미래 제어 시스템의 핵심요소 무선 네트워크

가파른 성장 기대, 신뢰성 확보가 관건
비용절감과 경쟁력 확보의 이점 매력적

무선 네트워크의 가장 큰 장점은 구동을 위한 선로가 필요하지 않으며, 설치가 용이한 부분을 들 수 있다. 이런 무선 네크워크의 장점으로 향후 주요 산업용 표준 유선 프로토콜의 무선화가 가속화될 것으로 예상된다. 실제로 산업용 무선 네트워크 시장은 매년 두 자리 이상의 성장률을 지속하고 있으며, 신뢰성만 더 확보된다면 비용절감과 경쟁력 확보에 대한 가장 매력적인 대안인 무선 네트워크 솔루션은 미래 제어 시스템의 중요한 축으로 부상할 것이다.
 

글·이진수 기자(LJS@motioncontrol.co.kr)

모든 제조사와 시장조사 기관에서는 향후 미래 제어 시스템은 선 없는 공장이 될 것이라는 공통된 의견을 가지고 있다. 이런 시장전망은 다양한 제조사에서는 무선 솔루션을 공개하고 출시하는 상황이 뒷받침하고 있다. 실제로 무선 네트워크 시장은 매년 두 자리 이상의 성장률을 지속적으로 기록하고 있다.

매년 두자리 수 성장률
시장잠재력은 더욱 커

Frost & Sullivan에 의하면, 무선 센서 및 트랜스미터의 글로벌 수요는 올해 전세계적으로 총 526백만 달러에 이르며, 2012년에는 1853백만 달러의 시장을 형성할 것으로 전망되며, 연평균 41.0%의 성장률을 예상하고 있다. 또한 ARC의 분석 내용에 따르면, 무선 프로세스 계측을 향후 5년간 가장 빠른 성장이 기대되는 영역으로 평가되고 있다.

국내 산업용 무선 센서 네트워크는 지그비나 USN 기반에서 일부 시도가 되어 왔지만 아직 초기 단계라고 할 수 있다. 국제적인 산업용 무선규정인 ISA100이 제정되고, 상용화된 제품들이 속속 출시됨에 따라 국내 적용사례도 점차 증가할 것으로 무선 네트워크 관련 전문가들은 예상하고 있다.

한국하니웰의 장필은 차장은 “이미 고객은 무선 제품의 도입으로 인한 기대효과에 대해 충분히 인지하고 있기 때문에, 신뢰성에 대한 확신이 생기면 빠르게 무선 솔루션을 도입할 것”이라고 예상하며, “더군다나 현재와 같은 어려운 경제 환경속에서 고객에게 끊임없이 요구되는 비용절감과 경쟁력 확보에 대한 가장 매력적인 대안은 무선 네트워크 솔루션의 도입이라고 할 수 있다.”고 무선 네트워크 시장이 더욱 확대될 것이라 전망했다.

한국에머슨의 황선주 부장은 “현장 계기분야의 무선 기술은 3~4년 전부터 도입이 시작되어 현재 빠른 속도로 적용분야가 늘어나고 있다.”며, “아직까지 제어 분야에는 도입이 저조해 플랜트의 전반적인 분야에는 적용되고 있지는 않지만 제어 분야에 대한 기술은 지속적으로 개발되고 확인하고 있기 때문에 가까운 시일 내에 플랜트 분야에서의 활용이 가능할 것으로 판단된다.”고 말했다.

다양한 산업현장에 적용
감시 및 계기의 자산관리 가능

무선 네트워크의 가장 큰 장점은 구동을 위한 선로가 필요하지 않으며, 설치가 용이한 부분을 들 수 있다. 이런 무선 기술의 장점을 활용할 수 있는 분야는 매우 다양하다. 예를 들어, 옥외에 설치된 탱크 내용물의 수위 및 온도, 회전하고 있는 장비의 온도 측정, 원거리의 급수 장치 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 중요한 제품군으로 온도 전송기, 압력(수위, 유량, 차압)전송기, 밸브 구동상태, 공정 상태 및 회전기기의 진단전송기 등을 들 수 있다.

지멘스의 장돈희 과장은 “무선 네트워크 제품은 물류 및 장거리 이송라인 등을 위해서 LAN 영역에서 사용되며, Rcoax 등을 이용한 정해진 구간을 이송하는 장치에서는 매우 복잡한 무선 네트워크가 요구된다.”며, “원거리 무선 네트워크는 가스관 같은 전 라인에 걸쳐 수 백 Km를 총괄 제어하는 곳에 사용되며, 모바일 패널은 기존 유선 망과 같은 경우 여러 대를 이용하여 제어하는 곳에 모바일 패널 한 개를 사용함으로써 비용을 절감하고 유연성을 극대화할 수 있는 조립공정에서 사용된다.”고 설명했다.

