EtherCAT은 인더스트리 4.0에 가장 적합한 통신기술 [무인화기술 2017년 12월]
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| 트라이텍 유기석 사장은 환영사를 통해, 산업용 이더넷 가운데 EtherCAT의 수요가 타 통신 프로토콜에 비해 괄목할 만하게 성장하고 있다고 역설했다. |
“EtherCAT은 인더스트리 4.0에 가장 적합한 통신기술”
ETG Korea, ‘2017년 제4회 EtherCAT 로드쇼’ 성황리 개최
ETG Korea가 11월 8일과 10일, 서울과 광주에서 각각 ‘2017년 제4회 EtherCAT 로드쇼’를 개최했다.
특히, 서울에서 열린 행사는 예상인원을 훨씬 넘어서는 인원이 참석하는 성황을 보이면서, EtherCAT에 대한 한국시장에서의 높은 관심을 반영했다.
이번 행사를 주최한 Beckhoff 사의 한국 대리점인 트라이텍의 유기석 사장은 환영사에서, 빅데이터를 이용한 구글 트렌드 검색 결과를 예로 들어, 산업용 이더넷 가운데 EtherCAT의 수요가 타 통신 프로토콜에 비해 괄목할 만하게 성장하고 있으며, 이것은 EtherCAT의 월등한 성능과 기술을 방증하는 것이라고 역설했다.
ETG(EtherCAT Technology Group) 회장인 Martin Rostan 씨는 5개의 주제발표를 통해, EtherCAT의 성능과 적용사례, 향후 기술전개 방향 등에 대해 자세하게 소개하는 한편, 트라이텍과 르네사스, 아콘티스, ADLINK, HMS, 인피니언, 파커 등의 업체가 참여해 EtherCAT 제품과 기술을 소개했다.
특히 Martin 회장은 본지와의 인터뷰를 통해, 앞으로 TSN(Time Sensitive Networking) 기술을 옵션으로 추가해서 EtherCAT의 성능을 향상시키겠다는 계획을 밝혀, 관심을 끌었다.
<취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr>
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| ETG협회 Martin Rostan 회장은 동기화 노드의 EtherCAT 솔루션은 분산 클락(Distributed Clock)에 기반한다는 점을 강조했다. |
이번 행사를 위해 방한한 ETG 협회 Martin Rostan 회장은, IT시장은 자동화 시장보다 훨씬 규모가 큰 시장으로, 규모의 경제 혜택을 받을 수 있으며, IT에 사용되는 이더넷 기술을 자동화에 적용하면 규모의 경제 혜택을 누릴 수 있다는 말로 발표를 시작했다.
Martin 회장은 수정되지 않은 이더넷을 자동화에 사용하기 위해서는 여러 IT 노하우와 하드웨어를 투자해야 가능하기 때문에 복잡할 수도 있으며, 수정되지 않은 이더넷이 가장 최선이라고 주장해온 타 프로토콜들이 특별한 하드웨어를 사용하기 시작했다고 꼬집었다.
대역폭 활용, 스택 딜레이, 스위치 딜레이 문제를 해결하는 EtherCAT
Martin 회장은 EtherCAT은 이더넷 필드버스로, 이더넷 필드버스는 시스템 비용의 원인이 되는 구성과 진단, 유지보수를 쉽게 만든다고 설명했다. EtherCAT은 큰 대역폭(Bandwidth) 덕분에, 제어 데이터와 함께 추가적인 TCP/IP를 전송할 수 있는 능력이 있으며, EtherCAT 자체는 TCP/IP에 기반을 두지 않기 때문에, MAC 주소나 IP 주소를 관리하거나 또는 IP 전문가들에게 스위치와 라우터를 설정하게 할 필요가 없다고 말하고, EtherCAT은 실시간 통신을 사용할 때 발생하는 대역폭 활용(Bandwidth Utilization), 스택 딜레이(Stack Delay), 스위치 딜레이(Switch Delay) 이 3가지 문제점을 해결한다고 역설했다.
