산업용 통신이란 무엇입니까?
산업용 통신이라는 용어는 산업 자동화 기술에 사용되는 장치 간의 통신을 의미합니다. 여기에는 주로 공정 및 생산 자동화 분야에서 기계 및 플랜트 제어를 위한 데이터와 정보의 전송 및 교환이 포함됩니다. 따라서 산업용 통신은 성공적인 자동화를 위한 기초입니다.
장치는 유선 또는 무선으로 표준화된 산업용 네트워크를 사용하여 네트워크로 연결됩니다. 디지털화가 점증됨에 따라 고성능 통신 시스템이 점점 더 인더스트리 4.0 또는 산업용 사물 인터넷(IIoT)과 같은 애플리케이션 분야의 중추 신경계가 되어가고 있습니다.
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케이블 및 라인
플러그 커넥터
네트워크 및 분배 구성품
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LAPP은 40여 개국에서 산업용 커뮤니케이션을 위한 모든 솔루션을 단일 소스로 제공합니다. 여기에는 공장, 기계 또는 플랜트를 네트워크로 연결하기 위한 산업용 고품질 케이블, 와이어, 어셈블리, 플러그 커넥터 및 액티브 구성요소부터 스마트 팩토리로 가는 길에 필요한 전문 지식에 이르기까지 모든 것이 포함됩니다. 저희는 고객의 디지털 전환을 시작부터 안내하고 조언해 드립니다. 현장에서부터 회사 차원까지, 당사는 고객과 협력하여 대용량 데이터를 안정적으로 전송할 수 있는 완벽한 네트워크 연결 솔루션을 구축합니다.
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저희는 당사만이 보유하고 있는 전문 지식과 깊은 애플리케이션 지식을 바탕으로 고객의 요구에 맞는 맞춤형 솔루션을 제공할 수 있습니다. 고속 연결이 가능한 산업용 이더넷 케이블부터 모든 공통 프로토콜 표준을 준수하는 필드버스 시스템, 고객의 요구 사항에 따라 조립된 광섬유 케이블에 이르기까지, 당사는 모든 애플리케이션에 적합한 솔루션을 찾을 것입니다.
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자동화란 무엇입니까?
DIN 19233에서는 자동화를 다음과 같이 정의합니다: "사람의 개입 없이도 장치가 의도한 대로 완전히 또는 부분적으로 작동하도록 장치를 장착하는 것".
하지만 이것은 구체적으로 무엇을 의미할까요? 생산 시설을 살펴봅시다. 자동화된 생산에서는 이전에 사람이 수행하던 모든 작업을 기계가 독립적으로 수행합니다. 여기에는 가공, 제어, 공구 및 공작물 취급, 기계 또는 전자 품질 모니터링이 포함됩니다.
자동화는 기본적으로 개별 작업 절차의 자동화(절차 자동화), 특정 생산 공정의 자동화(공정 자동화) 또는 전체 제조 공정의 자동화(시스템 자동화)의 세 가지 형태로 나눌 수 있습니다.
자율 생산 프로세스를 구현하려면 기술 설비가 필요합니다. 기술 장비는 센서/액추에이터, 규제, 제어, 정보, 통신, 공정 제어 및/또는 로봇 기술 분야에서 나옵니다.
자동화의 이점
이러한 조건에서 자동화는 많은 이점을 제공합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:
- 정신적으로 힘들고, 단조롭고, 격렬하고, 위험하거나 유해한 업무에서 벗어나게 해줍니다.
- 생산성 향상
- 제품의 품질 향상
- 제작 시간 단축
- 보다 자원 효율적인 플랜트 운영을 통한 환경적 스트레스 감소
- 더욱 유연한 프로덕션
- 정확도 향상 및 오류 방지
자동화 피라미드
자동화 피라미드는 자동화 생산의 일반적인 통신 구조를 나타내며 산업 생산의 다양한 IT 수준을 분류합니다.
각 레벨은 자동화 생산에서 고유한 작업을 수행하며 현장 레벨의 센서와 같은 다양한 시스템으로 구성됩니다. 레벨 수는 자동화 프로세스에 따라 다릅니다. 개별 레벨은 생략하거나 함께 그룹화할 수 있습니다.
각 레벨의 개별 시스템과 레벨 자체는 서로 정보를 교환합니다. 한 레벨 내에서 정보를 교환하는 것을 수평적 커뮤니케이션이라고 하고, 서로 다른 레벨 간에 정보를 교환하는 것을 수직적 커뮤니케이션이라고 합니다.
| 번호 | 레벨 | 사용한 시스템 | 대표적인 과제 |
|---|---|---|---|
| 1 | 현장 레벨 | 센서 및 액추에이터 | 생산 데이터 수집/명령 실행 |
| 2 | 제어 레벨 | 제어 컴퓨터/PLC | 생산 프로세스의 조정 |
| 3 | 회사 레벨 | ERP 시스템 | 대략적인 생산 계획 및 주문 처리 |
현장 레벨의 센서 또는 액추에이터는 상위 제어 레벨과 독점적으로 통신합니다. 제어 레벨의 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)는 회사 레벨의 ERP(전사적 자원 관리 시스템)와 데이터를 교환합니다.
자동화 피라미드 내에서 레벨이 높을수록 지연 시간, 즉 송신자와 수신자 간의 데이터 전송 지연이 길어집니다. 동시에 전송해야 하는 데이터의 양도 꾸준히 증가하고 있습니다.
| 레벨 | 계획의 지평 | 데이터 양 | 지연 시간 |
|---|---|---|---|
| 회사 레벨 | 월별에서 연도별 | Mbytes – Gbytes | 2-20초 |
| 제어 레벨 | 초에서 시간까지 | Bytes – Kbytes | 0.2초 |
| 현장 레벨 | 밀리초 | 바이트 | 0.002초 |
인더스트리 4.0과 산업용 사물 인터넷은 기존의 자동화 피라미드에 영향을 미치며 더 많은 상호 연결성과 유연성을 요구합니다. 이를 위해 피라미드를 조정하고 아주 평평하게 만들어야 합니다.