최근 무선 네트워크 시장에 이슈는 PAN과 같은 경우에는 Wireless HART를 들 수 있다. 공정 제어용의 무선 솔루션으로 현재는 감시 기능만 필요한 지역에서 사용 및 보급이 시작되고 있다.
WLAN의 경우는 IEEE 802.11n의 기술이 국제 표준이 됨에 따라 많은 제조사가 IEEE 802. 11n의 제품을 출시하고 있다. 이를 통해 수백 Mbps의 네트워크 전송속도를 지원할 수 있다.

한국에머슨의 황선주 부장은 “전 세계적으로 공정 제어분야에는 HART 기반의 제품이 90% 이상 설치되어 운영되고 있다.”며, “이전에는 현장 계기는 단지 공정 값만을 전송하는데 사용되었지만 최근에는 이들의 운전상태에 대한 관심이 많아지고 현장 계기에 대한 사전 예지 인지 기능이 플랜트의 성능향상 운전에 많은 기여를 하고 있다.”고 말했다.

한국하니웰의 장필은 차장은 무선 솔루션의 기술 트렌드에 관하여, “향후 주요 산업용 표준 유선 프로토콜의 무선화가 가속화될 것으로 예상된다. 또한 무선 통신의 신뢰성, 전원관리 성능, 호환성, 다기능, 전송속도 및 주기 향상 등 기술적인 보완이 빠르게 전개되어 나갈 것이며, 메이커별로 지속적인 제품군 확대가 가속될 것”이라며, “이러한 기술진보를 바탕으로 컨트롤 어플리케이션에도 본격적인 무선 적용이 실현될 것으로 예상됨에 따라 하니웰은 250mS의 전송 주기가 가능한 제품을 올해 출시할 예정”이라고 밝혔다.

현재의 무선 기술의 도입 형태는 소규모로 구성되어 운영되고 있다. 현장에서 무선 기술의 신뢰성이 확인되면 빠른 속도로 적용 분야를 넓혀 나갈 것이다. 프로세스 오토메이션(Process Automation) 분야에서 무선 네트워크 솔루션을 주도하고 있는 주요 업체인 에머슨, 지멘스, 하니웰의 무선 솔루션과 전략을 통해 무선 네트워크 솔루션의 현상황과 향후 전망을 살펴본다.

에머슨 프로세스 매니지먼트
무선기기의 신뢰성 제공
성능 향상과 비용 절감에 기여

에머슨의 Model 775 THUM 어답터 적용형태

에머슨의 무선 네트워크는 WirelessHART를 기술을 기본으로 거의 모든 현장 계기류에 적용되어 있다. 또한 IEEE 802.15.4를 기본으로 국제 표준으로 IEC62591에 채택을 앞두고 있는 상황이다.  한국에머슨의 황선주 부장은 “그 동안 유선방식 현장 계기시장에서 에머슨이 보여주었던 제품의 품질 및 기술력을 바탕으로 이들 정보를 무선화 하였으며, 이를 통해 기존의 공정 제어분야의 가시성 및 성능 향상에 많은 기여를 할 것으로 판단된다.”고 말했다.

또한 그는 “무선 기술을 이용한 어답터(하니웰의 775 THUM)를 활용하면 기존의 유선기기의 운영은 동일하게 수행하면서 무선 네트워크를 통해 공정 값의 감시 및 계기의 자산관리가 가능하게 되었다.”며, “즉 무선기기와 무선 어탑터를 장착한 유선기기가 하나의 무선 네트워크상에서 운영이 가능하게 된 것으로 이 부분은 기존의 HART 방식의 유선기기와 무선 호환성을 통해 플랜트 전체를 무선화하는 초석이 될 것”이라고 강조했다.

무선방식 현장계기가 가져야 하는 가장 큰 기능은 일반 무선기기와는 다르게 신뢰성 및 보안 등에 문제가 없어야 한다. 예를 들면, 현장에 설치된 무선 계기들이 주변의 전기적, 환경적 여건에 문제없이 동작해야 하며 데이터 자체에도 보안 기술의 접목을 통해 데이터의 신뢰성이 확보되어야 한다.

황선주 부장은 “에머슨에서 채용하고 있는 무선 현장계기의 WirelessHART 기술은 위와 같은 기능들을 보장을 위해 그물망 형태의 계기간 무선 통신을 지원한다.”며, “또한 무선 주파수의 간섭에 대한 무선 주파수 탐색 방식과 자기 구성형 무선 네트워크를 제공함으로써 사용자가 편리하게 운영할 수 있도록 지원하고 있다.”고 설명했다.

