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1 Smart Factory 구현을위한 Engineering Model - 제어 Engineering 기반기술 - 권대욱수석

2 [ Introduction ] 산업혁명에따른기술 Keyword 산업혁명변화에따른기술의요구사항 Smart Factory 구현의적용가능기술 기준의 Engineering 기술 1 차산업혁명 Mechanization Steam/Water Power 제어자동화통신 2 차산업혁명 Mass Production, Assembly Line, Electricity 신기술 3 차산업혁명 4 차산업혁명 Computer & Communication/Internet, Automation (PLC) Smart Manufacturing Cyber Physical System Digital Transformation IoT Big Data Cloud Robot AI ( 인공지능 ) 3D Printing VR ( 가상현실 ) Deep Learning CPS 지능화, 연결화, 가상화 AR ( 증강현실 ) Machine Learning 자동화 / 제어기반기술과신기술의융합역량결집필요

3 4 차산업혁명, Smart Factory 를설명할수있는영화는?

4 찰리와초콜릿공장

5 Contents I. Smart Factory 를위한 Technical Architecture II. Smart Factory 구현을위한제어 / 자동화기반기술 III. 한국스마트제조산업협회 자동화분과소개

6 I. Smart Factory 를위한 Technical Architecture 제조공장의시스템체계및 Smart Factory 를위한적용기술영역 제조공장의시스템체계 적용기술 IT ERP SCM MES ESH PLM 1 Category Item PLC/PAC, HMI/SCADA Safety, Redundancy ( 이중화 ) Control & Monitoring Control S/W HMI / SCADA 제어시스템 IO-Link - Smart Sensor Remote IO System Machine Control System - 제어 S/W OT Controller Machine & Field PLCs Machine SIEMENS, GE, ABB, B&R, PILZ Equipment, Conveyor AMHS, Utility 2 표준화기술 Motion, Robot, 공압 통신 Interface - OPC/OPC UA - Gateway Box 형성관리 - Platform 표준사양서 (Specification) Device Sensor & Actuator Sensor, Valve, Actuator, Detector Instrument - 제어 /Safety/ 통신 Connectivity & Protocol DeviceNet Modbus PROFIBUS CC-Link HART Fieldbus POWERLINK EtherNet/IP PROFINET Industry Ethernet GEM SECS-II SECS-I HSMS SEMI / OPC 3 예지정비 (PdM) 에너지절감모니터링체계 Motor Control - Smart MCC 설비종합효율 (OEE) 보안체계 주 ) IT : Information Technology, OT : Operation Technology

7 [ Back-up ] Smart Factory 를위한기술요구사항 Smart Factory 구현을위한요구기술의배경 Industry 4.0 에서요구하는 IT 기술의조건 Industry 4.0 에서의요구기술 - INTREE 4.0 FORUM IEC TC65 Smart Manufacturing Use Cases 에서의기술 Keyword IEC TC65 에서의 Smart Manufacturing Use Cases 1. One Integrated system for all levels 2. Commands from the production to the system 3. Integration of horizontal and vertical systems 4. Gets the information from the cloud 5. Access for the whole supply chain 6. Decentralized (CPS) * Cyber Physical System 7. Apps (SaaS) * Software as a Service 8. Opens Standard 9. Real-time Data 10. Pay-per-use Smart manufacturing Modularization Energy efficiency Safety Condition monitoring Communication : Real time IEC TC65 : 산업용공정계측, 제어및자동화를위해사용되는시스템과요소기술에대한국제표준의제정및개정업무를수행하는 IEC 산하기술위원회 Fieldbus 및산업용 Ethernet 에대한국제표준수행 관련주요표준 : IEC Functional Safety, ISO Functional Safety Network, IEC High Availability Network, IEC Real Time Network, IEC OPC UA

8 II. Smart Factory 구현을위한제어 / 자동화기반기술 1. 제어시스템

9 1. 제어시스템 > Safety 기반의제어시스템 Safety 기능을적용한 제어시스템의표준화 구축안 제어시스템의구성 적용안 Process 영역 Safety 영역 1 Safety 기반의 Solution 적용으로제어시스템의안전성강화 Process Control 운영 Data 및 Safety Data 실시간연계및조치 Safety Monitoring SAFETY Protocol Input Safety Sensor Emergency Stop Gate, Light Curtain Limit Switch Input Signal Redundancy ( 이중화 ) Logic Safety PLC Safety Relay Output Signal Output Actuator Magnetic Connector Relay Solenoid Valve Limit Switch Process PLC Status I/O Safety I/O Safety PLC Safety PLC (SIL3 이상의시스템구축 ) - 검증된 Safety Logic 및 Fail-Safe 기능적용 Safety Device (PL d 등급이상의시스템구축 ) Motion Control Communication Control I/O Control Controller Control Safety Relay Slave #1 Safety Relay Slave #2 - 방폭 (ATEX) 인증및신뢰성검증된 Component 적용 SAFETY Protocol - Safety Fieldbus 적용으로안전제어시스템구현및 Safety Data 관리 2 표준설계및구현 Sensor, Valve, Motor, Gauge I/O 제어 (DI/DO/AI/AO) Motion 제어 (Motion Board/Servo Driver) 통신제어 (Serial, TCP/IP, OPC UA 등 ) Safety Data 관리 Safety 전용 Protocol 전용 Interlock 상태관리 주 ) PLC : Programmable Logic Controller, SIL : Safety Integrity Level (SIL1~4) PL : Performance Level (a~e 등급 ), ATEX : ATmospheres Explosibles Fail-Safe : 시스템결함이발생하여도안전한상태로복구하는기능 Safety Device 표준규격에의거한기구및전장 (PLC) 설계 - ISO ( 제어시스템 ), ISO (Interlocking 장치 ), EN ( 배선및전기안전 ), ISO ( 비상정지 ) 을준수 - V-Model 적용 : 모듈설계및소프트웨어개발의단계별기능검증 (IEC 규격 ) 표준화된통신프로토콜적용 - Safety Protocol 적용으로 Safety Data 의안정적인전송 - 다양한 Fieldbus 및산업용 Ethernet/OPC UA 대응

10 [ Back-up ] Safety PLC 적용안 Fail-Safe 이중화 (Redundancy) 기능을적용한 안전제어시스템 의구축안 Redundancy 이중화 (Redundancy) 시스템의적용범위 - 제어및 PLC 시스템의고속입출력, 대용량데이터처리에의한고신뢰성및안전성확보를위한이중화시스템 이중화시스템의적용범위 1 적용안 Dual Redundant Process Safety System 구현 Remote IO - 1 PLC1 - Primary HMI Server 이중화 DI Remote IO - 2 PLC2 - Secondary DOR Controller 이중화 Primary Sync. Secondary 전원이중화 DI DI : Digital Input DOR : Digital Output Relay DOR 두개의독립된이중화 Fail-Safe system 의적용으로안전기능및 Network 이중화 Fieldbus Ethernet 결함허용수준 (Fault Tolerant) 의향상 두개의독립된 Dual Processor 간높은동기화수준가능 I/O 이중화 Dual Redundant Fail-Safe System - Fail-Safe PLC 시스템의높은무결성 (High Integrity) 및가용성 (High Availability) 에 의한안정성과신뢰성확보를위한 Two Independent Fail-Safe System 주 ) Fail-Safe : 기계나그부품, 시스템의고장이나장애발생시항상안전을유지하는구조와기능 Fault Tolerant : 시스템을구성하는부품의일부에서결함 (fault) 또는고장 (failure) 이발생하여도정상적혹은부분적으로기능을수행할수있는시스템 2 Fail-Safe 기반의 Emergency Shutdown System 구현 BPCS(Basic Process Control System) 기능 - 1 차 Process Control 및주요 Event 및 Alarm 검출 Critical Alarms 기능 ( 중대 Alarm Process) - 중대 Alarm Process 및 Event 처리 SIS(Safety Instrumented System) 기능 - Critical Event 에의한 Damage 최소화를위한 Emergency Shutdown Process

11 1. 제어시스템 > IO-Link IO-Link 표준통신프로토콜기술을적용한 Sensor/Actuator 의연계 IO-Link의개념 Field 단의센서가상위의정보시스템을포함한 Connected Enterprise로용이하게통합되도록하는공개표준통신프로토콜 (IEC ) 이며, Sensor 및 Actuator를위한연결기술 - Sensor/Actuator와 IO Block의 1:1 통신 - I/O 데이터, 센서설정 Parameter, 프로세스데이터및진단정보접근가능 1 적용안 Sensor 및 Actuator의연계시스템구축 IO-Link 표준을채택한 Component 와의인터페이스 IO-Link 의시스템구성 IO-Link Maser Device (Gateway) General Station Description (GSD) IO-Link Device I/O Device Description (IODD) Unshielded standard 3-wire sensor-actuator cable Fieldbus & Ethernet Control Layer IO-Link Master Module PLC Fieldbus RFID Reader Device IO-Link Layer Valve Connector Sensor Hub IO-Link Sensor - Standard 3-wire Connecting Cable Length max. 20m Master Valve Block [ Valve Assembly Line 의 Component 구성사례 ] 모든 Sensor 및 Device 를 Fieldbus/Ethernet Network 에연결 => Smart Sensor

12 1. 제어시스템 > Remote IO System Remote IO System 를이용한제어시스템의구성 제어시스템 (PLC) 의구성변화 Remote IO System 의도입배경 Remote IO System 의구성 Controller/Coupler + I/O Module + End Module 제어시스템 + I/O Card 제어시스템 + Fieldbus Master I/O Card CPU/ 전원 / 통신 /IO Module 로구성 Fieldbus Master Card IO Module 필요없음 I/O Module Digital Input Digital Output Analog Input Analog Output Special Module System Module Program 이가능한 Controller Master 와통신기능을하는 Coupler End Module 제어시스템변화의따른 I/O의구성변화중앙집중 I/O 구성방식 I/O 단자대 PLC PLC 분산 I/O 구성방식 RIO (Remote IO) 일반적인 Remote IO 의구성 PLC PLC 와 I/O 접점을 1:1 로병렬연결 I/O 추가및변경의어려움 Serial Fieldbus I/O -> Fieldbus Remote I/O 형태 I/O 점접을 Fieldbus 통신 Cable 로연결 Digital I/O Actuator Relay On/Off Device Open/Close High/Low Alarm Counter Analog I/O Temperature Sensor Pressure Sensor Humidity Sensor Weight Sensor Drive Valve Transducer

