안전 측면에서 볼 때 공장 내에 기계 및 부속품이 있고, 공장 라인에 재료를 투입하는 부분, 그리고 작업자가 유지보수 또는 모니터링을 하기 위한 부분이 있다. 특히 그런 곳에서 위험이 많이 발생한다.
필츠는 IEC 61508 표준에 의해 안전문제를 해결한다. 이와 관련, 스마트공장 국제컨퍼런스에서 필츠 코리아의 김재환 팀장이 인더스트리 4.0 시대 필츠의 역할과 스마트공장에서 안전의 중요성에 대해 발표한 내용을 정리했다.

▲ 필츠 코리아 김재환 팀장

독일 기업인 필츠가 한국에 들어온 지 약 10년이 지났다. 필츠는 공장이나 생산 체계와 관련해, 위험성 평가부터 세이프티 엔지니어링 구축까지 하고 있다.

스마트공장이란

인더스트리 4.0, 즉 제4의 산업혁명은 점점 약해져 가는 독일의 제조 경쟁력을 다시 살리기 위해 독일 정부에서 추진하고 있는 정책이다. 독일 정부는 빠르면 2020년, 장기설계를 준비하고 있다. 

인더스트리 4.0에서 가장 중요한 기초가 되는 것은 사물인터넷(IoT)라고 할 수 있다. 다음으로 CPS, 빅데이터 등의 요소가 결합해 궁극적으로 우리가 원하는 스마트공장을 창출해 내는 게 인더스트리 4.0의 골자다.

IoT는 모든 컨트롤러부터 하위 센서, 액추에이터와 같은 지능칩을 전부 가지고 인터넷에 연결한다. IoT와 가상 물리 시스템의 차이는 IoT가 인터넷에 연결하는 거라면 CPS는 연결된 인터넷에서 제어까지 할 수 있는 시스템이라는 것이다.

기존의 생산 시스템에서 인터넷이나 IT 센서에 칩을 붙여 지능센서를 만들면 이로 인해 전국적으로 많은 데이터가 생긴다. 이처럼 방대한 데이터를 기존의 데이터 관리 시스템으로는 관리할 수 없기 때문에 만든 것이 바로 빅데이터이다. 빅데이터를 이용해 방대한 자료를 수집하다 보면 빅데이터 간의 체계 혹은 로직을 발견하게 되는데, 그것이 스마트공장의 필요충분조건이라고 할 수 있다.

스마트공장이란 모든 생산 체계가 최적화되는 시스템을 말한다. 고객으로부터 주문이 들어오면 공장에 있는 시스템에 주문이 표시되고, 주문이 들어오는 순간 모든 구매 자재의 발주가 들어오고, 이러한 것들이 생산 체계에 반영돼 생산 스텝이 짜여지고, 고객에게 도착할 때까지 일괄적으로 관리가 되는 것을 스마트공장라고 한다. 때문에 스마트공장에서는 모든 생산 기기와 생산 제품이 서로 네트워크 통신으로 생산 흐름마다 계속 통신하면서 제어할 수 있다.

기존의 자동화 시스템은 Master Slave 개념으로, 이미 설계된 절차 및 프로그램에 따라 생산 시스템이 움직이고 가동됐다. 이와는 다르게 인더스트리 4.0에선 생산 시스템이 자율성을 가지고 판단과 제어를 수행하며, 생산 제품과 생산 기기 간 통신이 이루어진다. 즉, 기존의 수직 개념(Hierarchy)이 사라지는 것이다. 때문에 모든 센서, 기기들이 수평적으로 통신하고 정보를 교환할 수 있다. 또 다른 변화는 모듈화와 분산화가 가능하다는 것이다. 모듈화와 분산화를 통해 유연성을 가진 시스템이 인더스트리 4.0에서 실현될 수 있다.

스마트공장 시대의 안전과 보안

스마트공장 시대에서도 안전은 가장 중요한 문제이다. 한국 정부도 앞으로 인더스트리 4.0 관련해서 투자를 하겠다는 계획이 발표된 바 있으며, 미국은 2014년부터 Challenge America 사업이라는 인더스트리 4.0에 견줄만한 프로젝트를 진행 중이다. 이러한 계획들의 핵심은 생산 경쟁력을 높이기 위해 산업혁명과 같은 준비를 하겠다는 것이고, 그러면서 나온 게 바로 안전이다.

