통신 프로토콜은 센서, 액추에이터, 로봇 등 현장 디바이스가 PLC 또는 엣지 컴퓨터와 같은 컨트롤러와 데이터를 교환하는 방법을 정의합니다. 통신 프로토콜을 통해 배선을 줄이고, 설치 시간을 절약하며, 오류 위험을 낮추는 동시에 더 스마트하고 안정적인 기계를 구현할 수 있습니다. 프로토콜을 통해 디바이스는 진단, I/O 상태 및 성능 데이터를 공유하여 원격 모니터링, AI 기반 분석, 클라우드 서비스, 효율성과 서비스 혁신을 촉진하는 새로운 비즈니스 모델을 지원합니다.
PLC는 처음에 모니터나 프린터와 같은 장치를 연결하기 위해 RS232 직렬 링크에 의존했습니다. 1980년대 후반, 필드버스 기술은 복잡한 병렬 배선을 디지털 전송으로 대체했으며, 이후 IEC 61158로 표준화되었습니다. 1999년 이후 다양한 필드버스 시스템이 널리 사용되어 왔으며, 이더넷 기반의 부분 실시간 프로토콜 이 차세대 프로토콜을 형성하고 있습니다. 오늘날 클라우드 연결, 데이터 레이크, IT/OT 융합은 현대 산업 통신을 정의하며, 보안은 이제 핵심 관심사입니다.
정보 기술(IT)은 정보 시스템, 사무용 컴퓨터, 네트워크 등의 데이터와 애플리케이션을 관리합니다. 운영 기술(OT)은 생산 장비와 같은 물리적 장치를 모니터링하고 제어합니다. IT/OT 융합은 공통 프로토콜을 통해 이 두 가지를 통합하는 경우가 많습니다. 하지만 기술은 상이함: 산업용 이더넷은 진동, 먼지, 열과 같은 가혹한 조건을 견뎌야 하므로 더 높은 내구성이 요구됩니다. 빠른 데이터 전송 속도, 충돌 관리, 그리고 가장 중요한 결정론적 통신(deterministic communication )을 위해 구축된 프로토콜을 사용하여 오류를 방지하고 중단에 신속하게 대응하도록 설계되어 데이터를 제때 전송하고 생산 장애를 방지할 수 있습니다.
그렇다면 오늘날 산업 자동화를 형성하는 상위 10개 기술에는 어떤 것들이 있을까요?
1세대에는 30개 이상의 프로토콜이 개발되었지만 Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet, CC-Link와 같은 표준으로 인해 곧 몇몇 주요 업체로 시장이 좁혀졌습니다.
1. Profibus. Profibus는 국제적으로 표준화(예: EN 50170)되어 컨트롤러, 센서, 액추에이터를 연결합니다. Profibus DP 및 PA와 같은 변형 제품은 다양한 자동화 요구 사항을 충족합니다. 초기에 가장 널리 사용된 자동화 프로토콜 중 하나였습니다.
2. Interbus. Interbus는 초기 산업 표준으로, 산업 환경에서 빠르고 안정적인 데이터 전송을 위해 장치를 링 토폴로지로 연결했습니다.
3. CANopen 및 4. DeviceNet. 두 가지 모두 원래 자동차 네트워킹을 위해 개발된 CAN 기반의 프로토콜입니다. DeviceNet은 간단하고 빠른 통합을 가능하게 하여 미국에서 널리 사용되었으며, CANopen은 더 큰 유연성과 고급 관리 기능을 제공했습니다.
5. CC-Link. CC-Link는 아시아에서 널리 사용되고 표준화된 고속 실시간 개방형 필드버스입니다.
6. Profinet. Profinet은 높은 성능과 확장성, 이더넷 호환성으로 산업 자동화 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 표준 TCP/IP, 실시간(RT) 및 등시성 실시간(IRT) 데이터 전송을 지원하여 복잡하고 시간이 중요한 애플리케이션에 이상적입니다. 또한 Profinet은 자동화를 IT 시스템과 통합하고 진단, 구성 및 유지보수를 지원하여 Industry 4.0을 실현합니다.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP는 상호 운용성, 확장성 및 표준 이더넷(TCP/IP) 기반이라는 장점으로 산업 자동화 분야에서 널리 사용됩니다. 공통 산업 프로토콜(CIP)을 기반으로 구축되어 센서, 액추에이터, 컨트롤러와 같은 디바이스를 위한 일관된 통신 프레임워크를 제공합니다. 실시간 및 비실시간 통신을 모두 지원하므로 간단한 제어부터 복잡한 제조까지 다양한 애플리케이션에 적합합니다.