13 1. 제어시스템 > 제어 S/W - Machine Control System Conveyor 설비를위한제어 S/W 를 Solution 화함 Machine Control System 의구성 적용안 Conveyor 설비를위한제어 S/W 의 Concept 1 Conveyor 설비의제어시스템 Solution 화 PC 기반의 CCS Master 에의한제어 S/W 구성 CCS Master Ethernet CCS CCS CCS Master Command OPC Tag Status ZCS OPC UA Server CUS Primary Controller Redundancy Link Secondary Controller 표준 Protocol ZCS OPC UA Client Machine Control Command Status PLC Sequence Switch & Sensor Manager Control I/O &, Motor Status Motion RFID Reader Conveyor Unit Control Board H/W 시스템의구성 CUS - Controller, Network, I/O, 전원의이중화시스템구성 Motion Sensor - Conveyor Motion 제어를위한전용제어 Board 채택 CCS (Conveyor Control System) - 전체 Conveyor System의제어및상태모니터링 ZCS (Zone Control System) - Interface 제어및 Conveyor 구간제어 CUS (Conveyor Unit control board System) - Conveyor Motion 제어및 I/O 상태관리 2 표준설계및구현 표준규격에의거한제어설계 - ISO : 제어시스템의안전설계 - IEC : 모듈설계및소프트웨어개발의단계별기능검증 (V-Model 적용 ) 표준화된통신프로토콜적용 - 표준기반 Ethernet 적용및 OPC UA 기술적용

14 1. 제어시스템 > Robot Control System Robot 제어를위한 Robot Control System 을 Solution 화함 산업용 Robot 의분류 기계적인구조에따른산업용 Robot 의분류 Robot 제어의적용안 Robot Control System 의 Solution 화 직교좌표형 원동좌표형 극좌표형 각축들이직선운동하는형태 ( 보통직교 Robot/XY Robot) 2 개의직선축 + 1 개의회전축의결합 직선축과회전축을혼용 Control System Vision System 연계 Conveyor System 연계 다관절형 수평다관절형 수직다관절형 Parallel Link Bot 산업용 Robot 의구성 기구부 협업 Robot (Collaboration Robot) SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm) - 관절운동이수평 (XY 축 ), 4 축구성 회전축으로만구성, 5~7 축구성 Delta Robot - 3 축또는 4 축구성 - Manipulator : 3 축이상의기계의바닥또는모바일플랫폼에고정된장치 - Actuator : 공압식 / 유압식 / 전기식 제어부 - Robot 제어기 : 명령전달, 위치제어기, 모터제어기 인간과의직접적인상호작용을위해설계되어, 인간과함께안전하게작업할수있는 Robot 가볍고유연하며새로운작업으로이동및프로그래밍이용이충돌대응안전기술, 빠른 Teaching 및간편한조작 ( 직접위치지시 ) 관련규격 - ISO : 산업용로봇의안전사항 - ISO/TS : 협업 Robot 이인간과안전하게작업할수있는규격정의 Robot Controller Robot 제어 Ethernet Protocol Command Status Command Status SCARA Robot 동작좌표및 Moving Delta Robot Conveyor Tracking 및 Vision System 기술을활용한물류시스템구성 (Packing/Unpacking) - Conveyor Tracking : Conveyor 제어및속도측정 - Vision System : 방향, 위치, 속도, Pattern Matching 등의 Inspection 기능

15 1. 제어시스템 > Motion Control System Motor 의분류및제어기술 산업용 Motor 의분류 Motor 제어를위한요구기술 입력전기에따른분류 Motor 의제어기술 DC Motor AC Motor 제어방식에따른분류 Servo Motor Linear Motor Stepping Motor DC Servo Motor AC Servo Motor Stepping Servo Motor 직류전원 (Battery) 을사용하는 Motor 기동 toke 가크며, 고효율, 가격대비성능이장점 교류전원 (220V) 을사용하는 Motor 저소음 / 저진동, 반영구적인수명및안정적인성능이장점 Sensor 를이용하여 Feedback 제어에의한명령의고속 / 고정밀로동작 운반기계및초소형제어시스템에적용 산업용기계및자동화시스템에적용 - Robot, 반도체장비의정밀속도및각도제어 일반회전형모터를축방향으로잘라서선형 (Liner type) 으로펼쳐놓은구조로직선으로직접구동되는 Motor 위치를 Pulse 단위로분해하여지정 Pulse 대로이동하는 Motor 입력 Pulse 수에대응하여일정각도씩이동 DC Servo Motor - Brush Type - 제어구조간단 ( 소형화가용이 ) - 단상 Inverter - 회전전기자형 (Coil 이회전 ) - 방열이나쁨 - 유지보수필요 (Brush 마모 ) - 최대속도낮음 - 정격용량이작음 Stepping Motor 의탈조발생방지를위해위치 Sensor 를부착하여 Feedback 제어 Servo Motor 의비교 AC Servo Motor - Brushless Type - 제어구조복잡 ( 고가 ) - 3 상 Inverter - 회전계자형 ( 자석이회전 ) - 방열이양호 - 유지보수거의필요없음 - 최대속도높음 - 정격용량이큼 Servo System - Command 에대해동작가능한제어기구를총칭 Command - Analog 전압 - Pulse, 통신 Data Controller Open Loop 제어 Close Loop 제어 Inverter 제어 Stepping Motor 의정지 Toke 를이용한위치제어에사용 Servo Motor 의위치, 속도, Toke 제어에적합 (Encoder 등의 Feedback Sensor) Inverter : 전기적으로 DC 를 AC 로역변환하는장치이며, 상용전원으로부터공급된전력을입력받아자체내에서전압과주파수를가변시켜전동기에공급함으로써전동기 (Motor) 속도를용이하게제어하는장치 AC 전원 AC Motor 를이용하여, Inverter 출력전압과주파수를변환함으로써가감속제어하는방식 Converter AC -> DC 속도설정 Motor 제어시스템 Servo Drive (Amp.) 구동전원 Inverter DC -> AC 전압주파수제어 Motor 전압주파수 Servo Motor Mechanical Sensor (Encoder) Servo Motor : 회전자가영구자석형인모터 + Motor 의회전량을측정하는엔코더 (Feedback Sensor) Servo Drive : 모션제어기의위치명령과엔코더에서측정한모터 - 회전량의차이에해당하는전류를서보모터에흘려주어모터를구동 Motion Controller : 서보드라이브에서위치펄스를보내는상위제어기 3 상 Induction Motor

16 1. 제어시스템 > Motion Control System Motion 제어를위한 Motion Control System 을 Solution 화함 Motion 을위한제어 Concept Motion 제어의 Concept 적용안 Motion Control System 의 Solution 화 Motion Control System S/W Motion Control S/W Motion Board Library Motion Control System Library, Application 구현 Motion 제어 Motion Start/Stop Acceleration time Deceleration time Run Speed Controller Status Sensor Status Motor Status Command Parameter Status Ethernet Protocol Motion Board Module Pulse Motion Controller Motion Control & IO Data 수집 H/W Servo Drive Servo Motor Stepping Motor Control Status Control Status Motor 구동 Motor Sensor/ IO Motor Sensor/ IO 하나의 Motion Controller 는여러대의 Servo Motor 및 Stepping Motor 를제어 여러개의 Sensor Input 및 Digital Output 을제어 Ethernet 기반표준 Protocol 및분산제어시스템의구성용이

17 1. 제어시스템 > PAC 기반의통합제어시스템구축 PAC 를적용한통합제어시스템의구축안 PAC (Programmable Automation Controller) PLC(Programmable Logic Controller) 의진화된개념으로, 최신운영체제 (OS), Real-time Multitasking 지원, 향상된네트워크성능, 상위정보시스템으로의 대용량데이터의빠른전송을지원하는 Controller Motion, Inverter, Safety, I/O 등의이기종제어장비를통합으로제어하며, IT 표준의산업용네트워크인프라를통해 Enterprise 와연결을지원 통합제어시스템구성의요구기능 Controller PAC 의개요및기능 - Sequence, Motion, Process, Drive 를포함한다양한기능을단일제어기로구성 Robot Control Layer Fieldbus Safety Signal Hardwired PAC 기반의제어시스템적용 PLC 기반의개별시스템으로구성 PLC Sensor Control Layer Fieldbus Safety Signal Hardwired HMI/SCADA I/O Signal Hardwired Distributed I/O Blocks PLC Controller/Network/Safety System/Motion 이개별로제어 Motion Motion - 별도 Motion 을위한 CPU 가필요없음 - 안전기능내장 - SIL 3/PL d 만족 - 기본적인모든 Stop Category 및고급 Safety 기능지원 PAC 기반의통합시스템으로구성 Safety Solution - 일반제어와안전제어를통합한단일제어 Platform 으로구성 - 안전 Drive Solution 탑재 : Safe Torque Off, Safe Speed Monitoring 기능 설비종합효율 (OEE) 관리 보안체계구축 HMI/SCADA 보안체계 - 구조화되고견고한 IACS Network Infrastructure 구현 - 심층방어방식 (Defense-in-depth) 적용 : 여러개의방어책을사용하여시스템또는컴포넌트간의무결성을제공하며, 제조현장의설비, 자산, 지적재산을보호 Data, Control & Safety on same Network Infrastructure Switch 표준 Ethernet 설비종합효율 (OEE) - 설비활용도, 성능효율및양질의제품비율에관한수집되는 Data 의관리및 KPI 연계솔루션필요 (OEE = 활용도 x 성능 x 품질 ) 주 ) IACS : Industrial Automation and Control System ( 산업용자동화및제어시스템 ) OEE : Overall Equipment Effectiveness, HMI : Human Machine Interface SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition Robot Sensor PAC Distributed I/O Blocks Controller/Network/Safety System/Motion 의통합제어 Motion

