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“지멘스는 디지털화의 선두주자” 한국지멘스 디지털 인더스트리, ‘지멘스 Innovatioin Tour 2020 웨비나’ 진행 최교식 기자입력 2020-07-29 11:43:33

 

한국지멘스가 지난 715일과 16일 양일간, ‘지멘스 Innovatioin Tour 2020 웨비나를 성황리에 진행했다.

이번 행사에서는 디지털 워크플로우, 통합자동화, 운영투명성이라는 핵심주제로 디지털 엔터프라이즈로 나갈 수 있는 최적의 자동화 솔루션을 제안하고, 적용사례를 통해 한국고객에게 보다 실용적인 정보를 전달했다.

특히 이번 웨비나에는 하루 평균 400명 가량의 인원이 참석, 언택트 시대에 대응하는 지멘스 비즈니스 전략에 대한 관심을 반영했다.

 

<취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr>

 

 

 

 

지멘스는 이번 행사에서 지멘스의 디지털 솔루션으로 제품의 시장출시 일정을 단축할 수 있다 생산라인을 최적화하여 비용절감, 생산성 및 유연성 향상을 동시에 달성할 수 있다 원격 모니터링과 조작기술을 적용하면 모바일 작동 가능 시스템으로도 자동화 시대를 준비할 수 있다 핵심기술 역량 개발이 가능하며, 이를 통해 인더스트리 4.0 시대에 경쟁력을 강화할 수 있다는 4가지 주제를 전달하는 데 초점을 맞췄다.

이번 웨비나에서는 생산의 가치사슬 5단계에 총체적으로 접근하는 솔루션을 두루 소개했는데, 그중에서도 실제로 프로그램 코드가 만들어지고 장비의 실제작과 시운전이 진행되는 엔지니어링 단계부터 제품의 생산이 이루어지는 생산단계, 제품과 생산설비의 피드백과 교육 피드백을 설계단계로 전달하여 데이터를 새로운 부가가치로 만드는 서비스 단계까지 제공 가능한 지멘스의 디지털 엔터프라이즈 솔루션을 구체적으로 소개했다.

한국지멘스의 송석순 이사는 인사말을 통해, 디지털 엔터프라이즈 기술에는 여러 가지 요소가 있지만, 지멘스에서는 생산가치사슬 5단계 중 3가지 단계에서의 디지털 솔루션을 제안하고 있다고 말했다.

첫 번째는 워크플로우의 디지털화다. 즉 디지털 워크플로우다. 가상현실과 생산 파라미터의 수치화를 바탕으로 한 가상시운전 기술과 엣지컴퓨팅 기술이 소개됐다.

두 번째는 통합 엔지니어링이다. 모션, 드라이브 등의 장치들이 하나의 플랫폼에서 통합되어 하나의 데이터베이스를 공유하며, 쉽게 프로그래밍 되어 보다 빠르게 장비를 개발할 수 있게 해주는 타임투마켓의 단축을 제시했다.

세 번째는 운영투명성이다. 운영투명성란 생산자의 데이터 투명성과 그로 인해 만들어지는 부가가치를 의미한다. 스카다(SCADA), 클라우드 등 상위 시스템에서 데이터가 어떻게 투명하게 활용될 수 있는 지와 그것이 어떻게 부가가치를 만들어내는지를 설명했다. 그리고 그 과정에서 필수불가결한 네트워크 기술과 보안기술에 대해서도 설명했다.

송 이사는 인더스트리 4.0, 뉴노멀과 같은 키워드는 우리에게 변화를 요구하고 있으며, 이제는 가상화와 원격화와 같은 기술들이 기업생존의 필수요소로 자리잡고 있다고 말하고, 새로운 삶의 표준은 일상생활뿐 아니라 산업현장에도 점차 적용되기 시작할 것이라고 피력했다.

, 디지털화를 통해 준비된 기업들은 품질의 향상과 속도의 개선, 확보된 유연성으로 이 난관을 이겨내고 발전의 기회를 얻겠지만, 그 기회를 외면하는 기업은 시장에서의 경쟁력을 잃을 수도 있다고 말했다.

 

 

1. 가상시운전디지털 엔터프라이즈-가상과 현실세계의 강력한 연결

 

첫 번째 순서로 한국지멘스의 윤웅현 차장이 고객사가 제품 출시시간 단축으로 비용을 절감하고 위험요소를 최소화하면서 이익을 극대화할 수 있는 가상 시운전기술을 제안했다.

가상시운전 기술은 디지털화 중에서도 디지털 워크플로우에 해당하는 기술로, 장비 자체를 수치화하고 가상화해서 부가가치를 만들어내는 공정흐름의 디지털화를 의미한다

장비의 수치화에는 여러 가지 기법이 있는데, 이번 세션에서는 수학적, 시각적 요소에 의한 수치화와 및 결과의 예측, 즉 시뮬레이션 기법을 이용한 가상시운전 기술을 소개하고 기술적용성의 가능성과 기업이 얻을 수 있는 부가가치에 대해 설명했다. 목차

일반적으로 제품 혹은 장비는 컨셉과 디자인을 정의하는 설계단계를 거쳐서 생산계획을 검증하고 엔지니어링을 통해 구현한 후 실제로 생산하고 사후 서비스 단계까지 이어지게 된다. 각 단계가 분리될 수 없기 때문에 이 유기적으로 결합된 단계를 가치사슬이라고 한다. 그렇기 때문에 디지털화는 전체 가치사슬에 대해서 총괄적 관점에서의 접근을 그 바탕에 두어야 한다.

 

<그림1> 디지털화는 가치 사슬의 통합 및 전체적 관점에서의 접근이 필요하다.

 

 

각각의 단계에 맞는 솔루션이 존재한다. 어플리케이션의 특성에 따라 이 중 어떤 부분에 집중해야 할 지는 선택사항이겠지만, 결국 전체적인 가치사슬의 적절한 솔루션이 배치되어 적용되고 전체적인 피드백이 순환적용돼서 선순환될 때 디지털화는 완전체를 갖추었다고 얘기할 수 있다.

가치사슬 중에서도 엔지니어링과 생산실행 단계에 걸쳐있는 가상시운전의 개념과 이를 어떻게 도입해야 하는지, 그리고 어떤 이점이 있는 지에 대해 설명이 됐다.

오늘날 시간이 갈수록 고품질의 양산제품을 원하는 고객의 요구에 따라서 생산장비에 대한 기술적 요구사항은 점점 증가하고 있다. 요구사항의 증가는 개발난이도와 시간의 증가를 의미하는 것이고, 장비사 입장에서는 개발비용의 증가를 의미한다. 하지만 보다 빠르고 정밀한 장비를 인적·시간적 투자를 통해 개발하다고 해서 최종 고객사가 지불할 수 있는 예산이 그것에 꼭 정비례하지는 않는다. 따라서 한정된 자원과 시간의 조건 속에서 그러한 요구사항에 부응하기 위해 장비메이커의 고민은 깊어질 수밖에 없다. 기술적 투자를 했으나 그 비용을 모두 회수할 수 없다는 것은 큰 딜레마다. 결국 기업의 입장에서는 개발시간과 비용을 절감하고 생산성을 더 확보해서 이익을 추구할 수밖에 없다. 가격대비 성능을 말하는 것이다.

이런 관점에서 시뮬레이션이 하나의 해결책이 될 수 있음을 자각한 회사들은 제품의 설계검증과 작동의 검증을 시뮬레이션으로 실행해서 비용을 절감하고자 하는 시도를 하게 된다. 말 그대로 보이지 않는 가상의 공간에서의 가치를 발견하는 순간인 것이다. 이러한 시도에 성공하는 회사가 시장에서 경쟁력을 확보하고, 그걸 바탕으로 생존과 번영에 성공하게 되는 것이다.

누군가가 새로운 장비를 개발한다고 가정해보자. 시뮬레이션은 복잡한 문제나 현상을 실제와 비슷한 환경을 만들어내서 모의실험하고 해석하고 결과를 예측하여 해결하는 행위를 말한다. 시뮬레이션의 핵심은 모의환경, 그리고 주어지는 조건에서의 해석을 바탕으로 여러 가지 시나리오에 따른 예상결과를 뽑아내는 것이다. 산업장비에 이러한 기법을 적용하면 장비의 동작결과와 위험요소를 예측하고 변수와 설계요소를 조정해서 최적의 시나리오를 바탕으로 장비의 설계를 해낼 수 있다. 게다가 시뮬레이션은 테스트의 실제 장비를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 그렇게 실제 환경에서의 적용시간을 최소화할 수 있고, 위험요소 또한 최대한 회피해서 프로젝트 비용을 최소화하는데 도움이 될 수 있다.

