BECKHOFF, IoT와 인더스트리 4.0을 위한 TwinCAT 솔루션

더 효과적인 기계 개발 및 이해

interview/Hans Beckhoff

인더스트리 4.0의 목표는 제품의 효율을 최적화 하고, 이 목표를 달성하기 위해서는 제품 데이터를 목표지향적인 방향으로 분석해야 한다. 이러한 접근과 일치하도록 Beckhoff사는 Hannover Messe에서 일련의 구체적인 TwinCAT 솔루션들을 소개했다. ETZ의 편집장, Ronald Heinze 씨가 Beckhoff사의 대표인 Hans Beckhoff 씨와 최신 개발품들에 대해이야기를 나눴다.

인더스트리 4.0이 결과적으로 더 효과적인 제조를 가능하게 하기 때문에, 제조업체들이 이에 대해 면밀히 살피고 있다. 이것이 '실제' 혁신인지 단순한 기술의 합리적인 이점인지는 중요하지가 않다.Hans Beckhoff 대표는 “각각의 혁신은 혁신 전과 혁신후의 단계를 갖는다. 혁신 전 단계에선 비판적인 입장의 입김이 세다.” 라고 언급한다. 언젠가 혁신이 일어나게 되면, 기술적 혁명은 몇 십 년 동안 지속 가능하다.

“그들 모두에게서 나온 많은 진화적인 아이디어들이 새로운 수준의 질을 이끌어 낸다.”라고 Beckhoff 씨는 말을 이었다. “지금으로부터 50년 전을 뒤돌아 보면, 사람들은 실제로 지능적인 기계가 확산되기 시작했을 때, 4세대 산업 혁명이 일어날 것이라는 것을 아마 깨달았을 것이다. 이것을 볼 때, 혁명이던 아니던 간에, 인더스트리 4.0은 경제의 전체적인 생산성에 큰 이점을 가져올 수있다." 클라우드에서 빅 데이터, 패턴 인식, 컨디션 모니터링 그리고 파워 모니터링과 같은 어플리케이션을 통한 일반적인 제어태스크의 확장은 생산 효율을 계속 증가시킬 것이다.

인더스트리 4.0의 바탕이 된 PC 기반 제어 기술

지금까지 인더스트리 4.0은 Beckhoff(백호프)의 비즈니스 모델에 단지 평범한 효과만을 지녔다. “그러나, 우리 제품 철학에 이것이 미치는 영향은 커지고 있다.”라고 HansBeckhoff 씨는 말한다. 회사의 제품 포트폴리오에 소프트웨어 인프라와 상응하여 사용자 빌드를 돕는 인더스트리 4.0 기능성들과 IoT를 위한 제품들이 사용 준비 단계에 있다.

Hans Beckhoff 대표는 상용 인더스트리 4.0 운용을 위한 전반적인 개념은 없을 테지만, 기술 선도자들에 의한 많은 개개의 개발들은 결론적으로 시장표준이 될 실용적인 어플리케이션을 만들 것이라고 확신한다. 그는 RAMI4.0으로의 표준화를 위해 노력 중이고, 관리상 이득을 주는 합리적인 접근을 고려 중이다. HansBeckhoff 대표는 “그러므로 우리는 잘 집중해서 이 개발들을 지원하고살펴야 한다.”라고 말하고, "RAMI 4.0과 같이 현재 언급한 대상들의 구축이 무조건 세계 표준이 되야 한다고 강요하는 건 아니다"라고 말을 이었다. 그는 두 방향 다 표준위원회를 통한 표준화 제정의 목표와, 기술 선도자들의 획기적인 개발을 이끌 것이다.당연히, 상응하는 장치와 구성 요소들이 준수해야 하는 일련의 표준화들도 있을 것이다. 또한 HansBeckhoff 대표는 지역적인 사고는 시대에 뒤떨어진 것이라고 믿는다. 오늘날의 회사들은 최고의 아이디어와 기술을 통해 구축된 세계시장에서 그들 자신을 찾기 때문이다.

강력한 기계 제어 플랫폼으로서, PC 기반 자동화는 인더스트리 4.0 구축을 위해 견고한 기술적인 토대를 제공한다.“PC 기반 제어는 인더스트리 4.0 어플리케이션을 위한 이상적인 플랫폼을 만드는 수평적인 통신과 고 레벨의 시스템들을 위해서 만든 네트워킹능력을 갖는다.”라고 HansBeckhoff 대표는 말한다. “PC 기반 자동화 기술을 바탕으로,

