유연성을 높이는 컨트롤 플랫폼

미래 프로젝트 인더스트리 4.0의 의미에서 공장에 네트워크화된 생산을 도입하는 경우 그에 적합한 컨트롤 아키텍처가 부족한 경우가 많다. 한 자동화 업체가 모든 요건을 충족하기 위한 솔루션을 소개하였다.

공학 박사 (FH) 프랑크 발데(Frank Walde): Phoenix Contact Electronics GmbH의 Competence Center Automationworx 직원

그림 2: 실시간 운영 시스템 Linux가 새로운 컨트롤 플랫폼의 기반으로 기능한다.

Phoenix Contact와 마찬가지로 Phoenix Contact의 배급 파트너와 사용자들도 경쟁업체들보다 빨리 새로운 솔루션을 사용하고 싶어한다. 이들은 적은 비용으로 계속 늘어나는 변형 모델을 실현하고 많은 응용 영역에서 IT 보안에 대해 요건들을 충족하고자 한다. Phoenix Contact는 이러한 사항들을 구현하기 위해 오픈 컨트롤 플랫폼인 PLC-Next 테크놀로지를 개발하였다. 사용자의 모든 활동에 각 개발 단계에 바로 연결할 수 있는 데에 초점을 두었고, 개방성과 일관성이 본질적인 특성이다. PLC-Next 테크놀로지는 리눅스를 운영 시스템으로 사용하여 거의 모든 하드웨어 아키텍처에서 이용할 수 있다. Phoenix Contact와 고객들은 실시간 처리가 가능한 리눅스 커뮤니티의 최신 개발 작업에 참여할 수 있다. 리눅스는 운영 시스템만 구현하는 것이 아니며 동시에 현재와 미래의 과제에 대한 해답을 제공한다(그림 2). 또한 Phoenix Contact는 PLC-Next 테크놀로지로 하드웨어와 상관없는 플랫폼을 제공한다. 이 플랫폼은 리눅스 체제를 기반으로 하기 때문에 그 장점을 최대한 이용할 수 있다. 이 기술은 현재 컨트롤 시스템이 기대하는 안정성과 기능을 제공한다. 다른 솔루션과 달리 Phoenix Contact의 PLC-Next 테크놀로지는 추후에 어떤 PLC가 사용되는지 신경 쓰지 않아도 된다. Phoenix Contact는 프로젝트 마지막에 맞는 성능의 PLC-Next 테크놀로지를 적용한 컨트롤 유닛만 선택하면 된다. 어플리케이션을 유연하게 확장하고 완성된 솔루션도 언제든지 새로 구성할 수 있다.

복합 프로그래밍 툴

그림 3: Phoenix Contact는 각 어플리케이션을 위해 가장 적합한 소프트웨어 툴을 사용하거나 심지어 다양한 툴을 조합한다.

사용자 프로그램과 운영 시스템 사이의 지능적인 한 층이 PLC-Next 테크놀로지의 베이스로 기능하며, 이 층을 통해 모든 시스템 콤포넌트들이 실시간으로 서로 데이터를 교환하며, 이더넷 소켓과 같은 시스템 서비스로도 접근할 수 있다. 사용자들은 PLC-Next 테크놀로지의 개방된 인터페이스를 바탕으로 이 중간층을 통해 문제없이 자신들의 프로그램 ‘Apps’을 통합하거나 설치할 수 있고, 다른 모든 시스템 콤포넌트나 운영 시스템과 통신할 수 있다. 이때 프로그램을 IEC 61131-3이나 고급 언어(C# 또는 C/C++) 또는 Metlab Simulink 중 어느 것으로 작성하는지는 관계 없고, 각 어플리케이션에 가장 잘 맞는 소프트웨어 툴을 결정하거나 여러 가지를 조합하여 다양한 툴을 결정한다. IEC-61131-3 프로그래머는 PC Worx Engineer 소프트웨어를 사용하거나 모델을 직접 Metlab Simulink에서 생성 또는 로딩하는 반면, 고급 언어 프로그래머는 Visual Studio와 Eclipse 사이에서 선택한다. 이런 방식으로 사용자들은 자신에게 익숙한 툴로 개발하고, 직원에게 프로그래밍 툴을 교육하는 데에 비용이 들지 않는다 (그림 3).

자체 클라우드 솔루션 통합

그림 4: PLC-Next Technology의 통합 구성 요소로서 OPC UA는 외부 시스템에 연결하기 위한 장기적 호환성을 가능하게 한다.