18 II. Smart Factory 구현을위한제어 / 자동화기반기술 2. 표준화기술

19 2. 표준화기술 > 통신 Interface OPC UA, IO-Link 기술및 Gateway Box 를활용한통신인터페이스의표준화설계및적용 Smart Factory 를위한통신의요구사항 Smart Factory 를위한표준네트워크기술 제조자동화 : Smart Factory 제조자동화 Smart Factory Sensor & Actuator 통신 Protocol 통신특성 Data 활용 제어시스템 물리적연결 Fieldbus, 다양한종류의표준 Enterprise 와의분리, 제한된 Node 개수, 제한된보안 제한적수집 / 분석 Controller 중심 통신으로연결 표준 Ethernet, 단일표준 Enterprise 와의통합, Node 개수무제한, 보안강화, 유무선통합 무제한수집분석, Big Data IT 와융합, IoT Issue 2) Issue 1) ERP, MES HMI/SCADA Gateway Box OPC UA PLC Smart Factory 를위한통신의 Issue Issue 3) IO-Link Issue 1) IT System 과의연계의어려움 Sensors & Actuators Issue 2) Issue 3) 이기종시스템에의한데이터수집및통합의어려움 다양한 Fieldbus 및 Protocol 로통신의어려움 표준 Protocol 를적용한산업용네트워크의통합필요 - OPC UA, IIoT Platform, Gateway Box, IO-Link 의적용

20 [ Back-up ] 산업용 Network Protocol 기준의 Fieldbus 및 Ethernet 등의산업용 Network 의분류 Fieldbus 생산에필요한각종장비 / 설비 (Sensor, Actuator, 제어 Device 등 ) 들의운영및운전이이루어지는현장에서데이터를전송하는디지털직렬통신망 Field : 장비 / 설비들이운영및운전이이루어지는현장 Bus : 각장비 / 설비사이의데이터를전송하는통로 Protocol Association & Vendor 개요 산업용 Ethernet Ethernet 기반의 Protocol 산업현장의제어기 (PLC) 의 Master & Slave 사이통신에인터넷통신개념이도입되면서 2006 년 ISO TC 184 SC5 전문위원회에서 ISO Open Systems Application Integration Frameworks 의 Part 4 인 Ethernet-based control systems 에서규격제정시탄생 Protocol Association & Vendor 개요 AS-Interface AS-INTERNATIONAL 센서, 액추에이터및스위치간의상호접속을위한프로토콜 (Actuator Sensor Interface) EtherCAT ETG (EtherCAT Technology Group) 독일의 Beckhoff 개발 (Ethernet for Control Automation Technology) BACnet ASHERE BACnet ANSI/SHARE 에의해개발된빌딩자동화및제어를위한통신프로토콜 (Building Automation Central Network) EtherNet/IP ODVA, Rockwell CIP(Common Industrial Protocol) 를사용하는개방된기술에기반 (IP : Industrial Protocol) CAN Kingdom CiA (CAN in Automation) Bosch 가차량제어용으로개발 (Controller Area Network) CANopen CiA CAN 을기반으로한프로토콜 CC-Link ControlNet DeviceNet Foundation Fieldbus HART INTERBUS LonWorks CLPA (CC-Link Partner Association) ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), Rockwell Fieldbus Foundation -> FILEDCOMM GROUP HART Communication Foundation -> FILEDCOMM GROUP Phoenix Contact ECHELON 미쯔비시전기에의해개발된개방형구조의프로토콜 고속자동제어용으로설계 Allen-Bradley( 현재 Rockwell Automation) 에서개발한 CAN 프로토콜을기반으로한개방형필드버스표준 H1 Processor Sensor 및 Actuator 로운영되어지는저속통신 Level (Low Speed Communication Level) 4~20mA 아날로그신호기반 (Highway Addressable Remote Transducer) Phoenix Contact 에의해개발되어공정제어를위해링구조에기반 ECHELON 에의해개발한 LonTalk 규약을이용한분산제어통신망 ETHERNET POWERLINK Foundation Fieldbus HSE Modbus TCP PROFINET RAPIEnet SERCOS III B&R, EPGS (Ethernet POWERLINK Standardization Group) FILEDCOMM GROUP Modbus organization PI, SIEMENS LS VDW, ZVEI CC-Link/IE CLPA (Industrial Ethernet) 그외표준 Protocol CANopen 에서정의된구조를바탕으로표준화된 Application Interface 제어기, PC, Inverter 와다른계측기들이다루어지는고속통신 Level (High Speed Communication Level) TCP/IP 및표준이더넷네트워크를사용하는모드버스메시지전송을개방표준으로설계 FA, PA Motion Control 의영역을하나의 Backbone 으로통합 (Real-time Automation Protocols for Industrial Ethernet) 수치제어시스템을위한 Motion Controller 와 Drive, I/O, Actuator, Sensor 를상호연결하는개방형디지털모션제어용버스 Modbus PROFIBUS Modbus organization PI(PROFIBUS/PROFINET International), SIEMENS Midicom 에서개발한시리얼통신프로토콜 Client/Server (Master/Slave) 의구조 - Modbus Seral(ASCII/RTU), Modbus Plus Modbus TCP/IP 독일의국가표준 DIN19245 로지정된개방형프로토콜 (Process Field Bus) - PROFIBUS-DP : FA 용 (DP : Decentralized Peripherals) - PROFIBUS-PA : Process Automation 용 Protocol Association 개요 OPC SECS OPC FOUNDATION SEMI 다양한장비들간의통신을위한국제산업표준 - OPC DA/HAD/A&E, OPC UA 반도체장비통신표준 Protocol - SECS-I, HSMS, SECS-II, GEM, SEM SERCOS I & II VDW, ZVEI NC(Numerical Controller) 의내부에서사용목적으로개발 (Serial Real time Communications System) EDA (Interface A) SEMATECH SECS Protocol 를통한 Data 수집의한계를극복하기위한방법으로제안 주 ) RTU : Remote Terminal Unit IEC IEC (International Electrotechnical Commission) 변전시스템의통신 / 제어를위해기존의복잡한구리선형태에서개방형구조의이더넷기반광케이블디지털방식으로변환하기위한변전소자동화통신 Protocol

21 2. 표준화기술 > 통신 Interface > 1) OPC UA OPC UA 표준기술을적용한통신 Interface 의내재화 OPC 및 OPC UA 의개념및 Architecture OPC (OLE for Process Control) OPC 표준은 MS 의 OLE 기술을기반으로 Client 와 Server 사이에서통신과 Data 의변환을위한산업표준메커니즘을제공 Process Data 의 Client Application 과 Server 사이의인터페이스방식의규정으로 OPC 호환 Client 는다수의 OPC 호환 Server 들로부터 Data Read/Write 가능 적용안 OPC UA 표준기반의 Interface Module 구성 OPC UA Protocol Unit 의내재화 OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) Legacy System Layer IEC 표준으로기존의 OPC DA/HAD/A&E 및 Security 를통합 표준 Ethernet 기반의실시간및동기화제공 TCP/IP SECS/GEM OPC UA System Architecture - OPC UA Information Model for IEC System Architecture General Application Layer OPC UA Client Data Gathering HMI/SCADA Interface API Equipment Layer OPC UA Server Driver - I/O, Robot, Fieldbus (RS232, Profibus, ) Raw Data Logging OPC UA Protocol Unit PLC Sensor 주 ) OLE : Object Linking Embedding

22 2. 표준화기술 > 통신 Interface > 2) IIoT Platform IoT Platform 의기본구성 주요기능정의 Big Data Platform Information Visibility Data Analysis Data Integration Big Data 연계 Statistical Engine 이기종의 Machine 및 Device 와의 Connectivity 를위한통신및 Data 인터페이스의체계 Big Data Platform Information Visibility Data Analysis Data Integration IoT Platform Control Data Engineering Connectivity IoT Platform 감지 / 실행 / 제어 Thing Control Device IoT Platform Sensor Actuator Controller 실시간정보공유 표준화된 Real time Data Connectivity 양방향통신 Data Engineering Machine Process Product Human IoT Platform의주요기능 Control - Event 감지및처리 Connectivity - Interface 및 Protocol 표준화, 통신 Driver 구현 Data Engineering - Data 수집및관리 상호간실시간통신및 Data 교환

23 [ Back-up ] 표준통신 Interface 기술을적용한 Data 연계안 OPC 및 Gateway 를활용한 Field Data 의연계안 1. OPC 및 OPC UA 를적용한 Data 연계 2. OPC UA 기반의 Gateway Box 를적용한 Data 연계 OPC 표준을적용한 Data 수집및 RTDB와의연계 Tag List 표준화 : PLC Tag List의기준 Naming Rule 정의 OPC Server 구축 : OPC Driver 적용 - GE, SIEMENS, AB, OMRON, Modbus 등의 Fieldbus PLC - OPC Server간통신개통, 표준 Tag 적용및 Data 연계 OPC UA를통한 RTDB 연계 시스템구성 - Field Data 연계를위한시스템구축의예 OPC UA 및 Gateway 를활용한 Data 수집및연계 Field Data 연계를위한 OPC UA 기반의 Gateway 적용및 Legacy System 의연계 Legacy System HMI OPC UA Client MES Legacy System App. Server DB Server Web Server P S 적용영역 OPC OPC Gateway RTDB 구축 Cimplicity Server Alarm Data RTDB Server (GE Historian) Real Data SAN Storage OPC UA Server OPC OPC Server 구축 제어시스템 (PLC) Collector PLC 시스템연계 PLC OPC Protocol Sensor

