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ETG Korea, ‘EtherCAT 세미나’ 개최 “EtherCAT은 전 세계적으로 지원되고 있는 안정성 있는 기술” 최교식 기자입력 2019-12-13 08:45:57

ETG(EtherCAT Technology Group) Korea가 지난 12월 10일, 신도림역 쉐라톤서울 디큐브시티 호텔에서 ‘EtherCAT 세미나’를 개최했다.
이번 행사는 이더넷과 EtherCAT, EtherCAT 어플리케이션 사례 그리고 실제 EtherCAT 디바이스 개발과 비즈니스라는 세 가지 주제로 진행이 됐다.
특히, ETG 회장인 Martin Rostan 씨는 이번 행사를 통해 고객이 어떻게 EtherCAT을 사용해서 수주를 할 수 있는지, 기계를 만들고 시스템을 통합할 때 EtherCAT의 효익이 무엇인지에 대해 자세히 설명을 했다.
이와 함께 Beckhoff를 비롯해서 다인큐브, Elmo Motion Control APAC, MKS, 프레스토솔루션, 바이드뮬러 등 ETG 멤버사의 발표도 진행이 되면서, 참석자들에게 풍성한 정보를 제공했다.

 

Martin Rostan ETG 회장이 다양한 EtherCAT 적용사례를 소개하고 있다.

 

ETG Korea 회장인 순천향대학교 문용선 교수는 환영사를 통해, EtherCAT을 시작한 지 벌써 십 몇 년이 지나고, 한국시장에서는 지난해까지 트라이텍에서 EtherCAT 관련 사업을 해오다가, 2019년부터 Beckhoff가 한국에 직접 진출하면서, EtherCAT 시장을 확대하겠다는 의지를 가시화하고 있어서, 앞으로 한국시장에서 EtherCAT이 확대될 수 있는 기회가 더 많아질 것으로 생각된다고 피력했다.


문 회장은 요즘 4차산업혁명 얘기를 많이 하는데, 4차산업혁명의 핵심 키워드는 초연결과 초지능 이 두 가지이며, 공장의 자동화와 지능화는 EtherCAT을 이용한 모션(Motion)으로 시작된다고 역설했다.


이어 본격적인 행사에 들어가 Martin Rostan ETG 회장이 Ethernet과 TCP/IP의 이점 및 한계를 주제로 발표를 진행했다.

 

왜 이더넷을 사용하나?

다음은 Martin 회장의 발표내용이다.


위키피디어를 보면 이더넷은 TCP/IP라고 나오지 않고 물리적 레이어라고 소개가 되어 있다. TCP/IP는 이더넷 위에 올라간다. 이더넷은 물리적인 레이어로서 데이터를 연결해 줄 뿐이다. 물리적인 레이어라는 것은 와이어링을 보여주는 실제 레이어다. 이더넷은 레이어가 있는 아키텍처를 사용한다.


매우 다양한 물리적 레이어가 IEEE 표준에 의해서 정의되고 있는데, 100Base-TX는 처음에 Fast Ethernet이라는 이름이 붙었다. 400기가비트까지 올라간다. 지금은 가장 빠른 것은 아니지만 자동화에 가장 많이 사용을 한다. 왜 기가비트로 넘어가지 않을까? 그 이유를 보면 8개의 핀 대신 4개의 핀이라는 차이가 있다. 4개의 핀은 컨덕터도 4개만 있으면 된다는 것을 의미한다. 그리고 전통적으로 한 쌍은 전송을 하고, 한 쌍은 수신을 한다.


그런데 기가비트의 경우에는 4쌍 모두 동시에 전송도 하고 수신도 한다. 기가비트의 경우에는 데이터 스트림을 4×250메가비트로 분리를 하게 된다. 이것은 PAM-5 TCM이라는 인코딩을 통해 가능하게 되는데, 이러한 방법이 되게 되면 대역폭 케이블로 데이터를 내려주게 된다. 이것이 전형적인 100메가비트 인터페이스의 모습이다. 마이크로 컨트롤러를 이용해서 윗 단에 있는 프로토콜을 담당하게 된다. TCP/IP를 담당하게 된다. 데이터는 MAC으로 내려 보내게 되는데, 이 부분이 바로 이더넷 10이다. MAC 같은 경우에는 프레임을 형성하고 프레임 첵 시퀀스를 진행하게 된다. 그리고 프레임을 니블 단위로 나누게 된다.


다음 세대 이더넷으로 전환을 할 때 케이블을 바꾸는 것이 워낙 비용이 높다. 인터페이스 카드만 바꾸는 것보다 훨씬 더 비용이 높다. 현재 구리보다 실리콘을 많이 사용하고 있고, ADSL과 BDSL을 집에서 사용을 하는 것을 보면 언실드 케이블 한 쌍만 가지고 상당히 놀라운 일들을 이미 하고 있는 시대다. 그래서 인코딩을 잘하고 물리적 레이어를 잘 개발하면 이런 것들이 가능해진다.


미디어 액세스 컨트롤 CSMA/CD(Carrier-Sense Multiple-Access with Collision-Detection)는 이더넷 노드가 쉐어드 미디어의 접근을 전통적으로 하는 방법이다. CSMA/CD의 CS는 듣고 있다는 것을 의미하고, MA는 만약 쉬는 시간이 있다면 모든 사람이 다 동시에 이야기를 할 수 있는 것을 의미한다. 그렇게 되면 충돌이 일어나게 되는데, 이 충돌을 탐지하는 것이 CD부분이다. 동시에 얘기를 하다가 너무 소리가 높아지면 잠시 기다렸다가 또 다시 서로 이야기를 시도하게 될 것이다. 충돌이 발생하면 탐지를 해서 기다렸다가 다시 시도를 하게 되는 것이다. 또 충돌이 이루어지면 더 오래 기다렸다가 다시 시도를 하게 된다. 이것의 단점은 전혀 예측이 불가능하다는 것이다. 언제 미디어에 접근 가능한지 알 수가 없다. 장점을 보면 방안의 사람이 숫자와 상관없이, 또 서로 알지 못해도 성공할 수 있다는 것이다. 토큰 링과 토큰패스는 효율성이 더 높다. 그렇지만 누가 옆에 앉아있는지 알아야 된다.


