ETG Korea, EtherCAT을 잘 쓰는 기업은 4차산업혁명에 가까워진다! [무인화기술 2017년 8월]

8월 17, 2017

EtherCAT을 잘 쓰는 기업은 4차산업혁명에 가까워진다!

EtherCAT협회, 제8회 ETG Korea 회원사 초청 세미나 개최

‘제 8회 ETG(EtherCAT Technology Group) Korea 회원사 초청 세미나’가 지난 7월 5일, 베스트웨스턴 구로 호텔에서 개최됐다.

올해로 8회 째를 맞이한 이번 행사는 지난해에 이어 EtehrCAT을 사용하는 국내 개발자들을 중심으로 1백여 명이상의 인원이 참석해 성황을 이루면서, 국내 산업계에서의 EtherCAT의 위상을 재확인 시켰다.

예년과 마찬가지로, 이번 행사에서도, KETI 및 KIMM, LS메카피온, Dabo 코퍼레이션 등이 참가해, 국내외 EtherCAT 구현 사례를 소개하는 한편, 최근 업그레이드된 EtherCAT 기술이 소개됐다.

<취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr>

ETG Korea 협회 문용선 회장은 4차산업혁명의 키워드는 커넥티비티(Connectivity)로, EtherCAT이 커넥티비티의 핵심기술이라고 강조했다.

ETG Korea 협회 문용선 회장은 ETG가 한국에 표준화된 지 10년이 돼간다고 말하고, 현재 제조업계의 화두가 되고 있는 4차산업혁명의 키워드는 커넥티비티(Connectivity)로, EtherCAT이 커넥티비티의 핵심기술이라고 강조하는 한편, 4차산업혁명에 대비하기 위해 기업에서 EtherCAT을 자발적으로 쓸 수 있는 기회가 확대되어야 한다고 역설했다.

이어 ETG Korea Office 유진수 씨가 ETG Korea 활동에 대한 보고를 진행했다.

한국에서 2016년 7월부터 2017년 7월까지 1년 동안 EtherCAT 회원사가 28개가 늘어나 2017년 7월 현재 한국 내 ETG 회원 수는 230개에 이른다고 말했다. 회원사는 로봇 및 컴퓨터 산업 종사자가 대부분으로, 전년도에 비해 머신빌더와 시스템 프로바이더를 겸하고 있는 회원사의 비중이 늘어났다고 말하고, EtherCAT 마스터와 슬레이브 둘 다 개발하거나 사용하는 회원사가 증가했으며, ETG 회원사의 제품형태를 볼 때 모션과 컨트롤러 부분에서 소폭의 증가가 있었다고 밝혔다.

EtherCAT 협회장인 Martin Rostan 씨가 ETG 현황과 새로운 EtherCAT 어플리케이션 등에 대한 발표를 진행하고 있다.

2016년 5월부터 2017년 5월까지의 일 년 동안 아시아 지역 회원사 280개 늘어나

다양한 디바이스들의 상호운용성 테스트를 위해 행해지는 Plug Test가 지난해 9월 19일부터 20일까지 이틀 간 서울대학교에서 진행이 됐으며, 9월 21일 트라이텍 회의실에서 제2회 EtherCAT Safety Seminar가 개최됐다고 설명했다.

또 Semicon Korea 2017 및 Automation World 2017 등 반도체와 자동화전문전시회에 참가해 EtherCAT 홍보활동을 전개하는 한편, 올해 11월 제5회 로드쇼가 개최될 예정이며, 마스터/슬레이브 개발자 교육이 올해 안에 실시될 계획이라고 밝혔다.

이어서 EtherCAT 협회장인 Martin Rostan 씨가 ETG 현황과 새로운 EtherCAT 어플리케이션 등에 대한 발표를 진행했다.

