 속에서 원격 액세스 기술은 완전히 새로운 가치 평가를 받고 있다.
M2Web은 Talk2M의 무료 표준 서비스로 원격 HMI, 웹 서버, PC 및 패널에 브라우저 기반의 안전한 모바일 액세스를 제공한다. (출처 : Ewon by HMS Networks)
몇 년 전에 Automation World는 독자에 대한 설문조사를 실시하여 광범위한 원격 액세스 사용의 정도와 관련 기술이 주로 사용되는 방법을 확인했다. 조사 결과 응답자의 72%가 원격 액세스 기술을 사용하여 설비 장비 및 데이터를 확보하고 있으며, 원격 액세스 기술을 아직 구현하지 않은 사람들은 46%가 단기적으로 그렇게 할 계획이라고 응답했다.
COVID-19 유행으로 인해 이러한 기술의 사용이 일반적인 채택률 증가보다 훨씬 빠르게 가속화되고 있다고 생각한다.
이러한 추세의 주요 원인은 기업이 COVID-19에 대한 대응으로 시행 중인 여행 제한이다. “네슬레, 로레알 및 유니레버와 같은 글로벌 회사는 532,000명 이상의 사람들에게 영향을 미치는 여행 금지를 시행했습니다. 그러나 기계는 여전히 요구되는 보증 약속 및 서비스 수준 계약에 따라 OEM의 서비스를 중단하거나 서비스를 받아야 합니다.”

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직접 원격 액세스
원격 장비 액세스에 사용할 수 있는 원격 액세스 기술의 예로, HMS의 Ewon을 사용하여 문제를 해결하기 위해 잠재적으로 안전하지 않은 영역으로 서비스 기술자를 보내는 대신 플러그를 꽂을 수 있는 간단한 장치를 제공한다. 산업 장비에 연결되고, 자산에 직접 보안 연결을 통해 빠르게 액세스할 수 있다.
‘직접 액세스’란 “로컬에서 수행할 수 있는 거의 모든 기능을 거의 모든 곳에서 수행할 수 있다”는 의미다. Ewon을 사용하여 원격 워크 스테이션 또는 모바일 장치에서 진단, 프로그래밍, 장비 모니터링과 같은 기능이 가능하다.
산업 환경을 위해 설계된 Ewon 장치는 극한 온도 환경, 유선 또는 무선(WiFi 또는 3G/4G 셀룰러) WAN 연결을 사용하기 위한 DIN 레일 장착 디자인, 산업 장치에 연결하기 위한 다양한 LAN/로컬 옵션을 제공한다.

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새로운 기술이 자동화된 산업 시스템에 통합하는 것과 관련된 어려움을 줄이기 위해 원격 액세스 기술의 주요 측면은 산업용 이더넷 및 직렬 프로토콜을 지원하는 능력이다. Spray berry는 “HMS Ewon 제품이 장치를 인식하고, 기본적으로는 Modbus/ModbusTCP, Allen Bradley DF1/EtherNet/IP, OPC UA, MQTT, BacNet 등과 같은 대부분의 산업용 이더넷, TCI/IP 및 직렬 프로토콜을 지원한다고 지적했다. 입증된 기본 통합은 장치 연결 문제를 해결하는 데 시간을 소비하는 대신, 서비스 기술자가 신속하게 로그인하여 작업을 시작할 수 있음을 의미합니다.”라고 말했다.
OPC UA 및 MQTT와 같은 산업 표준을 사용한다는 것은 Ewon이 Microsoft Azure IoT, AWS IoT Hub, Siemens Mindsphere, OSIsoft PI, Inductive Automation’s Ignition 및 Rockwell/PTC ThingWorks와 같은 IoT 플랫폼과 연결할 수 있음을 의미하기도 한다.