시뮬레이션 기법으로 결과를 예측하고, 위험을 회피하고, 프로젝트 비용을 절감하는 것이 핵심목표다.

시뮬레이션에 의한 효과, 즉 가상시운전에 의한 효과는 어떻게 극적으로 나타날 수 있을까? 프로젝트에서 발생하는 에러의 처리비용을 줄이기 위해서는 보다 빨리 오류를 발견해내는 것이 최고의 방법이다.

 

가상시운전 컨셉과 병행개발로 시장출시기간 단축하고 비용을 절감할 수 있어

 

산업장비의 예를 들어서 구체적으로 설명해 보자.

제품수명주기, 우리가 얘기하는 가치사슬 단계 중에서 엔지니어링 단계에서는 실제 장비의 구현을 위한 작업들, 예를 들면 기계구조를 확립하고 장비설계를 거친 후에 자동화 프로그래밍을 하는 작업들을 차례대로 수행한다. 그 얘기는 각각의 담당자가 앞에서 작업을 마무리하기 전까지는 자신이 맡은 업무를 실질적으로 시작할 수 없다는 것을 의미한다. 그런데 만약 이런 작업들을 일정부분 병행해서 할 수 있다면 어떨까? 바로 시뮬레이션 기술을 바탕에 둔 가상시운전 컨셉이 이런 컨셉을 제공한다. 물론 아무리 병행개발 컨셉을 사용한다고 해도 처음부터 장비와 기구, 자동화 개발영역이 동시에 시작될 수는 없다. 그러나 선행과제가 어느 정도 뼈대를 갖추게 되면 더 기다릴 필요 없이 병행개발의 시작이 가능해진다. 기계 시뮬레이션과 자동화 프로그램이 연결돼서 서로 보상해 가면서 함께 개발될 수 있다는 것, 이것이 병행개발 컨셉인 것이다.

이런 가상시운전 컨셉과 병행개발로 시장출시기간 단축은 가능하고 그 결과는 비용의 절감으로 이어지게 된다. 그 결과로 디지털 트윈 개념이 만들어졌다. 가상현실에서 모델링된 시뮬레이션 개체가 실제장비에 적용되고, 가상현실에서 시뮬레이션 되면서 에러 혹은 위험요소를 제거한다. <그림2>의 오른쪽 사진은 디지털 트윈이라는 개념을 보여주기 위한 컨셉장비인 디지(Digi) 데모인데 왼쪽의 시뮬레이션이 단순하게 사전검증에만 사용되는 게 아니라 가상시운전 혹은 실제 시운전에서 만들어진 결과를 반영해서 개선하고 또 실제 장비에 반영하는 선순환이 반복되기 때문에 우리는 이러한 개념을 장비의 디지털 트윈이라고 얘기한다.

 

 

<그림2> 디지털 트윈

 

 

기본적으로 PLC를 시뮬레이션할 수 있는 PLCSIM Advanced는 자동화 영역의 시뮬레이션을 위해 존재한다. 그다음은 시뮬레이션을 위해 해야 할 범위에 따라 시뮬레이션 툴을 선택해야 한다. 시뮬레이션 사이즈 혹은 범위에 따라서 장비단위에서는 NX MCD, 셀이나 라인단위에서는 프로세스 시뮬레이트, 그리고 공장 단위는 물동량이나 스루풋을 예측하기위해 플랜트 시뮬레이트 같은 적합한 툴을 골라야 한다. 지멘스는 대단히 순차적인 솔루션을 전 단계에 가치사슬에 걸쳐서 자사제품으로 제공가능한 몇 안 되는 자동화 메이커 중 하나다.

 

 

<그림3> 가상 커미셔닝.시뮬레이션 사이즈 혹은 범위에 따라서 시뮬레이션 툴을 선택해야 한다.

 

 

자동화, 장비, 라인, 플랜트에 대한 모든 시뮬레이션 툴이 같은 브랜드 안에서 준비되어 있고 대단히 간단하게 통합될 수 있기 때문에 가상시운전을 시작할 때까지 걸리는 시간이 매우 단축된다는 장점이 있다. 게다가 자동화 영역에서의 로직 변화가 쉽게 혹은 별도의 노력 없이 시뮬레이션에 적용될 수 있기 때문에, 매우 유연하게 사용할 수 있다는 장점 또한 가지고 있다.

가상시운전은 정해져 있는 한 가지만을 의미하지는 않는다. 사용자의 환경과 실제로 필요한 자원에 대해 가상시운전 컨셉은 자동화 모델, 전기모델 및 행동패턴, 그리고 물리 및 운동학적 모델의 조합, 또는 개개의 형태로 사용이 가능하다. 사용자 장비에 맞춰서 솔루션을 골라서 사용할 수 있다는 것을 의미하고, 그것이 현명한 투자라는 것을 의미하기도 한다. 최소의 투자, 최대의 결과 이 가치에서 가상시운전을 위한 준비는 시작된다.

아무리 좋은 솔루션이 있어도 확장성의 부재는 선택의 범위를 극단적으로 줄이는 결과를 낳는다. 이 세상에는 다양한 유형의 장비가 존재하고 그만큼 다양한 가상시운전 요구사항 또한 존재하기 때문에 예를 들어 기구를 포함하지 않는 판넬만으로 기동이 가능한 장비의 경우에는 굳이 기구나 운동요소의 시뮬레에션 툴을 요구하지 않는다. 그런 경우는 PLC 로직과 HMI 시뮬레이션 만으로 충분히 효과를 볼 수 있고, 투자 또한 가장 적게 할 수 있다. 하지만 어떤 고객은 PLCHMI 이외에도 드라이브, 액추에이터, 밸브 등의 복잡한 기구요소가 포함된 장비를 정밀하게 시뮬레이션하기를 원할 수도 있다. 이런 경우는 운동모델과 기계 구성요소까지 복합적으로 동기화해서 테스트할 수 있도록 시뮬레이션 요소를 조합해야 한다.

이번에는 물리, 운동학모델, 전기 및 행동모델, 자동화 모델이 모두 조합되어 장비를 시뮬레이션하는 사례를 순서대로 얘기해 보자.

경우에 따라 약간씩 차이가 있을 수 있지만, 디지털 트윈은 일반적으로 약 3단계에 걸쳐서 만들어진다.

 

디지털 트윈의 생성 Step 1 NX MCD 물리, 운동모델의 생성

첫 번째는 NX MCD(Mechatronics Concept Designer) 툴을 이용한 물리 운동 모델의 생성이다. CAD 툴에 의해서 생성된 도면을 메카트로닉스 컨셉 디자이너 툴로 임포트하고, 필요한 물리적 변수값들을 추가한 후에 TIA Portal에서 자동화 요소에 사용되는 프로그램 변수들을 자동으로 매칭될 수 있도록 태그에 리스트를 임포트한다. 이때 TIA PortalNX MCD가 발휘할 수 있는 최상의 파트너십은 바로 자동으로 이루어지는 태그 매칭이다. TIA PortalPLC 프로젝트에 생성되어 있는 태그리스트가 간단한 임포트 작업으로 자동으로 이루어지기 때문에 장비에 대한 변수매칭이 매우 빠르게 이루어질 수 잇다.

 

디지털 트윈의 생성 Step 2 SIMIT 전기, 행동 모델의 생성

전기 및 행동 모델은 드라이브와 밸브, 액추에이터 등 기구에서 실제로 동작을 담당하는 부분을 모델링한다. 기구를 움직이는 부분과 피드백을 받는 부분의 모델링을 위해 SIMIT이라고 하는 행동모델 시뮬레이터를 사용한다. 드라이브와 모터, 엔코더 등의 기동부에 대해 파라미터를 입력하는 과정과 로직과 기동부에 맞춰 매칭하는 작업은 매우 힘들 수 있다. 그래서 SIMIT에서는 TIA Portal에서 PLC 프로젝트를 임포트해서 자동으로 행동모델을 생성하는 기능을 가지고 있다. 일일이 기동부나 피드백을 생성하고 파라미터를 입력 설정하는 작업에 의해서 매우 빠르고 쉽게 작업을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. SIMIT 행동 모델은 PLC 프로그램과 기구 시뮬레이터 사이에서의 움직임을 모델링 해주는 역할을 한다.

