ETG, 제9회 ETG Korea 회원사 초청 세미나 개최 [무인화기술 2018년 8월]
미래의 기술 TSN과 조화롭게 사용될 수 있는 EtherCAT!
ETG Korea, 제9회 ETG Korea 회원사 초청 세미나 개최
ETG(EtherCAT Technology Group) Korea가 7월 5일, 베스트웨스턴 프리미어 구로호텔에서 제9회 ETG Korea 회원사 초청 세미나와 함께 기자간담회를 개최했다.
ETG Executive Director인 Martin Rostan 씨는 기자간담회를 통해, ETG는 세계최대 규모, 아시아최대 규모, 미국최대 규모, 유럽최대 규모의 회원사를 확보하고 있는 진정한 의미의 글로벌 필드버스 협회라는 점과, 유연한 토폴로지를 가진 고성능 및 저비용의 사용하기 쉬운 산업용 이더넷 기술이라는 EtherCAT의 장점을 다시 한 번 강조했다.
이와 함께, 인더스트리 4.0 및 IIoT(Industrial Internet or Things 산업용 사물인터넷)의 확산과 함께 부상하고 있는 TSN(Time Sensitive Networking)의 기능을 소개하는 한편, EtherCAT이 어떻게 TSN과 잘 조화되어 사용될 수 있는지에 대해 설명했다.
<취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr>
EtherCAT은 모션 컨트롤 분야에서는 더 이상의 설명이 필요 없을 정도의 전 세계적인 인지도를 확보하고 있는 필드버스로서, 지난 2003년에 처음 소개되어 2007년 국제 표준이 됐다. 다음은 Martin 디렉터의 발표 내용이다.
ETG는 진정한 의미의 글로벌 조직으로, 특히 아시아지역에서 좋은 성과를 올리고 있어
ETG는 지속적으로 성장을 거듭, 올 7월 5일 기준으로 전 세계적으로 4,891개의 회원사를 확보하고 있으며, 지난 12개월 동안 500개의 회원사가 신규로 가입을 했다.
Martin 디렉터는 대부분의 필드버스협회들이 글로벌 조직이라고 말하지만 해외 회원사가 많지는 않다고 말하고, ETG는 현재 전체 회원사 가운데 3분의1을 아시아지역이 차지하고 있으며, 올 연말이면 아시아지역의 회원사가 2천개 정도가 될 것으로 예상이 되면서 아시아 내에서는 필드버스 기관으로서는 최대기관이 될 것이라고 피력했다. ETG는 아시아 회원사 숫자만으로도 세계최대의 필드버스 조직이 될 것이며, 세계최대 규모, 아시아최대 규모, 미국최대 규모, 유럽최대 규모의 회원사를 확보, 진정한 의미의 글로벌 조직으로, 특히 아시아지역에서 좋은 성과를 올리고 있다고 말했다.
한국에도 264개의 ETG 회원사가 있으며, 가장 중요한 것은 적용율, 즉 얼마나 많은 사람들이 기술을 사용하고 있느냐 하는 점인데, ETG는 2,000개가 넘는 ETG 기기 밴더가 있으며, 회원사의 3분의1 정도는 ETG 기술을 사용하는 회원사들이지만, 직접 자사의 제품에 EtherCAT 기술을 적용한 회원사들이 가장 큰 비중을 차지하고 있다고 강조했다.
EtherCAT과 TSN
이어서 이번 기자간담회의 핵심 주제인 ‘EtherCAT과 TSN’에 관해 자세하게 설명했다.
그의 설명에 의하면, TSN은 단일 기술이 아니라, 여러 표준이 하나의 세트로서 포함되어 있다. TSN은 IEEE에 의해 정의되고 개발되고 있으며, 16년째 개발되고 있다. 다양한 IEEE 표준이 개발되고 있는데, TSN이 소속되어 있는 위원회는 802.1 위원회로서, 이것은 이더넷 위원회가 아니라 브리징(Bridging) 위원회다. 브리지는 이더넷 안에서 사용되는데, 흔히 스위치라고 부른다. 그러나 브리지는 여기에만 적용되는 것이 아니라 통신기술에도 사용이 되고 있다.