Martin 회장의 설명에 의하면, 일반적인 이더넷프레임은 84 byte가 필요하다. 하지만, 84byte 보다 더 적은 프레임의 byte들만을 필요로 한다면, 이더넷 프레임이 사용할 수 있는 대역폭 활용도는 낮을 수밖에 없다. 다시 말하자면, 활용상 만족도가 떨어진다는 결과다. 이러한 부분을 보완한 네트워크들이 현재에 사용되는 이더넷기반 프로토콜이라고 할 수 있다.
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이더넷 프레임의 대역폭 활용도
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다음의 표는 독일 Softing 사가 동일 하드웨어 구성으로 Profinet, 이더넷/IP와 EtherCAT의 Stack 딜레이를 비교한 표다.
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| Stack 딜레이 비교 표 |
또, 모든 스위치들은 저장과 전송기능을 사용하는데 스위치를 많이 거치면 거칠수록 이로 인해 발생되는 딜레이, Jitter와 버퍼들에서 자유로워지지 못한다. 따라서 네트워크 토폴로지 구성 시, 거치는 모든 단계적 스위치를 줄이는 것이 목표다.
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| Switch 딜레이 |
Martin 회장은 EtherCAT은 이러한 3가지 문제점들을 해결한 아주 빠른 산업용 이더넷기술이라고 강조했다.
EtherCAT은 노드 당 오버헤드가 필요 없어서 모든 경쟁 프로토콜이 1비트 84 프레임이지만, EtherCAT은 1비트 1프레임이기 때문에 효율성이 높아져서 대역폭 활용 문제를 해결하며, 스택이 프로세싱 시간을 차지하지 않기 때문에 프로세싱을 예측할 수 있고 최대치로 끌어올리기 때문에, 스택 딜레이 문제를 해결한다. 또 경쟁 프로토콜과 달리 스위치가 필요 없기 때문에, 컨피규레이션이 필요 없어서 스위치 딜레이를 해결한다는 설명.
Martin 회장에 의하면, EtherCAT은 분산된 1000개의 디지털 IO를 30μs안에, 또한 100개의 서보 축들을 매 100μs안에 데이터를 처리할 수 있으며, EtherCAT은 각각의 I/O Slice들에 연결되기 때문에, 보조 Bus 또한 필요치 않다.
EtherCAT의 성능, I/O단까지 내려갈 수 있어
또, EtherCAT의 성능이 I/O단까지 내려갈 수 있다고 설명했다.
일반적인 버스 시스템 구조는 CPU와 독자적인 I/O 사이클이 존재하고, 이것들이 통신하기 위해서는 별도의 게이트웨이가 필요하다. 하지만 EtherCAT은 실시간성을 I/O 레벨로 맞췄기 때문에, 실시간적으로 I/O 레벨에서 읽기/쓰기가 가능하고, 이 때문에, 처리속도는 향상 될 수밖에 없다. 더 나아가 입출력, 센서, 액추에이터, 드라이브, 디스플레이 등등이 모두 한 시스템에 공존 할 수 있다는 것도 크나큰 장점이라고 피력했다.
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| 일반 버스 시스템 |
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| EtherCAT버스 시스템 |
동기화(Synchronization)에 대한 설명에서는 동기화 노드의 EtherCAT 솔루션은 분산 클락(Distributed Clock)에 기반한다는 점을 강조했다.
Martin 회장의 설명에 의하면, 노드들에서 클락의 보정(Calibration)은 완전히 하드웨어 기반이다. 첫 번째 DC 슬레이브 디바이스로부터의 시간은 시스템에 있는 모든 다른 디바이스로 주기적으로 분산된다. 이 메커니즘으로, 슬레이브 디바이스 클락은 이 기준 클락(Reference Clock)에 정확하게 조정될 수 있어서, 그 결과 시스템 내에서 지터(Jitter)는 1㎲보다 상당히 짧다.