기존에는 공장이 있으면 작업자가 그곳에 들어갈 수 있고, 부상의 위험이 있어 각 라인마다 펜스를 쳤다. 그럼에도 불구하고 작업자는 입출을 계속하기 때문에 Gate Monitoring이 필요하다. Safety Gate Monitoring System이란 언제, 누가, 무슨 작업을 하고, 언제까지 작업했는지 전부 모니터링이 가능한 시스템이다.

안전 측면에서 볼 때 공장 내에 기계 및 부속품이 있고, 공장 라인에 재료를 투입하는 부분, 그리고 작업자가 유지보수 또는 모니터링을 하기 위한 부분이 있다. 특히 그런 곳에서 리스크가 많이 발생한다. 필츠는 IEC 61508 표준에 의해 이러한 부분을 해결한다.

그 다음으로 중요한 것이 보안이다. 공장 경영과 오피스, 다른 공장, 외부 환경이 모두 인터넷을 통해 오픈되기 때문에 누구든 마음만 먹으면 생산 환경의 모든 데이터와 도면 등을 가져올 수가 있다. 때문에 허가되지 않은 접근을 기계나 데이터로부터 막아 주는 개념이 필요한 것이다.

이를 위해 가상 네트워크를 쓸 수도 있고, 데이터를 압축할 수도 있다. 보안 쪽에서도 안전과 마찬가지로 이러한 절차에 의해 시스템을 구축해야 한다. 안전 부분에서는 생산성, 통합성, 신뢰성, 기밀성 순으로 중요하다. 이와 다르게 보안에서 중요한 건 기밀 유지, 통합성과 신뢰성, 생산성이다.

또 다른 중요한 요소는 분산화다. 이는 컨트롤 기능의 분산을 뜻한다. 컨트롤 기능은 과거에는 중앙집중식이고, 현재는 혼용돼 있다. 앞으로는 여러 모듈이 한 개의 프로젝트에, 한 개의 공장에 또는 여러 개의 공장에 흩어지게 될 것이다. 이것을 인더스트리 4.0에서 구현되는 하나의 공장이라고 보면, 모든 모듈은 한 개의 PLC를 기점으로 전기 및 기계 분야를 자동화해서 하나의 모듈이 된다. 때문에 스마트공장 환경에서는 분산과 집합이 수월해져 많은 비용을 절감할 수 있다.

분산화에 적합한 차세대 PLC

필츠는 차세대 PLC를 개발해 여러 산업 환경에 적합하게끔 대응하고 있다. PLC 4.0은 필츠가 개발한 안전 및 컨트롤, 일반적인 안전 환경에 적합하며 분산 제어가 가능한 시스템이다. 이 제품은 일반 컨트롤에 통합 모니터링이 가능한 통합 제어 기능까지 추가돼 인더스트리 4.0에서도 적합한 제품이라고 할 수 있다.

Gate Monitorig 및 Access Cont-rol System의 관련 시스템 및 주요 안전 부품을 살펴보자.
PSS4000은 Fail-Safe 기능의 안전 PLC이자 듀얼 프로세서 기반의 안전 PLC이다. 이중화 모니터링 기능으로 고장에 대해 안전을 확보할 수 있으며, 높은 신뢰성을 지닌다. 또한, 최상위 안전 등급을 만족하는 제품이다. 

Network Conponents PSSnet은 산업용 이더넷 기반의 네트워크 장치이다. 최대 전송 가능 거리는 32.5km와 5km이다.
PSENsgate는 안전 게이트를 감시하고 세이프가드를 락킹하는 장치이다. Bolt 파손 등에 대해 모니터링이 가능하며, 비상 탈출 기능 역시 탑재하고 있다.
PITmode는 RFID Key 기반의 출입 요청 장치로, 출입자마다 접근 권한을 부여한다. 또한, RFID 코드를 통해 출입자의 정보를 인식할 수 있다.

정리 이솔이 기자 (npnted@hellot.net)