에머슨은 지금까지의 유선 영역에서 보여주었던 제품의 신뢰성을 토대로 무선 분야에도 가장 먼저 사용자들에게 무선기기의 신뢰성을 제공함으로써 플랜트 전체에 무선 기술을 적용한 성능 및 비용 절감부분에 많은 기여를 위한 전략을 계획하고 있다. 황선주 부장은 “초기에는 소규모라도 무선 기술을 다양한 산업분야에 적용하고 이를 통해 신뢰성이 입증된다면 모든 분들이 적용에 대한 고민없이 편리한 무선 기술을 적용하는 시기가 올 것”이라고 덧붙였다.

국내 설치된 무선기기: 에머슨의 레벨 측정용 Model 3051S

지멘스
Wireless HART 이용한 솔루션
무선 솔루션의 시장확대 기대

지멘스의 프로세서 공정용 무선 구성

전기 및 전자산업의 선두 주자로서 지멘스는 산업용 무선 네트워크 시스템 역시 무선 PAN, LAN, WAN을 만족시키는 솔루션을 제공하고 있다. 특히 지멘스는 자동화의 최하단인 센서 레벨에서 ERP/MES 레벨까지 토털 솔루션을 제공하는 기업으로 무선 솔루션은 지멘스의 TIA(통합 자동화)를 구성하는 주요한 요소 중 하나다.

지멘스의 장돈희 과장은 “무선 네트워크는 자동화 시장의 핫이슈로 지멘스에서는 향후 미래 제어 시스템의 구성에 주요한 요소로 보고 있다.”며, “또한 산업용 무선 네트워크와 같이 사용할 수 있는 산업용 이더넷의 경우, 지멘스가 지원하는 PROFINET가 전세계 시장에서 손꼽히는 솔루션으로 무선과 유선의 다양한 어플리케이션을 제공한다.”고 설명했다.

또한 그는 “특히 무선에서 고장 안전 통신과 핸드헬드용 무선 모바일 패널을 이용하여, 공정의 전 라인에 Emergent Stop 기능을 사용하는 등은 타사가 따라오지 못하는 지멘스만의 기술을 보유하고 있다.”고 강조했다.

지멘스는 Wireless HART를 이용한 솔루션을 소개하고 공정 제어 지역에서의 무선 솔루션의 보급 및 시장 확대를 기대하고 있다. 일반 FA용 무선 네트워크는 Scalance 제품군과 Rcoax 케이블을 이용하여, 물류 산업 및 이송 기기 그리고 풍력 발전 등 신재생 에너지에서 무선 솔루션 시장이 확대될 것으로 기대하고 있다. 장돈희 과장은 “특히 지멘스는 Wireless + PROFINET 그리고 Fail Safety가 동시에 지원되는 무선 솔루션을 통하여 타사 대비 압도적인 기술적 우위를 보일 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

Wireless HART는 하단 센서 레벨에서 사용되는 무선 솔루션이며, 이 데이터는 최종적으로 MES/ERP 시스템과 연동되어야 한다. 지멘스는 Wireless HART에서 받은 정보를 Profibus - DP, PROFINET에 바로 연결하여 타 시스템과 별도의 게이트웨이 없이 바로 통합한다. 이 네트워크 라인에 Fail Safe용 통신 및 표준 통신을 연동하여 사용할 수 있다.

Control 레벨에서 연동되는 데이터는 상위 SCADA, MES 시스템에 손쉽게 통합되며, GPRS, GSM과 같은 공중망 혹은 산업용 무선랜을 통해 고객의 PDA, 인터넷 브라우져 등 손쉽게 접할 수 있는 디바이스에 Wireless HART의 디바이스의 이상 유무, 동작 상태를 확인할 수 있다. Wireless LAN 영역에서는 Rcoax Cable(누설 전파 케이블)을 사용하여, 무선 안테나를 케이블처럼 포설할 수 있으며, 고도의 빠른 응답속도가 필요한 IO 통신, 모션 제어까지 무선의 영역을 넓혀서 사용한다.

지멘스의 FA용 무선랜 제품군

하니웰
플랜트 전반을 커버하는
무선 백본 인프라 구축 목표

하니웰의 무선 솔루션 네트워크 구성도

하니웰은 이미 2003년부터, 무선 운전 스테이션 및 무선 자산관리 디바이스 등의 어플리케이션을 활용한 무선 사업을 시작하고 무선 센서 네트워크 구축을 위한 다양한 트랜스미터를 잇달아 출시하는 등 세계 500여 사이트에서의 설치 경험을 바탕으로 무선 솔루션 사업을 더욱 가속화하고 있다.