더 많은 IT기술을 네트워크에 사용하면 할수록 IT노하우와 IT지식이 더 많이 필요하게 된다. 그런데 EtherCAT은 단지 사용하기 위한 사용으로 IT기술을 사용하는 것을 지양하고 있다. EtherCAT은 최대한 간단하게 하기 때문에 이더넷 필드버스라고 부르는 것이다. 엄청나게 많은 개체 프로토콜을 사용할 수 있지만, 그것들을 기반으로 하고 있지 않다. 최대한 간단명료하게 만들고 있고, IT전문가가 아닌 자동화 전문가가 관리할 수 있게끔 간단명료하게 만든다.


그러면 이런 산업자동화를 위해서 변경되지 않은 이더넷을 사용할 수 있을까? 물론 복잡해 보일 수도 있다. 만약 실시간 성능을 원한다고 할 경우 엄청난 하드웨어와 IT 노하우를 동시에 투여를 해야만 가능할 것이다.


초기에는 이러한 변경되지 않은 이더넷이 유일한 방법이라고 하면서 슬레이브 디바이스에 FPGA를 사용해야 한다고 얘기하고, 더 이상 이더넷이 아니라고 주장을 했던 사람들이 있었다. 그런데 지금은 오히려 동일한 FPGA를 해당 기술에 사용을 하고 있다. 왜냐면 실시간 성능이 스탠다드 MAC에서는 전혀 불가능했기 때문이다.


이어서 ETG Korea의 권정현 차장이 EtherCAT은 현재 나와 있는 이더넷 필드버스들과 어떤 차이가 있는지, EtherCAT에는 어떤 기능들이 있는지에 대해 설명했다.


다음은 권 차장의 발표 내용이다.

 

실시간 통신에 이더넷을 사용할 때의 3가지 문제점

실시간 통신에 이더넷을 사용할 때 세 가지 주요 성능 문제가 있다. 대역폭 활용과 스택 지연, 스위치 지연이 그것이다.


첫 번째 Bandwidth Utilization(대역폭 활용). 이더넷 프레임은 최소 84 바이트이다. 예를 들어서 몇 비트의 바이트를 전송하기 위해 큰 컨테이너를 사용하는 것은 매우 비효율적이다. 즉, 애플리케이션 데이터 비율이 매우 낮다. 이것은 편지를 배달하기 위해 고속도로에서 트럭을 타는 것과 같다.

 

Beckhoff Korea 권정현 차장이 왜 EtherCAT을 사용하는지 EtherCAT의 기술적 우위를 설명하고 있다.

 

다음 문제는 스택 지연(Stack Delays). Profinet이나 Ethernet/IP의 경우 메가바이트 이상의 코드에 대해 이야기하는데, 소형 임베디드 장치에서 이 많은 코드를 처리하려면 시간이 걸린다. 그러나 EtherCAT은 매우 간결하다. 완전한 기능을 갖춘 장치 구현에는 약 70kB의 코드가 필요하며, 디지털 I/O 노드의 경우 EtherCAT 슬레이브 컨트롤러 칩에 하드웨어에 내장 된 I/O 포트가 있으므로, 코드 크기는 0이다.


세 번째 문제는 스위치 지연이다. 스위치는 본질적으로 예측할 수 없다. 프레임이 어떤 순서로 도착하는지 정확히 알지 못하기 때문에, 어떤 순서로 프레임이 스위치에서 다시 떠날지 모른다. 또한 저장 후 전달 문제가 있다. 라인 토폴로지의 두 포트 장치는 스위치처럼 보이지 않을 수 있지만, 스위치 기반 기술에 대해서는 스위치 칩이 내장되어 있다. 라인 토폴로지에서 20개의 노드를 통과하는 데 최대 21/2ms가 소요될 수 있다.


이 세 가지가 대부분의 산업용 이더넷 기술이 이전 세대의 필드버스보다 속도가 빠르지 않은 이유다. Profinet의 RT는 Profibus와 유사한 실시간 속성을 제공한다고 말한다. ‘더 빠른’이 아닌 ‘유사’라는 표현을 쓰고 있다. IRT라고 하는 모션 제어 Profinet은 어떤가?  Profinet 조직은 2017년 3월 IRT가 더 발전하지 않을 것이라고 발표했으며, 지멘스조차도 폐쇄 루프 모션 제어 애플리케이션에 IRT를 사용하지 않는다. 대신, 그들은 독자적인 Driveklick 기술을 사용한다.


Rockwell Automation 백서에서 인용한 내용이 있다. 여기에는 16개의 축만 있는 네트워크와 3개의 스위치, 완전로드 된 네트워크 및 8ms의 사이클타임으로 매우 유리한 토폴로지가 있다. I/O 업데이트 속도는 20ms다. 이것은 500kb CAN 기반 네트워크인 DeviceNet보다 느리다


이런 부분에서 EtherCAT이 과연 차이가 있나?
EtherCAT은 디지털 I/O로 들어오는데 30㎲정도 걸린다. 100개의 서보 축을 운영하는데 100㎲ 정도가 걸린다. EtherCAT의 장점은 직접 각 슬레이브 노드마다 EtherCAT 칩들이 박혀있다는 것이다. 직접 연결이 되기 때문에 서브버스가 필요 없다. 따라서 그만큼 빠른 구성이 가능하다.


