[Beckhoff 인터뷰] 최고 속도의 혁신 엔진

최고 속도의 혁신 엔진

Hans Beckhoff, 독일 Beckhoff 대표

자동화 전문 회사인 Beckhoff는 SPS IPC Drive 전시회에서 모션 제어 및 PC 기반 제어 기술에서부터 EtherCAT에 이르기까지의 풍부한 혁신을 다시 한 번 보여줬다. Open Automation의 편집장인 Ronald Heinze 씨는 독일 Beckhoff 사의 대표인 Hans Beckhoff와의 사전 인터뷰를 통해 새로운 제품 및 발전에 대한 이야기를 나눴다.

최근 독일의 기계공학산업협회 (VDMA)는 '디지털 시대의 리더십과 혁신'이라는 제목의 보고서에서 "급진적인 혁신에 관해서는 자신의 게임을 향상시킨다"고 권고하고 있다. 이것을 달성하기 위해서 보고서는 그들은 새로운 시각, 아이디어 및 작업 방식을 탐험해야 할 필요가 있다고 말하고 있다. SPS IPC Drive 전시회에 참석하는 기계 및 플랜트 엔지니어링 회사의 관리자는 다양한 아이디어와 급진적인 혁신을 눈앞에서 생생하게 보여주는 플랫폼을 볼 기회를 제공하는 Beckhoff 부스에 반드시 방문해야 한다.

자동화 업계에서 가끔씩 정신 나간 사고방식을 가졌다고 알려진, 독일 Verl에 본사를 두고 있는 Beckhoff는 항상 혁신의 한계를 극복하려고 노력해 왔다. PC 기반 제어, 산업용 이더넷을 통한 통신 및 XTS와 같은 리니어 이송 시스템은 오늘날 당연시되고 있지만 이 기술을 처음 시장에 소개했을 때 많은 업계 전문가들은 당황스러웠다.

이제 Beckhoff는 업계 전반에서 ‘혁신 엔진’으로 명성을 얻었다. PC 기반 제어 기술을 갖춘 개방형 자동화 시스템이 시장 전반에 걸쳐 확고하게 자리 잡았다. “우리는 SPS IPC Drive 전시회를 ‘자동화 기술 올림픽’이라고 부르며, 지난 몇 년과 같이 우리는 2018년에도 뉘른베르크에서 우리의 제품이 각광받기를 기대합니다”라고 Hans Beckhoff는 말한다. “우리는 크고 작은 혁신적인 제품을 만들어 냈습니다. 우리에게 있어서, 제품 개발은 일반적으로 발전적이거나 또는 혁명적이거나 하는 두 가지 범주 중 하나에 속하며, 올해 우리는 진정으로 혁명적인 것으로 간주하는 두 가지를 발표할 것입니다.”

성공을 위한 혁신

강력한 비즈니스 성과와 혁신적인 힘이 분명히 함께 하는 것처럼 보인다. “비즈니스적 측면에서 2018년은 우리에게 좋은 해가 될 것입니다. 또한 우리는 9억 유로가 넘는 글로벌 매출과 견실한 성장을 기대합니다”라고 Hans Beckhoff 대표는 말한다.

Hans Beckhoff는 “우리의 사업이 계속해서 성장함에 따라 우리는 모든 부서의 역량을 확장하고 있습니다”라고 덧붙였다. 인원도 증가하고 있으며, 현재 직원은 4000명을 초과한다. Hans Beckhoff는 이어서 말한다. “우리는 새로운 건물이 필요합니다. 올해는 의 제조 공간을 추가로 마련했고 지금 점차적으로 가동해 나가고 있는 중입니다.” 특히 언급할 만한 점은, 회사의 EMS(Electronic Manufacturing Services) 생산을 위한 새로운 11,000㎡ 규모의 건물인데, 그는 “우리의 주요 생산 능력은 두 배로 늘어나고 났습니다. 우리는 현재 연구 개발에 6천5백만 유로를 투자하고 있으며 젊은 인재를 육성하는데 약 5백만 유로를 투자하고 있습니다”라고 말한다.

