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스마트팩토리의 동맥…‘산업용 이더넷’①

결정성·실시간성·용장성 강화…세계 산업용 이더넷시장, 두 자리수 성장세

스마트팩토리의 동맥…‘산업용 이더넷’①
송병훈 스마트공장추진단 스마트제조혁신센터장

[산업일보]
산업용 이더넷(Industrial Ethernet) 프로토콜에 대한 관심이 높아지고 있다.

그동안 이더넷 기술은 ‘시간 결정성’이 부족하다는 이유로 산업계에서 외면 받았지만 필드버스(Fieldbus)와 결합해 산업용 이더넷으로 진화하면서 시간 결정성이 높아졌으며 속도 역시 개선됐다. 현재 산업용 이더넷의 데이터 전송 속도는 10Mbit/s에서 1Gbps/s까지 가능해졌다.

산업용 이더넷은 시간 결정성 및 속도의 개선뿐만 아니라 연결성 및 호환성, 확장성, 실시간성, 용장성(Redundancy) 기능 등 다양한 장점을 갖췄다는 평가를 받고 있다. 이러한 강점은 많은 기업들의 러브콜을 받으며 시장 성장을 견인하고 있다. 시장조사기관인 Technavio에 따르면, 2016년부터 2020년까지 세계 산업용 이더넷 시장이 연평균 15% 성장할 것으로 전망하고 있다. 해외뿐만 아니라 국내 공장의 스마트팩토리화가 가속화되는 현 시점에서 국내 시장도 성장이 지속될 것으로 보인다.

이더넷이 초기에 산업용 통신으로 부적합하다는 판단을 내리게 했던 ‘시간 결정성’은 제조 산업에서 매우 중요한 부분이다. 공장에서는 다양한 종류의 생산품을 제조하고 있으며 제조환경은 소음 및 진동, 온도, 조도 등이 열악한 상황일 수 있다. 시간 결정성이 높다는 것은 악조건의 공장 환경에서도 데이터를 보낼 때마다 정해진 시간 안에 제대로 전달된다는 것을 의미한다. 만약 이러한 정확성에 문제가 있다면 생산 라인의 불협화음으로 인해 라인에 문제가 발생하게 되고, 결국 공장 가동정지와 같은 막대한 손실로 이어질 수 있다.

송병훈 민관합동 스마트공장추진단 스마트제조혁신센터장(이하 송병훈 센터장)은 “기존 이더넷 기술은 스위치 및 라우터 기술의 발전으로 방대한 네트워크를 구성할 수 있는 기술이 축적됐으나, 정보 전달의 결정성이 보장되지 않는 한계로 인해 산업용 기기에 적용하기에는 문제가 있었다”며 “이를 보완한 프로피넷(PROFINET), 이더넷아이피(Ethernet/IP) 등이 개발되었고, 각각 유럽과 북미를 중심으로 확대되고 있다”고 말했다.

현재 스마트제조혁신센터(SMIC) 안에는 스마트팩토리 데모공장(700평)이 운영되고 있다. 이 데모공장은 스마트공장추진단과 전자부품연구원이 함께 2016년부터 2020년까지 5개년에 걸쳐 글로벌 최고 수준의 테스트베드 구축을 목표로 추진중이다. 특히, 여기에는 지멘스, 슈나이더일렉트릭과 같은 글로벌 기업들과 삼성SDS, LS산전, 현대위아와 같은 국내 기업 24개사가 서로 협력하는 방식으로 구축에 참여하고 있다.

스마트제조혁신센터 송병훈 센터장은 데모공장의 하부 통신은 “PROPINET, Etnernet/IP, RAPIEnet 등 3가지 산업용 통신을 기본적으로 지원하고 있다”고 밝혔다. 또한 “이들을 데이터 중심으로 통합하기 위해 IEC62541 표준인 OPC-UA(Open Platform Communication Unified Architecture)를 활용해 디바이스 레벨부터 엔터프라이즈, 클라우드 레벨까지 정보를 수집, 제공하고 있다. 데이터 통신 관점만 보면 전 공정을 하나의 방식으로 구축한 최초의 공장인 셈이다”고 말했다.

통신시장, 디바이스 공급사의 시장점유율과 비례
우리나라에서 주로 사용하고 있는 산업용 이더넷 프로토콜은 PROFINET, EtherNet/IP, 씨씨링크아이이(CC-Link IE), 이더캣(EtherCAT), 파워링크(POWERLINK), 라피넷(RAPIEnet) 등을 들 수 있다.

송병훈 센터장은 “우리나라에서도 국제표준규격인 RAPIEnet을 LS산전에서 제안해 개발한 바 있다. 이 프로토콜은 글로벌 기업들에 비해서 후발 주자지만 속도 및 확정성에서 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 아직까지 다른 글로벌 기업들과 비교할 때 적용 제품군이 적다는 것과 낮은 시장 점유율 등은 향후 해결해야 할 이슈라고 생각한다”고 말했다.

앞서 언급한 산업용 이더넷 프로토콜들과 함께 TSN(Time-Sensitive Networking)도 추가될 것으로 보인다. TSN은 공장에서 실시간 통신을 지원하기 위해 IEEE에서 국제표준화가 진행되고 있는 프로토콜이다. TSN의 경우 해외에서는 보쉬, 슈나이더일렉트릭, 시스코, 내쇼날인스트루먼트 및 쿠카 등이 TSN 기술을 활용한 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

현재 산업용 이더넷 시장은 디바이스 공급사에서 얼마나 다양한 제품들을 사용자들에게 공급할 수 있느냐에 따라 시장점유율이 결정되고 있다.

송병훈 센터장은 “제조 현장은 안정적이고 지속적인 생산이 가능한 시스템 환경 구축이 생명이기 때문에 각 업종에 적합한 신뢰성이 검증된 디바이스 위주로 도입된다. 이때 통신 방식은 보통, 제조 디바이스에 따라 결정되는 경우가 많다”고 설명했다.

이어, “예를 들면, 지멘스 PLC를 주로 사용하는 현장에서는 PROFINET을, 로크웰오토메이션의 디바이스를 주로 사용하는 곳에서는 Ethernet/IP를, 미쓰비시 제품을 사용하는 경우 CC-LINK IE를 사용하는 것이 그렇다. 문제는 대부분의 공장들은 이들 디바이스들을 생산 라인별로 혼용하는 경우가 많다는 것이다. 과거에는 다른 산업용 이더넷간의 상호운용성은 비용과 시간이 많이 드는 시스템 통합 과정을 거쳐야 하기 때문에 몇몇 대기업을 제외하고는 적극적으로 수행하지 못했다”고 지적했다.

이어 “최근 스마트공장, 인더스트리4.0 이슈가 부각되면서 이종 디바이스간 상호 연동이 전 공정의 데이터 통합에 매우 중요하며, 어떻게 공장의 디바이스레벨에서 엔터프라이즈, 클라우드 레벨까지 통일된 정보 수집 체계를 저비용으로 빠르게 구축하는가 하는 물음에 주목하게 되었다. 이것이 새로운 디지털 전환(Digital Transformation)을 위한 산업용 통신 표준으로 OPC-UA 기술이 주목 받는 이유이다”고 피력했다.
김원정 기자 vuswlq@kidd.co.kr

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