• Default Alternative Text

    Press

[산업일보] 자동제어기업, IIoT · 클라우드 통한 스마트 공정제어 실현

31.1.2017

스마트 공장·플랜트, 인더스트리 4.0에 대한 이야기가 산업계를 강타한지 3~4년이 지난 현재에 이르러 업계에서는 그동안 실체가 없이 뜬구름 같았던 스마트 공정, 스마트 자동제어에 대한 이야기를 기업에 맞는 비즈니스 모델로 정립하고 유저 기업들에게 제안하면서 성공사례를 하나둘씩 만들어가고 있다. 특히 기업의 강점은 살리되 부족한 부분은 컨소시엄이나 M&A를 통해 강화시켜 유저기업들의 요구에 유연하게 대응하는 모습이다. 왼쪽부터 디에고 아레세스 슈나이더 일렉트릭의 인더스트리 사업부 북아시아 총괄대표, 황선주 한국에머슨 이사, 이범식 한국요꼬가와전기 본부장, 박성길 한국하니웰 부장, 김종우 한국내쇼날인스트루먼트 과장

인수합병·기업간 협업 통한 기업역량 강화

최근 스마트 공정제어에 대한 벤더 기업들의 대응을 살펴보면, 산업용 사물인터넷(IIoT)을 통해 고객사의 빅데이터를 쌓고 이를 분석해 기존의 사후관리에서 발전시킨 예지보전 기능을 강화해 효율을 극대화거나 새로운 비즈니스 모델을 만들어 제시하는 두 가지 축으로 움직이고 있다. 또한, 기존 제품 및 솔루션을 강화하기 위한 인수합병도 활발하다. 컨트롤, 제어의 강점을 가지고 있는 요꼬가와전기에서는 2015년에 클라우드 솔루션 비즈니스를 제공하는 인더스트리 에볼루션(Industrial Evolution)인수를 시작으로, KBC(KBC Advanced Technologies plc) 및 Soteica Visual Mesa(SVM)를 인수해 컨설팅 및 에너지 매니지먼트 분야의 솔루션 서비스를 강화했다.

슈나이더 일렉트릭은 OT(Operational Technology, 운영기술)와 IT(Information Technology, 정보기술)가 통합된 에너지 관리 및 자동화 솔루션을 제공하여 “모든 단계에서 혁신”(Innovation At Every Level)을 이루고자 한다는 내용을 설명하고 있다. 슈나이더 일렉트릭은 1997년에 산업용 사물인터넷으로 하나의 연결된 공장을 구현한 “트랜스페어런트 팩토리”를 실현하는 등, 산업용 사물인터넷이 화두가 되기 전부터 산업용 사물인터넷의 경쟁력 및 잠재력에 주목하고 관련 기술을 개발해왔다. 산업용 사물인터넷의 경험과 경쟁력을 바탕으로 통합 에너지 관리 및 자동화 솔루션 기업으로서의 입지를 강화하기 위해 공정 자동화 부문에서는 인벤시스(Invensys)를, 자동화 및 제어 산업에 특화된 소프트웨어를 강화하기 위해서 싸이텍 SCADA(Citect SCADA)를, 플래닝 및 스케줄링 소프트웨어를 보강하기 위해 ‘SolveIT Software’사를 인수했다.

에머슨 역시 2014년, 경영 컨설팅 기업 MRG(Management Resources Grop, Inc)를 인수해 고객의 데이터를 분석해 효율을 높이거나 새로운 비즈니스 모델 창출을 위한 레이어를 구축했다.

하니웰에서도 RMG와 GORTER의 인수를 통해 제품 포트폴리오를 강화했다. 이 밖에도 유저의 요구에 대응하기 위해 인수합병을 통한 제품과 솔루션 분야를 보강하고 있다. 한국하니웰 박성길 부장은 “글로벌 하니웰에서는 3~4년 전부터 정규 전담 IIoT팀을 만들어서 운영하며 해당 시장에 대응하고 있다. 전반적으로 자동화시스템을 보면 경쟁이 치열한 것이 사실이며 IIoT 관련 기업들이 많아지고 있어 향후 이 분야에 대한 M&A도 활발해질 것으로 보인다”고 말했다.

