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기획특집 <특집: 제조공장에서의 원격 감시 솔루션>프로세스 오토메이션에서의 OPC UA

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작성자 댓글 0건 조회 235회 작성일 20-09-24 13:38

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그림 1. 데이터 이활용의 요소 


서론

NAMUR, OPAF에 대두되는 Open화의 조류 속에서 OPC Foundation(OPC-F)2018년에 상호 운용의 범위를 필드 레벨로 확장했다. 이로써 필드에서부터 기업 관리 영역에서 이용되는 기기장치시스템에 의해 형성되는 밸류 체인에서 연속적인 데이터 이활용 환경이 갖추어져 나가고 있다. 이 패러다임 변화의 기초가 되는 개념이 디지털화이다.


이러한 상황 속에서 OPC-FOPC의 역할을 보다 명확하게 보여주기 위해 United Nation of Automation이라는 태그 라인을 수립했다. 이것은 산업 오토메이션 전체의 기초가 되는 중립적인 커뮤니케이션 기초의 개발과 추진을 의도한다. 이를 통해 데이터의 정보화, 안전한 메시지 전달 기술을 규정하는 국제 표준으로서의 위치가 보다 더 분명해졌다.


디지털화는 디지털 기술을 이용한 과제 해결의 개념이다. , 기업에게 중요한 것은 우선 과제를 특정 및 분석하여 명확하게 요건을 정의하는데 있다. 따라서 디지털화의 대상이 무엇인지(입력: 모델링 대상), 그리고 그 데이터를 어떻게 표현할 것인지(출력: 정보 모델)를 정하는 일이 성공의 열쇠가 된다.


OPC-F가 모든 산업에 관한 지식을 가지고 있는 것은 아니다. 이 때문에 각 산업 전문가(컨소시엄, 학술단체, 기업 등)와 연계하여 산업 별로 과제의 유출, 그리고 그 과제 해결에 필요한 정보의 모델링을 추진해나간다. 이것이 콜라보레이션이라 불리는 활동이다. 현재 프로세스 오토메이션 업계(PA)에서는 FCG, FDT Group, MDIS, Energistics, MIMOSA 등의 단체와 조인트 워킹 그룹(JWG)을 시작하여 활동 중이다. 그리고 이들 활동성과가 컴패니언 사양(CS)으로 공개되었다.


디지털화의 대상 영역은 산업마다 다르다. 그러나 정보의 표현 방법 및 그 정보를 주고받기 위한 메시지 기술은 공용이 가능하다. , OPC는 장치나 시스템 사이에 교환되는 정보를 통일된 수단으로 표현하는 방법 및 그것을 주고받기 위한 메시지 기술을 표준화하여 각 산업의 발전에 공헌할 것이다. 이를 통해 지금까지 산업별로 개발한 커뮤니케이션 기술이 통일되고, 산업 내에서뿐만 아니라 산업 간의 벽을 뛰어넘어 연속적으로 데이터를 활용할 수 있는 환경을 실현할 가능성이 있다.


본고에서는 우선 디지털화에 대해 고찰하고 그 후 디지털화에 필요한 데이터 이활용 기술로서의 OPC UA연결하기전달하기안전하게라는 세 가지 관점에서 소개하도록 한다. 그리고 마지막으로 PA의 오픈화를 이끌어가는 대표적인 활동에 대해 소개한다.

 

디지털화의 필요조건

독일 과학 기술 아카데미(acatech)는 디지털화의 성숙도를 평가하는 통일적 지침을 공개했다.

(https://en.acatech.de/publication/industrie-4-0-maturity-index-managing-the-digitaltransformation- of-companies/)

디지털화의 성숙도에 흥미를 갖고 있는 독자는 위의 URL을 참조하면 좋겠다. 이번 항에서는 데이터 이활용의 관점에서 디지털화의 필요조건에 대해 언급하고자 한다.


성숙도는 여섯 단계로 나타낼 수 있다. 우선 도입 단계로 “Computerization”“Connected”가 정의되어 있다. 이 단계는 디지털화의 대상이 컴퓨터화되고 네트워크를 통해 그 데이터를 교환할 수 있는 상태이다. , 이 단계의 필요조건은 장치나 시스템이 네트워크를 통해 연결되어 있어서 데이터를 교환할 수 있어야 한다는 것이다. 또한, 네트워크를 통한 데이터 교환에서는 데이터의 비밀성이나 완전성이 담보되어야 한다.


