최근 Industry 4.0으로 인해 제조업에 대한 생산성 향상과 고객만족을 위한 스마트팩토리 관심이 매우 높고 정부 지원에 따른 구축도 활발하다. 특히, 효율적인 생산 시스템을 구축하기 위한 데이터 통합과 이를 위한 필드버스 통신기술은 필수적이다. 필드버스는 특정 밴더 시스템에 구속받지 않는 개방형 제어시스템으로서 타사 제품과의 호환성, 데이터 전송의 정확성, 원격진단 등의 다양한 이점을 가지고 있다. 그러나, 필드버스를 학습하기 위한 교육 장비와 실습을 위한 교육과정 및 예제가 전무하여 산업현장에서 스마트팩토리 구축을 위해 필요로 하는 실무 능력 향상에 많은 제한점이 있다. 따라서 본 연구는 국내 산업현장에 적합한 PLC와 통신기술을 선정한 선행연구 결과를 바탕으로 실무적인 필드버스 교육을 위한 PLC기반의 필드버스 교육 장비와 교육과정을 개발하고 Ethernet IP, Profibus DP, Modbus, CC-Link, Device Net의 다양한 필드버스를 구현하였다. 또한, Ethernet IP를 통한 데이터 수집과 모니터링으로 분산된 필드기기의 제어와 원격진단이 가능함을 확인하였다.
최근 Industry 4.0으로 인해 제조업에 대한 생산성 향상과 고객만족을 위한 스마트팩토리 관심이 매우 높고 정부 지원에 따른 구축도 활발하다. 특히, 효율적인 생산 시스템을 구축하기 위한 데이터 통합과 이를 위한 필드버스 통신기술은 필수적이다. 필드버스는 특정 밴더 시스템에 구속받지 않는 개방형 제어시스템으로서 타사 제품과의 호환성, 데이터 전송의 정확성, 원격진단 등의 다양한 이점을 가지고 있다. 그러나, 필드버스를 학습하기 위한 교육 장비와 실습을 위한 교육과정 및 예제가 전무하여 산업현장에서 스마트팩토리 구축을 위해 필요로 하는 실무 능력 향상에 많은 제한점이 있다. 따라서 본 연구는 국내 산업현장에 적합한 PLC와 통신기술을 선정한 선행연구 결과를 바탕으로 실무적인 필드버스 교육을 위한 PLC기반의 필드버스 교육 장비와 교육과정을 개발하고 Ethernet IP, Profibus DP, Modbus, CC-Link, Device Net의 다양한 필드버스를 구현하였다. 또한, Ethernet IP를 통한 데이터 수집과 모니터링으로 분산된 필드기기의 제어와 원격진단이 가능함을 확인하였다.
Recently, due to Industry 4.0, there is a great interest in smart factory for productivity improvement and customer satisfaction in manufacturing industry, and construction is also actively pursued by government support. In particular, data integration and fieldbus communication technology to build ...
Recently, due to Industry 4.0, there is a great interest in smart factory for productivity improvement and customer satisfaction in manufacturing industry, and construction is also actively pursued by government support. In particular, data integration and fieldbus communication technology to build an efficient production system are essential. Fieldbus is an open control system that is not tied to a specific vendor system and has various advantages such as compatibility with other products, accuracy of data transmission, and remote diagnosis. However, there are no educational equipment for training field buses, training courses and examples for practical training, and there are many limitations in improving the practical skills needed for building smart factories in the industrial field. Therefore, this study develops PLC based fieldbus education equipment and training course based on previous research results that selected PLC and communication technology suitable for domestic industry field for practical fieldbus training and develops the training program of Ethernet IP, Profibus DP, Modbus, CC-Link, and DeviceNet. In addition, it is confirmed that the control and remote diagnosis of distributed field devices are possible by data collection and monitoring.