24 [ Back-up ] 반도체산업군에서통신 Interface 반도체장비 Data 의수집유형및생성 Data 구분 장비 Data 의수집유형 장비생성 Data 의구분 장비에서생성되는 Data 의구분 MES Web Service SECS/GEM EES ODBC EQ. Supported EDA Collection Module EQ. SECS/Non-SECS ODBC Web Service Supported TDI EQ. Supported SECS/GEM - 일반적인장비제어및 Data 수집방법 (Event/Alarm/Trace/Control 담당 ) EDA (Equipment Data Acquisition) EAP - 반도체장비에서발생하는각종 Data 를신속하고유연하게수집및제공목적 - 장비제어경로 (SECS/GEM) 와분리해상호간의성능간섭을피하기위한방법 (Event/Alarm/Trace 담당 ) Interface A : SEMATECH(Semiconductor Manufacturing Technology) 에서제안 TDI (Tool Data Interface) : SELETE/JEITA 에서제안 장비 Event 및 Parameter 장비운영 Data Process Status : Init, Idle, Setup, Executing, End 등 장비 Event : 장비상태변화, Job 상태변경, Material 의단위동작 (Pick/Place 등 ) - SVID/DVID/CEID 장비 Parameter (Config Data) - ECID Recipe Data Alarm Report 장비상태 : Idle, Run, Alarm, Process Run/Pause/Abort/Process Ready 등 Remote 상태 : On-line(Local/Remote), Off-line 등 Remote Control : Start, Stop, Pause, Resume, Cancel, Abort 등 Recipe Control : Select, Delete, Save, Change 등 Material 이동위치 : Wafer, FOUP 등 장비 Event 및 Parameter 의정의 종류의미예 SVID (Status Value ID) DVID (Data Value ID) CEID (Collection Event ID) 어느시점에도항상유효한장비의상태값 (Sensor Data, FDC) 특정시점에만유효 발생되는 Event 에 ID 번호를부여하여관리 Status, Wafer ID, Lot ID, Temperature, Vacuum (Pressure) MFC (Gas Value) Processing Alarm, Process 상태변경, Wafer 유무, 장비의상태변경 주 ) DCP : Data Collection Plan, DCR : Data Collection Request ODBC : Open Database Connectivity, FDC : Fault Detection and Classification ECID (Equipment Constant ID) ALID (Alarm ID) 장비 Parameter (Timeout 설정, Auto/Manual 변경 ) Alarm/Warning 보고 Motor Position/Speed/Torque, Cassette ID (Loading 시점 )

25 [ Back-up ] 반도체산업군에서통신 Interface 기존의 SECS/GEM 및 OPC UA 를적용한통신 Interface 구성안 반도체산업군에서의통신 Interface 의적용 일반적인 SECS/GEM( 반도체장비간통신 ) 적용 SECS/GEM + OPC UA 의적용 Automation MES EES YMS HMI MES Equipment Automation System E4/E5/E30/E37 EAP SECS/GEM EDA/Interface A EAP Event, Parameter MCS E5/E37 E82/E88 Operation Data OPC UA Client OPC UA Driver Equipment EQ. EQ. AMHS Sequence E84 AMHS OPC UA Server OPC UA Driver Field Device Sensor & Actuator, I/O PLC Protocol Sensor SECS/GEM : OPC UA 비교 정의 SECS Protocol 반도체장비간인터페이스를위한 Protocol OPC UA Protocol Client 와 Server 사이에서통신과 Data 의변환 통신 Interface Serial, Ethernet (TCP/IP ) Ethernet PLC 에서의지원여부 지원하지않음 ( 타시스템연계시 Converter 또는 Server 필요 ) 지원 ( 다양한 Field Device 및 PLC 의통합관리 ) 보안 Protocol 지원하지않음지원 확장성 반도체장비간통신으로만한정 원격제어및무제한의 Device 연결, 손실없는 Data 의연계 속도상대적으로느림빠름 주 ) MES : Manufacturing Execution System EES : Equipment Engineering System YMS : Yield Management System EAP : Equipment Application Program MCS : Material Control System AMHS : Auto Material Handling System E84 : Enhanced Handoff Parallel I/O Interface

26 2. 표준화기술 > 형상관리 제어시스템설계및 Engineering 에서의실시간 Data 반영및표준화를위한 형상관리 Platform 의구축 Smart Factory 를위한제조 Engineering 의요구사항 [ 변경관리 Solution] 의구축 Tool 기반의형상관리 Solution 의구축단계 일관성있는 Data Process 및동일한 Policy & Rule 적용 표준화 표준 Master Template 및 Master Data 기반의업무 Process 국제표준을준수하는표준 Process - 설계 / 도면, 공정, Engineering, 제어 / 관리표준등 Step 1 Standardization 표준화 Template 기반의설계 / 도면표준화 표준부품, Macro Library 구축 자동화 설비관리 표준 Data에맞는모든 Data의자동 Engineering 필요 - 모듈화엔지니어링 설계 ~ 유지보수업무 Process 전과정의 Data Consistency Process 구축필요 부품연계자동화및엔지니어링자동화 ERP/SCM/PLM과 BOM의통합 FMEA 기반의문제점조기발견및조치 장애설비및부품자동감지및통보 Data 기반의유지보수시스템 예방정비시스템의필요 Engineering Data와운영시스템간의연동 Step 2 Automation Step 3 Integration 구현가능범위 설계기준 (BEDD) 설계및검수자동화 시스템통합 통합표준화 설계자동화및도면관리 HMI Interface 자동검증 Knowledge System 구축 각장비별수전관리 (Hook-up 사양기준 ) Fieldbus(DeviceNet, Profibus 등 ) 의계통도및위치 산업용 Ethernet 의계통도및위치, IP Address 등 표준부품, Macro Library 확장 Enterprise 연동 - SCM/ERP/PLM Data 및표준화기반의설계 / 운영을위한 형상관리 Tool 적용필요 장비기준 (Process/ 물류장비 ) Safety Circuit 표준화및배포 / 관리 자동도면검증시스템반영 ( 설비효율, 에너지절감등 ) 설비보전 ( 예방 / 예지정비 ) 주 ) FMEA : Failure Mode and Effect Analysis, BEDD : Basic Engineering Design Data

27 Engineering Framework 2. 표준화기술 > 형상관리 Data 및표준화기반설계, 운영 / 유지보수의일관성을제공하는 형상관리시스템 의구축 [ 형상관리 Platform] 의적용 Concept 설계, 운영 / 유지보수엔지니어링에서의변경점관리 Concept 제어 / 전장엔지니어링기반의설계및운영 / 유지보수통합 Process 구축 설계, 운영 / 유지보수엔지니어링에서의변경 Data 는상호연계및실시간으로반영되는시스템구축 Enterprise System 연계 (ERP/SCM/PLM ) 설계반영 - 제어 / 전장, 기계, 유공압 Preliminary Planning Engineering Implementation Operation Big Data Approach 업무표준 - Format, Template Down time zero ( 예측, 보전 ) 설계 - Conceptual Design - Mechanical/ Fluid/P&ID/ /Electronical - PLC Progm. - Virtual Layout - Production - Test - Operation - Service Standardization 표준부품 Library 및 Safety 반영 표준설계제작 Rule & Policy 표준 Master Template 설비관리및제어유형별표준관리 설비설계 / 자동화구현 Data 및 Process 연계 운영 / 유지보수 실시간반영 I/O 및 Device 의변경점 실시간반영 Component Data PLC / HMI ERP / SCM / PLM Single Source of Data 표준 Data Structure 표준 Data Policy [ 형상관리 Platform ] 표준 Data Flow I/O 및 Device 의변경시제어시스템 (PLC/HMI), Enterprise System 에실시간 Data 연계및반영 운영 / 유지보수관련 Data ( 부품교체및 I/O 변경등 ) 는 신규시스템설계에반영

28 2. 표준화기술 > 표준사양서의정립 제어 / 통신영역의표준사양서 (Standard Specification) 의정립 표준사양서 (Standard Specification) 의적용대상 표준사양서의목적 최적화된설계반영으로설비 / 장비의안전성및신뢰성확보 표준에의한일관성있는시스템제작및유지보수에반영 기술 Leading 및 Ownership 확보 표준사양서의적용대상 제어설계표준화 1 적용안 표준제어설계사양서 의정립 제어시스템의설계에관한사항 표준규격에의거한제어 / 전장 (PLC) 및기구의설계반영 - ISO ( 제어시스템 ), EN 등 V-Model을적용한기능검증사항반영 - IEC : 모듈설계및소프트웨어개발의단계별기능검증 계층구조의모듈화설계를통한모듈단위검증 S/W Logic 의기능별검증된 Function Block 제공 제어시스템 표준 Safety 설계에관한사항 검증된 Safety Logic 및 Fail-Safe 기능적용 Safety 표준화 일반제어와 Safety system 영역분리적용 Safety 프로토콜 (SIL 3) 에의한안전관련데이터관리 Process 표준화 Safety 표준제어설계사양서 Safety Device 적용 : 방폭 (ATEX) 인증및신뢰성검증 SAFETY Protocol 적용 : 안전제어시스템구현및 Safety Data 관리 표준규격에의거한형상관리에관한사항 국제규격을준수하는일관성있는표준 Process 반영 형상관리 Tool 적용및표준 Library 구축 설계 / 도면, 공정등의제어 / 관리및산출물관리의표준 형상관리 2 표준통신사양서 의정립 통신표준화 다양한 Fieldbus 의표준화된단일인터페이스제공 산업용 Ethernet 및 OPC UA 대응 통신 표준통신사양서 표준화된통신 Protocol 적용에관한사항 다양한 Fieldbus 의인터페이스를위한 Platform 설계및기능구현 표준기반 Ethernet 및 OPC UA 기술등적용