 

디지털 트윈의 생성 Step 3 PLCSIM Advanced 자동화 모델

마지막 세 번째는 자동화 모델의 설정이다. 우리가 얘기하는 자동화 모델은 흔히 PLC 프로그램이다. 하드웨어가 없는 시운전이 가능하기 위해서는 PLC 또한 가상화가 가능해야 하고, PLCSIM Advancde는 완벽하게 그런 기능을 지원한다. 실제 절차는 더욱 간단하다.

우선 PLCSIM Advanced 소프트웨어를 실행한 후에 가상의 PLC가 될 인스턴스의 이름과 IP 주소를 입력하면 PC의 백그라운드 프로세스의 가상의 S7-1500 PLC가 생성된다. 그다음에 TIA Portal을 실행한 후에 프로젝트를 가상의 PLC에 다운로드 한다. 그러면 그 결과로 물리운동모델, 행동모델 , 자동화모델이 연결돼서 장비의 기구요소들이 PLC 로직에 맞춰서 작동된다. 이때 PLC 로직이 변경되거나 장비의 동작변수가 편집되면 그 변화는 즉각적으로 시뮬레이션 모델로 전달되고 새로운 로직에 반영된 동작이 나타나게 된다. 이렇게 여러 가지 변수들과 위험요소들을 가상 세계에서 테스트하고 에러의 가능성을 최소화해서 현장 시운전을 시행하고 초기에 에러를 찾아내서 최소한의 비용으로 조정작업을 하게 된다.

 

위에서 설명했던 3가지 요소에 대해서 제품관점에서 자세하게 설명해 보자.

NX MCD에서 사용자는 물리적 운동학적 법칙을 포함하는 기계를 모델링한다. NX CAD CAD에서 모델링된 데이터에 바탕을 두고 있는 모델은 질량과 같은 물리적 속성을 가지고 있기 때문에 그 결과로 중력과도 같은 운동학적 법칙에 따라 움직이게 된다. 이때 시뮬레이션의 정확도, 얼마나 실제장비의 구동체의 결과에 부합하느냐는 입력되는 데이터의 양과 CAD 데이터의 정확도에 따라 달라진다. 경우에 따라 고객의 장비에는 드라이브, 밸브, 액추에이터, 엔코더 피드백 등 기구의 위치 및 속도이동과 피드백을 관장하는 요소들이 존재하게 된다. 따라서 정확한 시뮬레이션을 위해서는 이러한 요소들을 표현해 주는 모델이 필요한데, 이를 행동모델이라고 한다. 자동화 모델과 물리의 운동학적인 모델 즉 PLC 프로그램과 기구 사이에 존재하는 모델이다. 간단히 TIA Portal 프로젝트를 임포트하는 것으로 기본적인 모델의 생성이 가능하다.

 

자동화모델의 검증도구인 S7 PLCSIM Advanced

 

마지막으로 자동화모델의 검증도구인 S7 PLCSIM Advanced. PLC의 로직을 실제 PLC에 가깝게 구동시켜서 시퀀스, 모션, 시네마틱스, 통신영역까지 테스트 및 검증이 가능하게끔 해주는 툴이다. 제어판넬에서 로직을 테스트하는 것만으로도 충분히 고객사에서 하드웨어없이 완벽에 가깝게 동작을 검증하는 용도로 사용이 가능하고, 엔지니어를 위한 가상 테스트 키트로 활용이 가능하다. 그리고 무엇보다 주목할 점은 외부의 시뮬레이션 툴과 같은 소프트웨어와 연결이 가능하다는 것이다. 소프트웨어를 설치하고 인스턴스를 실행시키고 PLC의 이름과 IP 주소를 지정해주는 것만으로도 쉽게 프로젝트의 다운로드가 가능해진다. 하드웨어가 없이 시운전을 실행하는 소프트인더루프의 개념 중에서 가장 핵심적인 자동화 요소 중 하나다. 이러한 전기, 기구, 자동화모델이 합쳐져서 하나의 완성된 장비 시뮬레이션 시스템이 만들어지게 된다. 이러한 가상시운전 기술이 요즘 가장 각광 받는 영역은 패키징, 조립, 물류 등 복잡한 기구와 모션요소들이 적용된 분야다.

최근 휴대폰 태블릿 등 전자산업이 발달하고 중국 등에 위탁생산하는 경우가 크게 늘면서, 빠른 시일 내에 장비를 개발하거나 개조해야 하는 요구들이 늘어나고 있다. 특히 모바일 전자제품은 짧은 수명주기에 맞춰서 생산장비나 라인이 바뀌어야 하는 경우도 있고, 경우에 따라서는 구성요소가 좀 복잡하더라도 아예 변화가 용이하도록 설계를 해야 하는 경우가 있기 때문에 시뮬레이션을 통한 가상시운전의 콘셉트는 이런 영역에서 점점 필수가 되어가고 있다.

지금까지 주로 NX MCD , 장비단위의 시뮬레이션 예를 설명했는데, 가상시운전은 단독장비의 물리나 운동학적인 검증에만 국한된 것은 아니다. 시운전 모델의 규모에 따라서 공정시운전과 플랜트 시운전도 가능하기 때문에, 복수 개 장비와 물류라인이 유기적으로 결합되어 있는 프로세스 시뮬레이트(Process Simulate)가 필요하다.

프로세스 시뮬레이트는 셀 혹은 라인의 시뮬레이션을 주목적으로 한다. NX MCD가 장비의 운동학적인 관점에서의 시뮬레이션 및 가상시운전을 타깃으로 한다면, 프로세스 시뮬레이트는그것보다 생산공정 위주의 시운전을 위해 존재한다.

지멘스 암벡공장에서 산업용 PC를 생산하는 라인 중에서 케이스 조립라인을 시뮬레이션하는 장면을 에로 들어보자. 조립을 기다리는 반제품이 컨베이어를 타고 조립을 기다리는 로봇 앞으로 온다. 로봇은 타이밍을 케이스 덮개를 위치시켜서 다음 라인으로 보낸다. HMI 시뮬레이터와 PLCSIM Advanced가 연동돼서 구동된다. 컨베이어 속도를 높였을 때 병목현상이 발생하진 않는지, 그렇다면 이 라인의 가장 이상적인 속도는 어떻게 되는지 등등 스루풋 위주의 검증을 하는 시뮬레이션 툴이 바로 프로세스 시뮬레이트다.

 

트론루트 사, 가상기계에서의 시운전을 통해 세계에서 가장 빠른 포장기 개발

 

노르웨이에서 2019년 말에 가장 스마트한 기업상을 받은 패키징 장비업체 트론루트 사례가 동영상으로 소개됐다.

트론루트는 식품포장기 메이커로서 세계에서 가장 빠른 포장기를 만드는 회사 가운데 하나다. 가장 빠른 포장기를 만든다는 것은 그만큼 큰 기술적 도전을 받아들여야 한다는 것을 의미한다. 여러 가지 어려운 점들이 있겠지만 그 중에서도 시운전은 매우 까다롭고 힘든 작업이다.

이 회사에서는 지멘스의 PLCSIM AdvancedNX MCD를 이용해서 설계, 시운전에 드는 기간과 리소스를 획기적으로 절감하는데 성공했다. 이런 것들을 물리적 기계가 아닌 가상기계에서의 시운전을 통해서 과제들을 해결했다. 이 과정에서 소프트웨어 엔지니어나 기계 엔지니어, 전기엔지니어의 역량을 한 군데 집결시킬 수 있었고, 핵심은 가상시운전의 개념에서는 물리적 기계에서 발생할 수 있는 사고의 위험을 신경 쓰지 않고도 마음껏 다양한 시나리오에 의한 시운전이 가능하다는 것이다. 그리고 이러한 요소들을 이용해서 설계단계를 줄일 수 있었다. 실제로 가상시운전에서 개발했던 이런 결과물들은 실제기구에 그대로 반영돼서 버튼을 누르는 것만으로 동작이 가능했다는 것이 대단히 중요하다.

기계가 파손될 걱정도 없고 인명이 다칠 걱정도 없다. 이런 걱정들을 생각하지도 않고도 장비의 속성을 극한까지 테스트해보고, 최적화한 형태로 만든 결과물이 이 회사에서 만든 세계에서 가장 빠른 포장기다. 이런 것들이 가상시운전을 통해 만들어진 결과다.