그러면 왜 EtherCAT이 훨씬 빠른가? EtherCAT의 기능 원칙은 ‘Ethernet on the Fly’이다.
EtherCAT의 기능 원리를 설명하기 위한 슬로우 모션 동영상이 있다.  슬레이브 장치 1은 데이터를 제거하고 이 프레임에 데이터를 삽입하고, 슬레이브 장치 2는 동일하게 수행하며, 슬레이브 3은 단지 읽는 반면 슬레이브 4는 데이터를 프레임에 삽입하기 위해 대역폭을 사용한다. 슬레이브 장치 2에 3 개의 포트가 있으므로 바로 드롭 라인 연결을 제공한다. 또한 마스터 장치의 사용량이 많지 않다. 많은 프레임을 보내고 많은 프레임을 받는 대신 하나의 프레임만 보내고 나중에 수신한다. 이것이 소프트웨어에서 EtherCAT 마스터를 완전히 구현할 수 있는 이유다. 필요한 것은 이더넷 포트다.


이 고유의 기능적 원칙에 따라 명시적 주소 지정이 아닌 암시적 주소 지정을 사용한다. 즉, 보내거나 받는 각 프로세스 데이터에 주소 레이블을 추가할 필요가 없고 데이터 그램의 주소만 지정하며, 각 노드는 데이터 그램의 위치에 따라 데이터의 위치를 알고 있다.


따라서 분산 I/O에 최적화 된 텔레그램 구조를 갖는다. 비트는 비트로 유지되며 84 바이트 컨테이너가 필요하지 않다(대역폭). 통신은 하드웨어에서 완벽하게 구현되므로 최대 성능뿐만 아니라 예측 가능한 성능도 얻을 수 있다. 스택 지연 시간이 전혀 느려지지 않는다. 또 EtherCAT은 스위치가 필요 없다. 스위치를 사고, 설치하고, 전원을 공급하고, 구성하고, 유지 관리하고, 교체할 필요가 없는 것이다(스위치 지연).


EtherCAT에는 뛰어난 진단 기능이 있다. EtherCAT은 완벽한 이더넷 호환성을 유지한다.  마스터 장치에서 표준 이더넷 포트를 사용하고 있으며, 전체적으로 표준 이더넷 프레임을 사용하고 있다. 물리 계층도 표준 이더넷이다.


이처럼 EtherCAT은 이더넷의 세 가지 주요 성능 문제를 해결한다.동기화 노드의 EtherCAT 솔루션은 분산 클락(Distributed Clock)에 기반 동기화는 모든 필드버스 아키텍처에서 중요한 기능이며, 주기 시간이 짧을수록 정확한 동기화가 이루어진다.

 

동기화(Synchronization)에 대한 설명에서는 동기화 노드의 EtherCAT 솔루션은 분산 클락(Distributed Clock)에 기반한다.


노드들에서 클락의 보정(Calibration)은 완전히 하드웨어 기반이다. 첫 번째 DC 슬레이브 디바이스로부터의 시간은 시스템에 있는 모든 다른 디바이스로 주기적으로 분산된다. 이 메커니즘으로, 슬레이브 디바이스 클락은 이 기준 클락(Reference Clock)에 정확하게 조정될 수 있어서, 그 결과 시스템 내에서 지터(Jitter)는 1㎲보다 상당히 짧다.


또, EtherCAT 마스터의 정확도는 이더넷 프레임의 클락과 독립적으로 이루어지기 때문에 정확도가 보장되고, 데이터의 샘플링이 지터에 의해 영향을 받지 않기 때문에 네트워크 간의 동기화도 가능하다. 여러 IPS가 1미리세컨드 이하의 인풋을 받고 프로토콜 오버 없이 가능하며, 심지어 외부 클락과도 동기화가 가능하기 때문에 글로벌 클락의 동기화가 가능해서 글로벌 클락의 동기화가 중요한 어플리케이션에서 대단히 유용하다. 이러한 성능은 EtherCAT이 산업용 이더넷이기 때문에 가능하다.


이더넷의 일반적인 토폴로지는 스타 토폴로지이다. 모든 스위치 기반 산업용 이더넷 기술은 라인 토폴로지도 지원한다고 주장하지만, 매뉴얼에는 ‘연계 캐스케이드 스위치 피하기’, 즉 ‘피할 수없는 라인 토폴로지’를 말한다.


ETG는 65,000이 아니라 10,056 개의 노드로 구성된 대규모 시스템 테스트를 구성했다. 그러나 성능에 대한 아이디어를 주기 위해 주기 시간은 약 4ms였다.


표준 이더넷 물리 계층은 EtherCAT에도 사용된다. 100BASE-TX는 두 노드 사이에 최대 100m를 제공하므로 65,000 개의 노드로 네트워크 세그먼트 당 총 6000km가 넘는다.


충분하지 않으면 광섬유를 사용하여 두 노드 사이에 최대 20km를 제공한다. 모듈식 장치 내에서 10 기가비트 이더넷에도 사용되는 저전압 차동 신호 표준인 LVDS를 사용한다.


물론 하나의 물리 계층에서 다른 계층으로 원하는 대로 전환할 수 있다. 예를 들어 광섬유로 두 노드 사이의 먼 거리를 확장한 다음 다시 구리로 이동할 수 있다.