29 2. 표준화기술 > 표준사양서의정립 > 1) 표준제어설계사양서 제어설계를위한표준사양서 (Specification) 의조건 제어시스템 제어시스템반영을위한 Concept 적용항목및범위 PLC 설계 (I/O, 이중화, Logic 등 ) V-Model 을적용한기능검증사항반영 - 모듈설계및소프트웨어개발의단계별기능검증 (IEC 규격 ) 전기 Panel 및전기설계기준 비상정지회로 Drive 과부하보호 개폐서지 (Surge) 및낙뢰로인한과전압보호 접지 (Earth) 및감전방지대책 설비운영 Manual 유지보수절차및 Manual 표준규격에의거한설계공통사양적용 - 모든제어시스템 ( 기구 / 전장 /PLC 등 ) 은공통으로다음규격이적용되어설계되도록 표준제어설계사양서 에반영되어야함 Request Project Definition Customer Specification Customer Requirements System Specification Require Specification Functional Specification System Integration Test Software Review Project Certification & Approval Release Functional System Test Safety Check ISO ( 제어시스템 ) EN ( 배선및전기안전 ) ISO ( 비상정지 ) ISO (Interlocking 장치 ) Design Specification H/W & S/W Architecture Implementation Engineering Documents (Drawings, Part list, Application Program ) H/W & S/W Module Test Proof of the functionality Integration Test Module Test Verification of the Safety Function Verification Report PL/SIL Calculation

30 2. 표준화기술 > 표준사양서의정립 > 1) 표준제어설계사양서 제어설계를위한표준사양서 (Specification) 의조건 Safety Safety 시스템반영을위한 Concept 적용항목및범위 안전시스템관련표준규격에의거한설계 - 안전관련부품들은관련규격에따른부품선정과설계적용 안전회로설계사양반영 - EN ISO 에의거 Annex A에따른 Risk Parameter S, F, P를평가하고요구되는 Performance Level (PLr) 을결정 검증및인증사항반영 안전회로의신뢰성검증 - 모든안전회로는요구되는 PLr 을만족하는지 PL 계산및검증하여이를증명하는 PL Report 를제출하여야함 - 안전관련부분은단일결함이안전기능의상실로이어지지않도록설계 - 단일결함은즉각적인또는다음안전기능요구시그이전에감지되어야하며, 축적된결함이안전기능의상실을유발하지않아야함 안전부품의인증 - 모든안전부품은검증된부품과관련규격에따른 Test 결과에대한인증및인증서를제출하여야함 - 방폭 (ATEX) 인증및신뢰성이검증된 Component 적용으로 PL d 등급이상의시스템이구축되어야함 Safety 통신 Protocol의적용 표준안전통신 Protocol의반영 - IEC 기반으로개발되고인증된 Safety Protocol 로 SIL 3 등급의안전통신사양적용 - ISO 규격 (Functional Safety Network) 산업용안전통신의요구사항을반영한설계 - 표준제어프로세스를통해모든정보를전송 - 시간제약이있는안전관련데이터의안전한전송 - 매우빠른동기화적용에서모든신호의실시간통신 - 주기적인자가진단기능 - 신속한고장진단 - 오류검출능력 : 통신에러, 네트워크에러, 케이블결함, 안전부품고장, 사전진단등 표준인터페이스 기반의 Network Topology 반영 - Linear/Star/Tree/Ring 구조 - Ring Redundancy : Cable 및 Switch의결함또는 Loop 장애시안정성보장 - 전송대기시간최소화방안 - 전송효율성증대 주 ) PLr : Required Performance Level

31 2. 표준화기술 > 표준사양서의정립 > 1) 표준제어설계사양서 제어설계를위한표준사양서 (Specification) 의조건 형상관리 변경점반영을위한 Concept 적용항목및범위 공정 / 전기등의시스템설계는 표준형상관리 Tool 를이용 표준규격에의거한 변경관리 의적용 다음규격을준수하여설계반영하여야함 - IEC ( 프로젝트구조및식별자지정 ) - IEC ( 신호지정 ) - IEC ( 터미널지정 ) - IEC ( 기호설계 ) - IEC 60617/ISO ( 도면의 Symbol) - IEC ( 도면의구분과지정 ) - IEC ( 전기설계도면의작성요건 ) - IEC ( 파트리스트작성요건 ) IEC Part 1 프로젝트구조화의방법 설계적용표준규격및연관성 Part 2 식별자지정 IEC Symbol 의생성 설계환경설정의의표준화적용 - 플랫폼및프로젝트설정은국제표준규격 (IEC) 에의해서설정되도록 반영되어야함 수행업무 Grid 및참조 Grid 설정 출력양식작성 보고서양식작성 Symbol Library 작성 플랫폼설정 설계환경설정의표준화및업무 Process IEC 표준대응 프로젝트설정 수행업무 프로젝트구조및식별자설정 도면의구분과지정 Interrupt 표시 Layer 설정 접속 Numbering 설정 IEC 표준대응 표준배포및관리 수행업무 프로젝트 Template 관리 사용자환경배포 프로젝트관리 표준배포 변경관리 Tool 기능 기본프로젝트 Toolbar 관리 프로젝트관리 Add-on IEC 신호지정 IEC 도면의구분과지정 IEC 터미널지정 IEC 전기설계도면의작성요건 IEC 60617/ISO 도면의 Symbol IEC 파트리스트작성요건 제어시스템및 Safety 연계 EN 배선및전기안전

32 Framework 2. 표준화기술 > 표준사양서의정립 > 2) 표준통신사양서 통신설계를위한표준사양서 (Specification) 의조건 통신사양반영을위한 Concept 적용항목및범위 통신 Interface 정의 - Serial (RS-232C/RS-422/RS-485), Ethernet (TCP/IP) Fieldbus 의특성정의 - 계층구조 (Physical/Data Link/Application Layer 등 ), Frame 의구조, Message 규약 (FMS : Fieldbus Message Specification) 통신대상 ( 장비 ) 의특성정의 - Status Specification, Data 구조, Relation Sequence - Memory Map 정의 통신 Protocol 의체계화 - Interface 및통신 Format, Command Message 정의 표준규격에의거한설계공통사양적용 - 모든통신관련시스템은공통으로다음규격이적용되어설계되도록 표준통신사양서 에반영되어야함 IEC : 기능적안전통신망요구사항의반영 - 규정된통신 Error 를해결하도록반영 -> Corruption, Unintended repetition, Incorrect sequence, Loss, Unacceptable delay, Insertion, Masquerade, Addressing IEC (Sensor 및 Actuator 의통신 Interface 정의 ) IEC (Real Time Network) IEC ( 전력통신네트워크및시스템정의 ) IEC ( 고가용성자동화네트워크정의 ) IEC (OPC UA) IIoT Platform 의구조설계및체계화 이기종의 Machine 및 Device 와의 Connectivity 를위한통신인터페이스의 기능정의및상세설계 IIoT Platform 의 Architecture 및기능정의 Communication Status Log Device Manager Sensor / Event Data I/Os Equipment Manager Fault Detection Manager Power Alarm Recipe Parameter Detection Deployment Interlock Safety Manager I/Os Interface Manager Maintenance Illustrate EAI Manager EAI EAI EAI Socket Serial PLC OPC SECS/HSMS 주 ) IIoT : Industrial Internet of Thing

33 II. Smart Factory 구현을위한제어 / 자동화기반기술 3. 모니터링체계

34 3. 모니터링체계 > 예지정비 예지정비를위한상태모니터링및진단의기반시스템의구축 Smart Factory 를위한설비보전의단계 적용안 단계정의 선행요소 1 측정기반의모니터링시스템구축 사후정비 (Reactive) 고장이발생하면유지보수수행 고장에대한긴급유지보수가중요 - 측정대상 측정모듈및 Controller 모니터링 예방정비 (Preventive) 고장발생전에유지보수업무수행 고장방지를위한계획활동 계획활동 (TBM/CBM) 예지정비 (Predictive) 자율보전 (Proactive) 기법을적용하여사전에고장을제거 고장사전진단기법적용및비용과이윤최적화 고장의근원을모두제거 고장원인사전봉쇄 예지정비를위한설비의 Data Source Data 확보 (Big Data) 분석 Platform 가상화 Deep Learning 및 Machine Learning Motor, Fan, Pump, Compressor, Blower, Gear Box 대상설비에 Smart Sensor 적용 ( 진동및소음측정 ) 측정및연속적인진동을 Sampling Data 화 분석및기존 Data 와연계 실시간모니터링및이상시 Notify VFD Speed Motor Winding -> Temp. 2 예지정비 Platform 의적용 Upper/Lower Bearing -> Temp. Top & Bottom Bearing -> Axial Vibration Tangent Vibration OT 실시간예지정비 Platform IT Discharge Pressure 주 ) VFD : Variable Frequency Drive

35 [ Back-up ] 예지정비 (PdM) 을위한통합모니터링시스템의구축안 Field Data 의연계및 통합 DB 을활용한통합모니터링시스템의구축 ( 예시 ) 통합모니터링시스템의구성 시스템구성안 Presentation Layer 실시간모니터링 통합모니터링및분석 Early Warning System 에너지관리 실시간모니터링체계구축 - 실시간이상감지및 Alarm Early Warning System 체계기반구축 - 설비유형별분석 Logic 적용 - 무사고 / 무중단설비운영을위한예방적체계확립 Analytic Layer RDBMS 설비요약정보 RTDB 설비정보 실시간수집 Statistical Engine RTDB 와연계한분석 Platform 구축 - 통합 DB 구축 - 설비 Data 의기존정보 ( 운전 / 보전 ) 와의연계분석 Tag 표준화 Collection & Storage Layer 공조모니터링 설비별모니터링시스템 전기모니터링 Gas 모니터링 Chemical 모니터링 현장운영시스템과의통신연계 - 통신인터페이스표준화 (OPC 및 OPC UA 적용 ) Source Layer 공조설비 Control System (PLC) Sensors / Actuators 전기설비 Gas설비 Chemical 설비 현장설비운영 Field Data(PLC/HMI) 의수집 - Real Data 및 Alarm Data 주 ) RDBMS : Relational Data Base Management System, RTDB : Real Time Data Base