혁신에 대한 지속적인 추진과 병행하여 회사는 명확한 확장 전략을 추구하고 있다. “우리는 영업 조직을 구축하는 데 투자하고 있습니다”라고 그는 설명한다. “우리의 목표는 매년 10%씩 성장하는 것입니다. 그리고 이를 위해 기존 영업력이 여러 국가에서 강화되었는데, 새로운 영업 사무소를 늘려가고 기존 지역의 인원을 늘리는 것이었습니다. 현재 대만 사무소가 운영되고 있으며, Beckhoff Mexico 지사도 설립했습니다.”

흥미진진한 진부함

Beckhoff는 SPS IPC Drive 전체 포트폴리오에 서 흥미로운 신제품을 출품했다. “우리는 산업용PC 제품군에서 초소형 C60xx 시리즈에 새로운 C6032 모델을 출시했습니다”라고 Hans Beckhoff 말한다. “우리는 그것이 사이즈(소형성)와 성능 면에서 강력한 경쟁력이 있다고 생각하며, '올림픽' 순위에 들어갈 잠재력을 가지고 있다고 믿고 있습니다. 2년 전에 이 시리즈를 출시하면서 사용자들은 이를 새로운 표준 폼팩터로 빠르게 채택했고 대량으로 배포했습니다. 우리의 임베디드 PC는 새로운 성능 등급인 CX52xx 시리즈로 확장되었습니다.” Hans Beckhoff는 계속 다음과 같이 말한다. “Intel Apollo Lake 기술을 기반으로 하여 제어 프로그램을 더 빠르게 실행할 뿐만 아니라 특히 그래픽 성능 또한 크게 향상되었습니다.”

로직 릴레이를 제외한 소형 컨트롤러의 세계 시장은 규모가 크며, 수십만 대에 이른다. 미니 PLC부터 고성능 산업용 PC에 이르는 Beckhoff 제어 기술 포트폴리오는 확장성이 뛰어나고, 특정 어플리케이션에 맞게 정확하게 적용될 수 있다. “우리는 고성능 PLC의 이상적인 라인업과 중급 성능 클래스의 강력한 제품을 보유하고 있습니다”라고 대표는 말한다.

그러나 현재까지 TwinCAT3가 탑재되는 진정한 소형 컨트롤러는 없다. SPS IPC Drive에서는 이 부분에서 변화를 보여줬다. “우리는 소형 컨트롤러 분야에서 중요한 발표를 했습니다. 우리는 정말 빠르지만 저렴한 CPU를 갖춘 새 CX7000 시리즈를 공개할 예정입니다.” 약 200 유로의 저가형인 이 컨트롤러는 자체로 DIO 및 AIO 기능을 갖추고 있으며, 버스 터미널 및 EtherCAT 터미널과 같은 이미 테스트를 거친 Beckhoff I/O 시스템을 추가하여 거의 무한대로 확장할 수 있다. “이 컨트롤러는 TwinCAT 3 엔지니어링 환경에서 프로그래밍 할 수 있습니다. 즉, 대형 컨트롤러 영역에서의 사용 용이성 및 성능을 보장하는 TwinCAT 3를 이제 소형 컨트롤러에서도 사용할 수 있습니다.” 새로운 소형 컨트롤러 시리즈는 고속 32 비트 ARM 프로세서를 기반으로 한다. “우리의 CX7000 컨트롤러는 놀라운 성능을 자랑합니다”라고 Hans Beckhoff는 말한다. 새로운 시리즈는 앞으로 단계적으로 확장될 예정이다.