 

EtherCAT P는 동일한 케이블에서 전력과 데이터를 결합하는 EtherCAT P

EtherCAT의 물리 계층 옵션에 가장 최근에 추가된 것을 EtherCAT P라고 하며, EtherCAT P는 동일한 케이블에서 전력과 데이터를 결합한다. 이것은 48V를 제공하는 PoE(Power over Ethernet)가 아니며, 캐스케이드 할 수 없다.


EtherCAT P는 각각 3A씩 2 × 24V를 제공하며, 캐스케이드 연결이 가능하므로 모든 토폴로지에 결합할 수 있다.


데이터 라인에서 24V를 사용할 수 없는 장치를 보호하기 위해 특수 키 커넥터를 사용한다. 따라서 표준 이더넷 물리계층이 있는 표준 PC를 사용하고, 첫 번째 상자에 EtherCAT 데이터를 공급하여 24V를 추가 할 수 있다. 그런 다음 단일 케이블을 통해 전원과 데이터를 현장 장치에 분배한다. 물리 계층으로 돌아갈 수도 있다.


ETG는 이 개념을 한 단계 더 발전시켜서, 작은 M8 커넥터를 더 큰 하이브리드 커넥터의 사다리꼴 요소에 통합했다. 이를 통해 더 높은 전압 또는 더 많은 암페어를 위한 추가 핀을 가지며, 각각 3Amp의 2x24 볼트와 하이브리드 시스템 내부의 데이터를 갖는다. 가장 큰 커넥터 옵션은 64A의 최대 850V DC를 제공하므로, 전체 로봇 셀에 동일한 케이블의 전력 및 데이터를 제공 할 수 있다.


따라서 앞으로 머신이 다음과 같이 보일 것으로 기대한다. 정션 박스에 EtherCAT 데이터를 공급하는 산업용 PC로 전력이 추가된 후, 단일 연결을 통해 데이터와 전력이 분배된다. 장치가 IP54 또는 67인 경우 더 이상 제어 캐비닛이 필요하지 않다. 제어 캐비닛 내부 공간의 절반가량이 배전에 사용된다. EtherCAT도 구성하기가 더 쉽다.


EtherCAT을 사용하면 네트워크 계획을 위한 노력이 줄어든다. 슬레이브 구현 또는 토폴로지의 성능에 대해 걱정할 필요가 없다. 또한 복잡한 주소 지정을 피함으로써, 시간을 절약 할 수 있다. 부팅시 주소가 자동으로 할당되므로, 더 이상 주소를 수동으로 설정할 필요가 없다. 이것은 또한 비용을 절약한다.


또, EtherCAT으로 엔지니어링 비용을 크게 절감할 수 있다. 하드웨어 측면에서도 비용을 절감 할 수 있다. 스위치 또는 허브가 필요 없고, 마스터에 추가 하드웨어가 없다. 많은 메모리나 처리 능력이 필요 없는 저렴한 슬레이브 컨트롤러 칩도 이점이다.

 

EtherCAT을 사용하면 I/O를 실행하고 드라이브를 제어하는 동일한 네트워크에 기능 안전을 통합할 수 있어

한편, EtherCAT은 가장 큰 필드 버스 조직이 지원하는 개방형 기술이다. 현재 66개국에서 5600개 이상의 회원사를 보유하고 있다.


ETG는 최근 12 개월 이내에 500 명 이상 신규 회원이 늘어났다. EtherCAT 기술 그룹은 전 세계에서 가장 큰 필드 버스 조직일 뿐만 아니라, 여전히 가장 빠르게 성장하는 조직이다. EtherCAT 기술 그룹은 독일에서 시작되었으나 현재 회원의 40%가 아시아지역에 있다. EtherCAT 기술 그룹은 해외회원이 있는 지역 조직이 아니라, 진정한 글로벌 조직이다. EtherCAT 테크놀로지 그룹은 중국, 일본, 독일, 미국 및 한국에 지사가 있다.


EtherCAT은 매년 하나의 버전이 생겨나는 것이 아니라, 하나의 버전만 있다.


ETG는 변경하지 않고 기술을 향상 시켰기 때문에, 오늘날의 EtherCAT 장치를 2004년 네트워크에 넣을 수 있다.


EtherCAT은 적합성과 상호 운용성을 중요하게 생각한다. 모든 EtherCAT 장치는 시장에 출시되기 전에 적합성 테스트를 받아야 한다.


한편, 기능 안전은 최신 필드 버스 기술의 또 다른 중요한 기능이다. 안전 기능을 위해 별도의 배선이 필요한 시기는 지났다.


EtherCAT을 사용하면 I/O를 실행하고 드라이브를 제어하는 동일한 네트워크에 기능 안전을 통합할 수 있다.


EtherCAT은 블랙 채널 접근 방식을 사용하는데, 이는 EtherCAT 자체가 기능적 안전 요구 사항을 충족하지 않아도 됨을 의미한다. EtherCAT을 통한 안전은 이 기술의 추가 기능이며, EtherCAT은 안전 데이터 컨테이너를 전송하는데 사용된다.

 

MKS의 Dan Hazen 씨가 Time Critical Edge Analytics라는 주제로 발표를 하고 있다.

 

EtherCAT을 통한 안전은 매우 유연하여 분산된 안전 PLC, 소위 안전 로직을 사용하여 네트워크의 어느 곳에나 배치 할 수 있다. 그러면 마스터는 안전 메시지를 안전 I/O에서 안전 로직으로 간단히 라우팅한다. 따라서 표준 PLC를 고가의 안전 PLC로 교체할 필요가 없으며, 필요한 만큼 네트워크에 안전을 추가할 수 있다.


EtherCAT은 케이블 이중화, 장치의 핫 스왑, 네트워크 세그먼트의 핫 연결을 지원하며, 마스터 이중화로 시스템을 구축 할 수도 있다.