기업들은 인수합병을 통해 제품 포트폴리오를 강화하는 한편 강점을 살려 컨소시엄을 구성해 유저에게 제안하는 방식을 채택하기도 한다. 한국내쇼날인스트루먼트(이하 한국NI)가 대표적이다. 한국NI에서는 강점인 계측과 센싱 분야를, 통신·네트워크는 SKT, 데이터베이스(DB)는 OSI, 서버는 HPE가 각자 담당하는 영역에서 협업 모델을 통해 유저에게 제안하는 방식으로 접근하고 있다

센서…필드가 스마트화돼야

스마트 공정제어, 스마트 팩토리가 기업의 이윤을 높여줄 것이라는데 대해 기업들은 한 목소리로 긍정을 나타낸다. 특히 스마트 제어는 공장, 플랜트의 가장 하위단인 센서, 밸브 등에서 보내는 데이터를 상위단인 컨설팅 층까지 연결하는 것이 중요하다고 관련 분야 전문가들은 지적한다. 이를 위해서 센서의 스마트화가 필수적이다. 플랜트 공정의 대부분의 센서는 스마트화돼 정보를 측정하고 분석해 통신할 수 있는 상황이다. 하지만 노후설비는 예외적이다. 하니웰 박성길 부장은 “필드쪽 노후설비들의 경우 스마트디바이스가 아니라고 할 수 있다”며, “스마트 기능이 탑재되지 않은 일반 사양, 또는 스마트 기능이라고 해도 최근에 개발된 통신 프로토콜과 맞지 않아 원활한 통신이 불가능해 발전소 운영에 에러를 빚는 것도 무시할 수 없는 부분”이라며, “과거 노후화된 설비를 현대화하는 프로젝트들은 지속적으로 추진하고 있고 앞으로도 기술이 발전함에 따라 스마트 디바이스로 바꾸는 작업은 꾸준히 진행해야 할 부분”이라고 설명했다.

스마트 공정의 성공모델 구축

기업이 투자를 하는 이유는 이윤을 창출하기 위함이다. 모든 자본가들은 기부가 아닌 이상 투자대비 결과가 최대화되길 바란다. 스마트 공정제어 역시 이러한 맥락에서 고객들의 요구는 같지만 같은 업종의 확실한 투자결과를 보여주는 모델이 없어서 조심스러운 움직임이다. 한국요꼬가와전기 이범식 본부장은 “최근 국내 대기업들도 기업별 TFT팀을 만들어서 가야할 방향을 검토하고 투자계획을 세우고 있는 등 준비작업을 하고 있는 것으로 알고 있다. 국내에서는 아직 뚜렷한 성공 모델이 없고 해외에서 일부 공정이 성공을 한 사례도 있지만 아직 전 공정을 스마트 플랜트화한 기업은 없다”고 말한다. 유저기업들이 쉽게 움직이지 않고 있지만 확산의 가능성은 충분하다는 게 이범식 본부장의 입장이다.

한국NI 김종우 과장은 “고객사들의 스마트플랜트의 요구는 이제 구체적인 모습을 드러내고 있다”며 최근 수행했던 미국의 에너지 기업 듀크에너지(DUKE Energy)의 ‘Smart M&D(Measurement & Diagnostic) 프로젝트’를 소개했다. “듀크에너지는 기존에는 센서를 데이터를 수집하는데 80%를 사용했다. 단지 20%만을 분석하는데 썼다. 이것을 역으로 80%를 분석하도록 바꾸고 다운타임을 효과적으로 줄이는 것이 듀크에너지의 요구였다. 이에 대응하기 위해 NI에서는 InsightCM을 제공했다. 이 솔루션을 통해 듀크에너지의 스페셜리스트 그룹은 수집 및 분석된 데이터를 받아볼 수 있었고 이를 진단해 다운타임을 효과적으로 줄여서 3년간 31.5M달러(360억원)을 줄였다”고 한국NI 김종우 과장은 전했다.