I/O 세그먼트는 회사의 주요 제품 범주 중 하나이다. “우리는 올해에도 다양한 신제품을 다시 선보이고 있습니다”라고 Hans Beckhoff는 말한다. “예를 들어, EtherCAT 터미널 시리즈에 4 채널 릴레이 터미널을 추가할 것이고, 이제 전력 측정 터미널에는 추가 전류 및 전압 측정 범위가 추가됩니다. 우리는 또한 구리 위에 ‘확장 거리(Extended Distance)’ 기능을 갖춘 새로운 버스 커플러를 선보일 예정입니다.” 후자는 공정 산업 및 기타 부문에서 종종 필요로 하는 최대 300m 길이의 구리 배선을 지원할 수 있다. “단일 케이블에 전력과 데이터를 전송하는 EtherCAT P 기술의 경우 가장 큰 포맷의 커넥터인 B40을 소개합니다. 이 커넥터는 72A 3상 교류뿐만 아니라 EtherCAT 신호를 전달할 수 있습니다”라고 그는 덧붙였다.

Beckhoff는 IPC의 초소형 시리즈를 지속적으로 확장하고 있다.

C6030과 비교하여 C6032 (오른쪽)에는 추가 포트가 있다.

CX7000 임베디드 PC는 TwinCAT 3 소프트웨어 플랫폼과 함께 사용할 수 있고

버스 또는 EtherCAT 터미널을 통해 거의 무한대로 확장할 수 있는 강력하지만 값싼 소형 컨트롤러이다.

EtherCAT 15년

올해는 EtherCAT에게 중요한 해이다. “우리는 2003년 하노버 산업 박람회에서 EtherCAT을 시작했습니다”라고 Hans Beckhoff는 회상한다. “자동화 전문가들은 그 당시에 놀랐고 열광적이었습니다. 우리는 자동화 특히 고속 모션 제어 중심의 자동화 작업을 위해 특별히 EtherCAT을 설계하고 개발했습니다. 우리는 또한 사용 편의성을 극대화하기 위해 시스템을 최적화했습니다.” 컴퓨터의 일반 RJ45 이더넷 포트는 광범위한 프로세스 이미지가 포함된 복잡한 기계에 CPU를 빠르고 안정적으로 연결하는 데 필요한 모든 것이었다.

“갑자기 그 당시 프로토콜 스택에 일반적으로 사용되는 전용 통신 컨트롤러가 필요하지 않게 됐습니다”라고 Hans Beckhoff는 회상한다. “2비트에서 64킬로바이트까지의 데이터 량을 생성하는 다수의 장치는 어드레스를 구성할 필요 없이 선형 배열로 쉽게 연결할 수 있습니다.”

EtherCAT의 역량은 입증되었고 자동화 분야에서 신속한 성공을 거두었으며, 나중에는 글로벌 표준이 되었다. “EtherCAT 기술 그룹(ETG)에는 현재 5,000개 이상의 회원이 있습니다”라고 물리학자인 Hans Beckhoff는 말한다. “많은 국가에서 EtherCAT은 가장 널리 사용되는 자동화 표준 중 하나가 되었습니다.” 기술적 이점 말고도 EtherCAT은 그 자체가 엄청나게 안정적이라는 것을 보여주었다. 그는 이렇게 덧붙인다. “프로토콜은 15년 전에 완전하게 정의되고 구현되었으므로, 변경이 필요하지 않습니다. EtherCAT의 성능과 엄청난 안정성은 많은 자동화 벤더들이 EtherCAT을 찾은 이유입니다.”

Hans Beckhoff는 계속해서, Nuremberg 산업 전시회에 EtherCAT G 및 EtherCAT G10을 출시함으로써, ‘EtherCAT에 또 다른 도약을 할 때가 왔다’고 말한다. EtherCAT G는 표준 이더넷의 1 Gbit/s 전송 속도에서 작동하고 EtherCAT G10은 10 Gbit/s - 100 Mbit/s 속도로 실행되는 현재의 표준 EtherCAT보다 100 배 빠르다. 전송 속도의 엄청난 증가는 훨씬 더 높은 데이터 처리량을 허용하지만, 효과적인 이득은 대기 시간과 연결 토폴로지와 같은 요소에 달려 있다.