EtherCAT은 마스터 대 슬레이브장치 통신, 슬레이브 대 슬레이브 통신 및 마스터 대 마스터 통신을 지원한다.


게이트웨이를 통해 연결된 기본 또는 인접 필드버스 시스템을 가질 수 있다. 고객 측에서 찾을 수 있는 표준 스위치 기반 네트워크를 통해 EtherCAT 메시지를 받는, 소위 EtherCAT 자동화 프로토콜도 있다.

 

왜 EtherCAT을 사용하나?

EtherCAT은 성능이 뛰어나기 때문이다. EtherCAT은 가장 빠른 기술이다. 유연한 토폴로지를 가지고 있으며, 사용하기가 쉽다. 비용도 저렴하며, 통합된 기능안전이 있다. 또 제품 다양성이 업계에서 가장 크다.


이어서 ETG Korea 회원사들의 발표가 진행됐다.
 
Beckhoff, 2030년까지 BMW 그룹의 자동차 공장에 산업용 PC 공급

Beckhoff Korea 정진원 차장이 Beckhoff Korea 및 Beckhoff 신제품에 대한 소개를 진행했다.


정 차장은 지난 2000년부터 한국시장에서 Beckhoff 공식 대리점 역할을 해온 트라이텍이 2019년 7월 1일 부로 Beckhoff Korea로 전환을 했는데, 트라이텍은 그동안 반도체 및 디스플레이 분야에서 괄목할 만한 성과를 달성해왔다고 말하고, 한국시장에 Beckhoff 지사가 설립된 이유는 이런 특정 전문분야를 넘어서 한국의 다양한 산업분야에 PC기반 제어기술을 성공적으로 확장시키고자 하는 Beckhoff의 의지 때문이라고 설명했다. 또 Beckhoff 자체 브랜드명을 사용해 향상된 서비스와 지원을 제공할 수 있게 됐다고 말하고, Beckhoff Korea는 지사 전환과 함께 향후 인원 충원 등 지속적인 투자를 계획하고 있으며, 2020년부터 매월 2회에 걸쳐 TwinCAT 정기교육을 진행할 예정이라고 밝혔다.


이날 Beckhoff의 신제품이 소개가 됐다.


Beckhoff는 최근, 초소형 타입의 산업용 PC C60xx시리즈를 출시했다. 이 제품은 콤팩트한 디자인이 특징으로, 제작이 우수한 설치유연성과 다양한 인터페이스를 제공한다. 비용이나 공간 때문에 검토되지 못했던 어플리케이션에 접근 가능한 제품으로, 특히 가로 82, 세로 82, 폭 40mm의 크기로 제작이 되어 과거 Beckhoff의 가장 작은 제품인 C6905의 3분의1밖에 차지하지 않는다. 가격 또한 25% 절감한 제품이다.  CPU는 아톰부터 Core i 프로세서를 지원하며, 제품에 따라 다양한 인터페이스가 제공되어, 최근의 까다로운 장비요구사항을 충족시키는데 이상적인 제품이다.


2020년에는 팬리스 형태의 ‘C6025’가 출시될 예정으로, 향후 C60xx시리즈는 5가지 제품으로 포트폴리오가 확장이 된다.


C6025는 스키레이크 U 프로세서가 적용되며, 4~8기가 DDR 4 램을 지원하고, 최대 320기가 저장 공간을 제공한다. OS는 윈도우 10 64비트 LT/SC 버전이 적용될 예정이며, 기본으로 UPS가 내장이 되며, 3개의 기가 이더넷 포트와 4개의 USB 포트, 디스플레이 포트 또한 포함되어 있다. 설치편의성을 위해 브라켓을 적용할 예정이다.


다음은 C60xx시리즈의 방수 방진기능을 적용한 ‘C7015 인더스트리얼 엣지 PC’로, 지난 SPS 전시회에서 처음으로 소개가 됐다. 2020년 3분기에 출시될 예정으로, C60xx시리즈와 비교해 가장 큰 특징은 EtherCAT P 포트를 내장하고 있다는 점으로, 기존 Beckhoff EtherCAT P I/O모듈과 결합 가능한 브라켓 또한 제공이 된다. C7015는 EtherCAT P I/O와 결합하여 열악한 환경에서 사용이 가능하다. IP65 등급으로 제작이 되며, 1000유로 이하의 경쟁력 있는 단가로 공급이 될 예정이다.


정 차장은 최근 Beckhoff와 독일 BMW가 산업용 PC 공급 계약을 체결했다고 밝혔다. 이 계약에 따라 Beckhoff는 2030년까지 BMW 그룹의 자동차 공장에 산업용 PC를 공급하게 된다. 정 차장은 그동안 Beckhoff 제품은 EtherCAT과 함께 고속 고정밀 장비에 적합한 장비로 소개되어 왔으며, 따라서 가장 보수적이라고 할 수 있는 자동차 산업에 Beckhoff EtherCAT 마스터가 적용된다는 것은 시장에서 Beckhoff 제품과 EtherCAT의 신뢰성을 받아들였다는 의미라고 강조하고, 이번 계약은 Beckhoff가 기존 EtherCAT 시장을 넘어 새로운 시장에 진입할 수 있는 좋은 기회가 될 수 있을 것이라고 피력했다.


마지막으로 Beckhoff의 최근 국내 적용사례가 소개됐다.


국내 완성차 차제공장에 적용 중인 자동 나사체결기로서, Beckhoff의 판넬 PC와, EtherCAT 서보 드라이브, EtherCAT I/O로 시스템이 구성 되어있다. 산업용 로봇에 설치되어있는 자동 나사체결기로서, 현재 국내 완성차 업체에 납품 중으로, 지속적으로 전기차 라인에 공급이 될 예정이다. 