마틴 회장은 2016년과 2017년 사이 일 년 동안 전 세계적으로 600개의 회원사가 늘어났으며, ETG 회원사는 독일과 유럽을 비롯해 미국, 아시아 등지로 확산이 되면서, ETG는 진정한 글로벌 조직으로 자리 잡고 있다고 피력했다. 특히 2016년 5월부터 2017년 5월까지의 일 년 동안 아시아 지역에서는 회원사가 280개가 늘어나 2017년 7월 기준으로 아시아 지역의 ETG 회원사는 1686개에 이르며, EtherCAT 마스터 밴더는 202개, EtherCAT 드라이브 밴더는 166개, EtherCAT I/O 밴더는 114개, EtherCAT 센서/액추에이터 밴더는 50개, Safety over EtherCAT(FSoE) 밴더는 30개에 이른다고 설명하고, 중국을 비롯한 슬로바키아 등지에서 행해진 EtherCAT Rodshow 등, 전 세계적으로 행해진 ETG 이벤트를 소개했다.

또 LIGO(Laser Interferometer Gravitational Observatory) 등의 새로운 EtherCAT 어플리케이션이 소개됐다.

KIMM, 양팔로봇 개발에 EhterCAT을 적용한 사례 소개

이어서 EtherCAT 구현사례 발표가 진행됐다.

한국기계연구원(KIMM) 최태용 선임연구원은 ‘EtherCAT을 이용한 양팔로봇 개발’을 주제로 한 발표를 통해, 한국기계연구원은 지난 2010년부터 로봇개발에 EtherCAT을 도입해 모든 로봇이 EtherCAT 기반으로 개발이 되고 있으며, 2010년부터 사람 모습을 가진 로봇을 개발하기 시작해 시연을 마쳤다고 밝혔다.

정부와의 공동개발로 2013년 협동작업을 하는 로봇 두 대가 LG전자 핸드폰 포장작업에 도입됐다고 설명하고, 이 로봇의 특징은 로봇이 무엇을 잡을지 판단을 해서 그 위치로 가서 제품을 집어서 포장박스 안에 집어넣는 과정이라고 말하고, 이 로봇 두 대는 EtherCAT 기반의 PC 두 대가 구동을 시킨다고 설명했다. EtherCAT D I/O가 신호를 주고받으면서 로봇 두 대를 동기화시키는 사례로, EtherCAT의 특징은 32개의 슬레이브 노드를 로봇 팔 안에 집어넣을 수 있다는 것으로, KIMM에서 EtherCAT을 도입한 이유는 개발하고자 하는 로봇이 사람처럼 팔이 슬림하고 가볍고 힘이 세고 외관이 좋아야 하기 때문에 와이어를 로봇 팔 안에 넣을 수 있어야 했고, 위치제어가 아닌 힘제어를 위해 토크제어가 필요했기 때문이라고 설명했다. KIMM의 AMIRO3 로봇에는 기어와 모터, 센서를 통합한 모듈을 적용했다고 밝혔다.

최 연구원은 PC 베이스 로봇 컨트롤러는 개발자 입장에서는 개발비용과 유지보수 비용이 낮고, 마이크로소프트 윈도 기반의 고성능 리얼타이머와 키네마틱스(Kinematics) 및 다이나믹스(Dynamics)와 같은 고성능 로봇 라이브러리를 사용할 수 있다는 이점이 있으며, 엔드 유저 입장에서는 마이크로소프트 윈도 기반이라 사용이 쉽고, 일반 PC를 사용하기 때문에 하드웨어 구축비용이 낮고, 유지보수 비용이 낮다는 이점을 얻을 수 있다고 설명하고, 현재 로봇 제어를 위한 표준 프로토콜로 자리 잡고 있고, 가격과 단순성이라는 장점으로 인해 현재 개발 중인 대부분의 로봇은 EtherCAT을 사용하고 있다고 피력했다.

LS메카피온, 협업로봇 관절용으로 적용된 EtherCAT 베이스의 SMT 시리즈 적용 사례 소개

이어서 LS메카피온의 안현배 팀장이 EtherCAT 주요 적용사례를 발표했다.