또, EtherCAT 마스터의 정확도는 이더넷 프레임의 클락과 독립적으로 이루어지기 때문에 정확도가 보장되고, 데이터의 샘플링이 지터에 의해 영향을 받지 않기 때문에 네트워크 간의 동기화도 가능하다는 설명. 여러 IPS가 1미리세컨드 이하의 인풋을 받고 프로토콜 오버 없이 가능하며, 심지어 외부 클락과도 동기화가 가능하기 때문에 글로벌 클락의 동기화가 가능해서 글로벌 클락의 동기화가 중요한 제약공장과 같은 어플리케이션에서 대단히 유용하다는 설명. 마틴 회장은 이러한 성능은 EtherCAT이 산업용 이더넷이기 때문에 가능하다고 강조했다.
보다 유연한 EtherCAT 와이어링
한편, EtherCAT 네트워크는 토폴로지에 제한을 받지 않으면서 최대 65,535개의 디바이스들을 연결할 수 있다. 라인, 버스, 트리, 스타 또는 이들의 어떤 조합도 가능하다.
EtherCAT에서 이용하는 고속 이더넷 방식의 물리적 연결은 두 개의 디바이스들 사이의 거리를 최대 100m(330 ft.)까지 허용하며, 더 먼 거리는 광섬유의 사용으로 가능하다.
EtherCAT은 또한 토폴로지의 유연성을 더할 수 있는 추가적인 기능을 가지고 있는데, 디바이스들에 대한 Hot Connect와 Hot Swap 기능, 그리고 링 토폴로지를 통한 이중화 지원 등을 들 수 있다.
Martin 회장은 이러한 유연한 토폴로지 덕분에 실제로 모 초대형 시스템 테스트에서 10,056개의 EtherCAT 노드의 사이클타임이 4미리세컨드에 불과했다고 강조했다.
PoE와 EtherCAT P의 차이 강조
이와 함께 통신선과 전력선을 하나로 합한 EtherCAT P가 소개됐다.
이 부분에서 Martin 회장은 PoE(Power of Ethernet)와 EtherCAT P의 차이점을 역설했다. PoE는 48볼트의 하나의 파워서플라이어로 구성이 되지만, 이것은 자동화 분야에서 선호를 하지 않고, 파워자체의 캐스캐이드가 안 되는데 비해, EtherCAT P는 포딩 커넥트와 연결해 두 개의 24볼트 파워서플라이를 구성할 수 있어서 캐스캐이드가 가능하고, 단일 케이블로 분산 클락이 가능하다고 설명했다. 파워와 서플라이어가 동시에 필요하지 않다는 의미.
EtherCAT P는 케이블 가격 절감과 더불어 공간 최적화에도 기여한다. 부가적인 파워 서플라이를 제거 할 수 있고, 장비에 단일 M8 타입의 케이블링이 가능하다. 한 개의 케이블로 EtherCAT+2x24V DC(Up, Us)를 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.
도요타 공장에서는 EtherCAT을 표준 네트워크로서 도요타 공장의 인더스트리 4.0에 사용하겠다고 발표한 바 있다.
ETG, 2016년과 2017년 사이 일 년 동안, 전 세계적으로 500개의 회원사 늘어
한편, ETG(EtherCAT Technology Group)에 대한 설명에서 Martin 회장은 2016년과 2017년 사이 일 년 동안, 전 세계적으로 500개의 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, 2017년 10월말 기준으로 한국에는 245개의 회원사가 있다고 밝혔다. 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. ETG 협회는 전 세계 6개 대륙 65개 국가에 회원사를 확보하고 있다.
EtherCAT은 단 하나의 버전
Martin 회장은 타 프로토콜과 달리, EtherCAT은 버전이 하나이기 때문에 안정적이라는 점을 강조했다.
이어서 EtherCAT의 추가적인 기능인 이중화 기능과 Safety 기능에 대해 설명했다.
EtherCAT의 이중화 기능은 다음과 같다. EtherCAT 마스터에서 RX와 TX Unit들이 각각의 슬레이브에서 송수신되며 통신하는 것이 보통의 방식인데, 이러한 구성은, 어떠한 결함으로 인하여 통신이 단절되는 현상이 발생할 경우, 큰 문제로 야기될 수 있는 부분을 해결할 수 있다. EtherCAT은 링 토폴로지로 케이블 이중화 구성이 가능하다. 노드가 작동중인 상태에서 모듈을 교체할 수 있으며, 이 기능으로 어떠한 에러 발생 시, 대처가 용이하다.
