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[4차 산업혁명과 산업용 이더넷 ①] 산업용 이더넷의 확산

장치, 제어, 정보까지 세 개의 계층이 서로 다른 네트워크를 사용했던 기존 산업 환경. 그러나 4차 산업혁명의 시대가 열리고 IoT 개념이 부상하면서 각 계층별 네트워크를 하나로 통합할 필요가 증가했다. 이에 따라 제조 현장에 급격히 확산되고 있는 것이 바로 산업용 이더넷이다. 빠른 전송 속도와 실시간 제어 기능, 개선된 호환성을 특징으로 하는 산업용 이더넷은 어떻게 산업 현장의 네트워크를 구축하고 있을까?

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GE의 디지털 스레드(Digital Thread), 지멘스의 디지털 엔터프라이즈(Digital Enterprise), 로크웰오토메이션의 커넥티드 엔터프라이즈(Connected Enterprise).

제조업계에서 4차 산업혁명을 주도하고 있는 기업들이 저마다 앞세우고 있는 이 콘셉트들이 의미하는 것은 무엇일까? 표현의 차이는 있을 수 있겠지만, 궁극적으로는 제품이 기획·생산되고 고객에게 전달되어 사후 관리를 하기까지 제품의 생애주기 전반에 대한 원활한 데이터 흐름을 위하여 공장을 포함한 기업 공급망 전체를 연결하겠다는 것이다.

로크웰 오토메이션코리아 이순열 상무
로크웰 오토메이션코리아 이순열 상무

4차 산업혁명의 여러가지 특징 중 하나는 데이터를 기반으로 한 부가가치를 생성해내는 것이다. 세계적 자동화 전문 기업인 로크웰오토메이션 코리아의 이순열 상무는 혁신을 위한 산업 데이터활용의 기본은 ‘연결화’에 있다고 말했다.

“이제 제조업계의 가장 중요한 자산은 바로 데이터 자산이 되었다. 데이터를 기반으로 부가가치를 생성하고 혁신을 이루려면 가장 우선이 되는 것은 모든 데이터를 빠르게 수집하는 것이다. 이를 위해선 공장 내부의 연결은 물론, 생산 현장에서 경영 관리 수준까지의 수직적 연결, 공장과 공장 또는 공급망, 협력사와의 수평적연결이 우선되어야 한다.”

IIoT를 위한 산업용 네트워크

이렇게 기업 공급망 전체를 연결하고 데이터를 수집하는 통로가 되는 것이 바로 산업용 네트워크다. 물론 3차 산업혁명으로 일컬어지는 공장 자동화의 시대에도 산업용 네트워크는 존재했지만, 이 시기의 연결 및 데이터 활용은 주로 ‘제어’에 목적이 맞춰져 있었기 때문에 공장 내 설비 간 연결만 잘하면 됐다.

그나마도 기존의 통신 방식은 디바이스(Device), 제어(Control), 정보(Information) 등 계층별로 네트워크나 프로토콜이 서로 달라 호환성이 떨어지는 문제가 있었다. 하지만 4차 산업혁명 시대에 들어 모든 기기, 디바이스, 시스템, 작업자가 네트워크에 연결되어야 하는 IIoT(Industrial Internet of Things, 산업사물인터넷) 개념이 부상하면서 산업용 이더넷이 급격히 확산되기 시작했다.

HMS 인더스트리얼 네트웍스가 발표한 2017 산업용 네트워크 시장 점유율 전망.
HMS 인더스트리얼 네트웍스가 발표한 2017 산업용 네트워크 시장 점유율 전망.

HMS 인더스트리얼 네트웍스의 2016년 연간 보고서에 따르면 산업용 이더넷 및 무선 기술의 산업용 네트워크 시장 점유율이 2017년에 전체 시장의 절반을 넘어설 전망이다. 특히 산업용 이더넷은 지난해보다 빠른 성장세를 보이면서 22%의 성장률을 기록할 것으로 내다보고 있다. HMS는 다양한 네트워크 기술에 대한 사용자들의 요구가 지속 증가하고 있어 시장은 여전히 다각화되어 있는 상황이지만, IIoT나 공장 설비 및 IT시스템 간 고성능 통합에 대한 요구가 높아짐에 따라 산업용 이더넷으로의 전환이 더욱 가속화될 것이라고 전망했다.

