IIoT 시대를 맞아 새로운 경쟁에 돌입한 IIoT 게이트웨이! - ⑦ “BECKHOFF 게이트웨이는 IT와 OT를 연결하는 진정한 의미의 엣지 게이트웨이” 최교식 기자입력 2018-10-24 14:36:14

트라이텍 이명복 부장

 

“향후 IIoT 게이트웨이는 게이트웨이 디바이 스와 제어 기능이 통합된 개념으로 발전할 것”

 

Q . IIoT 게이트웨이가 IIoT 나 인더스트리 4.0 을 구축하는데 있어서 왜 중요한가?
A. 게이트웨이의 사전적 의미는 컴퓨터 네트워크에서 서로 다른 통신망, 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 통신을 가능하게 하는 컴퓨터나 소프트웨어를 두루 일컫는 말이다.
이를 좀 더 풀어보면, 서로 다른 통신망, 프로토콜 사이에서 서로 데이터를 교환할 수 있는 통로 역할을 한다는 것을 의미하는데, 이러한 사전적 의미의 게이트웨이는 현재의 IIoT나 인더스트리 4.0을 구축함에 있어 그 기능이나 의미가 너무 좁은 것 같다.
현재는 산업 현장의 필드 데이터를 수집함은 물론, 클라우드 시스템에서 분석이 가능하도록 게이트웨이 수준에서 전처리 과정을 거치는 지능형 / 스마트 게이트 웨이로의 변화가 두드러진다 . 이러한 특징은 인더스트리 4.0과 IoT를 구현하는데 필수적인 요소이다.

 

Q. BECKHOFF 게이트웨이 제품군에 대한 설명을 부탁한다.
A. BECK HOFF는 게이트웨이를 별도의 제품군으로 구분하지 않는다. 전형적인 게이트웨이는 인터페이스나 별도의 하드웨어를 구분지어 제품을 제공하지만, BECKHOFF는IPC/EPC 를 기반으로 하고, 사용자가 필요로 하는 소프트웨어 및 통신 프로토콜을 사용함으로써 게이트웨이 기능을 구축한다. 최근에 BECKHOFF의 IPC 제품군에 추가된 TwinCAT IoT와 TwinCAT OPC UA가 대표적이라고 할 수 있다.
Twin CAT IoT 통신 기능은 새로운 프로젝트뿐만 아니라, 개조 및 개전 작업 모두 손쉽게 설비 및 기계들의 데이터를 클라우드와 통합할 수 있게 도와준다. MQTT 및 OPC UA와 같은 표준화된 프로토콜 지원으로 클라우드 시스템과의 쉽고 안전한 통신을 보장한다. TwinCAT IoT Communicator App을 사용하면 모바일 장치를 통해 TwinCAT 프로세스 데이터에 직접 액세스 할 수 있다.
TwinCAT Analytics는 기계주기와 동기화된 완벽한 데이터 수집을 보장하여 예측 시스템 유지 보수에 이상적인 기반을 제공한다.

 

Q. BECKHOFF 게이트웨이는 인더스트리 4.0 구현에 어떤 장점을 제공하나?
A. BECKHOFF의 가장 큰 장점은 PC 기반 제어를 통해 Industrie 4.0 개념 및 IoT(Internet of Things) 연결을 구현하는 데 필요한 기본 기술과 도구 즉, 툴 박스를 제공한다는 것이다. T w i n C A T 엔지니어링 및 제어 소프트웨어 패키지는 빅 데이터, 패턴 인식 및 상태 모니터링 또는 전력 모니터링과 같은 애플리케이션 제작에 기존의 제어 작업을 추가 할 수 있어서, 결과적으로 생산 및 엔지니어링 효율성을 지속적으로 높일 수 있다.
또한, 최신 소프트웨어 라이브러리는 이제 컨트롤러와 클라우드 기반 서비스 간의 고급 분석 및 통신에 사용할 수 있다. ‘TwinCAT Analytics’는 프로세스 데이터를 머신 사이클과 동기화하여 서버 또는 클라우드에 로컬로 저장한다. 모든 데이터가 기록되어 광범위한 분석의 기초가 된다. 이는 새로운 예측 유지 보수 기술을 가능하게 하고, 기계 가동 중단 시간을 최소화한다. ‘Twin CAT IoT Communication’은 클라우드 통신 및 스마트 장치로 메시지를 푸시하기 위한 공통 프로토콜을 지원한다.
마지막으로 산업현장에서 안전하게 사용할 수 있는 완벽한 하드웨어 플랫폼을 제공하는 것이다. BECK HOFF의 산업용 PC, 또는 임베디드 PC와 함께 사물의 인터넷과 서비스의 인터넷을 원활하게 연결할 수 있다.