Recently, due to Industry 4.0, there is a great interest in smart factory for productivity improvement and customer satisfaction in manufacturing industry, and construction is also actively pursued by government support. In particular, data integration and fieldbus communication technology to build an efficient production system are essential. Fieldbus is an open control system that is not tied to a specific vendor system and has various advantages such as compatibility with other products, accuracy of data transmission, and remote diagnosis. However, there are no educational equipment for training field buses, training courses and examples for practical training, and there are many limitations in improving the practical skills needed for building smart factories in the industrial field. Therefore, this study develops PLC based fieldbus education equipment and training course based on previous research results that selected PLC and communication technology suitable for domestic industry field for practical fieldbus training and develops the training program of Ethernet IP, Profibus DP, Modbus, CC-Link, and DeviceNet. In addition, it is confirmed that the control and remote diagnosis of distributed field devices are possible by data collection and monitoring.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 스마트팩토리 구축을 위해 필수 요소기술인 필드버스를 학습하기 위한 교육 장비를 개발하였다. 교육 장비의 전체 크기는 687 × 638 × 538이며, 국내 점유율이 높은 3종의 Mitsubishi, Siemens, LS산전 PLC와 국내산업에 적합한 표 1의 특성을 가진 5종의 필드버스 통신카드로 구성하였다.
본 논문에서는 스마트팩토리 구축을 위해 필수적인 필드 버스를 학습할 수 있도록 선행연구의 직무분석과 교육과정설계에 따른 PLC기반의 필드버스 교육 장비와 교육과정을 개발하고 다양한 PLC와 통신카드를 활용하여 학습할 수 있도록 실습 예제를 구현하였다. 특히, 개발된 장비는 다양한 산업현장에서 사용중인 PLC와 필드버스 통신기술을 중심으로 제작하여 피교육자가 교육을 이수 후 실무에서 바로 적용할 수 있다.
선행연구에서는 DACUM기법을 활용하여 실무적인 필드버스 교육을 위한 국내의 반도체, LCD, 자동차 산업과 다양한 물류시스템 및 소규모 제어시스템 등에 널리 사용되고 있는 필드버스 통신기술 선정과 직무분석을 수행하여 Ethernet IP, Profibus DP, Modbus, CC-Link, Device Net을 선정하고 이에 대한 교육 프로그램을 개발하였다. 이를 바탕으로 본 논문에서는 PLC기반의 필드버스 학습을 위한 교육 장비를 개발하고 이 장비를 이용한 교육과정을 제안함으로써 그 효과성을 입증하였다.
제안 방법
그리고 모니터링을 위해 AC&T system의 ETOS-50을 사용하여 통합 시스템 운영 프로그램과 HMI를 연계하였다. Control level은 Mitsubishi PLC의 Q06UDEH CPU와 Siemens PLC의 S7 200-Profibus DP, LS산전의 XBC-DR20SU-Modbus, Device level은 Mitsubishi의 CC Link, LS산전의 Device Net을 적용하였다. 표 2는 마스터 PLC의 통신카드와 연계되는 통신카드이며, 그림 2는 PLC기반의 필드버스 교육 장비에 대한 계층 구조도이다.
Ethernet IP를 적용하여 마스터 PLC의 데이터를 Information level의 ETOS-50에 전송하며, Control level은 마스터 PLC를 중심으로 Siemens PLC의 S7 200-Profibus DP, LS산전의 XBC-DR20SU-Modbus, Device level은 Mitsubishi의 CC Link, LS산전의 Device Net에 대한 프로그램을 그림 6, 7, 8, 9처럼 구현하였다. 또한, 프로그램의 검증을 위해 그림 10과 같이 작화하고 통합시스템에 대한 모니터링을 구현하였다.
3종의 PLC와 5종의 필드버스 통신카드 구성과 배치는 그림 1에서 확인할 수 있다. Mitsubishi PLC를 마스터로 지정하고 수평적 통합과 하위제어 시스템에서 상위관리 시스템까지 수직적인 통합이 용이한 Ethernet IP를 Information level에 적용하였다. 그리고 모니터링을 위해 AC&T system의 ETOS-50을 사용하여 통합 시스템 운영 프로그램과 HMI를 연계하였다.
Mitsubishi PLC의 Ethernet IP 주소는 “192.168.10.11”을 입력한 후 Open setting의 UDP와 TCP의 Open system과 Host station을 설정하였다.