오픈 표준을 통한 상하공정의 연결

스마트공정, 스마트 측정이 가능하려면 3가지 큰 문제점을 해결해야 한다고 한국NI 김종우 과장은 지적한다. “국내 대기업들도 네트워크와 전체 공정에 대한 데이터들을 관리하고 있는데 현재는 설비나 플랜트에 적용되는 센서가 너무나 많다. 어떤 한 공장을 모니터링 한다면, 온도센서, 조도센서, 압력센서 등 수 만 개의 센서가 들어간다. 발전소에 들어가는 센서는 약 3만개 정도의 센서인데 그 센서들의 데이터를 다 수집해야 검사를 할 수 있는 것이다. 센서를 어떻게 통합할 것인지가 가장 큰 문제”라고 김종우 과장은 말했다. 이어 “두 번째 문제는 센서 외의 다른 플랫폼들, 즉 제어기, 컨트롤러라고 부르는 것이 모두 다르다는 것이다. 세 번째는 로봇이다. 스마트공장에서는 로봇의 역할도 중요한데 그동안 로봇제조사별로 알고리즘 등 중요한 부분은 오픈을 하지 않았다. 그런데 스마트 공장으로 나아가려면 이 모든 것들의 통신이 가능해야 한다”며 연결에 대한 부분을 강조했다. 김종우 과장은 “8개 로봇 제조 기업의 로봇을 액세스 할 수 있는 프로토콜을 랩뷰(LabVIEW)로 개발해서 로보틱스 툴킷으로 런칭했다”며 “로봇을 따로 공부하지 않아도 툴킷만 있다면 로봇에 대한 부분을 모니터링이나 측정 및 제어가 가능하게 된 것”이라고 설명했다.

연결과 통신에 대한 문제를 해결하기 위해 표준화가 필요해졌다. 슈나이더 일렉트릭의 인더스트리 사업부 북아시아 총괄대표 디에고 아레세스는, “표준화가 스마트 팩토리를 성공으로 이끄는 ‘키’라고 생각해왔다”며, “이 때문에 슈나이더는 오픈 표준화를 위해 노력해왔다. 공통으로 사용하는 오픈 표준화는 고객들의 비용을 줄이고 제품간의 호환성을 높일 수 있다”고 강조했다. 그는 “표준에 대한 툴킷(Tool Kit)이 굉장히 많이 나와 있는데, 석유화학 분야, 수처리 분야, 식음료 분야 등 해당 산업에 가장 적합한 표준을 채택하는 것이 관건이다. 따라서 슈나이더는 해당 세그먼트의 비즈니스 가치를 추구하고 고객의 니즈에 맞는 표준을 선택해야 한다. 대다수의 기업들은 기술을 개발한 후에 어떤 고객에게 제공할지 고민한다면, 슈나이더 일렉트릭은 이와 다르게 고객이 원하는 스마트 팩토리가 무엇인지 알아본 후에 가장 적합한 기술을 생각한다”고 말한다. 최근에는 특정한 하드웨어를 새로운 표준에 맞춰야 할 때도 소프트웨어의 업그레이드를 통해 쉽게 맞출 수 있게 돼 표준을 적용하기가 쉬워졌다고 전했다.

디에고 아레세스 북아시아 총괄대표는 “기존 PLC들은 오픈 표준 프로토콜이 아니라 같은 프로토콜끼리만 통신이 가능한 폐쇄적인 네트워크를 구축했다. 하지만 슈나이더 일렉트릭의 PLC는 오픈된 표준 프로토콜로 다양한 프로토콜들끼리도 통신이 가능해 호환성이 높고 비용을 절감한다”고 설명했다.