산업용 이더넷의 확산

산업용 이더넷은 이미 사무실 환경에서는 익숙한 세계적 표준 네트워크 기술인 이더넷(Ethernet)을 산업 환경에 적합하게 개량한 것이다. 그동안 이더넷의 취약점으로 꼽혔던 시간 결정성(Time Determinative)이나 실시간성, 토폴로지 문제를 개선하고, 기존에 널리 쓰이던 산업용 네트워크 기술인 필드버스(Fieldbus)와 산업 제어기 네트워크의 요구 사항을 수용 및 보완했다.

빠른 전송 속도와 실시간 제어 기능을 가진 산업용 이더넷은 현재 주요 필드버스 개발 업체들을 주축으로 필드버스만큼이나 다양한 프로토콜이 개발되고 있는 상황이다. 각 프로토콜은 제어 레벨의 네트워크를 시작으로 하위 디바이스 레벨까지 그 네트워크 영역을 확대하고 있으며, 일부는 인포메이션 레벨까지 하나의 네트워크 기술로 연결이 가능한 수준에 도달했다. 로크웰오토메이션을 주축으로 ODVA 협회에서 개발한 EtherNet/IP나 지멘스가 개발한 PROFINET은 하나의 네트워크로 모든 계층의 연결을 지원하는 통신 프로토콜의 대표적 예다. 특히 EtherNet/IP는 ‘IT Friendly’를 전면에 내세우며 OT(Operation Technology)-IT(Information Technology) 간 데이터 통합 관리의 뼈대 역할을 강조하고 있다.

이순열 상무는 “이더넷 기반의 산업용 네트워크는 물리 계층에 TCP/IP, UDP/IP 같은 표준 인터넷 프로토콜을 지원하며 호환성을 높이고 있다. 중요한 것은 표준 인터넷 프로토콜을 그대로 사용하냐, 변형하여 사용하느냐 하는 것이다. EtherNet/IP의 경우에는 표준 인터넷 프로토콜을 변형없이 그대로 사용하기 때문에 다양한 외부 애플리케이션과의 데이터 교환이 더욱 용이하고, IT 영역에서 사용 중인 장치 및 애플리케이션 간의 호환성이 매우 뛰어나다”고 설명했다.

산업용 네트워크 기술의 개발 및 개선 작업이 지속됨에 따라 산업 전반에 네트워크 확산이 가속화되면서 보안 문제에 대한 우려나 표준 이더넷 프로토콜 간의 호환 문제가 새롭게 떠오르고 있다. 지금부터는 몇 가지 산업용 이더넷 프로토콜을 통해 네트워크 기술 동향을 살펴보기로 한다.

산업용 이더넷의 표준화

산업용 이더넷의 표준화

표준화는 기술 확산을 위한 동력으로 작용한다. 산업용 이더넷 기술과 관련한 표준화 작업도 상당히 진행되었는데, 국제 표준화 기구인 IEC와 ISO는 2000년대 초반부터 이더넷 기반 산업용 네트워크 기술에 대한 표준화를 진행해왔다. 국내에서도 스마트팩토리 KS 표준화 작업의 일환으로 국가기술표준원이 6가지 산업용 이더넷 프로토콜에 대한 표준화를 진행했다. 앞서 설명되었던 EtherNet/IP와 PROFINET, EtherCAT, POWERLINK, CC-Link/IE, 그리고 국내 기업인 LS산전이 개발한 RAPIEnet이 KS 인증을 획득했다.

[4 산업혁명과 산업용 이더넷] 연결기사 보기
①산업용 이더넷의 확산
②산업용 이더넷, 새로운 요구를 위한 진화
③진화하는 산업용 네트워크

About 김솔 기자

다양한 취재 경험을 살려 여러분께 읽고 싶은 기사, 재미있는 기사 보여 드리겠습니다:)