EtherCAT 이중화를 택하는 이유 가운데 중요한 포인트는 단지 통신 복구뿐만 아니라, 통신 단절 이후, 이중화를 통하여 통신 백업을 위한 Switch Over Time이 15μs 안에 가능하다는 점이다. 이는 아주 짧은 시간 안에 통신이 복구되기 때문에, 시스템적인 결함으로 발생하는 손해 및 피해요소를 최소화할 수 있다는 의미다. 구성 방법 또한 내부적 세팅은 TwinCAT으로 이뤄지며, 마스터와 관련 라이브러리, LAN port, LAN선 한 개씩만이 추가적으로 필요하다.
또 하나의 추가적 기능인 Safety는 현대 산업 현장에서는 필수적인 요소다. Safety는 위협요소로부터 또는 크리티컬한 문제로 야기되는 현장 위험들을 사전에 방지하고 발생 후에도 안전하게 대처할 수 있는 기능이다. EtherCAT도 타 통신 프로토콜과 마찬가지로 Safety와 표준 정보들이 들어있는 ‘Black Chanel’을 사용한다.
Safety over EtherCAT은 하나의 통신 시스템으로 제어와 안전 데이터 둘 다를 전송하며, Black-Channel 접근법 덕택에 다른 버스 시스템에서도 사용이 가능하다. EtherCAT Safety 기능은 Safe기능과 기본통신이 하나의 채널에서 이루어지기 때문에, 이로 인해 필드버스와 인터페이스들을 줄일 수 있는 효과를 볼 수 있다. 또한 하나의 툴에서 중앙집중식 구성, 진단, 유지보수 또한 가능하다. 이러한 Safety 어플리케이션으로 EtherCAT을 완벽하게 사용할 수 있다. Safety는 반응시간을 단축시키고 제한 없이 노드를 구성할 수 있으며, 네트워크 확장성 또한 우수하다.
이어서 EtherCAT의 성공적인 설치와 트러블 슈팅에 대해 설명하고, 적합성과 상호운용성에 대해 설명했다. 이 두 가지는 통신 표준이 성공하기 위한 가장 중요한 요소다. EtherCAT 테크놀로지 그룹은 각 디바이스 구현을 위한 적합성 테스트에 대한 요구와 더불어, EtherCAT 마스터 디바이스들, 슬레이브 디바이스들 그리고 EtherCAT 구성 도구 사이의 상호운용성을 보장하기 위해 Plug Fests를 진행하고 있다. 다양한 디바이스들이 상호운용적인지 테스트하려고 할 때 해야 할, 가장 실용적인 일들 중 하나는 시험 삼아 디바이스들을 함께 연결해보는 것으로, 이런 접근법을 바탕으로 ETG는 보통 이틀간에 걸쳐 이어지는 다양한 Plug Fest를 매년 개최한다. Plug Fest 동안, 마스터와 슬레이브 디바이스 제조사들은 어떻게 그들의 디바이스들이 함께 제대로 작동하는지 테스트하기 위해 모이는데, 이것은 실제로 디바이스들의 유용성을 향상시킨다. Plug Fest는 유럽, 북미, 아시아에서 개최된다.
또, EtherCAT 적합성 테스트 도구(CTT)는 EtherCAT 슬레이브 디바이스의 작동을 자동적으로 테스트하는 것을 가능하게 해준다.
프로토콜 테스트와 더불어, CTT는 EtherCAT 슬레이브 정보(ESI) 파일에 있는 가치들이 유효한지를 검사하며, CiA 402 드라이브 프로파일과 같은 디바이스 특정 프로토콜 테스트를 수행한다. 모든 테스트 단계와 결과가 Test Logger에 저장되고, 디바이스 출시를 위해 기록된 검증으로써 분석되거나 저장될 수 있다.