가상시운전의 또 하나의 큰 목적은 에러의 조기발견이다. 산업장비는 자동화 요소와 전기요소, 기구요소의 유기적인 결합으로 만들어진다. 이 얘기는 이 3가지 요소 중 하나라도 에러를 가지고 있으면 장비가 의도대로 움직일 수 없다는 것을 의미한다. 만약 현장에서 이런 일이 있으면 작게는 프로그래밍 요소의 변경부터 크게는 기구의 수정까지 필요한 경우가 있다. 따라서 가상시운전을 통해서 에러를 조기에 발견할 수 있다는 것은 예기치 않은 금전적 시간적 손실을 예방할 수 있다는 의미다.

마지막으로 가상시운전으로 누릴 수 있는 또 하나의 이점은 바로 안전이다. 최적화된 성능의 장비를 만들기 위해서는 장비의 구동을 한계까지 몰아부쳐야 한다. 이때 가장 큰 문제는 기계가 한계상황에 도달했을 때 어떤 안전이슈가 발생할지 예측이 어렵다는 것이다. 그렇기 때문에 시운전시에 장비를 실제로 한계까지 테스트하는 것은 생각보다 어렵다. 가상세계에서의 사고는 현실로 이어지지 않는다. 그 얘기는 안전을 걱정하지 않고도 한계까지 장비를 테스트하면서 최적의 포인트를 찾을 수 있다는 것이다. 그리고 그 과정에서 잠재적 위험요소를 발견할 수 있기 때문에, 적절한 안전대책을 적용하는 것이 가능하다.

지금까지 가상시운전의 개념과 가상시운전이 메이커에게 줄 수 있는 이점에에 대해 얘기

가상시운전을 통해 장비 메이커는 보다 경쟁력 있고, 무결에 가까우며, 안전한 장비를 만드는 것이 가능해진다. 이런 것들은 결국 장비 사 고유의 경쟁력과 생존력이 된다.

 

2. SIMATIC Industrial Edge- 클라우드의이점을 생산현장에 제공하는 데이터관리 플랫폼

 

윤 차장에 이어서 한국지멘스 문종민 차장이 SIMATIC Industrial Edge를 주제로 발표를 진행했다.

인더스트리얼 엣지(Industrial Edge)는 제조산업에 특화된 지멘스의 엣지컴퓨팅 플랫폼이다. 인더스트리얼 엣지 또한 가상시운전과 더불어 디지털 워크플로우 주제에 해당된다.

문 차장은 십수년전 스마트폰이 탄생하여 전화와 문자메시지의 단순한 휴대전화를 뛰어넘어 우리의 일상을 완전히 바꾸었던 사례를 먼저 언급했다. 왜냐면 인더스트리얼 엣지는 스마트폰의 혁명과 유사한 방식으로 공장자동화 기술과 기계 및 시스템을 혁신적으로 발전시킬 수 있기 때문이다. 새로운 기술을 적용하면 미래를 위한 토대를 마련하고 데이터를 사용하여 플랜트와 설비를 더 나은 상태로 만들 수 있다. 이런 변화는 소프트웨어와 데이터에 의해 결정된다. 그리고 이것을 구현할 수 잇는 플랫폼이 지멘스의 인더스트리얼 엣지다.

인더스트리얼 엣지의 전체적인 구조다.

 

 

<그림4> Industrial Edge의 구조-문종민 ppt 5p 그림 사용

 

 

 

인더스트리얼 엣지에는 여러 하부 구성요소들이 포함되어있다.

첫 번째 필드레벨 내에서 구동되는 엣지 디바이스가 존재한다. 마치 개인이 스마트폰을 들고있는 것과 유사하다. 두 번째 엣지 디바이스 내에서 구동되는 소프트웨어인 엣지 앱이다. 스마트폰 앱을 떠올리면 된다. 세 번째 엣지 앱을 배포하고 엣지 디바이스를 관리하는 엣지 매니지먼트 플랫폼이다.

SAM(Smatic Assistant for Machine)은 가까운 미래에 엣지앱의 형태로 출시될 예정으로, SAM은 앞서 소개된 트론루트 사가 제작한 세계에서 가장 빠른 포장기를 다시 한 번 소개했다.

트론루트 사는 세계에서 가장 빠른 포장기를 만들 수 있는 능력을 가지고 있었지만, 모든 면에서 더 생산적이고 더 나은 기계를 만들고 싶었다. 어떻게 하면 가동중지시간이 줄어들고 새로운 기술을 도입하여 기계를 지속적으로 최적화할 수 있을 지 고민했다. 이를 위해서는 고객사 현장에서 생산되는 장비의 데이터에 실시간으로 접속해야만 한다고 판단했다. 그리고 단일기계뿐 아니라 전 세계에 흩어져있는 모든 기계들에 대한 연결이 필요했다. 그래서 그들은 지멘스 인더스트리얼 엣지 파일럿 고객으로 참여하여 엣지를 도입하여 기계와 연결하고 생산된 데이터를 활용한 엣지컴퓨팅으로 기계를 최적화하는 작업을 진행 중에 있다. 인더스트리얼 엣지를 사용하여 더 나아진 점은 무엇이 있었을까?

트론루트 사 또한 인더스트리얼 엣지 적용은 현재진행형이다. 그러나 진행과정만으로도 OEM사와 장비를 사용하는 최종사용자에 제시하는 비전과 인사이트를 확실하게 확인할 수 있었다.

세계 최고의 기계가 되려면 OEM의 설계 엔지니어, 서비스 기술자부터 최종고객사의 플랜트 및 유지보수 관리자에 이르기까지 모든 사용자의 요구를 충족시켜야 한다. 트론루트 사의 고민 과정과 인더스트리얼 엣지 도입을 통해 얻은 인사이트에 대해 4 가지로 일반화시켜서 얘기했다.

첫 번째로 설계 엔지니어는 성능 통찰력을 얻어 기계 설계를 최적화하고, 새로운 기능을 제공할 수 있었다.

현장에서 쓰던 기계의 데이터를 기반으로 지속적인 학습이 가능한 상황을 상상해보라. 예를 들어 기계의 속도, 성능이 높을수록 공작기계의 마모가 증가했다는 점을 알 수도 있다. 다양한 종류의 보완사항과 조건에 따라 기계를 더욱 최적화하기 위해 고장 및 장애를 일으킨 원인을 알 수 있다. 기계를 생산하는 OEM 입장에서는 이를 통해 기계를 최적화하는 방법에 대해 전 세계 모든 기계를 대상으로 지속적으로 업데이트할 수 있다. 이것은 새로운 비즈니스 모델이 될 수 있다.

두 번째로 OEM사는 기계의 문제를 미리 알고, 서비스 비용을 절감할 수 있다.

OEM사는 기계에 대한 투명성과 그 사용에 따라 유지보수 기간을 최적화할 수 있다. 데이터 분석을 통해 기계의 문제점을 사전에 예측하게 될 수 있기 때문이다. 예를 들어 시스템 사용에 따라 정적으로 약 10개월에 한 번씩 부품교체를 하던 것을 동적으로 수행하게 될 수 있다.

세 번째로 최종고객사 입장에서는 가동중지시간을 줄이고, 설비의 최적화 및 투명성 확보가 가장 중요하다. 이를 위해 고객들은 이미 많은 노력을 기울여왔다. 하지만 고가의 분석 솔루션 도입, MES 고도화, 클라우드 활용과 같은 IT 솔루션에 너무 편중되어있는 경향이 있었다. 이는 결국 비용의 문제다. 엣지컴퓨팅은 상대적으로 적은 비용으로 기계의 효율성을 확보할 수 있다.

마지막으로 엣지컴퓨팅 기술을 통해 현장 엔지니어와 기계가 어떻게 상호작용을 할 수 있는지에 대한 부분이다. 다음 두 가지의 예시가 있다.

첫 번째는 AI 기술을 적용하여 공장 내 시각화의 영역을 3D 세계로 확장하고, 전문가가 현장작업자와 원격으로 유지보수를 수행할 수 있다. 두 번째는 SAM과 같은 인공지능 에이전트를 활용하여 현장에서 수행해야 할 작업을 보다 직관적으로 확인 및 수행하고 실수를 줄일 수 있다. 인더스트리얼 엣지에서는 이와 같은 도전들을 먼 미래가 아닌 구현 가능한 현실로 만들어간다.