 

Q. BECKHOFF 게이트웨이는 예지보전과 관련해서 어떤 이점을 제공하나?
A . BECK HOFF에 서 제 공 하 는 Scientific Automation은 자동화 소프트웨어와 엔지니어링 과학의 결과를 통합하여 기존 제어의 한계를 뛰어 넘는다. 이를 위한 기반은 지속적으로 증가하는 PC 성능이라 할 수 있으며, PC 기반 제어 철학의 힘은 표준 제어 이상의 수많은 고급기능을 통합할 수 있는 충분한 역량을 제공한다. Scientific Automation은 PLC, 모션 제어 및 제어 기술과 같은 기존의 제어 기술 분야를 보완한다. 예를 들어 정확하고 빠른측정 기술 및 관련 엔지니어링 알고리즘이 그것이다.
BECKHOFF의 PC 기반 제어 기술은 강력한 CPU 성능, 빠른 I/O 및 EtherCAT 버스 시스템, TwinCAT 소프트웨어를 기반으로 제공되는 상태모니터링 기능을 게이트웨이 디바이스에서 구현한다면 , 산업현장에서 요구되는 다양한 예지보전을 할 수 있게 된다. 예를 들어, 일반적인 근접센서 및 점도, 진동 센서의 데이터를 수집함은 물론, 이러한 데이터를 이용해 부하, 균열 및 비틀림 정도를 모니터링 할 수 있으며, 마찰로 인한 회전물의 손상이나 온도 상승으로 인한 비정상적인 상황들을 파악할 수 있음을 의미한다.
또한, TwinCAT은 필드 레벨의 다양한 신호와 설비의 상태들의 패턴을 분석할 수 있도록 TwinCAT Analytics를 제공한다. 이 소프트웨어와 ‘Condition Monitoring’ 패키지를 함께 이용한다면, 엣지컴퓨팅에서 필요로 하는 다양한 요구조건들을 충족할 수 있다.

 

Q. BECKHOFF 게이트웨이의 보안기능은 어떠한가?
A. BECKHOFF의 게이트웨이는 앞에서도 언급한 것과 같이 TwinCAT IoT 제품군 및 TwinCAT OPC UA를 기반으로 한다 . Twin CAT IoT 는 TLS - Pre Shared Key (TSL - PSK) , TLS- CertificateAuthority( TLS-CA ) 보안 기능을 제공하고 있다.
TwinCAT OPC UA는 OPC 협회에서 제시하는 보안모델을 준수하고 있으며, pub/priv 키를 이용하는 인증기반 전송 보안을 제공하고 있다. 이와 함께 네임스페이스 및 노드의 사용자 수준의 보안 인증을 제공하고 있다.

 

 

Q. BECKHOF F 게이트웨이는 I T와 OT를 연결하는 진정한 의미의 ‘엣지 게이트웨이’라고 할 수 있나?
A. BECKHOFF는 산업현장의 필드 데이터를 실시간으로 수집함과 동시에, 전처리 과정을통해 현장 설비의 상태를 클라우드에 전달함으로써, 엣지 컴퓨팅 개념의 전처리과정과 필드 데이터와 클라우드 시스템의 통합 및 연결성을 완벽하게 제공한다.