TSN은 필드버스 기술 자체는 아니며, TSN이 필드버스를 대체할 수는 없어
TSN은 Time Sensitive Networking의 약자로서 당연히 시간이 중요하다. 그러나 시간 이외에도 가용성이나 케이블의 중복(?)이라든지 여러 측면을 포괄하고 있다. TSN은 여러 표준으로 이루어진 포트폴리오이기 때문에, 그 안에 다양한 툴들이 있으며, 이 툴들은 동시에 사용하지 않고 선택적으로 사용할 수 있다. IEEE의 경우에는 이 툴들에 대한 매뉴얼을 제공하지 않는다. 즉, 표준을 어떻게 사용하는지 알려주지 않는다. 따라서 필요에 따라서 자신의 기술에 필요한 툴을 선택해서 사용할 수 있다.
TSN에 대한 오해와 소문이 많은데, 그 중의 하나는 TSN이 필드버스를 대체할 것이라는 것이다. 그러나 이것은 진실이 아니다. TSN은 필드버스가 아니며, 필드버스가 되기 위해서 만들어진 것도 아니다. IEEE 역시 필드버스 조직이 아니다.
EtherCAT 기술위원으로 일하고 있는 팀원 중의 한 사람이 IEEE 해당위원회에 처음부터 참여하고 있다. 16년째 참여하고 있기 때문에 TSN이 생겨난 첫날부터 함께 한 셈이고, TSN에 대해 잘 알고 있다고 말할 수 있다. IEEE의 TSN 해당위원회에는 위원이 50~60명이 있는데, 그 중의 5명만 산업자동화 전문가다. 따라서 위원회에 산업자동화 전문가가 많다고 말하기는 어렵다.
ETG는 IEEE와 공식적인 파트너십을 맺었다. 표준화분야에서는 이러한 파트너십을 리에종(liaison: 두 집단이나 조직 간의 연락 담당자)이라고 부른다. ETG는 IEEE와 리에종 관계를 맺고 있기 때문에, 아직은 공식화되지 않은 표준안을 볼 수 있는 권한을 가지고 있다. TSN에 대해 얼마나 성숙한지, 가용성이 어떤지 얘기가 많이 나오지만, 사실은 TSN의 가장 큰 미해결 도전과제는 컨피규레이션(Configuration)이다.
TSN 환경에서 컨피규레이션은 두 가지 측면으로 생각해 볼 수 있다.
첫 번째는 패스(path)를 최적화하는 부분이다. 스위치에게 어떤 프레임을 언제 통과시킬지에 대해 수학적으로 계산하는 부분이 있는데, 이 부분이 컨피규레이션의 가장 큰 도전과제라고 생각한다. 두 번째는 이와 같이 처리된 정보를 분산 디바이스에 어떻게 다운로드 할 것인가 하는 부분이다. 첫 번째가 더 중요한 도전과제인데, IEEE는 이 두 번째 과제만을 다루고 있다.
이처럼, 아직까지는 미해결 과제가 있기 때문에 TSN의 성공여부를 100% 알기는 어렵다. 간단한 네트워크에 대해서는 이 부분이 해결이 될 것으로 본다. 그러나 전체 플랜트에 적용되는 TSN과 관련된 최적화된 컨피규레이션을 구하기는 어렵다고 본다. 여러 가지 솔루션이 나오겠지만, TSN 기술의 잠재력을 모두 활용할 수 있는 솔루션이 나오기는 아마도 어려울 것으로 예상이 된다.
TSN에는 EtherCAT과 함께 사용하는 표준이 3개가 있어
TSN에는 EtherCAT과 함께 사용하는 표준이 3개가 있다. ETG에서는 TSN과 EtherCAT을 사용하는 두 개의 시나리오를 마련하고 있다. 이것은 현재에 사용되는 시나리오가 아니라, 미래에 사용될 시나리오다.