 

인더스트리얼 엣지의 장점

 

인더스트리얼 엣지의 첫 번째 장점은 더 이상 실행 중인 설비에는 영향을 주지 않는다는 것이다.

인더스트리얼 엣지를 사용하면 설비 데이터 분석과 설비 엔지니어링을 분리한다. 따라서 최종고객사는 설비의 실행 전후 최적화 작업에 있어 유연성을 발휘할 수 있다. 예를 들어 PLC 코드를 사용하지 않고 데이터에 쉽게 액세스하고 분석할 수 있다.

인더스트리얼 엣지를 사용하면 설비 환경 변화에 대한 OEM 의존도를 줄이고 손쉬운 작업으로 데이터를 연결하고 취득할 수 있다.

인더스트리얼 엣지는 표준 IT 도구를 사용한다.

인더스트리얼 엣지를 사용하면 더 이상의 자가 관리가 없다.

인더스트리얼 엣지에는 유지 관리가 필요하지 않다.

엣지를 사용하여 새로운 데이터 주도 서비스를 제공할 수 있다.

인더스트리얼 엣지를 사용하면 더 이상의 수동 업데이트가 없다. 인더스트리얼 엣지를 통해 전 세계에 소프트웨어 및 보안 업데이트를 배포할 수 있다.

 

인더스트리얼 엣지의 핵심장점 3가지

 

인더스트리얼 엣지는 다양한 종류의 사람들에게 가장 좋은 방법으로 혜택을 가져다 준다. 인더스트리얼 엣지의 핵심장점 3가지다.

첫 번째는 장비 핵심 기능을 조정하지 않고 새로운 기능을 포함 시킬 수 있다.

인더스트리얼 엣지를 사용하면 대부분의 경우 PLC 코드를 조정하지 않고도 시운전 후 얼마든지 장비기능을 쉽게 확장할 수 있다. 유연성은 미래의 모든 도전에 대응하기 위한 기본요소이기 때문에 이것은 큰 장점이다. 트론루트 사는 지멘스와 함께 한 파일럿 프로젝트 수행과정에서 얻은 경험을 토대로, 향후 투자를 위해 그들의 장비가 설치된 모든 시스템에 엣지를 적용할 예정이다.

두 번째 추가 분석을 위한 가장 쉬운 데이터 액세스다.

장비를 더욱 향상 시키려면 장비 자체 또는 공정과 함께 장비의 현장 데이터에 액세스해야 한다. 데이터는 추가개선의 열쇠다. 트론루트 사는 다음 유지보수를 예측하거나 비용절감을 위해 드라이브 시스템의 토크를 분석하여 이를 수행한다.

세 번째로 이러한 종류의 데이터를 제대로 활용하기 위해서는 공장자동화에 아직 적용되지 않은 최신 IT 기술을 사용할 준비가 되어 있어야 한다. 인더스트리얼 엣지는 AI, AR, 블록체인 같은 최신 IT기술 뿐만 아니라, 범용 프로그래밍 언어와 데이터베이스 같은 기본적인 IT기술을 모두 포함한다.

 

인더스트리얼 엣지의 주요 특징

 

 

 

새로운 기술 도입, 데이터 분석 및 처리, 클라우드 연결 또는 원격이나 데이터 액세스는 인더스트리얼 엣지가 아니더라도 이미 구현할 수 있는 건 아닌가? 물론 할 수 있다. 하지만 지금까지 전통적인 PC 기반 방법론은 소프트웨어를 구현하고, 주기적으로 보안패치를 업데이트하고, 현장에서 프로그래머나 운영의 유지보수 엔지니어가 수동으로 모든 작업을 수행했다. 그러나 인더스트리얼 엣지를 적용하면 모든 것이 더 쉬워진다.

다음은 인더스트리얼 엣지 핵심기능 6가지 파트다.

첫 번째는 오토메이션 영역의 데이터 생성이다. 각종 센서, 컨트롤러, 드라이브, 컨버터, 로봇과 같은 오토메이션 영역에서 대량의 데이터가 생성이 되고 엣지디바이스와 연결된다.

두 번째는 엣지 디바이스를 통한 로컬데이터 프로세싱이다. OPC UA SIMATIC S7과의 통합된 연결 덕분에 자동화 데이터가 실시간으로 추출되고, 이런 데이터를 자바, 파이선, 자바 스크립트와 같은 프로그래밍 언어 기반의 엣지앱을 사용하여 로컬에서 분석된다.

세 번째는 엣지 솔루션의 확장이다. 엣지 매니지먼트 시스템은 연결된 엣지디바이스, 소트웨어 관리 및 업데이트를 위한 중앙시스템이다. 대량 업데이트를 통해 가장 쉬운 방법으로 엣지 솔루션을 전 세계로 확장할 수 있다. 시스템은 온프라미스 또는 클라우드에서 작동할 수 있다.

네 번째는 엣지 디바이스의 관리다. 연결된 모든 엣지 디바이스를 중앙에서 관리하고, 진단 데이터를 포함하여 모니터링할 수 있다. 지멘스가 제공하는 펌웨어는 원격으로 편안하게 엣지 디바이스에서 설치할 수 있다.

다섯 번째는 모든 요구사항에 대한 어프리케이션 제공이다. 개방형 엣지 앱 스토어가 운영되며, 이를 통해 장비 퍼포먼스 모니터링, 예측유지보수, 재고관리 등 즉시 사용 가능한 산업별 다양한 엣지앱을 제공한다.

여섯 번째는 클라우드와의 통합연결이다. 인더스트리얼 엣지는 클라우드에 완벽하게 통합되며, MQTT 인터페이스를 통해 로컬로 처리된 데이터를 클라우드로 전송하여 대용량 구성을 위해 필요한 높은 컴퓨팅 성능과 더 큰 스토로지 용량을 활용할 수 있다.

인더스트리얼 엣지는 정확히 어떻게 동작할까? 스마트폰을 떠올려 보자. 우리는 많은 앱들을 사용하고 있지만 우리가 직접 그 앱의 내부를 파악하고자 노력하지는 않는다. 이와 같은 엣지 환경, 즉 쉽고 안전하고 유연한 플랫폼을 구축하는 것. 그것이 지멘스의 지향점이다.

스마트폰 플랫폼은 어떻게 이것을 가능하게 할까? 애플 또는 구글은 관리하는 운영체제와 하드웨어를 분리한다. 그런 다음 앱을 따논다거나 자신의 앱을 프로그래밍할 수 있다. 즉 케어프리 패키지다. 지멘스 인더스트리얼 엣지에 대해서도 동일한 목표를 달성하고자 한다. 우선 지멘스의 자동화 제품 하드웨어는 엣지를 지원하며, 고객은 다양한 하드웨어에서 선택할 수 있다. 다음으로 지멘스는 엣지디바이스를 구동하는 안전한 운영체제를 제공한다. 고객은 지멘스의 서드파티에 이걸 설치하고, 물론 내가 직접 개발한 앱을 설치할 수도 있다. 앱을 다운로드하고 설치하고 사용하기만 하면 된다.

이제 수천 개의 엣지 디바이스를 상상해보자. 엣지 디바이스에서 최신버전의 앱 패치를 어떻게 얻을 수 있을까? 앱 업데이트, 보안 업데이트, 펌웨어 업데이트 등을 이제 엣지 매니지먼트 시스템을 통해 모든 것을 중앙에서 관리하고, 몇 번의 클릭으로 관리할 수 있다. 심지어 버전관리 및 매스소프트웨어 다운로드도 가능하다.

현재 PC기반 솔루션은 유지보수에 많은 노력을 기울인다. 고객은 보안문제, 운영시스템의 소프트웨어 업데이트에 관심을 갖고 특별히 훈련된 직원이 필요하다. 인더스트리얼 엣지를 사용하면 모든 것이 훨씬 쉽다. 보안 및 업데이트 개념 모든 것이 이미 인더스트리얼 엣지의 일부다. 몇 번의 클릭만으로 소프트웨어 및 OS가 업데이트되고 특별히 교육을 받은 직원이 필요하지 않다.

이러한 모든 장점으로 인해 유지관리비용이 절감된다.

 

 

<그림6> Industrial Edge는 유지 관리를 쉽고 저렴하게 만들어 운영 비용을 크게 절감한다.