36 3. 모니터링체계 > 에너지관리 에너지관리를위한모니터링시스템구축안 에너지관리의목표 소비모니터링 데이터분석 사용량제어 Smart Factory 를위한에너지관리 에너지소비의정확한가시성확보 패턴예측및에너지사용경향파악 비정상적인에너지사용의알림 실시간에너지공급과생산데이터의상관관계 생산단위당에너지절감 동일수준의에너지사용으로생산능력의향상 수요비용절감및실시간사용량관리 에너지소비데이터와생산데이터의효율관리 1 적용안에너지관리시스템의구축 계측모듈과연계한에너지현황모니터링 Trend Report 수요 / 소비 Chart Dashboard 실시간측정전력품질분석 Monitoring Ethernet 에너지관리의대상 Electricity Steam Water Air Gas Metering 계측모듈 - 전압 - 전류 - 유효전력 - 역률, 고조파등 온도, 압력, Level, 유량 분전반 MCC Flowmeter Boiler Chiller 일반적인시설에서에너지사용은운영예산의 30% 를차지한다. (USA, 에너지부 ) 에너지최적화및에너지소비절감을위한시스템구축필요 Energy Management 에너지사용관리개선 장비및제어 Logic 개선으로에너지비용절감 - Fan/Pump 의모터부하 Monitoring 전력품질및설비진단 고장예측, 설비보전

37 3. 모니터링체계 > Motor 제어 Solution Smart MCC 개념을적용한 Motor 의제어및운영 MCC의개념및 Smart MCC의필요성 MCC (Motor Control Center - 전동기제어반 ) 다수의 Motor를한곳에모아가동 / 정지및상태를감시하며, Motor 운전시전원을중앙집중식으로공급하여제어및보호를위한시스템 MCC의주요구성품 제어 / 감시구성 Smart MCC 의구성 Concept MCC Motor Control Center - MCCB (Mold Case Circuit Breaker) : 배선용차단기 - MC (Magnet Contactor) : 전자접촉기 - EOCR (Electronic Over Current Relay) : 전자식개폐기 - MPR (Motor Protection Relay) - Switch or Push Button Smart Factory를위한 MCC의요구사항 원격모니터링지원필요 - 연속적인성능모니터링, 문제발생시즉각적인경보알림및문제해결지원 운영및제어, 서비스, 진단등의 Data 활용 Down time 및유지보수시간감소를통한가동효율극대화 에너지소비의절감 Network 이중화장치 최대 24 개의 Feeder 를 Grouping Smart MCC Module ICMS : Integration Control Monitoring System ECMS : Electrical Equipment Protection Control & Monitoring System ( 전력설비보호감시제어시스템 ) 제어 / 감시 Data 의수집 Conventional Type MCC - 조작및상태감시 Control Start Status Run Smart MCC - 다양한운전 Data 수집 Control Status Data Start Run Test Position 지능형 Motor Solution 필요 Stop Stop Fault Stop Stop 부하전류 Fault Fault 상세원인 Smart MCC 지능형모터보호계전기를적용하여통신을통한원격제어및모니터링기능지원 모터보호설정및 Unit 내부제어회로를프로그램으로 Logic화 위험 Alarm 조작 Fail - Fault 상세원인 : Control Power Fail, Overload, Earth Fault ( 접지 ) 등 - 위험 Alarm : 설정값이상의전류도달시, 과부하 Trip 전에 Warning - 조작 Fail : Starter or Stop 제어시실제부하가정확한운전 / 정지여부확인

38 III. 한국스마트제조산업협회 자동화분과소개 자동화분과구성 ( 안 ) 기술위원회 TC 분과위원회 주요 Activity Item Smart Engineering SC 수행 Group ( 자동화 ) WG Control Device Sensor, Field Instrument, PLC, Motion, Robot, Safety TC TBD S/W & HMI 제어 S/W, HMI, Monitoring, Vision 표준화 Machine 장비설계 / 제작, Robot TC Communication Data Interface Connectivity, Protocol, OPC UA, RTDB MES TBD IoT/Big Data Platform 보전 예지, 통합관제 Solution TBD 분석 Analysis Solution SG 정책, TC 간 Communication

39 III. 한국스마트제조산업협회 자동화분과소개 추진방향및주요 Activity 추진방향 주요 Activity Smart Factory 의추구모습및 Image Platform/Eco System 체계구축 사양 (Spec.) 체계화 영역별사양표준및정립 - 제어 / 통신 / 기계설계등의기준안제시 Connectivity Intelligence Cyber Physical Smart Factory Platform 자동화기술위원회 중심의공급기업간 Co-work 체계강화 공급기업의 Product/Solution별기준의협업 Model Industry/Business별협업 Model - 전자, Set, 물류, 에너지 / 화학산업 Case에따른체계화 Sales 활동공유 Use Case 체계화 Biz. Model 수집 Reference 및 Case 체계화 - Data 및통신 Interface 안, Big Data 연계, 제어 Concept 등 - 기존사업수행 Use Case 화및 To-Be Model 제시 Solution 체계화 - PdM, 분석시스템등 Smart Factory 진단 Model 수립 사업화연계활동안수립

40 Communication [ Back-up ] SC, WG 구성 ( 안 ) 제품 /Solution 별공급기업현황 기존 Biz. 영역 New Biz. 영역 * MES / PLM 분과와 Co-work Enterprise System (Legacy) * Simulation, OEE, Energy, Security, AR, VR, Cloud 등추가필요 Solution IT MES 에임시스템 ERP 더존비즈온 SCM TBD PLM TIMETEC PdM EPLAN / 퓨처메인 분석 퓨처메인 PTC Solution 관제 /ESH TBD TBD TBD OT Control & Monitoring Control PLC Sensor & Field Device HMI/SCADA AutoBase Rockwell ABB WAGO EUCHNER Baumer S/W TBD B&R PILZ * Safety FESTO Fuji Elecric PAIX DCS Yokogawa Yokogawa LS TURCK 성신인스트루먼트 Platform Big Data MDS 테크 / TBD IoT ADVANTECH MDS 테크놀로지 아둘람테크 AC&T PTC RTDB AID 장비설계 / 제작 TBD 전장설계 TBD 설계 Tool EPLAN * 형성관리 Machine Control Robot TBD Vision 라온피플 산업 PC ADVANTECH 싱커스텍 Connectivity & Protocol Fieldbus TBD Industry Ethernet TBD OPC UA B&R / TBD Semiconductor TBD * Field Device & Instrument : Sensor, Valve, Actuator/Motor, Detector, Motion, Drive

41 [ 마무리 ]

42 [ Appendix ]

43 [ Appendix. 1 ] Smart Factory 를위한기술요구사항 Smart Factory 구현을위한요구기술의배경 Industry 4.0 에서요구하는 IT 기술의조건 Industry 4.0 에서의요구기술 - INTREE 4.0 FORUM IEC TC65 Smart Manufacturing Use Cases 에서의기술 Keyword IEC TC65 에서의 Smart Manufacturing Use Cases 1. One Integrated system for all levels 2. Commands from the production to the system 3. Integration of horizontal and vertical systems 4. Gets the information from the cloud 5. Access for the whole supply chain 6. Decentralized (CPS) * Cyber Physical System 7. Apps (SaaS) * Software as a Service 8. Opens Standard 9. Real-time Data 10. Pay-per-use Smart manufacturing Modularization Energy efficiency Safety Condition monitoring Communication : Real time IEC TC65 : 산업용공정계측, 제어및자동화를위해사용되는시스템과요소기술에대한국제표준의제정및개정업무를수행하는 IEC 산하기술위원회 Fieldbus 및산업용 Ethernet 에대한국제표준수행 관련주요표준 : IEC Functional Safety, ISO Functional Safety Network, IEC High Availability Network, IEC Real Time Network, IEC OPC UA

44 [Appendix. 2 ] 제어시스템의구현 제어시스템의구성및제어의분류 제어시스템의구성요소 제어시스템의구성 제어의분류 제어시스템기준의제어분류 Actuator Controller Sensor Sequence 제어 Open Loop Control 이산적인 Digital 정보 Digital Sensor Switch Analog 4~20mA 0~10v I N P U T Memory CPU Ethernet Serial Power O U T P U T Digital M/C Solenoid Analog 4~20mA 0~10v Feedback 제어 Open Loop Control Closed Loop Control 연속적인 Analog 정보 - Feedback Loop 을이용하지않으며, 출력변수를측정하지않고 Process 을직접제어 입력 Parameter Controller Actuator Process 출력변수 기계장치 (Mechanism) : 공정운영및 Data 수집을위한신호 Mechanism - Sensor : 공정변수측정 ( 온도, 습도, 압력, 유량, Level 등 ) - Actuator : 공정 Parameter 가동을위한 Switch/Motor 제어기 (Controller) : 기계장치를제어하는 Microprocessor Interface : 기계장치와제어기를연결 - Serial, Fieldbus, Ethernet 제어기술 : 제어 Algorithm - Sequence 제어, Feedback 제어 Closed Loop Control - 출력변수를입력 Parameter 와비교하여, 출력이입력에보상하도록제어 입력 Parameter PID Control Controller Actuator Process Feedback Sensor - 제어변수와기준입력사이의오차에근거하여, 계통의출력이기준전압을유지하도록하는 Feedback 제어의일종 - P (Proportional : 비례 ), I (Integral : 적분 ), D (Differential : 미분 ) 출력변수 P 제어 : 오차에적당한비례상수이득을곱하여제어 PI 제어 : 비례동작에적분동작을추가한제어로편차를제거하는방식 D 제어 : 오차값의변화를바탕으로조작의크기를결정하는방식