“EtherCAT은 언제나 성능과 간소성이라는 두 가지 주요 특성이었습니다. 우리는 간소성을 유지하고 있지만 동시에 우리는 EtherCAT의 뛰어난 성능을 엄청나게 향상시키고 있습니다. 그리고 우리는 프로토콜을 변경하지 않고 이러한 발전을 이루었습니다.”

Hans Beckhoff는 계속 말한다. “EtherCAT G/G10은 기존의 EtherCAT과 완벽하게 호환됩니다. 실시간으로 처리되는 클락 및 분산 클락을 포함하여 현장에서 검증된 모든 기능이 유지됩니다. 이것은 속도 증가와 함께 사용자가 더욱 강력한 제어 시스템을 만들 수 있게 해줄 것입니다.”

“EtherCAT은 EtherCAT G 및 G10과 상호 연결될수 있습니다”라고 그는 설명한다. “예를 들어 EK1400 커플러를 사용하여 1 Gbit/s에서 100 Mbit/s로 단계적으로 분기하는 것이 가능합니다. 사용자는 관리가 쉬운 브랜치 모델로 EtherCAT 분기를 설정하고 전송 속도를 변경할 수 있습니다. EtherCAT 세그먼트를 병렬 처리할 수도 있습니다. 이를 통해 신호 전파 시간이 크게 단축되고 통신 및 사이클 시간이 훨씬 단축됩니다. 커플러 및 기타 브랜치 장치는 100 Mbit/s 장치 에코 시스템을 1 Gbit/s 또는 10 Gbit/s 네트워크에 원활하게 통합할 수 있도록 설계되었습니다.” 표준 PLC 어플리케이션의 사이클 시간은 짧아진다. 보다 많은 수의 축으로 복잡한 모션 어플리케이션을 구현할 수 있다. 데이터 집약형 디바이스는 EtherCAT 시스템에 직접 통합될 수 있다. “예를 들어, 높은 샘플링 속도를 가진 머신 비전 카메라 또는 테스트 및 측정 장비는 상당한 양의 데이터를 생성하며, 이들은 매우 짧은 사이클 타임으로 판독할 수 있으며 고효율 EtherCAT은 그런 어플리케이션에 잘 알려져 있습니다.”

Hans Beckhoff는 “EtherCAT G와 G10은 고객이 전 세계 최고 수준의 최고 성능의 기계를 생산할 수 있는 완전히 새로운 수준의 성능을 제공합니다”라고 강조한다. 동시에 EtherCAT G 및 G10은 100 Mbit/s에서 잘 작동하는 표준 EtherCAT을 대체하기 위한 것이 아니다. 새로운 고성능 변종은 단순히 시스템 확장을 목적으로 하는 호환 향상 기능이다. 실제로 Beckhoff는 이전 제품과 호환되는 보다 빠른 데이터 인터페이스와 저전력 소모를 갖춘 2 개의 새로운 표준 EtherCAT 통신 IC를 출시했으며, 전 세계의 모든 EtherCAT 장비 제조업체가 자사의 디바이스에 통합할 수 있게 됐다.

표준 이더넷에서의 실시간 통신 역시 Beckhoff 자동화 기술의 흥미로운 분야이다. 1996년에 이 회사는 독점적인 실시간 이더넷 프로토콜과 BK9000 버스 커플러를 사용하여 1 ms의 제어 사이클 시간을 달성했다. 현재 개발 중인 Time-Sensing Networking(TSN) 스위치 기술은 많은 이더넷 기반 프로토콜의 실시간 기능을 향상시킬 수 있으며, 이를 고려하여 Beckhoff는 모든 필드 버스 조직에서 TSN을 공유 기술 기반으로 채택하도록 지원한다. 이는 현재 업계에서 집중적인 논쟁의 주제이다. EtherCAT과 TSN 간의 호환성은 EtherCAT 세그먼트를 모든 TSN 스위치에 간단하고 우아하게 연결하는 회사의 EK1000 버스 커플러를 통해 달성할 수 있다. 커플러는 스위치 이더넷 네트워크를 통해 EtherCAT 통신을 지원하며, TSN과 EtherCAT 터미널이 지원하는 광범위한 I/O 기능을 통합한다. 이는 장비 제조업체가 제어 수준이상의 TSN 표준을 현장 수준의 EtherCAT과 결합하여 우수한 성능을 달성할 수 있음을 의미한다.