 

무엇보다 인더스트리얼 엣지는 사용하기 쉽다. OEM 관점에서 PC 기반 솔루션 대비 인더스트리얼 엣지의 특장점을 살펴보자.

고객 사이트에서의 소프트웨어 설치 및 업데이트는 많은 노력과 시간을 의미한다. 관련된 모든 스케줄을 고려해야 한다. 인더스트리얼 엣지를 사용하면 이를 최대한 쉽게 해결할 수 있다. 원격에서 몇 번의 클릭만으로 설치 및 업데이트 시간을 쉽게 예약할 수 있다. 설비 바로 옆에 위치한 인더스트리얼 엣지는 운영 프로그램의 버전을 지정하고 설치된 전 세계 모든 설비들에 대한 효율적인 관리에 도움이 되는 기능을 제공한다. 또한 인더스트리얼 엣지를 사용하면 코드작성 및 프로그래밍을 하지 않아도 필드 레벨에 쉽게 액세스할 수있다. 더 이상 통신 드라이브를 찾는데 시간을 낭비하지 않아도 된다. 이러한 모든 것은 이미 인더스트리얼 엣지에서 구현됐다. 몇 번의 클릭만으로도 현장 및 클라우드 연결을 구성할 수 있다.

이 모든 사항은 설비제조사의 시간과 비용을 크게 절약할 수 있게 해주며, 설비제조사는 전문지식과 앱 개발에 전념할 수 있다.

 

 

<그림7> Industrial Edge 는 구축을 위해 바로 사용할 수 있는 인프라를 제공하여 SW-엔지니어링 시간을 크게 절감한다.

 

 

 

인더스트리얼 엣지는 모두가 애플리케이션을 개발할 수 있도록 IT 표준을 사용

 

다음은 인더스트리얼 엣지 앱에 대해 살펴보겠다.

우리는 앱을 프로그래밍하고 있나? 아니다. 우리는 단지 재미있는 앱을 사용하고 있다. 엣지플랫폼도 마찬가지다. 바로 앱이 우리 플랫폼을 더욱 뛰어나게 만드는 것이다. 지멘스 및 파트너 사 앱은 즉시 사용 가능한 앱이다. 이미 출시된 앱도 있고 개발 진행 중인 앱도 있다. 그러나 가장 중요한 것은 엣지를 사용하여 요구사항, 시스템 또는 생산설정에 맞게 어플리케이션 프로그램을 조정할 수 있다는 것이다. 즉 사용자가 앱을 커스터마이징할 수 있다. 자체개발 앱은 프로그램하기 얼마나 어려운가? 내가 이것을 직접할 수 있을까? 답변은 모두 할 수 있다라는 것이다. 지멘스는 IT의 표준을 따르고 있다. 인더스트리얼 엣지는 모두가 애플리케이션을 개발할 수 있도록 IT 표준을 사용한다

따라서 모든 앱은 자바, 파이선, 자바스크립트와 같은 프로그래밍 언어에 쉽게 적용된다. 또한 작성된 앱에 표준화된 형식을 적용하고, 엣지 매니지먼트 시스템에 넣고 몇 번의 클릭만으로 실행할 수 있다. 일반적인 웹퍼블리싱 개념과 매우 유사하다.

엣지의 실행과정을 조금 더 자세히 살펴보자. 기본 아이디어는 자동화 장치에서 실행할 수 있는 표준화된 컨테이너에 기능을 패킹하는 것이다. 컨테이너는 VM웨어와 비슷하지만 설치공간이 훨씬 작다. 이런 컨테이너 기술을 도커라고 한다. 지멘스에서는 엣지앱 구현에 컨테이너 기술을 적용했고, 이는 IT 업계에서는 거의 표준으로 사용하고 있는 기술이다.

작성된 앱은 컨테이너에 넣고 이것을 엣지 디바이스에서 실행할 수 있다. 여기서 가장 큰 장점은 모든 것은 중앙, 즉 엣지 매니지먼트에서 관리할 수 있지만, 하나의 엣지 디바이스에서는 여러 앱 컨테이너를 포함할 수 있다는 것이다. 앱 컨테이너들은 각자 아이솔레이션을 유지하고 서로 영향을 미치지 않는다. 이것은 매우 뛰어난 기능으로 전체 시스템에 영향을 주지 않고 엣지 디바이스에 앱을 추가하거나 업데이트할 수 있다.

엣지 디바이스와 인프라에 대해서도 간략히 설명하자.

지멘스는 브라운 필드, 그린필드 모두를 위한 견고한 엣지 인프라를 제공한다. 엣지 런타임을 사용하면 엣지 디바이스를 지원하는 모든 장치에서 응용 프로그램을 수행할 수 있고, 자동화 시스템과는 병렬적으로 수행할 수 있다. 예를 들어 지멘스의 신규 HMI 패널인 유니파이드 컴포트 패널의 활용 가능성을 상상해보기 바란다.

클라우드 연결 엣지 앱에서 간단한 프로그래밍 작업을 하고, 해당 앱을 유니파이드 패널에 배포하기만 하면 클라우드 지원 엣지 HMI가 탄생하게 된다. 뿐만 아니라 IT를 기반으로 하는 데이터처리를 샵플로어로 가져오는 가장 쉬운방법, PLC에 인더스트리얼 엣지 기능과 TIA 밸류체인을 통합했다.

 

 

 

<그림8> 엣지 런타임을 사용하면 엣지 디바이스를 지원하는모든 장치에서 응용 프로그램을 수행할 수 있고 자동화시스템과는 병렬적으로 수행할 수 있다.

 

 

트론루트 사의 사례를 다시 보자. 그들은 현재 전 세계에 설치된 기계들의 원격 유지보수 관리를 위해 PLC에 타사 VPN 게이트웨이를 추가로 사용하고 있다. 이러한 환경에서는 기계가 IT 시스템에 연결되어 있어야 하고 등록이 필요하며, 접속을 위한 추가장치가 반드시 필요하다. 이제 이러한 기본작업을 엣지로 대체하고자 한다. 시스템에 엣지 디바이스가 이미 포함되어 있고, 엣지 런타임에서 여러 앱을 병렬적으로 수행할 수 있으므로 VPN 게이트웨이와 같은 추가 하드웨어를 위한 설치공간 및 관리노력이 사라지게 된다. 이것이 어떻게 가능할까? 해당 VPN 게이트웨이 공급자는 소프트웨어를 컨테이너 이미지로 제공했고, 몇 분 안에 인더스트리얼 엣지 런타임에서 실행할 수 있다.

트론루트 사는 타사 앱과 자신들의 데이터 처리 앱을 동시에 실행할 수 있다 .

마지막으로 인더스트리얼 엣지와 클라우드와의 관계에 대해 살펴보자.

엣지로 충분하지 않으면 어떻게 할까? 답은 간단하다. 클라우드와 협력해야 한다. 클라우드와 엣지는 특장점이 서로 다르다. 엣지 도입의 핵심은 데이터가 제조현장 내부에 위치하고, 클라우드 없이도 데이터를 실행할 수 있다는 것이다. 하지만 어플리케이션 성격에 따라 클라우드의 대용량, 고성능 컴퓨팅 파워를 반드시 필요로 할 수도 있다. 지멘스의 핵심 포트폴리오는엣지컴퓨팅을 위해 최적화되어 있지만, 지멘스는 자체적인 산업용 클라우드 솔루션인 마인드스피어(MindSphere)를 보유하고 있다. 마인드스피어뿐만 아니라 AWS, 애저 등 주요 클라우으와의 직접적인 연결도 가능하다. 예를 들어 S7-1500 PLC에서는 MQTT 펑션블록 및 네이티브 MQTT 커넥티비티를 지원한다. Wincc OEM, 클래식, 유니파이 등 지멘스의 모든 스카다 시스템 또한 클라우드 시스템과 쉽게 통합될 수 있다.

기존에 이미 다른 솔루션들이 있을 수 있다. 그러나 지멘스 인더스트리얼 엣지와 함께 하면 이 모든 것들을 훨씬 더 쉽게 더 효율적으로 할 수 있다.

인더스트리얼 엣지는 올해 4분기에 국내 정식 출시될 예정이다.