PLC기반의 필드버스 교육 장비의 활용을 위한 주소를 표 4와 같이 Device level, Control level, Information level로 구분하여 할당하였다.
그리고 모니터링을 위해 AC&T system의 ETOS-50을 사용하여 통합 시스템 운영 프로그램과 HMI를 연계하였다.
교육 장비의 전체 크기는 687 × 638 × 538이며, 국내 점유율이 높은 3종의 Mitsubishi, Siemens, LS산전 PLC와 국내산업에 적합한 표 1의 특성을 가진 5종의 필드버스 통신카드로 구성하였다. 기존의 PLC 기초학습과 독립적인 시스템의 응용학습, 필드버스 통신기술에 대한 프로그램을 검증할 수 있도록 시운전을 위한 입출력모듈을 포함하였다. 또한, 필드버스 통신기술을 활용하여 통합적인 시스템을 구축할 수 있도록 1:n 통신과 학습 시 통신 현황을 용이하게 확인할 수 있도록 계통도를 전면부에 표현하였다.
또한, ETOS-50의 Ethernet IP 드라이버 설정을 위해 프로토콜은 “GLOFA”, 통신방식은 “TCP”, 드라이버 정보 저장주소는 “%B 1000”, 채널 저장주소는 “%B 1001”을 입력하였다.
Ethernet IP를 적용하여 마스터 PLC의 데이터를 Information level의 ETOS-50에 전송하며, Control level은 마스터 PLC를 중심으로 Siemens PLC의 S7 200-Profibus DP, LS산전의 XBC-DR20SU-Modbus, Device level은 Mitsubishi의 CC Link, LS산전의 Device Net에 대한 프로그램을 그림 6, 7, 8, 9처럼 구현하였다. 또한, 프로그램의 검증을 위해 그림 10과 같이 작화하고 통합시스템에 대한 모니터링을 구현하였다.
기존의 PLC 기초학습과 독립적인 시스템의 응용학습, 필드버스 통신기술에 대한 프로그램을 검증할 수 있도록 시운전을 위한 입출력모듈을 포함하였다. 또한, 필드버스 통신기술을 활용하여 통합적인 시스템을 구축할 수 있도록 1:n 통신과 학습 시 통신 현황을 용이하게 확인할 수 있도록 계통도를 전면부에 표현하였다. 3종의 PLC와 5종의 필드버스 통신카드 구성과 배치는 그림 1에서 확인할 수 있다.
마지막으로 통신블록의 블록번호는 “0”, 어드레스는 “%MW” 설정과 통신포트 Ethernet IP는 “192.168.10.13”을 입력한 후 모니터링 화면을 작화하였다.
본 논문에서 제안한 교육 내용 중 통합시스템 설계와 운영을 위해 마스터 PLC를 중심으로 Information level의 Ethernet IP를 적용한 PLC기반의 프로그램과 모니터링을 위한 화면을 아래와 같은 순서로 구현하고 검증하였다.
선행연구의 DACUM기법을 활용한 실무적인 필드버스 교육을 위한 직무분석 결과를 바탕으로 PLC기반의 필드버스 교육 장비를 활용한 총 40시간의 교육 내용을 제안하였다. 산업에 따른 필드버스 통신기술의 사용범위와 시스템의 제어 구현 난이도 등에 따라 학습시간은 조정할 수 있으며, 2일차부터 4일차까지의 학습 순서는 가변적으로 운영할 수 있다.
채널포트 설정에서 프로토콜은 “MELSEC”, 통신방식은 “TCP”, 상대국 주소는 “192.168.10.11”을 설정한 후 글로벌의 프로세스에서 “IF_TIMER, IF_MELSEC_READ, END_IF, IF_MELSEC_WRITE, END_IF”와 Ethernet IP의 “192.168.10.10”을 입력하였고 모니터링을 위해 HMI의 새 디바이스를 생성한 후 “LS산전 GLOFA-GM Ethernet(ENET)”을 추가하여 “ETOS” 스테이션의 Ethernet IP “192.168.10.10”을 등록하였다.
대상 데이터
교육 장비의 전체 크기는 687 × 638 × 538이며, 국내 점유율이 높은 3종의 Mitsubishi, Siemens, LS산전 PLC와 국내산업에 적합한 표 1의 특성을 가진 5종의 필드버스 통신카드로 구성하였다.