자유 부동 평면(planar) 무버는 살아있는 ‘비행카펫’을 만든다

Beckhoff의 XTS(linear eXtended Transport System)는 전례 없는 드라이브 솔루션을 제공하기 위해 두 가지 기본 드라이브 원칙의 장점을 결합하였다. 다음 큰 혁신은 방향성이라는 측면에서 유사하다. “올해의 트레이드 쇼에서 우리의 가장 큰 전시물은 우리가 ‘날아 다는 양탄자’라고 부르는 자유로운 평면 모터입니다”라고 Hans Beckhoff가 발표했다. 이것은 닉네임 그대로 날아다니는 2차원 리니어 모터이다. 이것은 XTS와 마찬가지로 움직이는 메카트로닉스 솔루션이다. 그 차이는 무버들이 부상하고 있다는 것이다. 이동자 - 12 x 12 x 1.5cm 크기의 ‘타일’이 영구 자석에 의해 높게 유지되어 알루미늄 판 위로 좁게 미끄러진다. 아래의 평면 모듈에서 생성된 이동 자기장은 이동자가 정확하게 동적으로 위치할 수 있게 한다. “개별무버는 최대 1.5kg의 무게를 지탱할 수 있습니다. 그러나 예를 들어 4 대의 이동 장치를 결합하여 중량이 큰 페이로드를 전송할 수도 있습니다”라고 회사의 비전가 Beckhoff는 설명한다.

평면 모듈은 24 x 24cm 크기의 타일로 세라믹과 마찬가지로 접착 패턴으로 놓거나 설치할 수 있다. 여기에는 측정 및 EtherCAT 통신 기술을 포함한 모든 전자 장치가 포함된다. “설치하려면 전원 공급 장치와 EtherCAT 연결만 있으면 됩니다”라고 Beckhoff는 강조한다. “마모를 교정하기 위해 롤러나 유지 보수 작업을 할 필요가 없습니다.”

가능성은 엄청나다. “다중무버가 함께 형성되어 움직일 수 있습니다. 필요한 경우 서로를 추월할 수도 있습니다”라고 그는 설명한다. 무버는 매우 빠르게 가속하고 4m/s의 놀라운 속도로 주행할 수 있다. Beckhoff의 다른 모든 것처럼 이 솔루션도 TwinCAT 소프트웨어로 제어된다. 그리고 그는 “이 다재다능한 기능 뒤에는 상당히 복잡한 수학이 있습니다”라고 언급한다.

“수많은 잠재적인 어플리케이션이 있습니다”라고 그는 설명한다. “평면 모터는 포장 또는 조립 기술에 혁명을 일으킬 수 있습니다.” 모터는 또한 위생 요구 사항이 엄격한 환경에 이상적이다. 플레이트를 필름 코팅하여 씻어 내릴 수 있기 때문이다. 이 솔루션은 웨어하우스 기술에서도 새로운 솔루션을 창출할 수 있다.

평면 모터는 자유 유동이 가능한 2 차원 선형 모터이다.

디지털 전환 촉진

Hans Beckhoff는 독일의 기계 공학 부문이 디지털 혁신의 길을 따라 잘 진행되고 있다고 확신하고 있다. “우리는 우리보다 더 앞으로 나아가는 나라가 있는지는 모릅니다”라고 말한다. 그러나 그는 자본재 부문의 기술적 혁명에는 시간이 걸릴 수 있다는 사실을 알고 있다. “지난 세 번의 산업 혁명은 수십 년에 걸친 것이고, 네 번째 혁명을 달성하기 위해서는 적어도 10년이 걸릴 것”이라고 그는 지적했다.