첫 번째 시나리오는 TSN과 EtherCAT을 함께 사용하게 되면, EtherCAT Automation Protocol(EAP) 즉, 마스터와 마스터를 연결하는 실시간 연결이 개선될 것이라는 점이다. TSN 인프라를 적용함으로써 마스터에서 마스터가 연결이 되고, 실시간 연결이 가능해진다. 즉, TSN의 특성을 사용해서 EAP를 개선하는 형태가 된다. 이 부분은 이미 많은 사람들이 TSN에 대해 기대하는 바이고, 당연히 가능한 부분이다.
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| TSN과 EtherCAT을 사용하게 되면, EtherCAT Automation Protocol(EAP), 마스터와 마스터를 연결하는 실시간 연결이 개선이 될 수 있다. |
두 번째 시나리오는 TSN을 사용해서 마스터와 슬레이브 세그먼트를 분리하는 것이다. 이렇게 되면 EtherCAT 토폴리지의 선택의 폭을 넓힐 수 있고 일부 시나리오에서는 애플리케이션의 성능과 속도를 개선할 수 있게 된다. 이것은 현재 사용되고 있는 형태이다. EtherCAT이 슬레이브 쪽으로 가서 다시 올라오면서 인풋데이터를 가지고 온다. TSN을 적용한 모델을 보면 슬레이브에 갈 때까지는 TSN을 이용해서 실시간 통신 링크를 연결해주고, 그 밑에 슬레이브를 통과하는 부분은 다시 기존의 방법으로 갔다가 마스터로 돌아가는 부분은 다시 TSN으로 연결하게 된다. TSN으로 내려와서 슬레이브를 통과하는 부분은 기존과 같다. 따라서 마스터와 슬레이브를 연결 하는 구간은 실시간 통신이 가능해진다.
이러한 시나리오가 가능하기 위해서는 어떤 디바이스건 어떤 기능이건, 뭔가 추가적인 것이 TSN 프레임을 기본적인 EtherCAT 프레임으로 전환해줄 수 있는 부분이 필요하다. 따라서 TSN이 EtheCAT 프레임의 터널 역할을 한다고도 볼 수 있다. 즉, 추가해야 하는 오픈 모드 디바이스는 터널의 입구 같은 역할을 하게 되는 것이다.
혹은 다른 시나리오로서, TSN 스위칭을 사용해서 터널 입구 역할을 부여할 수도 있다. 그렇게 되면 TSN 스위치는 EtherCAT이 갖고 있는 TSN과 관련된 공식을 적용해줄 수 있어야한다. 이때 어떤 툴을 사용할 지 배합을 만들었을 때, 그 배합을 적용해 줄 스위치가 필요하게 된다.
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| TSN을 사용해서 마스터와 슬레이브 세그먼트를 분리하게 되면, EtherCAT 토폴리지의 선택의 폭을 넓힐 수 있고, 일부 시나리오에서는 애플리케이션의 성능과 속도를 개선할 수 있게 된다. |
ETG는 미래의 TSN을 어떻게 사용할 지 정의해 놓은 최초의 대형 필드버스 기관
EtherCAT의 경우에는 이미 TSN 안의 수백만 개의 툴 가운데 어떤 툴을 사용할 지 정의해 놨다. 즉, ETG는 스팩을 통해서 미리, 미래의 TSN을 어떻게 사용할 지 정의해 둔 최초의 대형 필드버스 기관이라고 할 수 있다.