 

3. SINAMICS Inverter통합엔지니어링- 트렌드에 맞춰 진화된 드라이브 솔루션

 

이어서 한국지멘스 김상준 차장이 통합엔지니어링 트렌드에 맞춰 진화된 드라이브 솔루션이라는 주제로 발표를 진행했다.

이 세션에서는 통합 엔지니어링의 중심인 TIA에 스타트드라이브가 통합되면서 가능해진 부분과, TO라는 매개변수를 통해 상위단에서 모션제어를 하게 되면서 얻는 이점, 특수한 경우에 모션제어를 드라이브 단에서 처리해야 하는 내용에 대해 설명됐다.

또한 하드웨어 측면의 지멘스 제품개발 방향성 설명하고, 그에 부합하는 제품 SINAMICS S210 드라이브와 스마트 액세스 모듈이라는 와이파이 모듈을 소개했다.

과거에는 지멘스뿐만 아니라 타사 제품도 각 장치에 특화된 개발 소프트웨어가 별도로 있었다. 지멘스는 HMI에 필요한 작화를 개발하기 위해서는 WinCC라는 소프트웨어가, PLC 프로그램 개발을 위한 STEP7, SIMOTION이라는 최상의 모션제어를 위한 SCOUT, 드라이브 파라미터 세팅이나 시운전을 위한 StartDrive 등 각기 다른 소프트웨어 있었다. 지멘스에는 이러한 소프트웨어들이 TIA Portal이라는 하나의 통합된 플랫폼에서 운영된다. TIA Portal에서 SinamicsSimatic, Simotics를 일괄적으로 개발 관리할 수 있으며, 보안, 안전, 자가진단 등이 하나의 프로젝트 내에서 수행되고 관리된다.

드라이브 측면에서의 통합 엔지니어링의 시작은 스타트드라이브가 TIA Portal에 통합되면서 시작됐다. TIA Portal과 마찬가지로 스타트드라이브도 현재 버전16까지 출시됐고, 현재 판매되고 있는 Sinamics 대부분을 지원하고 있다. 이렇게 통합된 하나의 플랫폼 기반에 SimaticSinamics 제품을 하나의 툴에서 사용하게 됨으로써, 직관적이고 정형화된 엔지니어링이 가능하고 PLC와 드라이브 단 간의 특정 트리거나 변수, 모션 프로파일 등이 동시에 모니터링이 가능하게 되면서 문제점을 쉽게 발견하고, 수정하는 과정, 디버깅 시간을 대폭 줄인다.

 

SIMATIC TO

 

SIMATIC TO(Technology Object)는 모든 모션 제어권을 상위 컨트롤러에서 담당하고 드라이브는 단순히 컨버터의 역할을 하는 것을 의미한다. 모션 TO를 이용하여 서보모터나 액추에이터를 제어할 수도 있다.

SIMATIC TO 방식은 드라이브의 깊은 지식이 없이도 제어가 가능하며, 모션 관련 파라미터 변경 및 적용이 바로 가능하고, 객체화 관리가 가능하다.

 

 

<그림9> 통합 엔지니어링 측면의 SINAMICS

 

 

TOPLC에서 제공하는 모션 펑션블록에 매칭시켜 드라이브단에 지령을 내린다고 전제할 수 있다. 이렇게 되면 하위 단의 드라이브 종류에 상관없이 내가 원하는 모션 제어를 위한 사전에 정의된 TO가 있으면 되고, 드라이브에는 해당 어플리케이션에 적합한 사양의 모델로 매칭만 시키면 된다. 반대로 내가 원하는 모션제어에 대한 여러개의 TO를 생성해 두었다가 추후 새로운 프로젝트 개발배치, 어플리케이션에 알맞은 TO를 선택해서 사용할 수 있다.

PLC에서 모션제어를 수행한다는 의미는 여러 가지 측면에서 혁신적인 내용이다. 가령 인버터에 대한 지식이 충분하지 않아도 일반적인 펑션블록을 이용하여 모션제어가 가능하며, 무엇보다 정형화된 모션 어플리케이션을 펑션블록을 이용하여 만들어놓고, 이 자체를 다시 펑션블록으로 재정의한다면 하나의 오브젝트가 형성되는 것이다. 이의 의미는 다른 프로젝트 수행시 재사용이 가능하다는 것으로 결론적으로 프로젝트 개발시간을 단축하는 의미를 갖고, 더 나아가 프로그램 유지보수 보수 측면에서 유리하다.

결론적으로 모션제어의 주체를 상위에서 수행할 것인지 드라이브 단에서 실행할 것인지에 대한 정답은 없다. 각 어플리케이션에 맞게 사용을 해야 하는데, 사실 PLC에서 모션제어를 위해서는 필요한 축별로 TO를 형성하고 할당해야 한다. 이 의미는 PLC에서 노드 메모리 점유를 늘리는 내용이라 무한정 축수를 확장할 수는 없다. 가령 PLC에서 모션제어보다 로직적인 부분이 상대적으로 많거나 제어축수가 많을 경우, 또는 실시간 보상 및 하드웨어 트리거에 정밀제어가 필요한 경우는 SINAMICS 펑션을 이용한 어플리케이션이 더 유리하다. 그에 반해 PLC에서 지원하는 축수에 여유가 있고 드라이브에 대한 깊은 지식이 없다거나 모션 관련 파라미터 교체를 실시간으로 변경하여 제어가 필요한 경우에는 PLC에서 제어하는 것이 유리하다. 그러나 두 가지 모두 통합 엔지니어링을 통해 가능하다.

현재 자동화 분야의 동향을 봤을 때 PLC 등 상위제어기의 성능은 더욱 높아져서 현재 최대 128축의 TO를 제어하는 PLC가 향후에는 256, 512축으로 점차 확대 개발될 것으로 보이며, 그에 따라 드라이브는 순수 컨버터의 역할을 수행할 것이고, 최적의 스위칭 주파수와 전류제어 사이클을 최소화하는데 집중하여 제품개발이 이루어질 것으로 예상된다.

 

추가적인 소프트웨어나 하드웨어 설치를 최소화하는 것이 지멘스의 방향

 

다음은 하드웨어 단의 변화 트렌드다.

통합 엔지니어링 관점의 중심에는 TIA 내에 통합된 스타트드라이브와 PLC 병행사용이 필수적라는 요건이 있었다. 그러나 많은 산업군에서는 인버터만을 단독으로 사용하거나 타사 상위 제어기와 혼용해 시스템을 구성하는 경우가 많다. 이 경우 전용 프로그램을 설치하여 세팅을 진행하거나 지원되지 조작 패널을 이용해야 한다. 이로 인해 프로그램이 설치되어있는 전용 엔지니링 PC가 반드시 필요하며 ,조작패널의 경우 몇 개 안 되는 가지고 기기를 가지고 운영을 해야 하니 수백 개가 넘는 파라미터 코드와 알람코드를 숙지할 수가 없고, 원하는 파라미터를 변경하거나 알람이 발생했을 때 내용을 확인 조치하기 위해 또다시 매뉴얼에서 해당 파라미터의 알람코드를 하나씩 확인해야 했다.

세이프티 관련 구성도 세이프티 릴레이 등 추가적인 전장부품을 이용하는 것이 일반적인 설계방식이었다.

과거의 이러한 불편을 해소하고자 지멘스에서는 드라이브 단에서 제공하는 웹서버를 통해 전용 툴 없이도 접근할 수 있는 방식과 WiFi 모드를통해 태블릿 등 모바일장치로도 인버터에 접근할 수 있도록 솔루션을 제공하고 점차 확대해 나가고 있다.

제품 선정사양을 위해 사용되던 프로그램도 웹상에서 또는 모바일 웹을 통해 진행할 수 있도록 프로모션을 확대 적용하고 있다.

세이프티의 경우, 프로피세이프라는 소프트타입 기반으로 드라이브 내에서 설정할 수 있어서 추가적인 하드웨어 구성을 최소화하고 있다. 추가적인 소프트웨어나 하드웨어 설치를 최소화하는 것이 지멘스의 정책이며 방향이다.

마지막으로 이러한 변화 트렌드에 부합되는 내용이 적용되어 있는 SINAMICS S210SAM이라는 와이파이 모듈에 대한 설명이다.