마이크로소프트 작동 시스템들을 갖은 중앙 또는 로컬 컨트롤러들과 고속 통신 시스템인 EtherCAT I/O 시스템을 도입하게 되면,이것은 관련 있는 모든 통신 프로토콜을 지원하고 IT, 인터넷과 자동화 기술의 세계를 함께 구축하게 된다. 자동화 어플리케이션을 위한 IoT 구조들을 지향하는 우리의 PC 기반 제어 기술에는 많은 산업별 통신 ‘언어’가 있고, 우리는 다양한 인더스트리 4.0으로인해 세계가 다양해지고, 이형(異形)의 IoT가 확산되어 나갈 것으로 확신한다. 우리와 우리 고객들은 경쟁력 있는 근거들과 새 어플리케이션의 도출을 위해 이 다양성의 증가에 대비하고 있다. 산업 제어 구성에서 우리의 경험은 자동화 어플리케이션을 위한IoT 구조들을 강력하게 지향하는 우리의 개발품을 아주 유용하게 할 것이라고 믿는다.”라고 Hans Beckhoff 대표는 말한다. 자동화기술의 수렴과 IT(AT + IT)는 IoT와 인더스트리 4.0 프로젝트들을 위한 이상적인 환경이다. Hans Beckhoff 대표는 “PC기반 제어 기술은 클라우드 통신을 위한 최상의 플랫폼이다. 이 유형의 통신은 PC 기술의 ‘자연 서식지’와 같은 한 부분이다.”라고 말을 덧붙였다.

클라우드 안의 빅 데이터

“제조 회사들은 점점 더 빅 데이터의 이점을 발견하고 있다. 많은 분량의 데이터를 분석하는 것을 하나의 예로 들자면, 잠재적인기계 고장들을 정확하게 예측하는 것이 가능하다는 것이다. 기계 컨트롤러는 이 데이터의 중요한 소스를 제공하는데, 이것은 기계의 기능들이 집중되는 곳이기 때문이다. 빅 데이터는 제품 프로세스들과 기계작동과 하류 장비(downstream equipment)들에 관한 결과를 전달한다.”라고 HansBeckhoff 대표는 말한다. “목표 지향 방식에서 이 데이터를 분석하는 것은 빠르게 값진 이점들을전달하는 것이다.” HansBeckhoff 대표 말에 따르면, 이것은 이와 같은 서비스를 제공하고 그들의 경험과 기술을 산업 제조 세계에다른 어플리케이션 분야를 접목시킨 구글 같은 회사에 의해 확산되고 있다고 한다. “전체 밸류체인에서 제조부분은 너무나 중요하다.” 마이크로소프트 분석 또는 마이크로소프트 클라우드 서비스들은 이미 아무나 사용 가능하다. Hans Beckhoff 대표는 이것을 위협이 아닌 기회로 보고 있다. “각각의 어플리케이션을 위한 최상의 알고리즘을 제공하는 회사는 경쟁우위를 선점할 것이다.”

Beckhoff PC 제어 기술이 사용된 모든 어플리케이션들은 기본적으로 오늘날의 인더스트리 4.0을 위해 준비 됐다. 더불어새롭게 명시된 Beckhoff의 IoT 및 인더스트리 4.0 제품들은 심지어 더 쉽게 이 구조들을 사용 할 수 있게 한다. 제어 기술로 만들어진완전 공정 맵핑들은 다양한 기계들과 시스템들에게 사용자가 더 쉽게 접근할 수 있게 한다. “버튼을 누르는 것이 가능해 졌다는것이 확장한 인더스트리 4.0 특징이다”라고 HansBeckhoff 대표는 말한다. 일련의 새로운 제품들은 이것을 가능하게 한다.

IoT 컨트롤러로서 사용되는 IPC나 EPC들을 결합하여,TwinCAT IoT 소프트웨어는 IoT와 IoS 사이에 매끄러운 링크를 제공한다. “TwinCAT자동화 환경의 필수적인 부분으로서,TwinCAT IoT는 모든 Beckhoff 컨트롤러가 마이크로소프트 애저(Azure)와 아마존 AWS클라우드와 쉽고, 안전하고, 직접적인 통신을 할 수 있게 한다” 라고 Hans Beckhoff 대표는 설명한다. 또한 SAP의 Hana 클라우드와의 연결을 위해 노력 중이다. "TwinCAT IoT는 마이크로소프트 세계를 위한AMQP와 아마존 세계를 위한 MQTT와 같은 표준화된 클라우드 통신 프로토콜을 포함한다”라고 말하고, “TwinCAT은 게이트웨이 기능을 구성하기 쉽게 만든다”라고 덧붙였다.

사이클 동기 데이터 분석

새로운 인더스트리 4.0 솔루션의 중점은 예측분석을 위한 각 사이클을 갖는 동기화된 프로세서 데이터를 저장하는 TwinCAT Analytics가 있다는 것이다. 솔루션은 '아주 쉽고 유용한 기계 분석'을 제공한다고 Hans Beckhoff 대표는 말한다. 예로서, 온라인및 오프라인 상태분석, 예측정비, 패턴감지와 기계학습, 기계최적화 그리고 데이터의 장기보관이 포함된다.

2015 SPS IPC Drives 쇼에 소개되었던 제품은 현재 고객들에 의해 검증되고 있다. “첫 번째 제안이 보고되었고, 상태 모니터링과같은 몇 부분들이 이미 사용 중에 있다”라고HansBeckhoff 대표는 말을 이었다. TwinCATAnalytics는 새 알고리즘을 조명하고, 고유의 데이터베이스를 가져 온다.“TwinCAT Analytics는 TwinCAT3 기반으로, 사용자가 알려지고 입증된 도구들로 그들의 기계를진단 할 수 있다. 예를 들어, 그들은 TwinCAT Scope를 사용하여 신호의 흐름들을 그래프로 볼 수 있다.”

