OPC UA TSN, 현장 시험과 현장 검증 완료

OPC UA
B&R은 그의 동반자 기업들과 함께 OPC UA TSN이 현실적 조건 하에서 생산 라인 수준으로부터 ERP 수준에 이르기까지 통신 요건을 충족시킨다는 것을 입증하였다.

OEM과 시스템 통합자들은 OPC UA TSN에 높은 기대를 걸고 있다. 지금까지, 이러한 희망은 아직도 개발 중에 있는 이론적 개념과 기술에 기반을 둔 것이었으나 – 이제 상황이 달라졌다. B&R은 그의 동반자 기업들과 함께 OPC UA TSN이 현실적 조건 하에서 생산 라인 수준으로부터 ERP 수준에 이르기까지 통신 요건을 충족시킨다는 것을 입증하였다.

지난 수 개월 간, B&R은 TSN 네트워크 전문업체 TTTech과 함께 현장 시험을 집중적으로 실시하였다. “결과는 인상적입니다.” B&R의 개방 시스템 사업부 기술 부장인 Sebastian Sachse는 전한다. “일부 측면에서, OPC UA TSN은 우리의 기대보다 더 높은 성능을 보였습니다.”

컨베이어 벨트와 다른 기기와의 동기화와 같은 생산 라인 수준에서의 시간 임계적 어플리케이션은, 2 밀리 초와 같이 짧은 사이클 타임을 요구한다. “우리 시험 설비에서 그보다 더 짧은 시간까지도 구현하였습니다.” Sachse는 말한다. 지터(jitter) 측정을 100 나노 초까지 낮춘 상태에서, 결과는 오늘날 시장의 최고의 필드버스 시스템의 성능과 동등하였습니다.

경계없는 네트워크
“우리 시험 설비에 관한 또 다른 인상적인 것은 설비의 안정성입니다.” Sachse는 강조한다. “결국, 우리는 IEEE 규격조차도 아직 완성되지 않은 새로운 기술을 이용하여 작업한 것입니다.” B&R의 시험 설비도 곧 IIC의 TSN 테스트 베드에서 다른 참여자들의 설비에 함께 참여하여 TSN과의 다중 공급자 OPC UA 네트워크 상의 컴포넌트 상호운용성을 시험하게 될 것이다. 그 밖의 TSN 테스트 베드 참여자들에는 National Instruments, Cisco, Schneider, Bosch, GE, Intel 및 TTTech가 포함된다.

낮은 자원 강도
실용적 OPC UA 어플리케이션에 대한 중요한 기준은 그의 코드 크기와 자원 요건이 될 것이다. “만약 OPC UA가 강력한 산업용 PC와 컨트롤러에서만 운영할 수 있다면, 기계와 기기에서의 그의 이용은 불가능할 것입니다.” Sachse는 설명한다. X20 시스템으로부터 버스 컨트롤러 상에서 OPC UA를 구현함으로써, B&R은 OPC UA 서버와 클라이언트에 대한 입출력 수준의 어플리케이션의 타당성을 명확히 입증하였다. “생산 라인 수준으로부터 모든 수준까지 생각할 수 있는 어떠한 작업에 대해서도 완벽한 확장성을 갖춘 것을 입증하였습니다.”

네트워크 트래픽의 감소
버스 컨트롤러 구현과 함께, B&R은 또한 OPC UA 규격의 중요한 새로운 기능도 시험하였다. 발행자-구독자(publisher-subscriber: pub/sub) 모델은 OPC UA TSN이 필요한 성능을 달성하는 데 있어서 핵심적 역할을 수행한다.

지금까지, OPC UA는 클라이언트/서버 메커니즘을 이용해 왔고, 여기에서 클라이언트는 서버에 정보를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다. 많은 수의 노드가 있는 네트워크에서는, 트래픽이 기하급수적으로 증가하고 시스템의 성능을 저하시킨다.

이와 대조적으로 발행자-구독자 모델은, 1 대 다수와 다수 대 다수 통신을 허용한다. 서버는 그의 데이터를 네트워크에 전송(발행)하고 모든 클라이언트는 이 정보를 수신(구독)할 수 있다. 이것은 특히 자원 집중적인 클라이언트와 서버 사이의 영구적인 연결 필요성을 제거한다.

B&R은 OPC UA의 발행자-구독자 모델에 대한 규격을 개발하고 있는 OPC 재단 작업 그룹에 적극적으로 참여하고 있다. “규격은 연말까지 완성될 것으로 예상되며 – 그 후에 곧바로 많은 제조업체들에 의해 구현될 것입니다.” Sachse는 말한다.

OPC UA, 클라이언트-서버 메커니즘
클라이언트-서버 메커니즘을 이용하여 클라이언트는 서버에 정보를 요청하고 서버로부터 응답을 받는다.

 

표준으로써의 OPC UA
OPC UA를 추진하는 동력은 공급자 독립적인 프로토콜에 자체의 작업을 기반으로 하는 표준 기구의 숫자로 볼 때 명확하다. 플라스틱 업계에 대한 글로벌 표준의 선도적 개발자인 EUROMAP은, 최근 OPC UA를 두 개의 새로운 EUROMAP 인터페이스에 대한 기반으로 정의하였고, 더 많은 수의 기구들이 뒤를 따르고 있다.