여기서 중요한 것은, EtherCAT이 TSN을 바꾸려고 하는 것은 아니며, TSN이 EtherCAT을 바꾸는 것도 아니라는 점이다. 두 가지 기술을 같이 사용하되, 서로를 바꾸지 않고 사용이 가능한 것이다. 즉, TSN 도메인이 따로 있고 연결만 될 뿐, 변화하는 것이 아니다. TSN 인프라를 그대로 사용하는 것이다. 동시에 TSN으로 인해 EtherCAT이 변경되지도 않는다. 표준적인 EtherCAT 슬레이브와 세그먼트로서 TSN과는 전혀 상관없이 그대로 존재한다. 연결되는 부분에만 스트림 어댑테이션(Stream Adaptation)을 하면 된다. 즉, 터널 입구를 하나 추가하는 것이다.
ETG는 새로운 기술 표준의 이점을 사용하면서, 동시에 EtherCAT을 안정적으로 유지할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다음은 이와 같은 접근의 성능에 대한 3 가지 시나리오다.
첫 번째는 소규모의 기계 네트워크를 사용한 시나리오다. 사이클 타임을 기준으로 하고 있는데, 여기서 사용하는 사이클 타임의 기준은 인풋이 업데이트되고 아웃풋도 업데이트되는 시간을 말한다. 가정하는 TSN은 커플 스위칭을 사용한 최적화된 형태를 적용한다. 물론 이와 같은 최적화는 현재 존재하지 않고 표준 이외의 것이지만, 최적화된 형태를 가정해서 적용을 한다. 또한 통신도 평행으로 이루어진다고 가정을 하고 있다.
필드버스에서 물리적 I/O까지의 시간도 같이 감안을 한다. EthrCAT을 100Mbit로 잡았는데, 시나리오를 100메가비트로 잡든 1기가비트로 잡든 EtherCAT이 훨씬 빠르다는 것을 알 수 있다. TSN 칩은 들어가 있지만 라인 토폴로지를 사용한다. 여러 갈래로 나뉘어진 토폴로지는 소형 기계 네트워크에서는 비용이 정당화되지 않기 때문에, 라인 토폴로지만 가지고 시나리오를 운영을 한다.
두 번째는 중간규모의 네트워크를 사용한 시나리오다. 앞의 시나리오보다 디바이스 수 자체가 많아졌다. 소규모 네트워크를 사용한 시나리오와 비슷한 결과를 볼 수 있는데, 여기서도 EtherCAT의 속도가 훨씬 빠른 것을 볼 수 있다.
세 번째는 대형 네트워크를 사용한 시나리오다. 여기서는 TSN 인프라를 사용할 수 있기 때문에 훨씬 흥미롭다. EtherCAT은 표준적인 라인 토폴로지를 사용한다. 사실 토폴로지가 EtherCAT에 있어서 크게 중요하지는 않다. TSN의 경우에는 이 정도 규모가 되면 스위치를 사용할 수 있기 때문에, 병행으로 여러 갈래의 통신이 같이 이루어질 수 있는 형태가 된다. 그런데 스위치 가격이 감안돼야 할 것이다. 현재 나와 있는 프로토 타입을 보면 스위치 가격은 포트 당 4백 달러다. 따라서 대형 네트워크에서의 디바이스 가격은 수천 달러에 달할 것으로 예상할 수 있다. 앞서 얘기한, ‘미래의 함께 사용할 수 있는 방법’, 즉 마스터에서 TSN으로 연결해서 나머지 부분에 EtherCAT을 사용하는 방법도 생각할 수 있다. 이 정도 규모가 되면 TSN 디바이스를 생각해 볼 수 있는 규모기 때문이다.
올 4월, 주요 스위치 제조업체에서 EtherCAT TSN 기능을 지원하겠다는 의지 표명
시나리오를 통해, 100메가비트 EtherCAT이 여전히 1기가비트 TSN보다 빠르다는 것을 알 수 있다. 100메가비트 당 100메가비트를 비교해 보면 그 차이는 훨씬 벌어진다.
