CC-Link IE TSN을 통한 실시간 모니터링 및 제어

데이터 네트워크는 제조 산업에서 일어나고 있는 디지털 전환의 결정적인 요소이며, 그 역할이 점점 중요해지고 있다. 제조 산업은 오래전부터 기존의 산업용 이더넷으로 운영되어 왔으며, 이 기술이 계속 발전하고 있다. 하지만 해가 거듭될수록 산업 통신의 새로운 요구와 도전을 받고 있어, 일부 기술은 시대에 뒤떨어지고 인더스트리 4.0으로 진입하는 데 방해 요소가 되고 있다. 이러한 스마트 제조와 산업용 사물인터넷(IIoT) 그리고 빅 데이터의 요건에 방해되는 요소를 새로운 기술을 통해 성공적으로 극복할 수 있다. 존 브로윗

존 브로윗(John Browett): CLPA (CC-Link Partner Association) 유럽 총괄 매니저

감수: CLPA 한국지부 정덕영 사무국장

핵심 내용

  • 데이터 네트워크는 미래 기술을 위해 대역폭이 넓어야 하고, 생산 프로세스를 실시간으로 제어하기 위해 TSN이 가능해야 한다.
  • CC-Link IE TSN은 앞에서 언급한 두 가지 요건을 충족하는 산업용 이더넷이다.

TSN (Time Sensitive Networking, 시간 민감형 네트워킹)이 도움을 줄 수 있다

유연하고 신속하게 반응하는 사이버 물리 공장은 기본적으로 모든 프로세스 절차를 모니터링하고 제어하여 분산 방식 또는 자율적으로 결정할 수 있는 상위 시스템이 필요하다. 이를 위해 가장 정확한 방법은 정보 통신(IT)과 운영 기술(OT)을 통합한 공통의 산업 데이터 네트워크를 이용하는 것이다. 하지만 현실적으로 이런 수준에 도달한 기업은 얼마 되지 않는다. 일반적으로 산업 시스템은 그때마다 다양한 목적으로 설치된 데이터 네트워크를 통해 작업하는 경우가 대부분이다. TSN 기술은 이러한 다양한 산업용 이더넷 프로토콜을 하나의 데이터 네트워크 인프라스트럭처에 통합하여 여러 네트워크들 사이에 존재하는 한계를 극복할 수 있도록 하였다.

이와 관련하여 TSN에 IEEE 802.1에 정의된 표준이 중요한 역할을 한다. 각각 데이터 네트워크 내에서 장치의 시각 동기화를 정의하고, 데이터 네트워크 트래픽의 우선순위를 정하는 표준 1588, 802.1AS와 Qbv가 기초가 된다. 이를 통해 중요한 프로세스 데이터가 우선적이고 안정적으로 처리되며, 동시에 동일한 데이터 네트워크 내에서 우선순위가 낮은 데이터를 전송함으로써 TSN은 생산성 향상을 창출할 뿐만 아니라, 데이터 네트워크 인프라 비용을 낮출 수 있다. 시간이 중요한 데이터와 시간에 민감하지 않은 데이터를 하나의 네트워크에 통합하여 네트워크 계획 수립이 간소화하고 배선 비용과 관리 및 운영 비용(Capex/Opex)도 줄일 수 있다.

TSN은 표준 이더넷 프로토콜의 데이터 링크 계층만 어드레스 하며, 이는 안전 및 모션 컨트롤과 같은 일반적인 산업용 이더넷 프로토콜로써 상위 기능의 영향을 받지 않고 유지된다. TSN은 개방형이며 IEEE-802.1 하위 표준을 충족하는 미래 기술과도 호환된다. 연구 그룹 IEC/IEEE 60802는 현재 산업 자동화를 위한 TSN 프로파일 표준화를 연구하고 있다. 이러한 기회와 장점은 생산 공정을 최적화하고 초기 단계에서 TSN에 의존하는 회사 경쟁력을 높이는 잠재력을 가지고 있어, TSN은 장기적으로 글로벌 제조 산업을 변화시킬 수 있다. 미쓰비시 전기는 이미 TSN을 지원하는 제품을 출시했다. 이 개념은 더 이상 미래 이론이 아니다. TSN을 통해 공장 내 개별 ‘자동화 섬’을 단일화하고 네트워크를 구성하여 독립적이고 자체 조직화된 ‘살아있는 시스템’을 만들 수 있다.

TSN을 지원하는 사이버 물리 시스템은 자동화뿐만 아니라 플랜트 관리 및 예측 유지 관리를 목표로 한다. 예를 들어 TSN은 OPC UA와 함께 물리적 기계 및 가상 기계의 성능에 대한 구체적인 라이브 데이터를 전송하기 위한 효율적이고 안정적인 데이터 네트워크를 제공하고, 이를 통해 실시간으로 반응하는 실제적인 디지털 트윈을 만들 수 있다.

TSN 도입 시 유의할 점

TSN은 인더스트리 4.0의 핵심 요소로서, 가까운 미래에 산업 통신을 위한 ‘필수 아이템’이 될 것이다. 따라서 개발 팀은 IT와 같은 다양한 분야의 전문가들과 논의하여 설계, 제조, 물류 등을 TSN과 연계하고, 이러한 기술을 자신들의 산업 통신망에 기획하고 통합해야 한다.

이 TSN 기술을 이용하는 것은, 시스템을 점검하고 향후의 요구 사항을 충족하는 마이그레이션 경로를 찾을 수 있는 좋은 기회가 될 것이다. 인더스트리 4.0에서는 ‘데이터 폭발’에 대응하기 위해 큰 대역폭을 지향하는 추세가 계속되고 있다. 따라서 각 산업에서 어떤 개방형 데이터 네트워크 기술을 사용하고, 해당 기술이 TSN과 호환되는지 먼저 확인하는 것도 중요하다. 또한이 솔루션이 기가 비트 대역폭을 지원하는지 확인해야 한다. 이러한 두 가지 요건을 모두 충족하는 것이 바로 최근에 출시된 산업용 이더넷 CC-Link IE TSN이다. 이는 TSN과 호환되며 기가 비트 대역폭을 지원하는 최초의 개방형 산업용 이더넷 기술이다.