[눈높이 기술] 스마트 팩토리를 위한 통신 기술 라피넷
스마트 팩토리의 출현으로 제조 공정의 신경망이라 할 수 있는 산업용 통신의 역할이 더욱 중요해지고 있습니다. 미국, 일본 등의 선진국에서는 산업용 통신 기술을 자체적으로 개발해 자국 제조업의 경쟁력을 높이고 있죠. 그렇다면 우리나라는 어떨까요? 올해 초 현대자동차의 캐스퍼를 위탁 생산하는 광주글로벌모터스의 자동화 공정 라인에 LS ELECTRIC이 자체 개발한 국내 최초 IEC 국제 표준 규격인 라피넷이 적용되었는데요. 자동화연)개발팀의 권대현 시니어 매니저가 산업용 이더넷 ‘라피넷’을 소개해드립니다.
1. 기초 학습
산업용 이더넷이란?
개인용 컴퓨터 기기 연결에 쓰이는 이더넷을 산업용으로 개발한 것이 바로 산업용 이더넷이에요.
산업용 통신 분야는 최근 변화를 맞고 있어요. 기술 패러다임이 주류 통신 기술이었던 필드버스에서 산업용 이더넷으로 전환되고 있죠. HMS 네트웍스가 올해 발표한 보고서에 따르면 2021년 새롭게 설치된 기기의 65%가량이 산업용 이더넷을 채용하고 있으며, 필드버스의 성장률은 감소세에 접어들고 있죠. LS ELECTRIC이 개발한 라피넷(Real-time Automation Protocols for Industrial Ethernet, RAPIEnet)도 산업용 이더넷의 일종이에요.
왜 이런 변화가 일어나고 있는 걸까요? 스마트 팩토리의 출현으로 산업용 통신 기술에 요구되는 조건이 달라졌기 때문이에요. 스마트 팩토리에는 데이터 송수신 시간을 보장하는 실시간성, 통신 장애에도 기기 동작을 보장하는 고가용성, 응용 서비스 추가를 위한 확장성 등의 조건이 필요한데요. 필드버스는 배선을 간소화할 수 있고, 구축 비용이 저렴하다는 장점이 있는 반면 저속 통신과 낮은 확장성으로 스마트 팩토리에는 적합하지 않다는 지적이 있었거든요. 그래서 등장하게 된 것이 바로 산업용 이더넷이에요. 개인용 컴퓨터 기기 연결에 쓰이는 이더넷을 산업용으로 개발하기로 한 것이죠. 산업용 이더넷은 위에서 언급한 통신 조건을 모두 만족시키는 기술이랍니다.
잠깐 개념 정리!
산업용 통신의 필수 조건, 실시간성
이더넷도 처음부터 산업용 통신에 적합한 것은 아니었어요. 이더넷에는 산업에 적용하기 어려운 큰 단점이 있었는데요. 바로 비결정론적인 통신 방식이에요. 예를 들어 컴퓨터에서 인쇄 명령을 내리면 종종 이 명령이 프린터에 제대로 도달하지 않아 인쇄 지연이 발생하곤 하죠. 정보가 정해진 시간 안에 목적지에 도달할 것이라는 보장이 없기 때문인데요. 이더넷의 이러한 성질을 '비결정론적'이라 불러요.
이러한 통신 방식은 데이터 전송이 1초만 지연되어도 기계 오작동으로 인해 큰 인명 피해나 재산 피해가 발생할 수 있는 산업 통신에는 큰 한계점이었죠. 생산 공정이라는 흐름 안에 포함된 기계들은 약속된 시간 안에 데이터 송수신이 완료돼야 하는 '실시간성(Real time)'이 매우 중요하거든요. 기술의 발달로 이러한 한계가 극복되면서 이더넷이 산업용으로도 쓰일 수 있게 되었답니다.
2. 궁금해요
라피넷은 어떻게 통신 기술의 신뢰성을 높였을까요?
라피넷은 이중화된 링 네트워크 토폴로지로 신뢰성을 보장해요.
LS ELECTRIC은 일찍이 기술 신뢰도를 높이기 위해 산업용 이더넷 개발에 뛰어들어 2007년 라피넷을 발표했고, 2010년 IEC 61158/IEC 61784 Series 5종을 국제 규격으로 등록했습니다. 2017년엔 IEC 62439-7(고가용성)/IEC 61784-3(기능 안전 통신) 규격을 추가하여 산업용 유선 통신 표준 등록을 1차 완료했어요. 네트워크 분야에서는 국내 최초의 IEC 국제 표준 규격인데요. 국제 표준 규격은 여러 단계의 세부 심사를 통과해야 승인되기 때문에 기술 완성도를 상징한다고 볼 수 있어요.