 

다인큐브, 로봇에 적용되는 티치 펜던트와 EhterCAT Master 소개

이어서 로봇 컨트롤러 전문 업체인 다인큐브의 김근연 대표가 로봇에 적용되는 티치 펜던트와 EhterCAT Master에 대한 소개를 진행했다.


김 대표는 로봇 제어기들이 장비 안에 들어가는 것이 추세라고 말하고, 다인큐브는 모션제어기를 소프트웨어 안에 넣어놨다고 말했다.


또, 현재 로봇 개발의 플랫폼은 통신방식으로 제어기가 구성이 되면서, 급속도로 통신화와 모듈화, 부품화가 이루어지고 있으며, 모터와 드라이브, 모션 컨트롤 등 로봇과 기구부가 분리되고 있는데, 이는 EtherCAT과 같은 고속 실시간 동기통신이 가능한 통신 시스템이 있기 때문에 가능하다고 설명하고, 다인큐브의 EtherCAT Master Solution은 하드웨어, RTOS, EtherCAT, 개발환경을 제공함으로써, 독자적인 제어기 개발 업체에 최적의 제어기 플랫폼이라고 피력했다.

 

엘모 모션 컨트롤, Functional Safety 지원하는 플레티늄 서보 드라이브 소개

엘모 모션 컨트롤(Elmo Motion Control) 김수봉 이사가 EtherCAT을 사용한 초고속 모션 시스템 구현에 대한 발표를 진행했다. 


이스라엘 기업인 엘모 모션 컨트롤은 EtherCAT 마스터 기능을 하는 모션 컨트롤러와 슬레이브인 서보 드라이브, 그리고 이 모든 것을 통합하는 소프트웨어를 직접 개발하고 제조하는 회사다.


엘모는 이날, 어떻게 EtherCAT의 고급성능을 활용해서 고급장비를 구현해낼 수 있는지를 소개했다.


김 이사는 EtherCAT을 써야 하는 중요한 이유로 유연성을 꼽았다. 개발자가 원하는 대로 다 끼워 넣을 수 있다는 것이 EtherCAT의 장점이라는 설명이다.


또, 엘모의 고성능 EtherCAT 마스터인 P-MAS, 서보 드라이브면서 모션 컨트롤러 기능을 내장한 Gold Servo Driver, 셋업/튜닝/모션/레코딩/분석/프로그래밍 환경이 하나로 통합된 EASⅡ(Elmo Application Studio)을 소개했다.

 

MKS, EtherCAT 활용해 간단하면서도 비용효과적인 데이터분석과 엣지분석을 한 사례 발표

MKS의 Dan Hazen 씨는 Time Critical Edge Analytics라는 주제로 발표를 진행했다.


Dan 씨는 MKS의 EtherCAT 포트롤리오를 소개하는 한편, 자사의 고객이 EtherCAT을 활용해 간단하면서도 비용효과적인 데이터 분석과 엣지 분석을 했던 사례를 소개했다.


MKS는 진공, 가공, 진공측정, 유량관리. 압력관리를 전문으로 하는 기업으로, 최근 레이저 관련 기업인 ESI와 뉴포트(Newport) 사를 인수했다. 미세가공을 위한 레이저 기반 가공장비도 사업영역으로, 반도체가 주 시장이다. Dan 씨는 현재 제조되는 반도체칩의 100%가 MKS의 레이저 장비를 통해 가공이 된다고 말했다. 1961년에 창립되어, 매출은 25억 달러 규모로, 1500개에 달하는 특허를 확보하고 있다.


Dan 씨는 반도체 차세대 툴들은 모두 EtherCAT이 핵심 프로토콜로 사용되어 자동화와 각종 툴링이 진행이 되고 있다고 말했다. 또, MKS는 맞춤제어기라든지, 반도체 툴링에서의 EtherCAT I/O가 가능한 솔루션들을 맞춤화해서 제공하고 있다고 말하고, 엣지 애널리틱스 솔루션을 사용한 사출성형 어플리케이션 사례를 소개했다. 수 백 개의 프로세스 변수를 사출성형 과정에서 수집을 하게 되고, 고도화된 분석을 통해  공정 데이터를 바탕으로 제품의 퀄리티를 예측한 사례다. 과거 사람이 제품을 일일이 검수를 했어야 됐다면, 지금은 분석을 통해서 이것이 가능해 진 것. 웹기반의 유저 인터페이스가 있기 때문에 이런 공정을 파악할 수 있고, 의사결정을 내릴 수 있게 되는데, 컨베이어 벨트에서의 로봇이나 다이버터 같은 제어기가 함께 마련이 된 솔루션이다. 이 사례에서의 핵심은 SPC 프로세스 모니터링 솔루션이 아니라, 선진 다변량 분석을 사용하고 있다는 점이다.

 

프레스토솔루션, 아콘티스(Acontis) EtherCAT 마스터 소개

프레스토솔루션의 선덕한 위원이 아콘티스(Acontis) 사의 EtherCAT 마스터를 주제로 발표를 진행했다.


선 위원은 아콘티스(Acontis) 사의 EtherCAT 마스터인 EC Master를 비롯해서, EtherCAT을 컨피규레이션하고 진단할 수 있는 툴인 EC Engineer, 윈도우 EtherCAT 리얼타임 플랫폼인 EC Win의 제품군을 소개했다.

 

바이드뮬러, EtherCAT I/O 솔루션 ‘u-remote’ 소개

바이드뮬러 조득제 과장이 자사의 EtherCAT I/O 솔루션인 u-remote에 대한 발표를 진행했다.