다음 단계로 “Visibility”가 정의되어 있다. 이 단계는 장치나 기기를 디지털 그림자(digital shadow)로서 가시화할 수 있는 상태다. 디지털 그림자는 플랜트의 라이프 사이클 단계마다 설계된다. 예들 들면, 플랜트에 배치되는 센서와 같은 기기에는 설계, 엔지니어링, 운전, 보수 등의 단계별 개별 정보가 존재한다. 또한, “Transparency”로 진행하면 Visibility에서 가시화된 데이터를 통해 현장에서 일어난 현상을 이해하기 위한 정보(: KPI)가 만들어진다. 여기에서는 다수의 데이터가 축약되어 새로운 정보가 창출된다. 따라서 이 단계에서는 입력되는 정보와 거기에서 생성되는 정보를 표현하는 통일된 구조가 필요하다. , 이 단계의 필요조건은 장치나 시스템이 교환하는 데이터의 의미와 구조를 나타내고 전달되어야 한다는 것이다.

 

최종 단계로 “Predictive capability”“Adaptability”가 정의되어 있다. 이 단계는 앞으로 일어날 일을 예측할 수 있으며 그 현상에 자율적으로 대처할 수 있는 상태이다. 예측한 정보는 대처를 위한 의사결정에 이용된다는 것을 의도한다. 이 단계의 필요조건은 장치나 시스템의 행동을 표현할 수 있어야 한다는 것이다.

 

데이터 이활용에 필요한 세 가지 요소

OPC UA의 비전은 Industrial Interoperability. 일반적인 상호 운용의 요건에 더하여 안전성, 고신뢰성, 고가용성을 겸비한다. , 사회 인프라에서도 안심하고 이용할 수 있는 상호 운용 능력을 의식하고 있다. 이것은 <그림 1>과 같은 세 가지 컨셉트에 따라 실현된다.


(1) 연결하기

연결하기는 장치나 시스템을 물리적으로 접속할 수 있는 능력이다. 일반적인 플랜트에서는 오토메이션 피라미드라고 불리는 기능 계층이 있다. 일반적으로 이 계층 별로 다루어지는 데이터나 그 통신 방법이 다르다. 예를 들면, 제어층에서는 제어성 확보를 위해 응답 시간 보증이 필수적이다. 한편, 제조 실행 관리층과 경영 관리층 사이에는 제조 자원 관리 등의 대량 데이터를 교환할 수 있어야 한다. 이렇게 장치나 시스템의 역할에 맞게 통신 요건이 다르다. OPC UA는 이 과제를 해결하기 위해 통일된 인터페이스를 통해 임의의 통신을 이용할 수 있는 아키텍처를 채용했다. 이로써 애플리케이션은 용도에 따라 최적의 통신 수단을 선택할 수 있다. 또한, 애플리케이션의 신뢰성이나 가용성을 고려하여 중복과 견고함을 고려한 옵션도 준비되어 있다. 또한 최신판에서는 이전의 Client/Server(C/S) 통신과 함께 Pub/Sub 통신이 지원되었다. 이로 인해 Peer to Peer뿐만 아니라 1:N, N:1의 통신에 효율적으로 대응할 수 있게 되었다. 현재 C/S 통신으로서 UATCP, HTTPS, Websocket, Pub/Sub 통신으로서 UADP, MQTT, AMQP를 이용할 수 있다.


(2) 전달하기

전달하기는 정보의 제공자와 이용자 사이에서 메시지 교환을 할 수 있으며 더 나아가 이 메시지로 전달하는 정보의 의미와 구조를 표현 및 해석할 수 있는 능력이다. OPC UA에서는 데이터나 정보의 의미, 구조, 행동, 그리고 이벤트 등을 나타내는 통일된 메타 모델(meta model)을 정의했다. 이 메타 모델을 바탕으로 정보를 공개하면 공개된 정보가 올바르게 해석된다. 그리고 목적의 정보를 적절히 식별할 수 있다. OPC UACS 사양은 각 도메인에서 양성된 데이터 이활용의 지식을 정보 모델로 가시화한 것이다. , 같은 도메인에 존재하는 애플리케이션은 CS 사양에 근거한 데이터 교환을 실시함으로써 명료한 데이터 이활용이 가능하다.

 

(3) 안전하게

안전하게는 정보 제공자와 이용자 사이에서 안전한 메시지 교환을 할 수 있는 능력이다. 이 능력은 주로 아래 요건에 의해 달성된다.

· 자신의 식별 정보를 가진다(증명서 제시와 상대의 식별인증인가)

· 메시지의 완전성을 담보할 수 있다(메시지 인증)

· 메시지의 비밀성을 담보할 수 있다(암호화)

· 메시지를 추적할 수 있다(감사)


OPC UASecurity by design이라는 개념으로 보안 요건을 충족시키는 기능을 사양에 포함시켰다. 이 때문에 메시지 교환에서의 추가 보안 기능을 고려할 필요가 적다. 물론 이 기능을 사용하여 어떻게 시스템의 안전성을 담보할 것인지는 전체 설계에 맡길 수 있다. , OPC UA는 안전한 메시지 교환의 책임을 가진다.




...(후략)



大野 敏生 / 일본 OPC협의회

본 기사는 2020년 9월호에 게재되었습니다. 

  

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본 기사는 월간지[計側技術] (일본일본공업출판주식회사 발행)로부터 번역·전재한 것입니다.

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