‘알람’을 통한 다운타임의 최소화

스마트 측정을 통해 얻어질 수 있는 최대 효과 중 하나는 ‘예지보전’이다. 사고나 정지에 대한 전조신호가 발생할 때 알람을 통해 알려주면 사용자는 이에 대한 공정의 정지시간을 최소화해 유지보수를 할 수 있도록 하는 것이다. 이에 대해 스마트 제어 관련 기업들마다 제시하는 모델들은 조금씩 다르다. 하지만 예지보전의 중요성과 이를 통해 공정효율을 높일 수 있다는 데는 이견이 없다.

한국요꼬가와전기 이범식 본부장은 “프로세스 데이터를 시뮬레이션 모델에 연결해 데이터를 수집 분석함으로써 전조현상을 확인하고 앞으로 일어날 일(공정의 정지나 이벤트 발생)을 사전에 예측할 수 있다”고 설명했다.

슈나이더 일렉트릭 코리아에서는 자사의 원더웨어와 아반티스라는 솔루션을 소개했다. 이 제품은 예지보전과 장비관리를 해줄 수 있는 솔루션이다. 디에고 아레세스 북아시아 총괄대표는 “사람들은 다운타임이 일어나기 전의 전조현상을 즉각적으로 눈치채지 못하는 반면에 원더웨어는 설비의 실시간 모니터링, 히스토리와 트렌드 분석을 통해 다운타임이 일어나기 전의 시그널을 발견한다. 이러한 시그널을 알람으로 알려주는 솔루션”이라고 설명했다.

한국NI 김종우 과장은 예지보전에서 알람을 세팅하는 것이 가장 중요하고 지적했다. 김 과장은 “센서를 통해 정밀한 측정만 하면 타임데이터를 통해 예지보전 알람을 80일 때 울릴지, 90일 때 울릴지, 98일 때 울릴지 결정할 수 있는데 이러한 설정으로 다운타임을 줄이는 것은 물론 에너지효율도 높일 수 있다”고 설명했다. 김 과장은 한국NI에서 올해 4월에 진단을 내리기 위한 머신러닝 툴킷을 출시할 예정이라고 밝혔다.

하니웰 박성길 부장은, “사전 예방정비는 발전플랜트 등이 고장이 나면 발전소 전체가 정지해 큰 손실을 발생시킬 수 있기 때문에 센서 등에서 정상적이지 않는 상태의 알람을 띄워서 그 사태가 번지지 않고 사전 처리를 할 수 있도록 하는 것이다. 이것은 전체 운영 및 유지보수를 분산제어시스팀(DCS)를 통해 관리할 수 있게 된다”고 언급했다.

사이버 보안 강화

IIoT 환경이 조성되면서 유저들와 벤더가 함께 고민하는 것 중 하나는 안전성에 대한 문제이다. 최근에는 국가기관이나 대규모 발전소 등이 해킹의 대상이 되고 있어서 사이버 보안에 대한 부분을 기업마다 강화하는 분위기다.

한국하니웰에서는 지난해 컨트롤 엣지(Control Edge) PLC라는 제품을 출시했다. 이 제품은 PLC에 보안 소프트웨어를 빌트인해서 보안을 강화한 제품이다. 한국하니웰 박성길 부장은 “기존에는 보안 프로그램을 제3의 업체로부터 지원받아야 했는데 2016년 상반기에 출시한 컨트롤 엣지 PLC는 보안 프로그램을 탑재해 품질과 보안을 강화해 안전성을 높인 제품이다. 또한 OPC UA가 빌트인돼 있어서 제3의 디바이스와도 통신이 원활하게 될 수 있도록 했다”고 설명했다.