회사의 대표로서 “강력한 소프트웨어 및 하드웨어 포트폴리오를 갖추고 있으며, 특히 기계 제조 고객의 요구에 맞춘 제품입니다”라고 자사의 경쟁력을 평가하면서 다음과 같이 말한다. “현재 R&D 부서의 핵심 관심사는 5G 무선 통신의 잠재력인데 이것은 낮은 지연시간을 약속하면서 기술 제어 어플리케이션을 구현하기 위해 여러 스테이지에서 사용될 수도 있습니다.”

PC 기반 제어의 원칙은 설립 초기부터 회사 활동의 최전선에 서있었다. Hans Beckhoff는 “이 접근방식을 사용하면 제어 런타임 시스템과 엔지니어링 환경이 둘 다 개인용 컴퓨터에서 구현됩니다. 오늘날 모든 3D CAD 시스템은 PC에서도 실행됩니다. 이로써 TwinCAT 프로그래밍 및 런타임 시스템과 동일한 컴퓨터에서 실행되는 CAD 소프트웨어를 쉽게 연결할 수 있는 TwinCAT 시뮬레이터를 개발할 수 있었습니다. 우리의 목표는 엔지니어링 설계를 실제 제어 소프트웨어에서 테스트할 수 있게 하는 것입니다.” 그는 앞서 다음과 같이 말했다. “실제로 소프트웨어를 출시하기까지는 6개월 정도가 걸리지만 고객에게 기계 기능의 연속을 시뮬레이션할 수 있는 거의 완벽한 환경”이라고 말했다.

미래를 향한 새 지평을 여는 혁신을 위해, 이 최고의 혁신가는 미래를 향한 커브의 앞에 견고하게 남기 위해오늘 열심히 노력하고 있다.

<Hans Beckhoff에의 3가지 질문>

Ronald Heinze : 이미지 처리 기술이 고객에게 인기가 있습니까?

Hans Beckhoff : TwinCAT Vision은 탁월한 기술력을 자랑하며, 고객과 엔지니어는 정말 만족합니다. 시장 점유율이 좋았습니다. 우리의 기존 고객 기반은 Beckhoff 기술에 가치 있고 사용하기 쉬운 추가 기능을 제공하며, 이것은 우리에게 새로운 고객의 범위를 넓혀줍니다.

Ronald Heinze : 설립된 많은 기업들이 현재 신생 기업에 투자하고 있습니다. 귀하는 어떻습니까?

Hans Beckhoff : Beckhoff는 기술 주도 기업으로 잘 알려져 있으며, 자체 기술을 사내에서 개발한다는 사실을 자랑스럽게 생각합니다. 수년 동안 우리에게 명성을 주었고 성공을 이끌어 낸 모든 기술은 회사 내부에서 고안 및 개발되었습니다. 주요 사례로는 PC 기반 제어 기술, 1980년대 후반의 Lightbus, 1990년대 중반의 버스 터미널 및 TwinCAT, 2003년의 EtherCAT 및 2012년의 XTS 시스템이 있습니다. 올해도 우리는 몇 가지 혁신적인 기술을 선보입니다. 우리는 자체 기술 개발의 원칙을 지키고 있습니다.

Ronald Heinze : 인공 지능은 지금 미래의 한 방으로 과장되고 있습니다. 귀하도 여기에 줄을 서 있습니까?

Hans Beckhoff : AI는 흥미롭고 매혹적이고 중요하며 자동화 분야에서 AI가 매우 중요할 것으로 기대합니다. 회사의 워킹 그룹은 이미 신경망을 성공적으로 교육하고 제품에서 사용하고 있습니다. 우리는 또한 TwinCAT 실시간 환경에 MATLAB®/Simulink® 툴 체인을 통합했습니다. MATLAB®/Simulink®는 TwinCAT에서 고성능을 위해 활용할 수 있는 뛰어난 인공 지능 라이브러리를 제공합니다.