스마트 팩토리에서 통신 기술의 신뢰성은 아주 중요한 요소예요. 아주 잠깐의 통신 장애가 큰 피해로 이어질 수 있기에 이러한 상황에 대응할 기술이 필요하죠. 라피넷은 이를 위해 이중화된 링 네트워크 토폴로지를 지원해요. 네트워크 토폴로지란 네트워크 요소들의 연결 방식을 말해요. 이더넷에 스타형, 버스형, 링형, 망형 등 다양한 망 구성 방식이 있는 것처럼 산업용 이더넷에도 다양한 네트워크 토폴로지가 있죠.
링형 네트워크 토폴로지는 기기가 동그란 원의 형태로 연결되어 있고, 이 원을 따라 단방향으로 통신이 이루어져요. 링 네트워크 토폴로지를 이중화했다는 건 한 방향으로만 이루어지던 통신에 장애가 발생할 경우를 대비해 그 반대 방향으로도 통신이 이루어지도록 통신 선로를 이중화했음을 의미해요. 이러한 이중화에는 높은 기술력이 요구되는데요. LS ELECTRIC은 링 네트워크 토폴로지 구현을 위한 원천 기술을 보유하고 있답니다.
이외에도 라피넷은 실시간 처리 성능이 우수하고, 유지 보수 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있어요. 라피넷은 최대 64개국으로 시스템을 구성할 수 있는데, 이렇게 시스템을 구성해도 명령 입력에서 출력까지의 주기인 스캔 타임(Scan time)이 약 1.6ms에 불과하죠. 100Mbps에서 최대 1Gbps까지 초고속 통신 속도도 지원한답니다. 또한 기기 간 통신 경로 정보를 제공함으로써 통신 문제가 발생한 구간을 빠르게 확인할 수 있기에 유지 및 보수 비용도 절감할 수 있어요.
3. 핵심 정리
아직 많은 제조 기업들이 필드버스를 사용하고 있지만 제조업에도 스마트화의 바람이 불고 있기 때문에 산업용 이더넷으로의 전환은 더욱 가속화될 전망이에요. LS ELECTRIC은 라피넷의 확산을 위해 기존의 통신 기술과 라피넷을 통합해 제공하는 솔루션인 ‘라피넷+’를 개발했어요. 라피넷+ 개발 과정에서 고객 요구 사항을 면밀히 검토해 핵심 진단 기능도 추가했는데요. 통신 오류를 빠르게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 통신 기술 전환에 드는 비용을 절감할 수 있어 사용자에게 호평을 받고 있답니다. 그럼 라피넷과 라피넷+의 특장점을 정리해볼까요?
이것만 기억하세요!
라피넷의 특장점
1.신뢰성 이중화된 링 네트워크 토폴로지로 신뢰성 확보
2.전문성 초고속 통신 등으로 실시간 처리 성능 우수
3.편의성 핵심 진단 기능으로 원활한 유지·보수 가능
4. 더 알기
라피넷으로 국가 산업 경쟁력을 강화하는 법
LS ELECTRIC은 향후 라피넷 솔루션의 소프트웨어 및 하드웨어 기술, 특허 등을 개방해 국내 제조업 경쟁력 제고에 일조하고자 합니다. 소재·부품·장비는 제조업의 핵심 산업이지만 장비 간 통신에는 여전히 해외 통신 기술이 사용되고 있어요. 이들은 핵심 통신 기술을 공개하지 않고, 인증 취득 절차 등을 요구하기 때문에 국내 기업이 시장의 요구에 발 빠르게 대응하는 데 걸림돌로 작용하고 있죠. 이 때문에 국내 통신 기술 기반의 자생적인 생태계 조성이 필요해요. 라피넷 사용자 협회를 설립해 기술을 개방한다면, 기업들은 라피넷을 토대로 제품이나 시스템을 자유롭게 개발해 사업 자립성을 키울 수 있어요.
LS ELECTRIC은 라피넷을 국내 제조업으로 확산함과 동시에 아세안 시장으로도 확산할 계획이에요. 올해 광주글로벌모터스에 라피넷+가 적용되었고, 현대자동차 인도네시아 공장과 자동차의 전기·전자 부품을 생산하는 LG전자 베트남 공장에도 라피넷+가 적용된 상태에요. 인도네시아 공장은 2022년 1월부터, 베트남 공장은 2022년 4월부터 양산을 시작할 예정이죠. 국내 산업의 경쟁력을 강화하고, 해외에는 국내 통신 기술의 우수성을 알릴 라피넷! 앞으로 라피넷의 활약을 기대해주세요~
