자동화 데이터 실시간 통신 도우미, 필드버스

[산업일보]
‘필드버스’로 데이터의 실시간 통신 지원

공장자동화와 공정의 분산제어 등과 같은 대형의 복잡한 시스템들을 실시간으로 운용·관리하면서 막대한 양의 제어 및 계측 관련 데이터들을 적시에 수집·가공한 후, 이를 적재적소에 분배해 줄 수 있는 데이터 처리 기술도 중요해지고 있다.

이런 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근에 와서 대형의 복잡한 시스템을 여러 개의 분산된 부 시스템으로 모듈화하고, 각각의 부 시스템들의 제어기능을 수행하는 컴퓨터들을 네트워크로 연결하는 컴퓨터 통신망의 사용이 확산되고 있다.

1980년대 초반부터 생산자동화 환경에서 서로 다른 자동화장비들 간의 통신을 위한 표준화된 네트워킹 시스템으로 MAP(Manufacturing Automation Protocol)가 개발됐다. MAP가 공장 자동화 환경에서 매우 다양한 통신기능을 제공하는 네트워크 시스템이 된 것이다.

그러나 MAP는 구조상 OSI(Open System Interconnection) 리퍼런스 모델에서 제시하고 있는 7계층(응용, 표현, 세션, 전송, 네트워크, 데이터 링크, 물리)을 모두 가지고 있어 생산 현장의 필드에 설치된 각종 필드 장비들 간의 실시간 통신을 지원하기에는 적합하지 않았다. 1980년대 후반부터는 생산 현장의 필드에 설치된 각종 제어 및 자동화 관련 장비들에서 생성되는 데이터들의 실시간 통신을 지원하며 가격이 저렴한 네트워크 시스템의 필요성이 제기, 이를 위해 개발된 네트워크 시스템이 필드버스(Fieldbus)이다.

필드버스는 분산 제어 및 자동화 시스템에서 필드에 설치된 장비들 간에 실시간으로 데이터를 교환하도록 하는 디지털 직렬 통신망이다. 필드버스에는 센서, 루프제어기, PLC, 모터, 밸브, 로봇, NC 머신 등의 각종 산업용 제어, 자동화 장비들이 접속된다.

필드버스 기술이 도입되기 시작하면서 필드버스를 통한 가장 큰 장점으로 배선의 절감으로 여겼다. 실제로 필드버스를 도입할 경우 배선에 소요되는 비용은 기존 방식에 비해 1/5정도의 비용 절감으로 초기 투자에서 혁신적인 비용 절감을 보였다. 그러나 기술 선진국에서 필드버스를 도입한 사례에 대한 보고서에 의하면 필드버스의 도입 효과가 배선에 의한 비용 절감 효과보다 필드에 설치된 센서들의 계측 기능 향상에 의한 간접비용 절감 효과가 더욱 큰 것으로 보고됐다.

<필드버스 적용의 장점>
@단일 전송 매체를 사용, 기존의 일-대-일(point-to-point) 통신방식에 비해 배선에 드는 비용을 크게 절감.
@디지털 신호를 사용, 기존 아날로그 방식에 비해 소음에 의한 영향을 크게 줄임.
@기존 단방향 통신에 비해 필드버스는 양방향 통신을 제공해 네트워크를 통한 각종 필드 기기들의 상태를 모니터링 할 수 있을 뿐만이 아니라 센서의 주기적 보정(calibration)과 같은 조치를 네트워크를 통해 자동으로 수행, 시스템의 운용 및 유지보수 비용 절감.
@센서에서 측정된 원자료(Raw data)에 대한 각종 전처리 과정이 센서 내에서 완료되도록 하는 스마트 센서 도입을 가능케 해 시스템의 전체적인 제어 성능을 향상.
@센서 데이터가 구동기에서 바로 처리되는 필드 제어가 가능해져, 초분산 제어 시스템 구축이 가능.
@필드버스를 사용하는 경우에는 필드 기기들을 단순한 구조의 네트워크에 접속시킴으로써 원하는 시스템을 구축할 수 있으며, 따라서 시스템의 신뢰도가 증가되고 필드 장비들 간의 통신을 위한 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스에 대한 비용과 노력을 절감.
@개방형 프로토콜을 사용해 사용자가 시스템 공급자에 의존하지 않고 필요한 경우에 새로운 기능을 추가하거나 불필요한 기능을 삭제하는 등의 시스템 변형을 용이하게 수행할 수 있어 시스템의 유연성과 확장성이 증가되며, 제어 및 자동화 관련 신기술 도입이 용이.

PC의 성능과 신뢰도가 향상되고 실시간 멀티 테스킹(multi-tasking)이 가능해짐에 따라 추후 공정 제어 및 공장 자동화 시스템에서는 PC를 기반으로 하는 개방형 제어기의 사용이 널리 확산될 것이다. 필드버스는 이러한 개방형 제어 시스템 구축을 위한 기반 기술이다.미디어다아라 고정태 기자(jazzful@daara.co.kr)