예를 들어, 센서 및 필드 레벨의 디바이스 통신은 EtherCAT을 주축으로 다양한 필드버스 통신을 지원하고 있다. 또한 DeviceNet, Profibus 및 Ethernet/IP, Pro fiNET이 필드레벨에서 사용되는 대표적인 통신프로토콜인데, 이러한 통신 프로토콜을 BECKHOFF에서는 하나의 플랫폼에서 제공한다. 단일 설비 및 공장 전체 설비의 통합에 통신 프로토콜의 연결 은 매우 중요한 요소로 인식된다. 또한 제어기 간 통신, 엣지컴퓨팅 및 클라우드 시스템과의 통신은 OPC UA, MQTT 등을 통해 다양한 시스템을 연결할 수 있도록 제품을 제공하고있다. 더욱이 이러한 모든 기능들은 TwinCAT 자동화 프로그램의 단일 플랫폼에서 운영할 수 있기 때문에 사용자들은 보다 쉽고 빠르게 안정적으로 운영할 수 있다는 것이다.
또한, 엣지컴퓨팅에서 가장 중요한 요소로 데이터의 분석과 전처리 기능을 제공하기 있기 때문에, 클라우드 시스템에서 처리하는 대용량의 데이터를 효율적으로 감소시키거나 줄일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 특정패턴의 수식을 알고 있다면, 엣지컴퓨팅 시스템에서수집된 데이터의 집합 분석을 통해 패턴의 파라미터를 미리 알아내 클라우드 시스템에 전송하는 것이다 . 전송된 패턴의 파라미터는 클라우드 시스템에서 재생산되어 좀 더 거시적 패턴을 분석하는데 사용될 수 있다. 이러한 기능들이 TwinCAT Analytics 및 Condition Monitoring으로 구현 가능하다. 필드 레벨의 센서 및 기구적인 상태들을 모니터링하여 설비의 운전상태를 파악하고 유지 보수 측면에서 미리 에러를 조치할 수 있도록 해 준다. 이는 다양한 신호의 입력 모듈을 이용할 수 있기 때문에 가능하다.
따라서 엣지 게이트웨이는 BECKHOFFPC 기반 제어시스템을 표현하는 가장 적합한 단어라고 생각한다.

 

Q. IIoT 게이트웨이의 시장전망을 어떻게 하나?
A. IIoT에 연결되는 디바이스는 산업 현장 요구에 따라 기하급수적으로 증가하고 있다. 한 조사기관의 데이터에 따르면, 2016년 이미 64억 개 이상의 I o T 장치들이 연결되었다고 한다 . 이러한 수치는 IIoT뿐만 아니라 인더스트리4.0의 수요에 따라 점점 증가 할 것이며,
게이트웨이 장치 또한 , 수요가 크게 증가 될 것으로 기대된다.

 

Q. BECKHOFF 게이트웨이의 판매현황은 어떠한가?
A. 국내에서는 전력 분야에서 매우 활발하게 진행되고 있다. 국가 차원에서 원자력 에너지를 대체할 수 있는 에너지로 여러 가지 방안을 검토하는 것으로 알고 있다. 그 중 하나가 태양열과 ESS 시스템을 꼽을 수 있을 것이다. 이러한 전력 분야에서, BECK HOFF 게이트웨이의 적용범위를 넓히고 있 다 . BECKHOFF의 EPC와 TwinCAT OPC UA 및 IoT 소프트웨어를 이용하여 전국각지에 구축되어 있는 설비의 에너지 생산량뿐만 아니라, 디바이스 상태를 실시간으로 모니터링하고 있다. 이는 필드에서 생산되는 에너지 모니터링, ESS 시스템의 제어 및 예측 기능이 구현된 스마트 게이트웨이라 할 수 있다. 이외에 다양한 분야에서 BECKHOFF 제품군을 적용하고자 하는검토가 이루어지고 있다.

 

 

Q. 향후 IIoT 게이트웨이의 기술적인 트렌드를 어떻게 예측하나?
A. 앞서 설명한 바와 같이, 단순한 데이터 변환이나 전달이 아닌 필드 데이터에 대한 전처리 과정을 거칠 수 있는 스마트/지능형 게이트웨이로 발전할 것으로 생각된다.
이는 게이트웨이 디바이스와 제어기능이 통합된 개념인데, 이전에는 게이트웨이를 통해 전달된 데이터를 상위 제어기가 분석 및 처리하는 과정을 거쳤는데, 현재는 하나의 통합된 제어기에서 모든 과정을 처리할 수 있는 능력을 갖추게 되는 것이다.