자동화 시스템 설정
자동화 시스템을 설정하기 전에 먼저 모든 자동화 작업의 기초가 되는 입출력 모델을 살펴보겠습니다.
물리적 변수는 센서에 의해 기록되어 제어 컴퓨터(기능)에 입력 신호로 전달됩니다. 신호를 처리하여 구동 모듈로서 작동하는 액추에이터로 출력 신호를 전송합니다. 개별 구성품은 통신 시스템으로 연결됩니다.
따라서 자동화 시스템은 센서(1), 액추에이터(2), 제어 컴퓨터(4), 통신 시스템(3)으로 구성됩니다.
자동화 시스템의 구성품 개요
센서는 아날로그 물리적 값(기계적, 화학적, 열적, 자기 또는 광학 값)을 캡처하여 아날로그 또는 디지털 전기 신호로 변환하는 측정 프로브입니다.
"단순" 센서는 아날로그 신호만 생성하며, 제어 컴퓨터와 통신하기 전에 먼저 공간적으로 분리된 컨버터(예: I/O 시스템)를 통해 디지털 신호로 변환해야 합니다.
"지능형 센서"라고도 하는 스마트 센서는 전체 신호 준비 및 처리를 대신하여 디지털 신호를 방출합니다. 이를 통해 제어 컴퓨터와 직접 통신할 수 있습니다.
센서는 신호 타입(아날로그 센서, 디지털 센서), 측정 원리(광학 센서, 정전용량 센서 등), 용도(자동화 엔지니어링의 센서, 항공우주 분야의 센서 등), 측정값(힘 센서, 온도 센서 등)에 따라 구분할 수 있습니다.
액추에이터의 작동 원리는 센서의 작동 원리와 반대입니다. 즉 액추에이터는 제어 컴퓨터의 전기 신호를 물리적 변수로 변환시킵니다.
액추에이터는 전기 펄스를 압력, 소리, 온도, 동작 또는 기타 물리적 변수로 변환시킵니다.
변환 프로세스에 따라 액추에이터는 전자기계 액추에이터, 전자기 액추에이터, 공압 액추에이터, 유압 액추에이터 등으로 나뉩니다.
제어 컴퓨터 또는 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)는 자동화 시스템에서 프로세스 또는 하위 프로세스를 제어합니다. 제어에 필요한 센서와 액추에이터는 공정의 PLC에 직접 연결하거나 버스 시스템을 통해 연결할 수 있습니다. 여러 하위 프로세스가 있는 대규모 플랜트에서는 각 하위 프로세스마다 별도의 PLC가 사용되며, 이 PLC는 서로 네트워크로 연결되어 있습니다.
PLC는 현재 어떤 기계가 어떤 주문을 처리하고 있고 다시 사용할 수 있을 가능성이 있는지 등 리소스를 조정하기 위해 회사 레벨 및 운영 관리 레벨과 조율합니다.
PLC는 주기적으로 작동합니다. 즉, 사이클이 시작될 때 모든 입력값을 읽은 다음 저장된 프로그램을 실행하고 마지막에 출력을 설정합니다. 그러면 사이클이 새롭게 시작되며 프로그램에는 끝이 없습니다.
자동화 시스템이 제대로 작동하려면 센서, 액추에이터, PLC를 서로 연결하는 통신 네트워크가 필요합니다.
산업용 통신 네트워크는 여러 구성품으로 이루어져 있습니다. 구성품의 선택은 사용 목적 및 기타 요인에 따라 달라집니다:
전송 기술로 필드버스 또는 이더넷을 원하십니까? 내 애플리케이션에 적합한 네트워크 토폴로지는 무엇인가요? 또한 센서를 사용하는 직원을 위한 보호 기능과 같은 측면도 고려해야 부상을 방지할 수 있습니다. 정상 작동, 청소 및 수리와 같은 기계의 다양한 작동 모드도 구성품 선택에 영향을 미칩니다.
LAPP에서 고객은 센서/액추에이터 및 제어 레벨에서부터 재고 관리 시스템에 이르기까지 통합 네트워킹을 위한 완벽한 케이블 배선 및 연결 시스템을 받을 수 있습니다.
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자동화 기술의 제어 및 규제
자동화 기술에서 제어와 규제라는 개념은 매우 중요합니다.
제어 또는 제어 기술의 경우, 지정된 입력값에 따라 기술 시스템의 출력값에 영향을 미치는 것이 목표입니다. 여기에는 피드백이 없습니다. 즉, 동작 과정이 독립적이지 않습니다.
제어 시스템의 예로는 건물의 난방 제어 시스템을 들 수 있습니다. 실외 온도 센서는 실외 온도에 따라 실내 히터를 켭니다. 방의 열린 창문과 같은 외부 영향은 고려되지 않습니다.
조절 또는 조정 기술의 목표는 외부 간섭(간섭 변수)의 영향에도 불구하고 기술 시스템의 물리적 변수(조절 변수)를 일정하게 유지하거나 특정 변수(유도 변수)의 시간 경과를 최대한 정밀하게 추적하는 것입니다. 조절 회로는 독립적입니다, 즉 피드백이 있습니다.
자동화 기술에서 조절의 예로 차량의 자동 에어컨 시스템을 들 수 있습니다. 외부 영향(예: 햇빛)에도 불구하고 차량 내부 온도를 필요한 수준으로 일정하게 유지합니다.