TwinCAT과 비슷하게, 사용자는 IEC61131-3 언어들과, C++ 또는 MATLAB/Simulink로 그들 고유의 분석 루틴을 작성 할 수 있다.HansBeckhoff 대표는 “더욱이 그것들은 섞거나 결합할 수도 있다”라고 말한다. “따라서, 그들은 그들의 처리를 위한 사용하기 쉬운 툴을 가지고 있고, MATLAB/Simulink와 결합하여 더 강력해졌다.”TwinCAT Analytics 시스템은 이 목적으로 사용 될 수 있다. 사용자는 TwinCATAnalytics 라이브러리를 사용하는 모듈들의 도움으로 하나 또는 여러 개의 기계들을 온라인 또는 오프라인으로 작동 시킬 수 있다. 시스템은 Analytics 라이브러리, 주기 분석 같은 기능을 하는 모듈을 갖는 PLC 라이브러리, 수명 주기 모니터링,상태 모니터링뿐만 아닌, 필요 동력과 RMS 계산을 담고 있다. 숙련된 PLC 프로그래머들은 모니터링 기능을 기계 제어 시스템에통합하기 위해 고유의 PLC 어플리케이션으로 고유의 라이브러리 모듈들을 사용할 수 있다.

전체 프로세스 이미지에 접근

데이터를 분석하기 위해서는, 첫 번째로 기록을 해야 한다. 이것이 Beckhoff가 큰 데이터 량의 주기적인 백업을 위해TwinCAT Analytics Logger를 소개한 이유다. Hans Beckhoff 대표는 “Analytics Logger는 모든 프로세스 데이터를 기록한다”라고 설명한다. “그 다음으로TwinCAT Analytics를 사용하여 프로세스 이미지에 기반한 온라인 또는 오프라인 분석을 할 수 있다.” 대표적인 어플리케이션의 예가 상태 모니터링, 즉, 구성요소의 수명주기 모니터링이다. 소프트웨어는 신호 또는 작동하는 사이클을 세거나 예측된 교체간격을 나타낸다. 이것은 또한 특정 기계 조건들에게 온도흐름을 배정하거나 개개의 기계 구성요소들의 전력소비를 알아낸다. 이것은 사용자가 컨트롤러에 작업량을 늘리지 않고 기계가 에너지를 어디에 소비하는지 알게 한다. 시간최적화는 또 다른 잠재적인 어플리케이션이다. Hans Beckhoff 대표는 “이것은 개개의 프로세스 타이밍을 결정하고, 타임스탬프를 측정하며, 제한을 부여한다”라고 말한다. 시스템은 프로세스 시간에 대한 어떠한 방해요소든 감지해낸다. "TwinCATAnalytics Logger로 모든기계 데이터를 기록하는 것은 서비스 기사들에게 특히나 유용하다. 이것은 서비스 기사들이 기계가 작동하지 않는 동안 발생되는에러를 확인할 수 있다. 이 모든 구조들은 프로세스와 깊게 관련되는데, 그 이유는 그들이 기계를 더 잘 이해할 수 있게 하기 때문이다”라고HansBeckhoff 대표는 말한다.

TwinCAT Analytics는 또한 많이 쓰이는 TwinCAT 2 소프트웨어 버전과도 작동한다. Hans Beckhoff 대표는 “이 버전으로 우리는 우리의 ‘Data Agent’와 이 컨트롤러로부터 데이터를 읽기 위한 또 다른 도구를 갖고 IoT프로토콜을 거쳐 그들을 촉진한다”라고 설명한다. “존재하는 시스템의 분석을 원하는 사용자는 손쉽게 우리의 TwinCAT Data Agent를 설치 할 수 있다. 실제로 기계제어 프로그램을 수정할 필요가 없다.” TwinCATAnalytics를 위한 데이터는 로컬서버나 클라우드 안의 기계 컨트롤러에 저장 할 수 있다.

데이터 포맷들은 쉬운 접근과 마이크로소프트나 아마존에서 사용하는 것들과 같은 분석 서비스들을 거쳐 더 심화된 프로세싱을위해 디자인 되었다. “이것으로 인더스트리 4.0에 더 쉽게 속해지게하고 강력한 어플리케이션을 만들 수 있다”라고 HansBeckhoff 대표는 말한다.TwinCAT Analytics는 Microsoft Analytics와 같은 통신 프로토콜을 사용한다. 사용자들은 또한Beckhoff로부터 명확한 어플리케이션 지원을 받을 수 있다.

Beckhoff는 이미 IoT와 인더스트리 4.0 어플리케이션의 광범위한 포트폴리오를 제공하고 있으며, 수요가 급속도로 증가할 것으로 믿는다. “우리는 HannoverMesse 2016에서 이 분야에서 흥미로운 새로운 제품을 보여줄 것이다”라고 Hans Beckhoff 대표는 만족스럽게 결론지었다.