안 팀장은 LS메카피온은 EtherCAT 마스터부터 슬레이브까지 다양한 라인업을 갖추고 있으며, EtherCAT 기반의 모션 컨트롤러와 서보 드라이브 제품군에 있어서, 실제로 LS메카피온처럼 다양한 라인업을 갖추고 있는 업체는 많지 않다고 말하고, LS메카피온은 마스터 1가지, 슬레이브 5가지를 라인업해 놓고 있어서 시스템 구성 능력이 뛰어나다고 피력했다.

협업로봇 관절용으로 개발된 SMT시리즈의 적용사례가 소개됐는데, 이 협업로봇은 자유도가 높은 것이 가장 큰 특징으로, 자유도를 높이기 위해 중공축 형태로 되어 있다. LS메카피온은 이 협업로봇 관절 개발에 I/O보드와 서보드라이브, 서보모터 3가지를 제공했는데, I/O보드로 자유롭게 설계할 수 있다는 것이 가장 큰 특징이다.

SMT시리즈는 드라이브와 모터, 인코더의 단순한 일체형 구성으로 되어 있으며, EtherCAT 통신이 제공되고, 다양한 형태의 모듈 설계가 가능하며, 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있다. 안 팀장은 특히 대표적인 모 협업로봇 업체는 토크센서를 이용해서 충격을 감지하는데 비해, SMT 시리즈는 충격감지용 가속도 센서를 내장해 가속도 센서를 이용해서 충격을 감지한다고 설명했다.

또 로봇 컨트롤러를 내장한 서보 Gemini 시리즈가 소개됐다. 이 Gemini 시리즈는 하나의 드라이브에서 모터 2개를 구동할 수 있으며, 로봇이나 FA 박스타입 제어기 제조업체에서 사용할 수 있도록 오픈 프레임으로 되어 있는 것이 특징. 로봇 컨트롤러를 내장한 서보이지만 일반 설비에도 동일하게 적용할 수 있으며, 원 박스로 전장이 완성된다.

이와 함께 모션 컨트롤러인 MXP시리즈가 PCB에 적용된 사례가 소개됐다. PC에서 비전과 모션을 하나로 처리하며, PC로 비전과 CAM, 시리얼 통신 등 장비 제어 시스템을 통합하고 있다. 프럭싱(Fluxing)과 납땜(Soldering)을 하나의 시스템으로 구성한 것이 장비의 콘셉트로, API 라이브러리를 지원하는 타입을 적용해 PC 환경에서의 개발이 용이하다. 시스템이 EtherCAT으로 통신이 된다.

또 MXP시리즈가 Kinetic Art에 적용된 사례가 소개됐다. 1,428축의 봉을 상하로 구동하는 조형물(1 그룹 당 51축×28개 그룹)을 제어한 사례로, 많은 축을 제어하기 위해 호스트 PC를 이용해 쉽게 제어기별 구동 데이터를 전송하며, 각 그룹별 리던던시를 적용해 노드 Fail 시에 대비한다. 이 사례의 키포인트는 한 그룹의 51축을 정확하게 제어하는 것과 각 그룹별 제어기를 정확하게 제어하는 것으로 EtherCAT으로 ms 단위로 51축을 제어했다.

또 EtherCAT으로 통합되어 있는 AGV 제어 시스템 통합과 기존의 HMI 및 미쓰비시 PLC, 로봇 컨트롤러를 하나로 통합하기 위해 MXP3를 적용한 사례가 소개됐다. HMI 및 미쓰비시 PLC를 대체하기 위해 PLC 에디터인 Multiprog를 적용하고, 로봇 제어 기능을 사용하기 위해 Virtual KINETICT 기능을 이용해서 알고리즘을 해석했다. 반도체 업계에 적용된 사례.

한편 LS메카피온의 MXP3는 PC 기반에서 운영이 가능한 소프트 방식의 모션 컨트롤러로서, 프로그래밍, 런타임, HMI 시스템이 하나로 통합되어 있다. C#, C++,VB와 PLC를 단독 또는 혼합해서 사용할 수 있으며, Modbus 또는 OPC를 이용해 타사제품과도 통신이 가능하다. API 라이브러리를 사용하는 고객과 PLCopen을 사용하는 고객을 통합할 수 있다는 것이 장점으로, 다양한 축을 제어할 수 있다.