EtherCAT 슬레이브 제품인 u-remote는 모듈화 방식으로 되어 있어서 필요한 만큼 꽂아서 쓸 수가 있다. 케이블 결선이 간편하고, 일렉트로닉스 파트가 베이스 부분을 분해할 필요 없이 분리가 가능하기 때문에, 통신부분을 중단시키거나 전원부분을 분리할 필요가 없어서 장비의 다운타임을 최소화하는 것이 u-remote의 장점이다.


이 u-remote는 기존의 대부분의 Remote I/O와는 달리, 패럴을 결합한 와이어를 공구 없이 단순히 밀어 넣는 것만으로 연결이 가능하며, 이 Push In 기술을 사용함으로써, 안전에 전혀 영향을 주지 않고도 일반적인 와이어 결선방법에 비해 50%나 결선시간을 절약할 수 있다.

 

EtherCAT G와 EtherCAT G10, 새롭게 EtherCAT 포트폴리오에 추가

회원사들의 발표에 이어 Martin 회장이 EtherCAT G와 EtherCAT G10에 대해 발표를 진행했다.

 

바이드뮬러 부스

 

EtherCAT G는 1 Gbit/s의 표준 이더넷 전송 속도를 지원하며, EtherCAT G10은 최대 10 Gbit/s의 데이터 전송 속도를 사용할 수 있다. EtherCAT이 제공하는 표준 100 Mbit/s를 넘어서는 전송 속도의 향상은 사용 가능한 데이터 처리율을 크게 늘린다. 새롭게 소개된 브랜치 콘셉트를 통해, EtherCAT G(1 Gbit/s)는 통신 시간을 2배에서 7배, 어플리케이션에 따른 대역폭을 최대 10배까지 높일 수 있다. 심지어 EtherCAT G10으로 대역폭을 100배 까지 높일 수도 있다.

 

다양한 고객사들이 EtherCAT을 어떻게 성공적으로 적용해왔나?

Martin 회장은 이어서 고객사들이 EtherCAT을 어떻게 성공적으로 적용해왔는지 다양한 EtherCAT 사례를 소개, 참석자들의 관심을 집중시켰다.


호주의 FBR이라는 회사가 세계 최대의 모바일 3D 프린터에 EtherCAT를 적용한 사례다. 28미터 익스텐션을 이용해서 주택을 프린팅한 사례로, 로봇 안에 벽돌을 어떻게 쌓아야 하는지 미리 프로그램 하고, 관련된 전기설비 공사와 벽돌공사를 동시에 하면서 벽돌공사의 새로운 지평을 열었는데, EtherCAT을 바탕으로 이것이 구현이 됐다.


다음은 Huhtamaki Molded Fiber Technology라는 네덜란드 포장기 업체의 사례다. 제어성능과 정밀도 때문에 전세대의 Lightbus에서 EtherCAT으로 전환한 사례다.


다음은 플라스틱 산업에 적용된 캐나다 Husky 사의 사례다. 이 고객사는 100대 이상의 인젝션 몰딩 머신을 갖고 있으며, EtherCAT 덕분에 매년 1800만 불을 절감할 수 있었다고 얘기하고 있다. 또 실제로 녹여야 되는 플라스틱 양이 줄어들면 에너지도 절약이 가능하기 때문에, 에너지도 상당히 절약하는 부수적인 효과도 얻을 수 있었던 사례다.


플레이트를 구부리는 기기를 제조하는 Switzerland의 Hausler AG사는 450mm 두께의 강판을 구부리는 기기를 제조하는데 EtherCAT을 사용했는데 진동이 크게 떨어졌다고 얘기를 하고 있다. 컨트롤 사이클이 훨씬 짧아졌기 때문이다. 이와 함께 기계부품의 수명이 길어지는 효과도 얻었다.


독일의 Kleo-Halbleiter-technik Gmbh는 LCD 스크린을 위한 레이저 리소그라피를 제작하는 기업으로, EtherCAT을 널리 사용하고 있다. 사이클타임을 초정밀도를 위해 50㎲ 단위로 해서 짧게 가는데, 여기서는 3D 스테이지 포지셔닝을 해야 한다.


Martin 회장은 반도체산업에서 EtherCAT이 널리 사용되고 있다고 피력했다. 2018년 기준으로 테러다인만 제외하고, 반도체산업의 상위 10대 업체 대부분이 EtherCAT을 사용하고 있다고 밝혔다. 특히 한국은 선도적인 반도체 제조사가 정밀도 때문에 EtherCAT을 적극적으로 요구하고 있어서, EtherCAT 제어 반도체 툴에 대한 수요가 높다고 설명했다.


다음은 BMW 사례다. BMW는 EtherCAT을 자사의 자동차 엔진 테스트 베드에 모두 탑재하고 있다. 데이터 수집뿐만 아니라, CAN 게이트웨이에서 엔진 시뮬레이션을 할 때도 EtherCA을 사용하고 있고, 엔진의 부하도 EtherCAT을 통해 제어를 하고 있다.


항공산업에서도 EtherCAT을 테스트와 측정에 사용하는데, 에어버스 사는 EtherCAT을 통해 자사의 항공을 테스팅 하고 있다.


독일의 Multivac이라는 포장기 업체는 PC 기반 제어를 보다 잘 하고 싶고 고성능을 구현하기 위해 Safety of EtherCAT을 선택했다. 