8. EtherCAT. EtherCAT(제어 자동화 기술을 위한 이더넷)은 산업 자동화를 위해 설계된 고성능 실시간 이더넷 필드버스입니다. 프레임이 디바이스를 통과할 때 즉시 데이터를 처리하여 지연을 최소화하고 효율성을 극대화합니다. 짧은 지연 시간, 정밀한 동기화, 확장성으로 잘 알려진 EtherCAT은 모션 제어, 로봇 공학 및 고속 제조에 이상적입니다.
9. Powerlink. Powerlink는 산업 자동화를 위한 개방형 실시간 이더넷 프로토콜로, 결정론적 고속 통신을 제공합니다. 시간 예약형 마스터-슬레이브 메커니즘을 사용하여 지연 시간과 지터가 적은 정밀한 데이터 교환을 보장하므로 모션 제어 및 로봇 공학과 같은 작업에 이상적입니다.
10. CC-Link IE. CC-Link IE는 CC-Link 파트너 협회에서 개발한 개방형 고속 이더넷 기반 필드버스입니다. 산업 자동화를 위한 기가비트 속도와 실시간 결정론적 통신을 제공합니다. 아시아에서 널리 사용되는 이 솔루션은 복잡한 네트워크에서 원활한 디바이스 통합을 가능하게 하고 스마트 팩토리 및 IIoT와 같은 Industry 4.0 애플리케이션을 지원합니다.
상위 10개 산업 자동화 프로토콜 외에도 네 가지 주요 추가 프로토콜이 눈에 띕니다.
스마트 팩토리는 디지털 기술, 자동화 및 데이터 교환을 활용하여 유연하고 효율적이며 상호 연결된 생산을 규현합니다. IoT, AI, 로봇 공학, 빅 데이터, 사이버 물리 시스템을 통합하여 실시간 모니터링, 자율적 의사 결정, 기계, 시스템, 인간 간의 원활한 커뮤니케이션을 지원합니다. 2세대 및 3세대 통신 프로토콜은 데이터 분석과 새로운 비즈니스 모델을 위한 기술적 토대를 제공합니다. 경영 대학원 및 대학과 같은 기관에서는 이러한 기술에 대한 교육을 위해 Festo Didactic 의 사이버 물리 공장을 활용합니다.
스마트 제품은 센서, 소프트웨어, 연결성, 인텔리전스를 통해 데이터를 수집, 처리, 교환할 수 있도록 강화된 물리적 제품입니다. 이를 통해 원격 모니터링, 자가 진단, 적응형 행동, 디지털 생태계 통합과 같은 기능을 사용할 수 있습니다. 초기 예시로는, Festo 모션 터미널 VTEM, 에너지 효율 모듈(MSE6-E2M), MQTT 및 OPC UA를 지원하는 지능형 밸브 터미널(CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX)이 있습니다. Festo AX 산업용 AI 앱은 AI 전문 지식이 없는 사용자도 고급 분석을 수행할 수 있습니다.
스마트 팩토리와 제품은 생산성을 높이고, 가동 중단 시간을 줄이고, 품질을 개선하고, 시장 대응을 가속화하는 Industry 4.0의 핵심입니다. 이를 통해 지속 가능한 제조를 실현하고 혁신을 촉진하며 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있습니다.
엣지 컴퓨터, PLC 및 첨단 통신 프로토콜은 엔지니어들에게 강력한 데이터 분석과 미래 대비 솔루션의 견고한 기반을 구축할 수 있는 도구를 제공합니다. Festo와 같은 혁신 리더는 종합적인 원스톱 솔루션을 제공함으로써 이러한 추세를 가속화합니다.