이외에도, PC 기반에서 운영이 가능한 소프트 방식의 CNC 컨트롤러인 MXP2와 EtherCAT 통신의 고급 서보 드라이브 L7NH, 올인원 고급 서보 드라이브 PHOX가 소개됐다.

반도체 산업을 위한 디바이스 프로파일, EtherCAT Mailbox Protocol 등 기술 업데이트 진행

이어서 Martin 회장이 EtherCAT 기술 업데이트 발표를 진행했다.

EtherCAT P와 반도체 산업을 위한 디바이스 프로파일, EtherCAT Mailbox Protocol 등이 발표의 주된 내용.

EtherCAT P는 파워선과 통신선을 하나로 합쳐, 원가를 절감 시키고, 유지보수를 용이하게 한다. 또한 부가적인 파워 서플라이를 제거 할 수 있고, 장비에 단일 M8 타입의 케이블링이 가능하다. 한 개의 케이블로 EtherCAT + 2 x 24V DC(Up, Us)을 4개의 선을 담을 수 있으며, 24V에서 630VAC와 850V DC 및 64A까지 이상적으로 확장해서 사용할 수 있다. 총 가능 길이는 0.15M에서 최대 50M까지 가능하고, 기본 EtherCAT과 같은 스펙을 갖는다.

한편, ETG의 반도체 TWG에서는 현재 칠러 및 VI Probe를 위한 프로파일을 제정 중에 있다.

또 ADS over EtherCAT(AoE)가 소개됐다. AoE(ADS over EtherCAT) Mailbox 프로토콜은 Subordinated 또는 캐스케이디드 시스템, CANopen 게이트웨이나 슬레이브에 유용하다. AoE는 Lean 실행에서 라우팅과 터널링을 제공하며, 클라이언트 서버 프로토콜이다.

또 AoE가 다양한 디바이스를 통해서 라우팅해 줄 수 있는 Routability, 여러 파라미터를 가져올 수 있게 요청할 때 Invoke ID라고 해서 기기의 메시지 자체에 번호가 매겨져서 여러 메시지를 동시에 처리할 수 있는 AoE의 병렬 서비스 기능 등의 새로운 기능이 소개됐다.

KETI, EtherCAT 마스터를 통해 256축을 제어한 무대장치 사례 소개

KETI 임선 선임이 ‘기존 무대장치용 호환용 산업용 필드버스 기반의 무대장치 상/하부 장치 동시/동기제어를 위한 제어계’를 주제로 발표를 진행했다.

기존 무대환경에서 분산제어 시스템의 특징인 다수의 구동부를 동시에 운용함으로써, 기존 상/하부 무대시설을 입체적으로 사용하여 관객들에게 다이나믹하고 스팩터클한 새로운 공연 콘텐츠를 제공하기 위한 것이 개발 목적.

기존 무대 상부는 동기화가 안 되어 있었는데, 차츰 무대장치들이 고속화되면서 이더넷 베이스나 아날로그 방식의 무대장치들이 동기화되는 추세로, EtherCAT 마스터를 통해 256축을 제어한 사례다. 각 축마다 EtherCAT 마스터와 슬레이브를 구축해 무대의 상부와 하부를 제어했다.

임 선임은 무대장치는 많게는 100축 이상이 되기 때문에 이러한 다축 동기/동시제어에 EtherCAT의 장점을 살릴 수 있었다고 설명했다.

2차 과제는 최대 2KHz 64축, 256점 고속 인터페이스를 통한 무대장치 전용 제어 시스템 네트워크 구축과, 고속 고정밀 동기모션 구현을 위한 기반 기술 확보 및 기존 제어계와의 연결성 및 호환성을 강화하는데 초점이 맞춰지는 한편, 무대장치의 메인서보와 서브서보의 이중화가 가능하도록 구현이 돼야 하기 때문에 무대장치 안전을 고려한 네트워크 구성이 필요했고, EtherCAT Hub를 이용해 이중화 네트워크를 구성했다고 설명했다.