ETG는 지속적으로 유지관리를 하며, 새로운 테스트 사례들을 CTT에 추가한다. 디바이스 제조사는 제품 출시 전에 테스트를 위한 가장 최신 버전의 도구를 항상 가지고 있는 것이 중요한데, 최신 버전의 도구를 좀 더 쉽게 가질 수 있도록, CTT는 1년 기간의 정기 구독으로 제공된다. 또한, CTT는 인터페이스 구현에서 초기 오류들을 밝히기 위해 설계 단계에서 유용하다.
프레스토 솔루션, 아콘티스(Acontis)의 EtherCAT 마스터인 ‘EC Master’ 등 소개
한편, 이번 행사에서는 EtherCAT을 사용하고 있는 여러 업체들의 적용사례와 기술이 소개됐다.
우선, 프레스토솔루션에서는 아콘티스(Acontis) 사의 EtherCAT 마스터인 EC Master를 비롯해서 EtherCAT을 컨피규레이션하고 진단할 수 있는 툴인 EC Engineer, 윈도우 EtherCAT 리얼타임 플랫폼인 EC Win의 제품군을 소개했다.
ADLINK, EtherCAT 기반의 비전 통합 오토메이션 컨트롤 시스템 선보여
ADLINK에서는 산업용 컨트롤 플랫폼을 구축하는 제품을 소개했다. ADLINK 본사의 Enes Yang 씨는, 에이디링크는 인텔의 프리미어 파트너로 선정되어 IIoT 사업을 전개하고 있다고 말하고, 현장의 데이터를 클라우드에 전송하는 솔루션을 소개했다. Yang 씨는 EtherCAT의 강점은 동기화라고 피력하고, TSN 성능이 합쳐지면 EtherCAT의 성능이 크게 개선될 것이라고 피력했다. ADLINK에서는 곧, 고속처리를 가능하게 하는 EtherCAT 슬레이브를 출시할 예정. 특히, 에이디링크에서는 이날 행사장에서 신제품인 EtherCAT 기반의 비전 통합 오토메이션 컨트롤 시스템을 선보이면서 관심을 끌었다. 플럭 & 플레이 기능을 제공하는 것이 특징.
파카하니핀, Parker Automation Controller 소개
파카하니핀(Parker Hannifin)에서는 Parker Automation Controller를 비롯한 EtherCAT 제품과 성공인 적용사례를 소개했다.
트라이텍, PC 기반 제어를 통해 별도의 모션 컨트롤러 없이 금속 3D 프린팅을 한 사례 소개
트라이텍에서는 PC 기반 제어를 통해 별도의 모션 컨트롤러 없이 금속 3D 프린팅을 한 사례를 소개하는 한편, 12개의 프로세서 코어가 탑재된 새로운 임베디드 PC CX20xx와 64개의 코어를 활용할 수 있는 C6670, TwinCAT HMI, TwinCAT3 소프트웨어, EJ 모듈 등을 소개했다. 발표에 나선 트라이텍의 정명오 차장은 “TwinCAT3는 Visual Studio가 통합되어 오퍼레이션뿐만 아니라, 측정, 사이언티픽 오토메이션에까지 적용이 된다”고 설명했다.
만희기전, HMS의 (eWON) 원격관리 솔루션 소개
만희기전에서는 HMS 인더스트리얼 네트웍스(HMS Industrial Networks)가 최근 인수한 이원(eWON)의 원격관리 솔루션을 이용해, 벨기에 HMI와 연결하여 PLC를 컨트롤하는 데모를 선보였다.
르네사스, 마스터 새롭게 출시
르네사스에서는 멀티 프로토콜 대응 산업용 이더넷 통신용 LSI인 ‘R-IN32M3-EC’와 EtherCAT 전용 LSI인 ‘R-IN32M3-EC-1’ 등과 함께, 새롭게 출시된 마스터 신제품을 소개했다.
인피니언, EtherCAT 노드를 통합한 XMC 마이크로컨트롤러 XMC4300과 XMC480 소개
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.