싱가포르 창이공장에 설치된 키네틱 레인(Kinetik Rain)이라는 설치물은 1216개의 서보 드라이브를 EtherCAT 단일 네트워크로 구현한 사례로, 전체 사이클 타임은 2ms다. 1200개의 드라이브를 2미리세컨드 간격으로 60퍼센트의 버스노드로 동기제어할 수 있는 EtherCAT의 성능을 보여주는 사례로서, Martin 회장은 이것은 사실상 경쟁 프로토콜과 견줄 수 없는 차원이 다른 기술이라고 역설했다.


물류도 EtherCAT 입장에서 중요한 시장이다. Martin 회장은 상위 물류 20개 기업 중 절반 이상은 이미 EtherCAT을 사용하고 있는데, 그 이유는 바로 토폴로지 때문이라고 피력했다.


미국 Numina 그룹은 스위치 베이스 이더넷을 사용했던 이더넷 케이블을 다시 중앙 컨트롤 캐비닛으로 연결을 해서 캐스케이드 스위치가 발생하는 것을 피해야 했던 사례로, EtherCAT은 케이블 하나로 이런 부분들이 바로 해결이 됐다. 이 사례에서는 라인 토폴로지가 핵심이라고 할 수 있다. 또 라벨링을 할 때 스위치를 돌리고 메커니컬 스위치를 처리하고 리액션이 빠르게 이루어지게끔 해야 하는데, 이런 것을 빠르게 할 수가 있다는 것도 EtherCAT의 이점이다.

 

회원사들의 데모에 많은 참석자들이 모여 있다.

 

다음은 노르웨이 West Group의 사례다. 이 회사의 자동화된 굴착장치는 7개의 로봇과 44개의 축으로 구성이 되어있었다. 이를 통해서 파이프를 실제로 굴착을 하면서 동시에 파이프를 교체해야 하는 것인데, 유정의 굴착이나 시추에서는 끌어올리고, 해체하고, 다시 다음 파이프를 설치할 수 있는 속도가 핵심이다. 굴착 시추하는 과정에서 새로운 파이프를 삽입할 수가 있고, 300바에 달하는 압력을 꾸준히 유지를 해야 한다. 특히 크레인이나 파이프랙이 교체를 할 때 사람이 있다면 위험하다. 그러나 이런 위험도 줄일 수 있었고, 유정의 퍼포먼스를 4배 이상 증대시킬 수 있었다. 완전히 자동화된 로봇제어의 파이프 해체 및 조립 시스템을 통해서 4배나 퍼포먼스를 증대시킬 수 있었던 사례다.


다음은 크로아티아의 Dubrovnik 사례다. 이 교량도 EtherCAT으로 제어가 되고 있다. 특히 풍랑이 높을 때나 바람이 세게 불 때는 진동이 발생하기 때문에 이것을 흡수해야 하는데, 여기에 EtherCAT이 적용이 됐다. 현재 세계 최장 길이 교량은 홍콩에서 마카오를 연결하는 교량으로, 현재 이 홍콩 마카오 교량도 EtherCAT을 이용해서 모니터링이 되고 있다.


Martin 회장은 가격은 한국에서도 중요한 요인인데, 디바이스 가격도 중요하지만 디바이스 가격이 낮아지려면 서플라이어가 다양해야 한다고 말했다.


또 필드버스가 정말 진정한 오픈 형태인가라고 의문을 던졌다.


EtherCAT은 200개 이상의 마스터 밴더가 있는데, 이것은 가격경쟁력과 기능경쟁력이 있어야만 성공할 수 있다는 것을 의미한다고 말했다. 드라이브도 177개의 밴더가 있고, 이 숫자는 늘어나고 있으며, 제품 숫자로 하면 800개 이상이기 때문에, 밴더 중 그 누구도 가격을 높이 책정해서 팔 수가 없다고 말했다.


I/O제품도 1000개 이상으로, 결국은 얼마나 많은 서플라이어가 있는 지에 따라 가격이 결정이 되는 것이라고 말했다. 또 칩 가격도 중요하며, 칩을 얼마나 다양한 공급업체가 공급하고 있는가도 중요하다고 말하면서, EtherCAT 칩은 12개의 공급사가 있으며, 여기에는 텍사스인스트루먼트나 인피니언도 포함이 되어 있어서, 이로 이해 가격이 낮아지고 있다고 피력했다.


또, 엔지니어링 비용을 생각해야 된다고 말했다. 네트워크 플래닝에 추가적으로 노력이 들어가는지, 애드레싱에 추가적으로 노력이 들어가는지를 생각해야 한다고 말했다. 진단역량도 많은 비용절감을 하게 된다는 것이 Martin 회장의 설명이다. 비트에러를 정확하게 위치를 파악할 수 있다면 비용절감을 할 수 있게 된다.


EtherCAT은이 라이선스 비용이 높다는 소문이 있는데, EtherCAT은 마스터 라이선스 비용이 무료라고 설명했다.

 

EtherCAT은 마스터 라이선스 비용이 무료

Martin 회장은 EtherCAT은 전 세계에서 사용하고 있는 기술로서, 고객이 장비를 수출했을 때 그곳에서도 받아들이는 기술을 사용하는 것이 좋다고 말하면서, 안정성 자체만으로도 EtherCAT을 선택할 이유가 된다고 역설했다.


Martin 회장은 EtherCAT을 사용하면 품질과 관련해서 경쟁우위를 점할 수 있고, 스루풋과 효율성을 높일 수 있게 되며, 가격을 낮추고, 가용성을 높이고, 안전성을 높일 수 있다고 말했다. 또 EtherCAT은 산업용 이더넷을 사용하기 때문에 확장이 가능하고 통합이 용이하다고 말했다. 또 EtherCAT은 전 세계적으로 지원이 되고 있는 안정성 있는 기술이며, 업계에서 가장 넓은 제품 선택의 폭이 있다고 강조했다.

최교식 기자
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