한국하니웰의 장필은 차장은 “하니웰은 무선 센서 네트워크에만 편중하지 않고 플랜트에서 취합되는 다양한 정보들을 무선화하는 인포메이션 레벨을 포함한 통합 솔루션으로 확장하여 기술 개발에 주력하고 있다는 점이 경쟁기술 대비 가장 큰 경쟁력이라고 할 수 있다.”며, “즉 하니웰이 추구하는 무선 네트워크는 단순히 무선 센서 네트워크가 아닌 플랜트 전반을 커버하는 무선 백본 인프라를 구축하는 것을 목표로 하고 있다.

현재 하니웰이 드라이브하고 있는 무선기기의 영역은 무선 센서 네트워크 솔루션과 무선 인포메이션 네트워크 솔루션의 두 가지로 분류된다.

대표적인 무선 인포메이션 네크워크 솔루션에는 현장 운전을 지원하는 모바일 스테이션과 무선 산업 보안 솔루션, 이동 자산 위치 인식 시스템이 있다. 무선 센서 네트워크 솔루션에는 디지털/ 아날로그/ 유니버설 입력이 가능한 무선 트랜스미터인 XYR6000 시리즈, 다양한 신호를 혼합하여 일괄 송신하는 무선 멀티플렉서인 XYR3000 시리즈, 고속 회전으로 인한 진동 및 설비 균열을 진단하는 EHM(Equipment Health Monitoring) 등 다양한 제품을 보유하고 지속적으로 확대하고 있다.

이러한 솔루션들은 중계기(Multinode)를 통해 단일구조로 통합되어 플랜트 전반의 무선 인프라를 구현한다. 하니웰의 차별화된 장점에 대해, 장필은 차장은 “가장 큰 차이점은 센서 네트워크에 적용하는 무선 표준이라고 할 수 있다.”며, “하니웰의 경우에는 계기, 시스템 제조사 및 사용자까지 모두 회원으로 하고 있는 국제적인 산업 표준화 기관인 ISA(International Society of Automation)에서 규정하는 ISA100을 채택하고 있다.”고 강조했다.

또한 그는 “무선망(Mesh)의 구조적인 차이점도 있다.”며, “하니웰의 솔루션은 중계기(Multinode)들에 의해 무선망을 구성하는 반면, 경쟁사는 계기 자립형으로 구성하는데 이러한 무선망의 구성 방식에 따라 중요한 기능적, 성능적인 차이가 발생된다.”고 덧붙였다. 향후 하니웰은 무선 센서를 포함하여, 무선 보안 솔루션, 무선 운전 및 자산 관리 시스템(Field Device Manager) 등을 통합하는 솔루션 중심의 홍보전략을 추진할 계획이다.

장필은 차장은 “앞서 강조한 것처럼, 하니웰은 계기를 중심으로 하는 센서 네트워크만을 추구하지 않고, 플랜트의 무선 백본 구축을 통한 광범위한 어플리케이션을 제공하는 것을 목표로 하고 있다.”며, “또한 국내 프로젝트 설치 경험에서 얻은 컨설팅 능력을 바탕으로 고객들의 현장 상황에 꼭 맞는 최적화된 무선 솔루션을 구축하여 고객의 신뢰를 극대화할 계획”이라고 밝혔다.

하니웰은 계속 출시되고 있는 각종 무선 솔루션을 적극 도입하고, 무선화에 대한 고객의 선택을 다양화함으로써 적극적인 무선 솔루션의 적용을 유도하는 전략을 꾀하고 있다.

장필은 차장은 향후 계장업계의 이슈에 관하여, “많은 주요 벤더들이 아직 상용화된 제품을 출시하지 못하고 있는데, 이는 시장에서 무선 센서 네트워크를 어떻게 받아들일 것인가에 대한 고려와 어떤 프로토콜을 기반으로 제작할 것인가에 대한 시장성 파악에 고심하고 있는 것으로 판단된다.”며, “그러나 여러 업체들이 본격적으로 ISA100이 적용된 제품 출시가 임박한 상황으로 고객의 선택의 폭이 넓어질 것이고 계기 업체들은 무선 네트워크의 설계 컨설팅과 상위 시스템 통합 구성이라는 솔루션 베이스로의 사고전환 및 능력확보가 필수적으로 될 것”이라고 덧붙였다.

하니웰의 무선 제품군