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| 행사장에 마련된 EtherCAT 데모 부스에 참석자들이 많은 관심을 보이고 있다. |
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| 1. BECKHOFF 데모 / 2. 에이디링크에서는 신제품인 EtherCAT 기반의 비전 통합 오토메이션 컨트롤 시스템을 선보였다. / 3. 인피니언 데모 / 4. 르네사스 데모 / 5. 파카하니핀 데모 / 6. ACONTIS 데모 / 7. 만희기전에서는 이원(eWON)의 원격관리 솔루션을 이용해 벨기에 HMI와 연결하여 PLC를 컨트롤하는 데모를 선보였다. |
현장 인터뷰
“TSN 기술을 수영해, EtherCAT의 적용범위를
더울 확장해 나갈 것”
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| ETG 회장 Martin Rostan |
Q. 이번 EtherCAT Roadshow Korea를 통해 한국시장에 전달하고자 하는 메시지는 무엇인가?
A. 현재 네트워크 관련 Automation Fieldbus의 중요성이 과소평가되고 있다. 단순히 PLC에 필드버스가 추가되는 것이 아니라, 전체 컨트롤 시스템에서 필드버스가 핵심이라는 것을 얘기하고 싶다.
하나의 사례를 들면, 많은 사람들이 PC기반 컨트롤을 사용하는데, 통신 사이클타임이 10ms의 네트워크에서 제어 사이클 타임이 1ms 이하라고 하면 마스터 디바이스와 네트워크, 둘 간의 균형이 깨진다. 통신은 시스템 구조의 핵심일 뿐만 아니라, 전체 시스템이 최고의 성능에 도달할 수 있는가를 결정한다. 또한 통신 시스템은 시스템 비용과 시운전 시간을 결정할 때 중요한 요소다.
EtherCAT은 모든 다른 통신시스템보다 속도가 빠르고, 사용이 쉽고, 저렴하다. 그래서 전 세계에서 성공적으로 사용되고 있다.
Q. 최근 업그레이드된 EtherCAT의 기술 내용 가운데, 주목할 만한 것으로는 어떤 것이 있나?
A. 앞으로 TSN(Time Sensitive Networking) 기술을 옵션으로 추가해서 EtherCAT의 성능을 향상시키고자 한다. 마스터의 위 층 또는, 마스터와 첫 번째 슬레이브 사이에 TSN이 들어가게 함으로써 마스터 하나에 들어갈 수 있는 연결성이 확대되고, 토폴로지에 대한 옵션을 다양화할 수 있다. 머신이 아니라, 전체 라인 또는 공장 전체를 사용하는 경우를 가정하면, TSN이 들어감으로써 마스터 하나에 카메라를 비롯한 여러 가지 디바이스를 연결할 수 있게 된다. 이것은 EtherCAT을 대체하는 것이 아니라, TSN을 추가함으로써 제어 시스템이 슬레이브에 액세스할 수 있게 하는 것을 의미한다.
이 새로운 기술 업그레이드는 이번 ‘SPS IPC Drives’에서 발표될 내용이지만, 이미 지난 9월 ETG 내 기술위원회에서 공지가 됐다.
Q. 많은 통신 프로토콜들이 스스로 Industry 4.0에 적합하다고 주장하고 있다. EtherCAT은 Industry 4.0에 적합한 기술인가? 적합하다면 그 이유는 무엇인가?
A. EtherCAT은 인더스트리 4.0에 적합한 기술이다. 인더스트리 4.0에 적합한 유일한 통신 프로토콜은 아니지만, 가장 적합하다고 생각한다.
인더스트리 4.0을 위한 통신은 대역폭이 커져야하고, 계층도 단순해져야 하고, 사용이 쉬워야 한다. 이러한 모든 특성을 갖추고 있는 것이 EtherCAT이다. EtherCAT은 지금까지 머신 단의 실시간 제어를 위해 사용이 되어 왔지만, TSN이 추가되면 마스터와 마스터 간 컨트롤에서도 실시간 제어가 가능해지기 때문에, 상위 컨트롤 단의 실시간 제어를 위해서도 사용이 가능해진다. 즉, TSN이 추가되면 EtherCAT이 Automation Protocol의 일부가 되기 때문에 전체적인 실시간 제어가 가능해진다.