성능/효과
특히, 개발된 장비는 다양한 산업현장에서 사용중인 PLC와 필드버스 통신기술을 중심으로 제작하여 피교육자가 교육을 이수 후 실무에서 바로 적용할 수 있다. 따라서 기존의 단일시스템 중심의 PLC 프로그램 학습보다 Industry 4.0과 연계되는 설계, 제작, 유지보수의 다양한 직무를 위한 분산된 필드기기의 제어와 원격진단 및 타사 제품과의 호환능력을 기대할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트팩토리 구현을 지향해야하는 생산체계는 무엇인가?
스마트팩토리는 제품의 기획, 설계, 생산, 유통, 판매 등 전 과정을 정보통신기술로 통합하고 최소 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 미래형 공장이다. 스마트팩토리 구현을 위해서는 IoT(Internet of Things), CPS(Cyber Physical System) 등을 기반으로 제조의 모든 단계가 자동화, 정보화되고, 가치사슬 전체가 하나의 공장처럼 실시간 연동되는 생산체계를 지향해야 한다[1]. 이때 IoT와 CPS에 앞서 필요한 핵심기술은 생산시스템을 통합하는 필드버스이다.
스마트팩토리란?
0을 주창하면서 본격 사용되기 시작하였다. 스마트팩토리는 제품의 기획, 설계, 생산, 유통, 판매 등 전 과정을 정보통신기술로 통합하고 최소 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 미래형 공장이다. 스마트팩토리 구현을 위해서는 IoT(Internet of Things), CPS(Cyber Physical System) 등을 기반으로 제조의 모든 단계가 자동화, 정보화되고, 가치사슬 전체가 하나의 공장처럼 실시간 연동되는 생산체계를 지향해야 한다[1].
산업현장의 사용자는 공장자동화를 구축함에 있어서 저비용 고효율의 생산성이 높은 시스템을 구축해야하는데 이를 위해서는 어떤 제어시스템이 필요한가?
산업현장의 사용자는 공장자동화를 구축함에 있어서 비용은 가장 적게 들면서 시스템의 고성능과 다기능, 신뢰성, 유연성을 제공하는 효율적이고 생산성 높은 시스템을 구축해야 한다. 이를 위해서는 필드계층의 데이터와 상위 비즈니스계층을 통합하고 특정 밴더의 시스템에 구속 받지 않는 개방형 제어시스템이 필요하다. 필드버스를 적용함으로써 타사 제품과의 상호 호환성, 전선 결선 비용 감소와 데이터 전송의 정확성 증대, 분산된 필드기기의 제어기능, 유지·관리 측면에서의 원격진단 및 필드기기의 자기 진단기능 등을 기대할 수 있다[3].
참고문헌 (7)
J. S. Kim, "Big data analysis for smart factory implementation in small and medium manufacturing process," Ph. D. Dissertation, Chungbuk National University, Cheongju, Chungcheongbuk-do, 2017.
J. S. Oh, D. H. Kwon, S. H. Hong, and T. W. Kim, "Fieldbus standardization promotion status and technology forecast," Monthly Instrument Technology, 2012.
M. B. Lee and Y. S. Moon, "Introduction and advantages of fieldbus," Monthly Instrumentation Technology, 2002.
S. J. Kim, "Design and implementation of educational PLC experiment KIT," Master Dissertation, Graduate School of Industry, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Gyeongsangbuk-do, 2009.
W. S. Jang, "Development of educational PLC device based on the National competency standards," Master Dissertation, Graduate School of Industrial, Kyungpook National University, Daegu, 2016.
S. Y. Lee and D. P. Jeon, "The development of PLC programming education system based on distance learning," Journal of the Korea Industrial Information Systems Society, vol. 11, no. 5, pp. 78-85, 2006.
E. Han, S. M. Park, and S. E. Hong, "Design and implementation of web-based plc laboratory for industrial automation training and training," Journal of the Academic-Industrial Science Society, vol. 11, no. 1, pp. 101-106, January, 2010.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.