그런데 EtherCAT과 기가비트 기반의 TSN을 사용하면 훨씬 더 빨라진다는 것을 알 수 있다. 이렇게 되면 이러한 성능의 차이라는 이점뿐만 아니라, 기가비트 카메라 같은 좀 더 큰 광대역을 필요로 하는 디바이스를 포함할 수 있게 된다는 이점을 얻을 수 있다. 한 가지 중요한 점은, TSN이 가능한 필드버스를 사용하면 속도가 너무 느리다고 말하는 것은 아니라는 것이다. 미래의 TSN 기반 필드버스 기술은 성능이 매우 좋을 것이다. EtherCAT이 물론 더 빠르다. 빠를 뿐만 아니라, 사용도 더 쉽다. 왜냐하면 스위치 컨피규레이션도 필요 없고 IP어드레스나 MAC 어드레스, 최적화를 위한 알고리즘, 컨피규레이션 다운로드 이런 것들이 모두 필요 없기 때문이다.
EtherCAT은 비용도 더 낮다. 미래의 TSN칩과 비교를 해봐도 EtherCAT 칩은 풋프린트도 더 작고, 소프트웨어 필요성도 더 작기 때문에 비용이 훨씬 낮다. 진정한 의미의 오픈 애플리케이션이라고 할 수 있다.
TSN도 오픈이 아니냐고 생각할 수도 있다. 그러나 TSN 스위치를 컨피규레이션하는 단일한 표준은 만들어지지 않을 것으로 생각된다. 각 메이커마다 다를 것이다. 프로피넷도 자신만의 표준을 만들 것이고, 국제표준이 만들어지기는 쉽지가 않을 것이다.
EtherCAT은 또 신뢰할 수 있다. 그리고 여전히 100메가비트를 사용할 수 있다. 그리고 실제 현장에서 100메가비트가 기기비트보다 훨씬 더 안정적으로 사용될 수 있다.
EtherCAT은 또한, 안정적이기도 하다. EtherCAT은 버전이 계속 바뀌는 것이 아니라, 버전이 하나밖에 없기 때문이다. 그러나 TSN은 아직까지 안정적 버전 하나를 내놓고 있지를 못하다. 그리고 버전은 분명히 바뀔 것이다.
또, EtherCAT은 입증되고, 이미 사용이 되고 있다. 단순히 EtherCAT이 더 빠르다고 말하는 것은 아니다. 물론 더 빠르다. 그러나 그 외에 더 중요한 요소들이 이렇게 많이 있다.
EtherCAT과 TSN의 스트림 어댑테이션이 스위치로 가능하다. 작년 11월 이와 관련된 내용을 공개했다. 올해 4월, 힐셔(Hilscher)와 허쉬만(Hirschmann), MOXA, 자일링스(Xilinx) 등 주요 스위치 제조업체에서 EtherCAT TSN 기능을 지원하겠다는 의지를 표명했다. 즉, 주요 TSN 분야의 회사들이 EtherCAT이 선택한 형태의 TSN을 지원하겠다는 의사를 표명한 것이다. 이렇게 되면 아무런 오픈 모드 디바이스 없이도 스위치에 의한 스트림 어댑테이션을 통해, 미래에 EhterCAT은 아무 변화 없이 TSN과 연결될 수 있다. 이것은 출발점에 불과하다. 이 회사들이 함께 하면 나머지 회사들도 함께 할 수밖에 없기 때문이다.
한편, 이날 진행된 회원사 초청 세미나에서는 ETG Korea 유기석 위원의 인사말을 시작으로, ETG Korea의 활동이 소개되는 한편, Martin Rostan 디렉터의 EtherCAT 기술 업데이트 발표가 진행됐다.
이와 함께, 한국과학기술연구원 문대호 연구원이 모듈러 메뉴풀레이터 ModMan을 주제로 한 발표 외에, 스톤차일드오토테인먼트 손창모 이사의 SCAT-D, HMS Industrial Networks 이상완 씨의 EtherCAT 세이프티 통신 애플맄테이션 사례, 다인큐브 김근연 대표의 Control the Manipulator를 주제로 한 발표가 진행됐다.
[출처] 월간 무인화기술 / 2018. 08
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