Q. ETG는 5~6년 전부터 EtherCAT Automation Protocol(EAP)을 통해 EtherCAT의 영역을 시스템 상위로까지 확대하고자 하는 움직임을 보이고 있다. 그러나 국내에서는 사실 상위 컨트롤 단에서 EAP를 활용하는 수요가 적은데 이에 대한 의견은?
A. 지금 얘기한 대로 EtherCAT Device Protocol의 수요는 대단히 많고 인지도도 높지만, 기계 대 기계 간 고속 통신요구는 많지 않기 때문에, EAP의 수요는 EtherCAT Device Protocol 수요보다 적은 것이 사실이다. 머신 상위단 프로토콜은 머신 제조업체보다는 엔드유저에서 사양을 정하는 경우가 많다. 따라서 공장전체 통신 프로토콜은 엔드유저가 정한다. 예를 들어 반도체 산업의 경우, EtherCAT이 툴 안으로 들어가고, 툴 간의 통신은 반도체협회에서 규정한 SECS라고 하는 특정 통신 프로토콜이 사용된다. 즉 EtherCAT이 툴 안으로 들어가지만, 툴 간의 통신에 들어가지는 않는다. EtherCAT은 SECS와 경쟁하는 것이 아니라, 고객이 자유롭게 선택해서 사용할 수 있다.
Q. 한국시장에서의 EtherCAT 수요에 대해 어떻게 평가하나?
A. 한국은 전체산업에서 차지하는 제조업비중이 30%로, 독일의 20%보다 높다. 즉 한국은 제조업이 강한 국가다. 또 EtherCAT은 기계를 컨트롤하는데 강점을 지닌 통신 프로토콜이다. 따라서 한국에서는 EtherCAT이 강하다.
한국이 강점을 지닌 산업분야 가운데 하나가 반도체인데, EtherCAT이 가장 성공적으로 활용되고 있는 산업분야가 반도체다. 따라서 한국과 EtherCAT은 궁합이 잘 맞는다.
또 국가마다 선진기술을 받아들이는데 있어서 개방적일 수도 있고 폐쇄적일 수도 있는데, EtherCAT이 한국시장에 빠르게 보급된 이유 가운데 하나는, 선진기술을 빠르게 받아들이는 문화적인 특성 때문인 것으로 보인다. 한국시장에서의 EtherCAT 보급에 대해서는 대단히 만족한다.
특히, 오늘 행사에 많은 사람들이 참석을 해서 대단히 기분이 좋다. 이것은 한국에서의 EtherCAT에 대한 관심을 반영하는 것이고, 한국의 EtherCAT 팀이 일을 잘 해준 덕분이라고 생각한다.
Q. IIoT에서 중요시되는 진단과 트러블 슈팅과 관련한 EtherCAT의 강점은 무엇인가?
A. EtherCAT은 슬레이브 컨트롤러를 사용해서 다른 프로토콜이 제공하지 못하는 추가적인 진단기능을 제공한다.
각 노드에 있는 EtherCAT 슬레이브 컨트롤러는 이동 중인 프레임의 오류를 Checksum을 이용해서 검사하고, 프레임이 올바르게 수신될 때만, 정보가 슬레이브 어플리케이션에 제공된다. 만약 약간의 오류가 있다면, 오류 카운터가 증가되고, 다음의 노드들은 프레임이 오류를 담고 있다는 것을 알게 된다. 또한 마스터 디바이스는 프레임이 결함이 있다는 것을 감지하고, 정보를 폐기한다. 마스터 디바이스는 노드의 오류 카운터를 분석함으로써 시스템의 어디에서 결함이 처음 발생했는지 감지할 수 있다. 기계 외부에서 기계 내부의 컨트롤 네트워크 성능을 보고, 네트워크를 통해 비트 에러의 위치까지 볼 수 있다. 즉 오류를 감지하는 성능도 우수하지만, 더 나아가서 오류의 위치까지 파악할 수 있다. 이것은 표준적인 이더넷 환경에서는 할 수 없는 기능으로, 이러한 기능은 진단과 트러블 슈팅에서 중요하다.