45 [Appendix. 2 ] 제어시스템의구현 제어방식의비교및 Maker 별 PLC 현황 PC 기반 : PLC 기반 제어방식의비교 Maker 별 PLC 현황 구분 PC 기반 PLC 기반 제어대상 통신방식 구현방법 용도 Scheduler, Recipe, Transfer, Robot/Motion, I/O 등 Serial, TCP/IP, OPC/OPC UA 등 Programming Language - C, C++, C#, VB, Delphi 등 복합제어에적합 - 장비제어, 공정제어, Robot 제어등 PLCopen 기술 Sequence Robot/Motion, I/O 등 Serial, TCP/IP 등 PLC Ladder - PLC Maker 별 Sequence 제어에적합 - Conveyor System, Inline System, Motion 제어등 배경 - 사용자 Application Software 개발의효율을높이고유지보수비용을줄이기위해 1992 년도에창립 목표및조직 - Vendor 및생산자에독립적인국제적단체로국제표준기반의산업용제어프로그램의개발을목표 - TC1(Standards), TC2(Motion Control), TC3(Certification), TC4(Communication), TC5(Safety), TC6(XML) 기술및프로모션위원회로구성 표준 - IEC : 표준 Motion Control Library, Safety, XML specification, Reusability Level and Conformity Level 등을제공하기위해산업용제어프로그램의표준정의 Maker 주요 PLC Product HMI 대응 Protocol SIMENS GE Rockwell Automation SIMATIC Series SIMATIC S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S FANUC SERIES 90-20, 90-30, RX3i PacSystem RX7i PacSystem ControlLogix 5570/5580 CompactLogix 5370/5380 SIMATIC WinCC SIMATIC WinCC OA CIMPLICITY FactoryTalk RSView PROFIBUS / PROFINET PROFIBUS / PROFINET DeviceNet / EtherNet/IP ABB AC500 Series DigiVis 500 EtherCAT Schneider Modicon Vijeo Citect OMRON CJ 1, CJ2, CS Series Sysmac Studio MITSUBISHI MELSEC Q Series, L Series, F Series GOT2000 Series GOT1000 Series Modbus/TCP CANopen DeviceNet / EtherCAT EtherNet/IP CC-Link / CC-Link IE PILZ PSS4000 PAS4000 SafetyNET p B&R X20 Automation Studio ETHERNET POWERLINK, opensafety Beckhoff TwinCAT - EtherCAT

46 [ Appendix. 3 ] Safety System 의구축 Safety System 의구축의필요성및제어 PLC 와 Safety PLC 의비교 Safety System 을구축해야하는이유 제어 PLC : Safety PLC No Fail-Safe!! 구분제어 PLC Safety PLC 기능운영및제어 Safety System 관리 Fail-Safe 없음 Fail-Safe 기능탑재로오류발생시항상 off 상태를유지 CPU 단일 CPU 이중 CPU 입력 Test Pulse 없음 이중화구성으로교차단락감지를위한 Test Pulse 기능 Relay 출력 접점융착에의한고장위험높음 접점융착에의한고장감지기능 그럼으로, Fail-Safe 기능이탑재된 Safety PLC 적용필요 안전검증 Data 없음 PL e 등급 - 만족 Category 4 - 만족 국제규격에따른 Safety PLC 의적용 Fail-Safe 장비제어설비 (Fail-to-safe Equipment Control System (FECS)) ISO (EN 954-1) => 안정기준에따라설계되고실행되는제어회로로안전과관련된프로그래밍이가능한설비설계를정의함. * Fail-Safe : 시스템결함이발생하여도안전한상태로복구하는기능

47 [ Appendix. 3 ] Safety System 의구축 Safety System 의등급 - PL, SIL 의설명 (SEMI-0712b 에언급된 ISO ) PL (Performance Level) PL 기계장비에적용된 Interlock 회로 (E-Stop, Door SW 등 ) 의고장확률 (PFHd) 을 최소화하여 Interlock 회로고장으로인해발생할수있는사고를예방하기 위한안전등급 (a ~ e 등급, e 등급이가장높음 ) Input Input Signal Logic Output Signal Output SIL SIL (Safety Integrity Level) 안전을위해현장에설치될계기설비의등급으로안전계기시스템 (SIS) 의무결성을나타내는통계적기준 Safety Function에의해제공되는위험저감수준을나타내며, 어떤 Safety Instrument Function(SIF) 에요구되는성능에대한 Measurement SIL1 ~ SIL4 : 등급의숫자가높을수록요구되는안전무결성의수준이높음 Safety Sensor E-Stop Gate Light Curtain Limit SW PLr 의결정 Safety PLC Safety Relay Risk Parameter S, F, P 를사용해요구되는 PLr 을결정 Required Performance Level (PLr) Low High 주 ) PFHd : Probability of Dangerous Failure per Hour S : 상해의정도 (Severity) - S1 : 경상 - S2 : 중상 Actuator Magnetic Connector Relay Solenoid Valve Limit SW F : 주기또는재해에대한노출 (Frequency ) - F1 : 낮은주기또는짧은노출시간 - F2 : 지속적인주기또는장시간의노출 P : 재해의회피및상해의제한가능성 (Possibility) - P1 : 특정한조건하에서가능 - P2 : 거의불가능 SIS (Safety Instrumented System) 조치를취하지않으면, 위험이증가하는현장내의위험을예방또는 위험스러운사고를완화시키는조치를수행하는시스템 Sensor(s), Logic Solver(s), Final Elements(s) 의요소로조합으로구성 - Sensor(s) : Process Condition 을측정하기위한장치 -> Transmitters, Transducers, Process Switch - Logic Solver(s) : 하나이상의 Logic 기능을수행하는장치 -> Electrical/Electronic/Pneumatic/Programmable Electronic Systems - Final Element(s) : 안전한상태로만들기위해필요한물리적작동장치 -> Valves, Switch Gear, Motors PL 과 SIL 간의관계 PL Average PFHd SIL a 10-5 ~ < 10-4 정의없음 b 3 x 10-6 ~ < c 10-6 ~ < 3 x d 10-7 ~ < e 10-8 ~ <

48 [ Appendix. 4 ] 공압기술 공압기술의개념및제어방식 공압 (Pneumatic) 기술의개념 공압기술 - 공압 Cylinder 및 Motor 등의공압 Actuator를작동시키는것 - Actuator : 공압 Cylinder + 공압 Motor 주요공압기기공압제어를위한기본계통구성 공압의제어방식 순수공압제어 - 공기압을사용하여 Actuator를작동 전기공압제어 - 전기로작동하는 Solenoid Valve를사용하여공압 Actuator를작동 제어방식의비교 순수공압제어 : 전기공압제어 동력원전동기 Engine 압력제어 Motor Air Compressor : 대기중의공기를흡입 / 압축하여압축공기를만드는기기 ( 공기압축기 ) After Cooler : 압축공기를냉각하여공기속의수분을분리 ( 압축공기온도 : 170~200 ) Air Tank : 압축공기를저장하는용기 Air Dryer : 압축공기속의수분제거 Air Filter : 압축공기속의미세먼지및수분제거 ( 공기압 Filter) Lubricator : 압축공기속에윤활유를분사하여공압기기의마찰부분에급유하는기기 Directional Control Valve : 압축공기가흐르는방향을제어 ( 방향제어 Valve) Flow Control Valve : 압축공기의유량을조절하여실린더등의속도를제어 ( 유량제어 Valve) Cylinder : 압축공기의에너지를직선왕복운동으로변환하여기계적일을하는기기 주요공압제어 Valve 방향제어 Valve 유량제어 Valve 압력제어 Valve Solenoid Valve 공기압발생기 Air Compressor Air Cooler Air Tank 공기압청정화부 Air Filter Lubricator Air Drier 제어부방향제어유량제어 작동부 Cylinder 방향제어 Valve : 공기가흐르는방향을제어하여공압 Cylinder 의동작을제어 - 단독형 /Manifold 형 유체의양을제어하여 Actuator 의속도를조절 ( 속도조절 Valve) - 속도제어 Valve/ 급속배기 Valve 압축공기의압력을적정압력으로감압 - 감압 /Relief/Sequence/ 안전 / 압력 Valve 방향제어 Valve 와전자석을결합하여전자석에전류를통전 / 단전시켜압축공기의흐름을제어 - Single Solenoid Valve : Valve 의한쪽에만 Solenoid 가존재 - Double Solenoid Valve : Valve 의양쪽에 Solenoid 가존재 구분순수공압제어전기공압제어 동력원공기압축기 (Air Compressor) 정류기 (Rectifier) 신호입력요소 신호처리요소 최종제어요소 구동요소 공압계 (Pneumatic System) Limit Switch Reed Switch Air Barrier Reflex( 반향 ) Sensor Back Pressure( 배압 ) Sensor Valve Timer Cascade Shift Register Stepper 방향제어 Valve 공압 Cylinder 공압 Motor 전기계 (Electric System) Push Button Limit Switch Reed Switch Inductive( 유도형 ) Sensor Capacitive( 용량형 ) Sensor Optical Sensor Relay Cascade Stepper PLC Micro Processor Power Contact Power Transistor Power SSR(Solid State Relay) Solenoid Valve + 공압 Cylinder Motor

