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제조 현장에서는 설비 데이터를 어떻게 수집하는가? – 데이터 기반 스마트공장 접근 방법 연재 ③

Operation Technology 단에서의 데이터 수집
데이터 기반 스마트공장 구축 전문기업 울랄라랩의 안동희 상무는 IIoT 기술을 이용해 실제 현장(Operation Technology, 이하 OT)에서 데이터를 어떻게 수집하는지 세 가지 경우를 들어 설명했다. 우선 머시닝센터와 같은 생산용 기계의 경우는 보통 내부의 PLC에 의해 운용이 되고 있고, 이 설비에서 데이터 추출을 위해서는 장비의 PLC에 RS232C 또는 이더넷 등을 연결하고 프로토콜을 연동해 직접 수집한다. 장비에 대한 설비 예지 보전을 위해서는 진동 센서나 환경 센서를 추가해 데이터를 수집하기도 한다. 

데이터 기반 스마트공장 구축 전문기업 울랄라랩의 안동희 상무
데이터 기반 스마트공장 구축 전문기업 울랄라랩의 안동희 상무

생산라인 상에서 품질 검사 및 생산량 집계를 위해서는 종전에는 수기로 진행해 왔지만, 생산량 카운트는, 근접 센서나 레이저 센서, 접점 스위치, 머신 비전 등을 이용해서, 품질 관리의 경우 로드 셀이나 광학 센서, 머신 비전 등의 다양한 센서와 기술을  이용해 수집한다. 

마지막으로 분전반에서 운전 데이터를 추출하고 전기 품질 및 에너지 관리를 수행한다. 분전반 데이터의 중요성이 점차 높아지고 있다. 전기는 기본적으로 설비에 투입되기 때문에 전기의 품질이 설비에 영향을 주는 관점에서 품질 측면에서 접근하게 된다. 전압, 전류, 고주파 등을 분석해 설비가 어떤 상태인지 분석할 수 있다. 에너지 소비 관점에서 전력량을 분석하기도 하고 설비마다 투입되는 전기를 분석하고 모니터링 함으로써 기계가 정상적으로 작동하는지의 여부를 판단하기도 한다. 이 경우에도 전류 센서, 전압 센서, 진동 센서, 온도 센서 등의 다양한 센서가 활용된다.

 IIoT 기술을 이용해 실제 현장에서 데이터를 수집하는 대표적인 세 가지 경우
IIoT 기술을 이용해 실제 현장에서 데이터를 수집하는 대표적인 세 가지 경우

OT 단에서의 실제적인 수집 방안
먼저 표준에 기반한 데이터 수집의 범위에 대해 정의할 필요가 있다. ISA-95 표준은 제어 시스템 간의 자동화 된 인터페이스를 개발하기 위한 국제 자동화 협회의 국제 표준으로 이 표준은 ERP와 MES 등의 시스템을 통합 운영할 수 있도록 인터페이스와 객체 모델을 제시하고 관련 용어를 정의하고 있다. 데이터 수집 전문기업인 디엔아이티의 송승환 상무는 “ISA-95에서는 DATA 수집 영역을 5가지 레벨로 정의하는데, OT 단에 대해서는 0~2레벨까지만 논의한다.”라고 말했다. ISA-95에서 정의하는 Level 0는   물리적인 실제 생산 공정을 말하고, Level 1은 지능형 기기 레벨로 생산 공정 센싱 및 제어 단계이고, Level 2는 PLC 레벨로 생산 공정을 관리 감독하며 자동화 설비를 이용하는 레벨이다.

 데이터수집 전문기업 다인이앤아이 송승환 상무
데이터수집 전문기업 다인이앤아이 송승환 상무

설비 데이터의 종류
우리가 ‘OT단’이라고 표현하고 있는 실제 현장에서는 실로 다양한 종류의 설비가 존재한다. 그런데, 이 설비들은 제각기 특정한 하드웨어와 프로토콜을 이용해 데이터를 주고받고 있다. 이 설비 데이터는 현장에서 대략 6가지 정도로 구분된다. 온도, 습도, 압력, 유량 등을 측정하는 ‘필드 센서’, 전압, 전류, 전력량에 해당하는 ‘전기 에너지’, 장비의 센서 신호를 분기하는 ‘I/O 센서’가 있다. 그다음으로 ‘PLC’는 현장에서 가장 많이 사용하는 설비로 다양한 브랜드의 PLC가 존재한다. ‘DDC(Direct Digital Controller)’는 빌딩 자동제어에 많이 사용되며, ‘MICOM(Microcontroller)’은 개별 설비 업체에서 독자적으로 개발한 디바이스를 말한다.

통신 프로토콜
OT 단에서 사용되는 프로토콜도 다양하다. MODBUS는 산업용 프로토콜로 현장 설비에서 가장 많이 사용된다. 그뿐만 아니라 이 프로토콜은 센서나 계기에도 사용되고 있는 범용성을 가지고 있다. 최근 인더스트리4.0 컨셉이 확산되면서 국제산업표준 통신 규약인 OPC UA도 주목받고 있다. 이 외에도 현장 센서 계기가 있는데 이 계기는 4~20mA, 0~10V 안에서 작동되어야 하는 규약이 있고, PLC는 다양한 기업별로 전용 PLC 프로토콜을 보유하고 있다. 

OT 데이터 수집 방법
기존의 현장은 실로 다양한 설비가 있고 제각각의 센서와 또한 그들이 다양한 프로토콜을 사용하고 있는 상황이 대부분이므로, 현장의 상황은 복잡함 그 자체이다. 그럼에도 불구하고 데이터 기반 스마트공장에서 가장 첫 단계이며 가장 중요한 데이터 수집은 우리가 풀어나가야 할 중요한 과제이다. [표1]에는 이러한 복잡하지만 중요한 OT 단에서의 데이터 수집 과정 중 대표적인 방안을 제시했다.

실제 OT(현장) 단은 상상을 초월할 정도로 매우 복잡하다. 취득해야 할 데이터 소스도 다양하지만, 프로토콜도 여러 가지다. 표에서는 OT 단에서의 데이터 수집 과정 중 대표적인 몇 가지 방안만을 최대한 단순하게 표현했다.
실제 OT(현장) 단은 상상을 초월할 정도로 매우 복잡하다. 취득해야 할 데이터 소스도 다양하지만, 프로토콜도 여러 가지다. 표에서는 OT 단에서의 데이터 수집 과정 중 대표적인 몇 가지 방안만을 최대한 단순하게 표현했다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.