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기술동향 <기술동향: 네트워크> 무선 IO-Link를 지원하는 유연하고 신뢰성 있는 센서 네트워킹

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작성자 댓글 0건 조회 236회 작성일 22-06-09 10:51

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무선 네트워크는 WLAN 네트워크와 블루투스를 통해 가정에서는 이미 보편화되어 있지만, 불안정성과 낮은 속도 및 유연성의 부족으로 인해 산업용 통신과 자동화 분야에서는 오랫동안 틈새 시장이었다. 이는 무선 네트워크 기술의 애플리케이션 옵션을 엄격히 제한하게 되었다. 무선 통신 채널은 플랜트 운용 업체와 시스템 통합 업체에게 확실한 이점을 제공한다. 힐셔의 netFIELD Device IO-Link 무선 마스터와 무선 IO-Link는 기존의 IO-Link 표준을 무선 범위로 확장하고 있다.


통신 표준 IO-Link는 통합된 표준화로 인해 장비 및 플랜트 제조업체에서 이미 주요 기술로 사용되고 있다. 또한, 복잡성 감소를 통한 생산성 향상 및 비용 절감, 시운전 시간 단축, 유지보수 개념 개선등이 가능하며 자유로운 센서 선택으로 다양한 애플리케이션에도 적용 가능하다. 뿐만 아니라, 전 세계 공장의 효율적이고 안정적인 운용을 위한 필수 요소인 데이터와 데이터 분석을 위해서도 이들 센서에 대한 수요는 매우 높다. 이 외에, 예측 유지보수, 서비스로서의 제조 또는 상태 모니터링과 같은 디지털 서비스의 비즈니스 영역 확대의 기반이 되기도 한다.


그러나, 전용 케이블을 통한 연결만 가능했던 기존 IO-Link 센서는 신규 장비의 설계나 공장 개조 등을 더 복잡하게 만드는 단점으로, 여기에 필요한 계획 및 케이블 관리와 자재 공급 또한 주요 비용 요소이다. 

한편, 부하에 따라 발생되는 케이블의 파손이나 파괴 등은 예기치 못한 손실, 비용, 다운타임 또는 유지보수 작업의 증가를 야기할 수 있다. 식품 및 제약 산업과 같이 유난히 까다로운 분야에서는 케이블이 금지 오염 물질의 잠재적 요인이 될 수도 있다.


힐셔와 CoreTigo, 최초의 IO-Link Wireless Master를 발표하다

독일 하터샤임에 본사를 둔 통신 및 자동화 솔루션 제조 업체인 힐셔와 산업용 무선 연결 솔루션 공급 업체인 이스라엘의 CoreTigo가 공동으로 개발한 IO-Link Wireless Master가 출시되었다. 현재 힐셔는 기존 IO-Link 표준을 무선 범위로 확장하여, 플랜트 운용 업체와 장비 제작 업체가 산업용 센서 및 액츄에이터를 이용하여 자체 생산라인의 쉽고 신뢰성 있는 무선 네트워크화를 이룰수 있도록 새로운 가능성을 열고 있다. 


산업용 통신 기술 전문업체인 힐셔는 IO-Link 무선 기술 및 시스템 솔루션 분야의 세계 시장 선두 업체인 CoreTigo와 긴밀히 협력하여 최초의 "실시간 이더넷 – 무선 IO-Link" 마스터를 개발했다. 

힐셔는 실시간 이더넷, 필드버스 및 IIoT 통신에 대한 전문 지식을, CoreTigo는 산업용 환경에서 고 효용성의 견고한 무선 통신을 위한 IO-Link 무선 테크놀로지의 개발과 구현에 관한 전문 지식을 제공했다.


마스터는 IEC 61131-9에 따라 기존의 유선 IO-Link 표준을 기반으로 하는 IO-Link 무선 기술을 사용한다. 따라서 사용자는 기존의 이미 친숙한 기술에 의존하여 많은 노력을 기울이지 않고도 시스템에 통합하거나 새로운 제품 설계의 기반으로 사용할 수 있다. IO-Link Wireless Master는 자체 2개의 전송 트랙을 통해 최대 16개의 센서와 액추에이터를 네트워크로 연결할 수 있다.