포장 업계의 상부 단체인, OMAC 또한 OPC UA를 그의 PackML 표준에 통합할 예정이고 이미 특정한 구현에 관한 작업을 수행 중에 있다. “그렇게 잘 확립된 업계 표준들이 현재 OPC UA로 신속하게 방향을 전환하는 것은 정말 놀라운 일입니다.” Sachse는 말한다. “OPC UA TSN을 사용한 우리의 현장 시험에 의해 입증된 성능은 이 기관들이 올바른 방향으로 향하고 있음을 확인해 줍니다.”

IIC와 그의 TSN 테스트 베드
산업 인터넷 컨소시엄(Industrial Internet Consortium: IIC)은 기계, 기기 및 설비의 지능형 네트워크 구성을 가능하게 하는 것을 목표로 한다. 설립자인 GE, IBM, Intel 및 Schneider의 주요 목표 중 하나는 사물 인터넷(Internet of Things: IoT)의 채택을 가속화하는 것이다.

IoT 어플리케이션에 어느 기술이 가장 적합한지를 식별하기 위해, IIC는 이들 기술을 다중 공급자 시험 설비에서 평가하기 위한 테스트 베드 그룹을 조직하고 있다. B&R은 2006년 이후 IIC 구성원이고 TSN 테스트 베드에 참여하고 있으며, 여기에서 TSN과 OPC UA의 조합을 최초로 산업 환경에서 평가하고 있다.

OPC UA, 발행자-구독자 모델
발행자-구독자 모델에서는, 서버가 네트워크에 데이터를 전송(발행)하고 모든 클라이언트는 데이터를 수신(구독)할 수 있다.

OPC UA TSN
기술적 관점에서 볼 때, OPC UA 자체에 실시간 기능을 추가하는 것은 확실히 타당성이 있지만, 그렇게 하려면 상당한 노력이 필요하고 그럼에도 불구하고 여전히 단점이 있다. 바로 그러한 이유로 많은 수의 자동화와 로봇 제조업체들은 다른 방향으로 움직이기 위해 힘을 모으고 있다. OPC UA는 시간 민감성 네트워킹(Time Sensitive Networking: TSN)을 활용할 것이다.

TSN은 차후에 IEEE 802.1 표준에 포함될 예정으로 현재 개발 중에 있는 확장들의 집합이다. 목표는 인터넷을 통해 실시간 데이터 전송을 제공하는 것이다. TSN 표준의 중요한 장점은 자동차 업계가 이 표준을 뒷받침한다는 사실이다. 이것은 필요한 반도체 컴포넌트가 매우 신속히 그리고 상대적으로 저렴하게 제공될 것이라는 것을 의미한다.

자동차에서 전송되는 데이터의 양은 지난 수 년간 엄청나게 증가하였다. 종래의 버스 시스템들은 이것을 다룰만한 대역폭을 갖추지 못하고 있다. 자동차 업계의 첫 번째 단계는 802.1 AVB (Audio Video Bridging: 오디오 비디오 브리징) 표준의 채택이었으며, 이것은 오디오와 비디오 파일의 동기화되고 우선순위가 부여된 스트리밍을 가능하게 한다. 이것은 뒷범퍼에 장착된 후방 감시 카메라로부터의 영상이 이더넷을 통해 전송될 수 있도록 한다.

새로운 업계에 도달하고 어플리케이션 스펙트럼을 광역화하고자 하는 목표를 추구하기 위해, AVB 작업 그룹은 TSN의 주도자가 되었다. 자동차 업계 또한 이더넷을 통한 기능적 안정성이 요구되는 모든 제어 작업과 어플리케이션을 처리하고자 하였다. 이것이 실현되기 위해서는, 실시간 범위의 사이클 타임과 결정론적 네트워크 거동이 요구될 것이다. 이것은 생산 라인의 자동화에서 직면하고 있는 요건과 정확히 동일한 것이다.

Sebastian Sachse, B&R 개방형 자동화 기술부장

OPC UA TSN은 IT의 IP기반의 세계와 공정 자동화 분야 사이의 간극을 메워준다. OPC UA TSN은 공장 자동화에서 모든 어플리케이션에 대한 완벽한 솔루션이다. 이것은 밀리 초 이하 단위의 동기화와 함께, 라인 동기화, SCADA 시스템 통합, 기본적 제어 작업 또는 컨베이어 벨트 운영과 입출력 통합에 이르기까지의 작업에 대한 충분한 정밀도를 제공한다.

OPC UA가 장래 수년 간 생산 라인 자동화 수준까지 그의 범위를 확장하면서, 기계와 기기의 구조에 대한 몇 가지 극적인 변화가 있을 것이다. 그것은 오늘날 우리가 알고 있는 바와 같은 공장 수준의 필드버스 시스템의 종언을 의미하게 될 가능성이 있다.

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