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보 안
인터넷 연결 기술과 마찬가지로 보안은 주요 관심사이다. Ewon은 아웃바운드 방식을 채택하여 자동화 네트워크에 상주하지 않으며, 기존 제어시스템으로부터 자연스럽게 방화벽이 차단된다.
Ewon은 IT 변경이 거의 또는 전혀 필요하지 않은 방화벽 친화적인 전송을 사용하는 산업 표준 OpenVPN 기술을 사용한다. Ewon에서 사용되는 Talk2M 인프라는 ISO 27001 및 STAR 인증을 받았으며, 산업 강도 보안을 보장하기 위해 정기적인 보안 감사를 거친다.
사용자 수준 액세스는 Talk2M으로 제어할 수도 있다. Talk2M은 다양한 장치 기능에 대한 다양한 수준의 액세스를 제공한다. 예를 들어 관리자는 프로그래밍을 업데이트할 수 있지만, Adviser 등급은 시스템의 데이터만 모니터링할 수 있다.
기본 액세스를 넘어서
원격 액세스 기술을 사용하여 운영 문제의 60~70%를 해결할 수 있으며, 전염병이나 정상 운영 중에 지원 인력이 이동할 필요가 없다. Ewon을 사용하는 미국 식품 장비 회사나 고객에 납품한 기계 문제를 해결하기 위해 현장 기술자를 현장에 파견하는 경우 출장당 평균 2,200 달러의 비용과 2박 3일의 시간이 소요되었으나, 2시간 가량의 원격 지원으로 출장 비용과 시간을 절감하는 효과를 얻을 수 있었다.
산업 기업은 원격 액세스를 면밀히 살펴볼 때 이러한 기술이 제공할 수 있는 다른 기능도 알고 있어야 한다. 예를 들어, HMS 솔루션은 이메일과 텍스트를 통한 실시간 경고와 함께 핵심성과지표(Key Performance Indicator)를 기반으로 ‘적시에’ 핵심 인사이트를 가능하게 하는 심층적인 머신 데이터 모니터링을 제공할 수도 있다. 일상적인 운영자 라운드는 종종 임박한 문제를 경고하기에는 너무 늦다. Ewon 솔루션은 데이터 로깅 및 맞춤형 프로그래밍 가능 알림을 제공하여 공장 장비의 이상을 모니터링하고, 가능한 문제가 발생하기 전에 조기 경고 표시기를 제공한다.
COVID-19로 인해 강제적인 비대면 시대가 도래했다. 이 시점에 꼭 필요한 비대면을 위한 원격 진단, 모니터링 솔루션 Ewon을 활용한다면, 고객과 회사의 안정성을 유지하는데 도움이 될 것이다.



원격 진단을 위한 E-WON 솔루션 제안

IO-Link를 사용하지 않는 공장의 경우 PLC의 데이터를 활용하여 예지보전을 실현할 수 있으며, 활용할 수 있는 솔루션이 HMS사의 eWON 솔루션이다. eWON Flexy 205는 머신 빌더를 위해서 설계된 다기능 IIoT (Industrial Internet of Things) 게이트웨이 및 원격 액세스 라우터이다. eWON Talk2M 원격 연결 서비스를 통한 VPN 원격 액세스 외에도, 분석 및 예측 유지보수를 위한 핵심 KPI(Key Performance Indicator)를 모니터링하고 수집하기 위해 알람 통지 및 머신 데이터 판독, 이력 로그를 활성화할 수 있다.

 이러한 기능과 더불어, 향후 필요한 경우 확장 카드를 추가하여 특정 연결 요건을 충족시킬 수 있도록 조정이 가능하다. 또한, Talk2M API(Application Programming Interface), HTTP 스크립팅 또는 MQTT, OPC UA를 사용하여 지원되는 몇 가지 프로토콜의 이름을 지정하여 자체 시스템 또는 클라우드 플랫폼에 데이터를 통합할 수도 있다.

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IO-Link와 eWON의 Remote 솔루션을 활용하면 장비의 이상으로 인해 인적, 물적 리소스의 리스크를 줄일 수 있다. 본 솔루션을 활용한 미국의 Packaging 장비업체의 경우는 연간 75만 달러를 절감할 수 있었다. 인적 리소스가 부족한 국내 중소기업의 경우, 이를 활용하여 장비의 상태를 모니터링하여 문제에 대해 미리 대응하고, Software적인 문제는 원격지에 방문하지 않고 사무실에서 대응한다면 투자 대비 좋은 성과가 있다.


ksyang@mec.co.kr