S210OCC(One Cable Connection)라는 케이블로 구성되어 있고 별도의 소프트웨어 설치없이 웹서버에서 바로 조작이 가능하고, 원버튼 트레이닝 기능으로 손쉽게 모터를 최적의 상태로 운영할 수도 있다. 또한 통합안전의 경우도 사용자의 안전을 위해서 기본적으로 3가지의 안전기능을 제공하고 있는데, 통합안전 역시 프로피세이프티 프로토콜을 이용해서 웹서버상에서 손쉽게 구성할 수 있다.

다음은 DC 링크다. DC 링크 커플링은 각 축의 DC 전압을 공통으로 연결이 가능하기 때문에, 통합 제동저항기를 사용하여 제동 중 발생하는 에너지를 줄이고, 각 축의 이동 사이클을 증가 시킬 수 있다. 또한 안정적인 출력을 위해 속도 리스를 최소화할 수 있다. 추가적인 소프트웨어 하드웨어 설치를 최소화하기 위한 지멘스의 정책에 부합되는 좋은 사례에 해당한다.

SAM(Smart Access Module)WiFi 기반 웹서버 모듈이며, 엔지니어링 시운전 툴이다.

SAM 옵션모듈을 별도의 신규모델 구입없이 기존에 사용하던 V210모델과 G120시리즈에 사용할 수 있다. 최소 반경 50미터 내에서 사용이 가능하기 때문에, 열악한 환경에 인버터가 설치되어 있는 경우에 유용하게 사용할 수 있다. 직관적인 UI 화면에 빠른 파라미터 설정 및 진단 작업에 적합하도록 설계됐다.

 

4. SINAMICS Connect 300-기존 공장에서도 완벽한 디지털화가 가능한 커넥티드 장치

 

이어서 한국지멘스 가현석 부장이 기존공장에서도 완벽한 디지털화가 가능한 커넥티드 장치 ‘SINAMICS Connect 300’을 주제로 한 발표를 진행했다.

통합자동화의 추세는 디지털화다. 이러한 추세에 보조를 맞추기 위해서는 드라이브의 디지털화가 필요하다. 고객의 장비는 데이터 서비스를 통해서 유지보수 및 장비의 동작이 효율적으로 운영된다면 디지털화 추세에 대응이 가능할 것이다.

이러한 요구사항에 부합하고, 기존공장에서도 완벽한 디지털 서비스가 가능한 제품이 시나믹스 커넥트 300이다.

SINAMICS Connect 300은 시나믹스 인버터 제품군을 IT 세계로 통합이 가능하게 해주며, 클라우드 기반 디지털화를 지원하는 솔루션이다. SINAMICS Connect 300은 웹서버 연결이 가능하므로, 추가 소프트웨어 설치없이 마인드스피어에 연결할 수 있다.

마인드스피어에서 확인 가능한 데이터는 고객이 원하는 표현방식으로 표시되어야한다.

시나믹스 인버터는 디지털화에 완벽하게 융합할 수 있다. 1단계 제품설계, 2단계 생산계획 3단계 생산 엔지니어링, 4단계 생산실행, 5단계 기계 서비스까지 디지털화가 가능하다.

 

 

<그림10> SINAMICS 인버터는 디지털화에 완벽히 융합한다.

 

 

SINAMICS Connect 3004단계 생산실행 시운전 단계에 해당이 된다. 상위 컨트롤러인 PCPLC 제품을 연결하지 않고도 데이터를 클라우드에 간단히 연결하며, 중요한 동작상태를 시각화할 수 있고, 마인드스피어 전용앱인 Analyze My Drives 데이터 분석 서비스를 이용할 수 있다.

드라이브는 다양한 자동화 환경에서 지멘스 클라우드 서비스인 마인드스피어에 3가지 형태로 연결할 수 있는데, <그림11>의 왼쪽 그림 MindConnect Nano는 박스PC를 프로피넷 통신으로 드라이브를 연결할 수 있으며, 중간그림 SINAMICS Connect 300PLC를 연결하지 않고 기존 네트워크 관계없이 시리얼 통신으로 연결할 수 있다. 오른쪽 그림은 PLC에 통신 프로토콜 프로피버스나 프로피넷을 PLC에 연결해서 데이터를 클라우드에 전송할 수 있다. 첫 번째와 세 번째 연결은 추가 통신 노드가 발생하지만, Connect 300은 통신노드에 관계없이 적용할 수 있다는 장점이 있다.

 

 

 

<그림11> 드라브는 다양한 자동화 환경에서 지멘스 클라우드 서비스인 마인드스피어에 3가지 형태로 연결할 수 있다.

 

기존시장에서 디지털 서비스가 가능한

 

 

Connect 300

 

 

Connect 300은 콤팩트한 외관 디자인으로 개발되어 설치공간이 크게 필요하지 않아서 기존 장비에서도설치가가능하다.별도의 프로토콜 없이 기존 인버터에 사용하던 USS/RS232 시리얼 통신으로 사용 가능하며, 간편하게 설치가 가능하다. 또한 제품구성도 매우 간단해서 내장된 웹서버 기반으로 손쉽게 설정 가능하며, 사용 중인 인버터에서도 별도의 하드웨어 소프트웨어 변경없이 구축이 가능하다. 한 대의 제품으로 인버터 8대를 연결해서 사용할 수 있어서 현장에서 간편하게 적용할 수 있다.

Connect 300 IoT 게이트웨이를 사용하여 G120 인버터를 마인드스피어에 연결한 동영상을 소개했다.

Connect 300을 사용하면 현재 단종제품인 시나믹스 마이크로마스터 440 제품도 디지털화가 가능하다. 또 비용효율적인 시나믹스 V20도 디지털화가 가능하다.

마인드스피어 애플리케이션용의 간단한 드라이브 모니터링 앱인 Analyze My Drives는 연결된 드라이브를 간단한 모니터링 및 필요한 서비스 주기적으로 확인할 수 있고, 이로 인해 계획되지 않은 다운타임 감소 및 문제해결을 빨리 확인할 수 있다. 또 유지보수 상태 개선 및 리소스 사용을 최적화할 수 있다.

미리 설정한 파라미터 임계값이 부족하거나 이상(오버)일 때 관련내용을 이메일로 자동전송할 수 있다. 이로인해서 더 빠르고 더 나은 품질의 응답이 가능해진다. 모든 드라이브에 연결된 파라미터 수정된 값을 시각화가 가능하다. 이로 이해 직관적으로 드라이브 상태 이해도를 향상시킬 수 있다.

연결된 드라이브에서 데이터를 직접 수집하기 때문에 추가 측정장비가 필요없다. My Drives 분석을 통해 운영자가 드라이브를 모니터링할 수 있으며, 드라이브 앱이 모든 동작방식을 수집, 평가, 데이터 분석이 가능하며, 추가로 임계값 작업 영역 지정을 통해서 시각적으로 표현할 수 있다.

지속적인 전력 소비량 모니터링 및 토크와 주파수 확인을 통해 실제 유지보수를 결정할 수 있다. 그결과 요구사항을 기계 운영자에게 중요한 정보를 제공하게 된다. 제공된정보를바탕으로 실제 키로에 맞춘 전기적인 기계 유지관리 수행이 가능하며 유지보수 간격 및 다운타임을 줄이게됨으로써 생산성 향상이 가능하고, 에너지절약도 가능하다.

또한 운영데이터의 분석으로 예측유지보수가 가능하며, 계획되지 않은 비용도 감소시킬 수 있다.

동영상이 소개됐다. 영국 홈벌터에 위치한 지멘스 PCB 솔더링 전자 조립장비가 있다. 이곳은 Analyze My Drives 앱을 이용해서 장비에 대한 비용절감을 실현했다. 이 장비는 모니터링 서비스를 통하여 불필요한 서비스가 감소 되었으며, 예기치 않은 고장을 방지했고, 제품생산 퀄리티 향상으로 인해 기계당 230만 원 정도의 비용을 절감할 수 있었다.

 

 

<그림12> 기존 8개의 구형 SINAMICS G120 드라이브에 Connect300을 연결한 현장 판넬 사진

 

 

Connect 300은 데이터 및 신호흐름에 어떠한 변화도 주지 않으며 자동화 및 기계장치의 필드버스에 추가적인 부하를 가하지 않는다. 자동화에 관계없이 빠르고 문제없이 저렴한 비용에 최대 8개의 드라이브가 동시에 연결되며, 브라운 필드 프로젝트에서 기존 인버터 사용모델도 사용할 수 있기 때문에 적은 비용으로 디지털 환경으로 전환할 수 있다.

 

 

최교식 기자
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