힐셔(Hilscher Gesellschaft für System Automation MBH)의 CEO인 세바스천 힐셔 (Sebastian Hilscher)는 “신규 IO-Link Wirelss Master와 IO-Link Wireless Bridge는 장비 및 플랜트 제작 업체가 무선 센서 접속을 자동화 시스템에 간단히 통합할 수 있도록 독자적인 종합 솔루션을 형성하고 있다. 파트너사인 CoreTigo와 함께 IP67 솔루션 및 관련 레퍼런스 설계 포트폴리오를 확장하여 고객이 확실하고 인증된 기술을 자동화 시스템에 쉽게 통합할 수 있도록 지원하고 있다. 또한, 산업용 IO-Link 무선 솔루션의 확장을 위해 노력하고 있다.”라고 밝혔다.


힐셔, 산업용 통신 분야에서의 경험을 활용하다

힐셔의 IO-Link Wireless Master는 PROFINET, EtherNet/IP 및 EtherCAT 네트워크에 통합이 가능하다. 자체 네트워크 연결을 위한 내장형 OPC UA 서버를 제공하며 이를 통해 펌웨어 업데이트 및 설치된 펌웨어 버전, 슬롯에 연결된 장치 또는 장치 구성 파일 등의 장치 정보와 기본 진단 데이터를 가져올 수 있다. MQTT 클라이언트의 사용도 가능하다. 



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 장치의 시동 작업은 통합 웹 서버에 의해 수행되거나 자동화 시스템의 각 엔지니어링 도구를 사용하여 직접 수행된다. 또한, 힐셔가 제공하는 무선 디바이스용 IO-Link 구성 도구를 이용하여 IO-Link Wireless Master와 디바이스를 쉽고 안정적으로 구성할 수 있다.


강력한 파트너를 통한 신뢰성 높은 테크놀로지

CoreTigo가 개발한 netFIELD Device IO-Link Wireless Bridge는 IO-Link 무선 네트워크의 또 다른 핵심 컴포넌트로, 시판되고 있는 모든 센서와 액튜에이터(약 25,000대)를 몇 초 만에 IO-Link 무선 시스템으로 변환할 수 있다.

IO-Link Wireless Bridge에서는 24V 전원 공급 장치만 있으면 통합 IO-Link 센서나 액추에이터의 데이터를 IO-Link 무선 호환의 양방향 5ms 지연이 보장되는 결정론적 무선 전송이 가능하다.


무선 마스터 스캔 서비스는 페어링되지 않은 신규 무선 디바이스를 몇 가지 절차로 감지하여 페어링 서비스를 사용하여 마스터에 할당한다. 이러한 기능은 케이블의 논리적 연결에 대응하며 매우 쉽게 구현할 수 있다. 

무선 IO-Link는 라이선스가 필요 없는 2.4GHz ISM 대역(산업, 과학 및 의료용 주파수 대역 2401 ~2480MHz)에서 작동한다. 다양한 2.4GHz 무선 표준과 IO-Link 무선 시스템의 동시 동작을 보증하는 다수의 방법들은 경쟁하는 무선 시스템의 공존을 가능하게 하여 까다로운 산업용 공정 애플리케이션의 고 효용성 요구 조건에 함께 대응할 수 있게 해준다. 


무선 IO-Link는 블랙리스트 작성 및 적응 주파수 호핑 등의 메커니즘을 통해 다른 무선 네트워크와 공존하도록 특별히 설계되었다.

블랙리스트 메커니즘은 WiFi 등의 다른 무선 시스템과의 전송 충돌을 방지하기 위해 설계되었다. 주파수 점프를 사용하면 고성능의 무선 IO-Link 시스템 컴포넌트를 보장하고 간섭의 영향을 줄일 수 있다.


상호 운용성

상호운용성은 IO-Link와 무선 IO-Link의 핵심 DNA다. 시스템 통합 업체 및 제어기 제조업체와 플랜트 운용 업체들 입장에서는 기존 방법과 소프트웨어 툴을 이용하여 무선 IO-Link를 통합하는 것이 유리하다. 무선 IO-Link는 기존 IO-Link 장치의 지원뿐 아니라 종래의 디지털 및/또는 아날로그 장치들의 무선 통합도 가능하게 해준다.