Q. 지금 얘기한 오류 위치 확인 기능은 EtherCAT에 원래 있던 기능인가, 아니면 Industry 4.0을 위해 새롭게 전달하는 메시지인가?
A. 이 기능은 처음부터 EtherCAT이 가지고 있는 기능이다. 이것을 강조하는 이유는 EtherCAT이 전체 IoT와 연결됐을 때 중요하기 때문이다.
Q. 최근의 중요한 EtherCAT Use Case가 있으면 소개를 부탁한다.
A. 개인적으로 배를 타는 것을 좋아 하기 때문에, 배와 관련된 사례를 하나 소개하겠다. 아메리카컵이라는 큰 대회가 있는데, 올해 뉴질랜드 팀이 작년 우승팀인 미국 팀을 7대 1이라는 큰 차로 이겼다. 이 뉴질랜드 팀은 항해에 필요한 유압 컨트롤에 EtherCAT을 사용했다. 노의 제어를 유압으로 하는데, 여기에 EtherCAT이 사용됐다.
Q. 다른 산업용 통신 프로토콜과 비교할 때 EtherCAT이 갖는 강점은 무엇인가?
A. EtherCAT은 속도와 비용, 유연성, 견고성, 진단 등 모든 측면에서 다른 통신 프로토콜을 앞서고 있다는 것이 특이한 점이다. 또 적용대상도 가장 넓다.
한국에서는 반도체 분야에서 EtherCAT 적용율이 계속 1위를 유지하고 있고, 기계 제조업체와 최종 엔드유저 모두 EtherCAT을 선호한다. 한국의 주요 반도체 업체들이 자사의 공급업체들에게 EtherCAT을 사용할 것을 요구하고 있어서, 한국에서의 EtherCAT 수요는 점점 늘어날 수밖에 없다.
Q. 도요타 자동차 외에 EtherCAT P를 사용하고 있는 고객들로는 어떤 기업들이 있나?
A. 대표적인 글로벌 사례로는 도요타가 있지만, 이미 많은 고객들이 EtherCAT P를 사용하고 있다.
고객 이름을 밝힐 수는 없지만 모 풍력발전 터빈에도 사용이 되고 있다. 터빈에는 여러 가지 부품이 들어가는데, 터빈의 일부 부분 중 타워 위 부분에 EtherCAT P가 사용되고 있다. EtherCAT P를 사용하면 통신과 전력을 위해 두 개의 케이블을 사용하던 것을 하나로 줄일 수 있다. 풍력은 EtherCAT P의 장점을 최대로 발휘할 수 있는 분야 가운데 하나다.
터빈 위쪽에 충돌방지용 조명이 들어가는데, 과거에는 조명 하나당 PLC 하나가 들어갔다. 그러나 EtherCAT P를 사용하면 중앙에서 하나의 PLC로 모든 조명을 제어하고 전력을 제어할 수 있게 된다.
Q. 향후 EtherCAT의 기술전개 방향은 어떠한가?
A. EtherCAT은 14년 전부터 지금까지 신중하게 기술을 유지하는데 노력해 왔다. 변화보다는 개선을 위해 노력을 해왔는데, 미래에는 앞서 얘기했듯이 TSN을 적용할 계획이다. 단순히 트렌드를 위한 업그레이드가 아니라, IoT나 인더스트리 4.0에서 중요한 기술이 무엇인지 눈여겨보고 개선을 해 나갈 것이다. 무엇보다 중요한 것은 EtherCAT의 안정성을 지속적으로 유지해 나가는 것이다.
"마스터 위 층 또는, 마스터와 첫 번째 슬레이브 사이에 TSN이 들어가게 함으로써 마스터 하나에 들어갈 수 있는 연결성이 확대되고, 토폴로지에 대한 옵션을 다양화할 수 있다. 머신이 아니라, 전체 라인 또는 공장 전체를 사용하는 경우를 가정하면, TSN이 들어감으로써 마스터 하나에 카메라를 비롯한 여러 가지 디바이스를 연결할 수 있게 된다. 이것은 EtherCAT을 대체하는 것이 아니라, TSN을 추가함으로써 제어 시스템이 슬레이브에 엑세스할 수 있게 하는 것을 의미한다 "
[출처] 월간 무인화기술 / 2017. 12
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