 

Q. BECKHOFF의 IIoT 게이트웨이 기술 포트폴리오 계획은 어떠한가?
A. BECKHOFF에서는 전형적인 게이트웨이 제품군이 없었다. 그러나 최근 EK9160 제품이 출시됐다. 이 제품은 IoT Bus Coupler로 ‘플러그 앤 클라우드’ 개념을 기반으로 한다.
EK9160 IoT Bus Coupler는 모든 제어 데이터를 플러그 앤 플레이 모드의 모든 일반 클라우드 시스템에 간단하고 안전하며 비용 효율적으로 전송할 수 있다. Bus Coupler 기반 솔루션으로 구현을 통해 컨트롤러나 프로그래밍이 필요하지 않다 . 사용되는 I / O 터미널,클라우드 서비스 및 보안 기능에 필요한 모든 것이 간단한 구성으로 이루어진다.
EK9160은 BECKHOFF EtherCAT I/O와 IoT 간의 특별한 제어프로그램 없이 직접 연결을 설정한다 .
결과적으로 커플러는 I/O 데이터를 클라우드 기반 통신 및 데이터 서비스와 간단하고 표준화된 통합을 가능하게 한다.
통합 웹 서버를 통해 간단한 구성 대화 상자를 통해 데이터 처리 및 타이밍과 같은 I/O 데이터를 매개변수화 할 수 있고 , 특별한 엔지니어링 도구가 필요하지 않다.
EK9160 IoT Bus Coupler는 타임스탬프를 포함한 데이터를 클라우드 서비스에 자율적으로 전송한다. 그 외에도 인터넷 연결이 끊어졌을 때 데이터 손실을 막기 위해 microSD 카드(2GB)에 I/O 데이터를 로컬 버퍼링하는 것을 포함하여 확장된 메커니즘을 사용할 수 있다. 클라우드 서비스 및 보안 기능(암호화, 방화벽)은 웹 서버를 통해 동일한 방식으로 구성할 수 있다.
Microsoft Azure, Amazon Web Services(AWS), SAP HANA 등 주요 클라우드 시스템 및 회사 네트워크의 사설 클라우드 시스템과 같은 AMQP, MQTT 및 OPC UA (AMQP 이상) 프로토콜을 통해 지원한다. E K9160은 ‘Microsoft Azure 인증’이며, 고급 멀티 클라우드 기능을 기반으로 클라우드와 통신 할 수 있다.

 

Q. 게이트웨이 시장 확대전략은 어떻게 전개하고 있나?
A. BECKHOFF 제품군은 사용자가 선택할 수 있는 제품군이 구분되어 있지 않다. 그렇기 때문에, 게이트웨이 시장에서 널리 알려져 있는 브랜드는 아니라고 생각한다.
그나마, EK1960 IoT Coupler가 출시되면서 시장에 알려지기 시작했다고 볼 수 있다.
그러나 인더스트리 4.0 및 IIoT에서 요구되는 통신 능력 및 분 석 기 능 으 로 인 해 , 다양한분야의 고객들이 BECKHOFF 시스템에 관심을 가지기 시작했다 .
BECKHOFF 시스템은 산업현장의 필드 데이터를 실시간 업데이트는 물론, 상태 모니터링을 통한 전처리 기능을 제어기 수준에서 처리하고, 처리된 데이터를 제어기와 연결되어 있는 클라우드 시스템에 보냄으로써, 데이터 변환이나 전달에 필요한 별도의 디바이스가 필요가 없기 때문이다.
BECKHOFF 는 앞으로도 이러한 장점을 이용해 시장에 접근하고자 한다. 이와 더불어, 시장에서 필요로 하는 요구사항들을 많이 수집해 관련 서비스를 구축하고자 한다.

 

EK9160 IoT Bus Coupler. 모든 제어데이터를 플러그 앤 플레이 모드의 모든 일반 클라우드 시스템에 간단하면서 비용 효율적으로 전송할 수 있다.

 

최교식 기자
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