광범위한 솔루션과 애플리케이션의 개척

IO-Link 무선 시스템은 다음과 같은 다수의 지능형 애플리케이션을 지원한다:

•선형 전송 시스템의 캐리어에서 이동하는 센서 및 액추에이터와의 무선 통신

•선형 핸들링 시스템, 로봇과 협동 로봇의 센서 및 액추에이터와의 무선 통신

•장비 성능의 예측 유지 보수와 최적화를 위한 무선 센서 데이터 수집 및 분석

•배터리 작동을 포함하여 공작기계의 무한 회전 시스템에 대한 무선 실시간 데이터 수집

•왕복/사이클 테이블의 센서/액추에이터 및 회전 장비 부품의 무선 제어 및 모니터링

•기구적 분리를 통해 서로 독립적으로 작동해야 하는 장비 구성 요소 간의 연결성


CoreTigo의 CEO, 에런 지그먼(Eran Zigman)은 “우리는 힐셔와 CoreTigo의 파트너쉽을 통해 다른 무선 솔루션이 아직 대응 불가능한 산업 환경의 가혹한 요건들을 충족하는 견고하고 강력한 솔루션을 개발할 수 있었다. 장비 제작 업체가 무선 IO-Link를 기본 기술로 자체 장비에 탑재하여 세계 최대 생산 업체에서 사용되고 있는 것을 자랑스럽게 생각한다. 또한 수많은 자동화 장치 제조업체가 다양한 제품에 당사의 IO-Link 무선 모듈을 구현하고 있다.” 라고 밝혔다.


업계에서는 이미 무선 IO-Link의 사용을 테스트하고 있다

“일반적으로 무선 IO-Link와 같은 무선 기술의 사용은 특히 유선 데이터의 설정과 유지가 어려운 분야에서는 의미가 있다.”라고 독일 블랙 포레스트 글래튼 지역에 위치한 슈말츠(J. Schmalz GmbH)의 진공 자동화 및 처리 책임자인 마이크 피들러(Maik Fiedler) 박사는 말하고 있다. 진공 자동화 솔루션 및 인체공학적 핸들링 시스템 시장의 선두 업체가 장비와 장비 내부의 센서 및 액추에이터를 연결하는 무선 기술들의 산업용 환경에서의 테스트에 앞장서고 있다. IO-Link 센서 및 액추에이터에 필요한 24V 전원 공급은 로봇에서 사용할 수 있기 때문에 문제가 되지 않는다. 그러나, 무선 테크놀로지가 유선 솔루션을 완전히 대체하지는 못할 것이며 오히려 IO-Link와 무선 IO-Link가 나란히 공존하게 될 것이라고 피들러 박사는 주장하고 있다. “무선 IO-Link를 지원하는 애플리케이션은 협동 로봇을 포함하고 있는데 대부분 표준 인터페이스가 없기 때문에 이들을 산업용 통신 네트워크에 접속하는 것은 매우 번거로울 수 있다. IO-Link 무선 인터페이스가 이러한 로봇을 통합하기 위한 신뢰 가능하면서도 저렴한 대안이 될 수 있다.” 라고 피들러 박사는 덧붙였다. 


결론: 신규 테크놀로지의 적용이야 말로 기업 성공의 핵심이라고 볼 수 있다

무선 테크놀로지는 플랜트 운용 업체와 시스템 통합 업체에게 무궁무진한 이점을 제공한다. 지금까지는 주로 접근 가능한 하드웨어 및 소프트웨어의 부족과 부실한 신뢰성으로 인해 불리한 위치에 있었으나, 그 수요는 계속 증가하고 있다: 공간 부족이나 규제 요건 등의 이유로 케이블 배치가 불가능한 영역이나 무인 자율 운송 차량, 지능형 센서와 액추에이터, 높은 자유도의 로봇 팔의 경우 새로운 무선 애플리케이션 영역에서의 증가하는 수요를 확실히 알 수 있다. 현대식 공장에서 증가하고 있는 센서의 수, 데이터 전송량 및 데이터 분석량이 바로 기업의 성공과 직결되는 요인으로 볼 수 있다.



힐셔

본 기사는 2022년  6월호에 게재되었습니다. 

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