물류자동화에서의 적용성 예시가 소개됐는데, KETI에서는 COSMOS IDE와 GMC를 통해서 스마트 팩토리 구축을 연구하고 있다. 트윈캣을 이용한 EtherCAT 마스터와 COSMOS를 이용한 개방형 제어기의 두 가지의 마스터를 제안한다. TwinCAT 자체적으로 유지보수 기능이 있기 때문에, 별도의 유지보수가 불필요하다는 것이 임 선임의 설명.

물류 자동화 외에 도장자동화 공정에서의 적용성 예가 소개됐다. 기존에 미쓰비시 제품을 이용해 도장로봇을 구동하던 것을 전자부품연구원이 개발한 제어기로 실증을 한 사례로, 역시 마스터를 두 가지로 제안해서 고객이 적절하게 선택할 수 있도록 했다.

다보코퍼레이션, 인피니언 EtherCAT 솔루션 ‘XMC4800/4300’ 소개

이어서 다보코퍼레이션의 윤상원 과장이 인피니언 EtherCAT 솔루션인 ‘XMC4800/4300’에 대한 발표를 진행했다.

XMC는 기본적으로 모터 컨트롤과 파워 컨버전, 커뮤니케이션을 타깃으로 하는 마이크로 컨트롤러로서, EtherCAT 노드를 통합한 XMC 마이크로컨트롤러 XMC4300과 XMC4800은 공장 자동화, I/O 모듈, 로봇에 사용하기 적합하다.

XMC4300은 저가형 제품으로 I/O 모듈과 커뮤니케이션에 사용이 되며, XMC4800은 I/O 모듈을 포함해서 드라이브까지 커버할 수 있는 퍼포먼스가 좋은 제품이다.

XMC4800은 서보모터 2개까지 돌릴 수 있으며, 필드버스 관련 ISOFACE를 타깃으로 한다. ARM Coretex-M4 기반으로 산업용에 맞춰 -40~125℃까지의 온도와 100핀까지 지원한다.

한편, 인피니언에서는 EtherCAT 개발 기간을 단축할 수 있는 개발 키트들을 선보이고 있는데, XMC4800 EtherCAT 키트는 네트워크로 연결된 생산 시에 시스템 무결성과 데이터 보안을 향상시키고자 하는 디자이너들을 위해서 추가적인 인피니언 보안 마이크로컨트롤러(임베디드 인증을 위한 OPTIGA Trust E)를 적용했다.

OPTIGA Trust E는 한 방향만의 인증 메커니즘을 사용하기 때문에, PKI 네트워크를 더 잘 보호할 수 있다. 또한 빠르게 리드아웃을 할 수 있도록 64KB의 SPI FRAM을 제공한다. 특히, 64Mb의 SDRAM을 제공, 이 메모리를 병렬 인터페이스로 연결할 수 있다.

또한 이 키트는 인피니언의 ISOFACE를 적용하고 있다. ISOFACE는 24V 산업용 제어 및 자동화 어플리케이션을 위한 갈바닉 절연 8채널 하이사이드 스위치로, 산업용 컨트롤러의 저전압 제어 측 부품들을 공장 플로어로 연결되는 출력 채널로부터 절연한다.

또한 소프트웨어 개발 툴을 지원한다. DAVE 개발 환경을 지원함으로써, 저수준 드라이버와 앱들을 포함하는 라이브러리를 무료로 활용할 수 있다. EtherCAT용으로 DAVE는 Beckhoff의 SSC(Slave Stack Code)를 사용한다. 또한 주요 서드파티 업체들로부터 제공되는 상용 EtherCAT 슬레이브 스택을 사용할 수 있다.

임 선임은 EtherCAT 마스터로 XMC4800 키트를 순차적으로 켜는 동영상을 소개하고, XMC 시리즈는 공간 및 비용절감에 효과적이며, 다양한 핀맵을 제공하고, 한번 개발하면 오래 사용할 수 있도록 개발되어 2031년까지 장기적인 비즈니스가 가능하다는 장점을 제공한다고 강조했다.