클라우드를 통한 스마트서비스 구현

예전에는 공정을 제어하기 위해 솔루션이나 설비를 막대한 비용을 들여 구입을 했다면 최근에는 클라우드 환경을 통해 라이선스 비용만 내고 솔루션을 이용하거나 전문 유지관리 기업에 비용을 지불해 공정의 모니터링과 유지보수 등을 맡기는 비즈니스 모델이 점점 확산되고 있다.

슈나이더 일렉트릭의 인더스트리 사업부 디에고 아레세스 북아시아 총괄대표는 “공장에 직접 솔루션을 설치할 수도 있고 클라우드에 베이스를 두고 라이선스 비용을 지불하고 사용하는 것과 슈나이더 일렉트릭과 디지털 서비스 계약을 통해 원격 관리하는 비즈니스 모델이 있는데 최근에는 두 번째나 세 번째 비즈니스모델에 대한 고객들의 요구가 많아

많아지고 있다”고 전했다.

한국에머슨도 클라우드 환경에서의 원격 서비스를 제공하고 있다. 한국에머슨 황선주 이사는 “데이터를 분석하고 문제를 파악하는 것을 공장의 모든 사람이 할 필요는 없다. 원격지에 있는 전문 지식을 갖춘 조직에 맡기면 관리하는 것이 편리하다. 대표적인 것이 공장을 운영하는데 필요한 밸브나 스팀 트랩(Steam Trap)인데, 이 경우 전문적인 유지관리가 필요하다. 에머슨에서는 IIoT에 기반을 두고 클라우드에 전송하면 전문가들이 판단해서 고객에게 전달하는 커넥티드 서비스(Connected Service)를 제공하고 있다”고 설명했다.

한국요꼬가와전기 이범식 본부장은 클라우드를 통한 비즈니스 서비스에 대해 DaaS(Data as a Service) 솔루션을 소개했다. “이 솔루션을 통해 공장에 있는 모든 제조정보를 빅데이터화해서 클라우드에 전송하고, 이를 분석해 고객에게 문제를 알리거나 효율을 높일 수 있는 정보를 제공 할 수 있다. 반대로 원료의 생산데이터를 고객들에게 제공할 수도 있다. 예를 들면, 제과기업에 양계장의 계란 생산정보를 제공해 계란공급량에 따른 대비책을 세우게 할 수 있다”며 이러한 것이 진정한 스마트팩토리라고 생각한다고 언급했다.

무선을 통한 제어환경의 효율화

스마트 제어환경에서도 무선(Wireless)에 대한 요구는 효율성 측면에서 더욱 높아질 것으로 보인다. 한국에머슨 황선주 이사는, “공장의 70%의 데이터는 감시 데이터이기 때문에 이 부분이 무선으로 처리될 것으로 보인다”고 전망했다.

한국NI 김종우 과장도 같은 의견을 피력했다. 김 과장은, “센서는 매우 정밀하기 때문에 노이즈 문제와 케이블 길이에 따른 비용문제를 고려해야 한다. 센서 케이블이 1m 당 7만원이다. 100m 케이블 비용만으로 700만원이나 하게 된다. 비용이 허락된다고 마냥 길게 끌어올 수도 없는 것이 긴 거리를 유선으로 연결하면 노이즈가 높아져서 정밀한 센서 측정이 불가능해진다. 때문에 센서를 끌고 올 수 없는 곳에는 분산장비를 통해 랜선이나 무선으로 센싱하는 것이 가장 정밀하게 측정할 수 있는 방법”이라고 설명했다.

한국요꼬가와전기 이범식 본부장도 무선과 유선을 효율적으로 사용하는 것에 대해 긍정적인 입장이다. “예전에는 유선으로 설치해 많은 공사비용이 소요되고, 기간이 장기화되기도 했으나 무선의 설치로 비용과 설치기간이 단축되고 있다. 고객사들도 투자대비 효율을 생각해야 할 것”이라고 말했다.