PLC-Next 테크놀로지는 앞서 언급한 모든 프로그램을 생성할 수 있다. 프로그램 생성은 주기적인 태스크로 가능하고, 이벤트를 기반으로 한 태스크로도 가능하다. 멀티 코어 시스템이 지원되고, 태스크 처리는 다수의 프로세서 코어에 분배된다. 이때 최소한의 지터로 까다로운 실시간 요건을 충족하였다. 개발자들은 솔루션 모듈을 작성하고 이를 임의로 계속 사용할 수 있어, 개발 시간이 현저히 짧아지고 모듈 방식의 시스템 컨셉트가 가능하다. 개발자는 프로그래밍 언어와 필요한 툴을 결정하는 반면, 컨트롤 시스템은 최종 고객이나 해당 분야의 통신 환경과 가이드라인에 적합해야 한다. 필수적인 전송 표준으로 작업하고 추가 프로토콜에 대해 개방되어 있는 것이 중요하다. OPC UA가 관련 표준으로 언급된다. 제조사로부터 독립적인 프로토콜을 통해 더 많은 산업 콤포넌트들이 유연하고 안전하게 데이터를 상호 교환하고, 네트워크로 연결된 지능적 시스템을 구현한다. PLC-Next Technology는 통합된 OPC UA 서버를 기본으로 사용한다. 이러한 맥락에서 특히 모든 구성요소를 중간층에 연결하는 것이 눈에 띄는 장점이다. 통합된 클럭 동기식 데이터 로거와 OPC-UA의 상호 작용 속에서 몇 분 안에 그리고 프로그래밍 없이도 완벽한 데이터 수집과 메시지 솔루션이 생성된다 (그림 4). 또한 PLC-Next Technology는 Proficloud 서비스를 지원하고 자체 클라우드 솔루션을 통합할 수 있게 하였다. 그로 인해 예측 진단과 IoT 방향으로 한 걸음 나아갔다. Profibus, CAN, Modbus RTU 및 Interbus와 같은 고전적인 필드버스 시스템은 물론 Profinet 및 Modbus TCP와 같은 실시간 이더넷 표준도 구현한다. PLC Next Technology는 사용자가 향후 개발에 유연하게 대응할 수 있도록 계속적인 프로토콜 통합을 위해 설계되었다.

이 프로젝트의 성공은 제어 시스템과 기본 기술에 기반하며, 개발 도구에 가장 적합하게 통합하는 것에도 좌우된다. Phoenix Contact 팀은 PLC-Next Technology의 개발 과정에서 가능한 최상의 엔지니어링 지원에 집중하여 필요한 경우 개발자가 자신의 방법을 선택할 수 있게 하였다. 이러한 목적을 위해 PLC-Next Technology의 모든 구성 요소는 모듈식으로 구성되고 본질적인 구성 효소를 구성할 수 있고, 사용자는 시스템을 완벽하게 제어할 수 있다 (그림 5).

대부분 모든 기능을 번들링하는 장점 때문에 새로운 소프트웨어 PC Worx Engineer를 PLC 프로그래밍과 구성에 사용한다. 이 소프트웨어의 인터페이스 역시 사용자에 초점을 맞추어 일관되게 핸들링 관점에서 설계하였다. IEC 61131-3에 따른 프로그래밍 외에 웹 시각화, 기능 안전 및 PLC-Next Technology의 모듈성과 같은 모든 기능이 이 도구에 결합되어 있다. 중앙 집중식 구성으로 인해 몇 번의 마우스 클릭만으로 클럭 동기화 데이터 로거, OPC-UA 서버 또는 웹 시각화와 데이터를 공유할 수 있다. 또한 PC Worx Engineer는 안전 기능을 통합하여 안전 컨트롤러를 직접 프로그래밍할 수 있다.

SECURITY BY DESIGN (보안을 고려한 설계)

그림 5: PC Worx Engineer는 프로그래밍, 시각화, 진단 및 하드웨어 구성을 위한 기본적인 기능을 포함한다.

현재와 미래에 위에서 언급한 기능들은 IT 보안에 대한 분야별 요건을 통해 보완되어야 한다. 이러한 맥락에서 데이터 보안과 원격 정비는 의심의 여지없이 매우 중요하지만, IT 보안 이면에는 더 많은 것이 숨겨져 있다. 오늘날의 시스템은 모든 데이터의 무결성, 가용성, 특히 기밀성을 요구한다. 이것은 PLC-Next Technology의 모든 수준에서 개발 환경인 PC Worx Engineer에서 다양한 메커니즘과 프로세스의 깊은 통합에 의해서만 달성된다. 이러한 이유로 보안은 세계 최고의 표준인 IEC 62443 (Security by Design)에 따라 PLC Next Technology에서 구현된다. 결과적으로 IT 보안은 더 이상 장애물이 아니라 새로운 프로젝트 아이디어의 핵심으로 PLC Next Technology를 기반으로 한다.