49 [ Appendix. 5 ] 산업용 Network Protocol 기준의 Fieldbus 및 Ethernet 등의산업용 Network 의분류 Fieldbus 생산에필요한각종장비 / 설비 (Sensor, Actuator, 제어 Device 등 ) 들의운영및운전이이루어지는현장에서데이터를전송하는디지털직렬통신망 Field : 장비 / 설비들이운영및운전이이루어지는현장 Bus : 각장비 / 설비사이의데이터를전송하는통로 Protocol Association & Vendor 개요 산업용 Ethernet Ethernet 기반의 Protocol 산업현장의제어기 (PLC) 의 Master & Slave 사이통신에인터넷통신개념이도입되면서 2006 년 ISO TC 184 SC5 전문위원회에서 ISO Open Systems Application Integration Frameworks 의 Part 4 인 Ethernet-based control systems 에서규격제정시탄생 Protocol Association & Vendor 개요 AS-Interface AS-INTERNATIONAL 센서, 액추에이터및스위치간의상호접속을위한프로토콜 (Actuator Sensor Interface) EtherCAT ETG (EtherCAT Technology Group) 독일의 Beckhoff 개발 (Ethernet for Control Automation Technology) BACnet ASHERE BACnet ANSI/SHARE 에의해개발된빌딩자동화및제어를위한통신프로토콜 (Building Automation Central Network) EtherNet/IP ODVA, Rockwell CIP(Common Industrial Protocol) 를사용하는개방된기술에기반 (IP : Industrial Protocol) CAN Kingdom CiA (CAN in Automation) Bosch 가차량제어용으로개발 (Controller Area Network) CANopen CiA CAN 을기반으로한프로토콜 CC-Link ControlNet DeviceNet Foundation Fieldbus HART INTERBUS LonWorks CLPA (CC-Link Partner Association) ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), Rockwell Fieldbus Foundation -> FILEDCOMM GROUP HART Communication Foundation -> FILEDCOMM GROUP Phoenix Contact ECHELON 미쯔비시전기에의해개발된개방형구조의프로토콜 고속자동제어용으로설계 Allen-Bradley( 현재 Rockwell Automation) 에서개발한 CAN 프로토콜을기반으로한개방형필드버스표준 H1 Processor Sensor 및 Actuator 로운영되어지는저속통신 Level (Low Speed Communication Level) 4~20mA 아날로그신호기반 (Highway Addressable Remote Transducer) Phoenix Contact 에의해개발되어공정제어를위해링구조에기반 ECHELON 에의해개발한 LonTalk 규약을이용한분산제어통신망 ETHERNET POWERLINK Foundation Fieldbus HSE Modbus TCP PROFINET RAPIEnet SERCOS III B&R, EPGS (Ethernet POWERLINK Standardization Group) FILEDCOMM GROUP Modbus organization PI, SIEMENS LS VDW, ZVEI CC-Link/IE CLPA (Industrial Ethernet) 그외표준 Protocol CANopen 에서정의된구조를바탕으로표준화된 Application Interface 제어기, PC, Inverter 와다른계측기들이다루어지는고속통신 Level (High Speed Communication Level) TCP/IP 및표준이더넷네트워크를사용하는모드버스메시지전송을개방표준으로설계 FA, PA Motion Control 의영역을하나의 Backbone 으로통합 (Real-time Automation Protocols for Industrial Ethernet) 수치제어시스템을위한 Motion Controller 와 Drive, I/O, Actuator, Sensor 를상호연결하는개방형디지털모션제어용버스 Modbus PROFIBUS Modbus organization PI(PROFIBUS/PROFINET International), SIEMENS Midicom 에서개발한시리얼통신프로토콜 Client/Server (Master/Slave) 의구조 - Modbus Seral(ASCII/RTU), Modbus Plus Modbus TCP/IP 독일의국가표준 DIN19245 로지정된개방형프로토콜 (Process Field Bus) - PROFIBUS-DP : FA 용 (DP : Decentralized Peripherals) - PROFIBUS-PA : Process Automation 용 Protocol Association 개요 OPC SECS OPC FOUNDATION SEMI 다양한장비들간의통신을위한국제산업표준 - OPC DA/HAD/A&E, OPC UA 반도체장비통신표준 Protocol - SECS-I, HSMS, SECS-II, GEM, SEM SERCOS I & II VDW, ZVEI NC(Numerical Controller) 의내부에서사용목적으로개발 (Serial Real time Communications System) EDA (Interface A) SEMATECH SECS Protocol 를통한 Data 수집의한계를극복하기위한방법으로제안 주 ) RTU : Remote Terminal Unit IEC IEC (International Electrotechnical Commission) 변전시스템의통신 / 제어를위해기존의복잡한구리선형태에서개방형구조의이더넷기반광케이블디지털방식으로변환하기위한변전소자동화통신 Protocol

50 [ Appendix. 6 ] 반도체산업군에서통신 Protocol SECS Protocol 및 EDA 의체계 SECS Protocol EDA/Interface A 장비제어프로그램관련주요 SEMI 표준 Main Operation CJM, E94 PJM, E40 MMM, E33 CMS, E87 Management & Reporting to Host RMS, E42 ER, E53 STS, E90 EPT, E116 EMS, E41 ARAMS, E58 Communication SECS-I, E4 HSMS, E37 SECS-II, E5 GEM, E30 SEM, E82/E88 HTTP EDA Clients EDA - E120, E125, E132, E134 Semiconductor Equipment MES (SECS/GEM 300mm Host) E37 HSMS SECS/GEM 300mm Interface - E5, E30, E39, E40, E87, E90, E94, E116 SECS Protocol 체계 SEM GEM SECS/GEM : EDA 비교 SECS/GEM EDA/Interface A SECS-II SECS-I HSMS Protocol - SECS/GEM EQ : Client는 1:1 연결 Protocol - SOAP/XML, HTTP EQ : Client는 1:N 연결 내용 Spec. 보안이없는연결 Client 의권한및인증필요 SECS-I HSMS SECS-II GEM SEM - 장비와상위 Host 와의메시지를주고받기위한통신인터페이스정의 - 현재거의사용하지않음, RS-232 Cable - 상호동작을위한고속의통신기능제공 - SECS-I 대체, TCP/IP Network - 장비와 Host 사이에교환되는메시지가해석될수있는구조및의미규정 (Stream/Function 으로구성 ) - Data Format 을정의 - 장비의동작에대한시나리오및장비구동에대한표준 - GEM 을전제로특별한장비에적용되는사양 ( 반송장비, Stocker) SEMI E4 E37 E5 E30 E82, E88 장비와상위인터페이스를위한 Bridge 필요 (EAP, TC 등 ) 물리적인경로를위한 Sensor Data 의수집 DCP 변경이어려움 장비와상위인터페이스와의직접연결 논리적인경로를위한 Sensor Data 의수집 엔지니어가원하는 DCP 를직접변경 주 ) SEMI : Semiconductor Equipment and Materials International SECS : Semiconductor Equipment Communication Standard (Message Protocol) HSMS : High-Speed Message Service GEM : Generic Equipment Model SEM : Specific Equipment Model TC : Tool Control SOAP : Simple Object Access Protocol XML : extensible Markup Language

51 [ Appendix. 7 ] OPC 및 OPC UA 의개념 OPC 및 OPC UA 의개념설명 OPC (OLE for Process Control) OPC 및 OPC UA 의개념 - 국제산업자동화표준으로다양한시스템의제어장치간통신을위한규격 - 주로 PC 기반, MES, HMI/SCADA System 에서 Data 교환용도 Application Data Sink API (HMI, MES, ERP ) OPC Client OPC OPC Server Device Abstraction Fieldbus (Profibus, Modbus ) Data Source OPC UA Architecture OPC UA Information Model Basics - OPC FOUNDATION Vendor Information Model Protocol Mappings Industry Standards Information Model Information Access (Data Model and Services) Information Models - PLCOpen, ISA-95 OPC UA Base OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) - 보안및데이터모델링을지원하는통합오픈플랫폼 DA : Data Access, AC : Alarms and Conditions, HA : Historical Access Prg : Programs OPC UA Protocol Binding - OPC FOUNDATION OPC History OPC (Classic) OPC DA (Data Access) : 실시간 Data 통신 OPC HDA (Historical Data Access) : 실시간 Data 저장 / 집계 / 검색 OPC A&E (Alarm & Event) : Alarm 및 Event OPC UA OPC UA (Unified Architecture) : 표준통합 Architecture OPC UA HA (Historical Access)

52 [ Appendix. 7 ] OPC 및 OPC UA 의개념 OPC UA 의 Architecture OPC UA Architecture OPC UA Target Application - OPC Unified Architecture Specification Part 1 5 Overview 5.2 General OPC UA Client Architecture - OPC Unified Architecture Specification Part 1 6 Systems Concepts 6.2 OPC UA Clients OPC UA Server Architecture - OPC Unified Architecture Specification Part 1 6 Systems Concepts 6.3 OPC UA Servers General OPC UA System Architecture - OPC Unified Architecture Specification Part 1 6 Systems Concepts 6.1 Overview

53 [ Appendix. 8 ] 설비보전의개념 설비보전의분류및보전의지표 보전 Maintenance 보전 = 정비 (Maintenance) = 보수 (Repair) 유지활동 개선활동 예지정비 (PdM) 설비보전의분류 계획보전 (SM) 비계획보전 (usm) 상태모니터링및진단 사후보전 (BM) 예방보전 (PM) 긴급보전 (EM) 개량보전 (CM) 보전예방 (MP) BM : Breakdown Maintenance PM : Preventive Maintenance TBM : Time Based Maintenance CBM : Condition Based Maintenance DM : Daily Maintenance EM : Emergency Maintenance CM : Corrective Maintenance MP : Maintenance Prevention PdM : Predictive Maintenance SM : Scheduled Maintenance usm : unscheduled Maintenance 시간기준보전 (TBM) 상태기준보전 (CBM) 일상보전 (DM) 설비의재질이나형상의개량 보전성, 안전성을고려한설계및구체적인개선정보 설비보전의지표 설비종합효율 (OEE : Overall Equipment Effectiveness) - 설비가어느정도효율적으로활용되고있는지를측정하는지표 - 설비효율을저하시키는 6 대 Loss -> 고장 Loss, 준비교체 / 조정 Loss, 순간정지 Loss, 속도 Loss, 불량 / 수정 Loss, 수율 Loss 설비종합효율 = 시간가동율 x 성능가동율 x 양품률 시간가동율 (Availability) : 부하시간 ( 설비를가동시켜야하는시간 ) 에대한실제가동시간의비율 - 시간가동율 = ( 부하시간 - 정지시간 )/ 부하시간 성능가동율 (Productivity) : 속도 Loss 를산출하는지표 - 성능가동율 = ( 생산량 xcycle Time)/ 가동시간 양품률 (Quality) : 생산된모든제품중에서양품이차지하는비율 - 양품률 = ( 생산량 - 불량수량 )/ 생산량 설비가용성 (Availability) - 부하시간에서설비가실제로얼마나가동되는가를나타내는비율로설비효율성을나타내는특정단위 고장 (Failure) MTTR MTBF MTBF (Mean Time Between Failures) : 설비평균가동시간 - 고장에서다음고장까지의시간 ( 평균무고장시간 ) MTTR (Mean Time To Repair) : 설비평균수리시간 - 고장후수리 ( 복구 ) 까지의시간 MTTF (Mean Time To Failure) : 설비평균고장수명 - 수리후다음고장까지의시간 정상가동 MTTF 다음고장 (Failure)

54 [ 설계에관한일반사항 ] 제어 Concept 및구축안은 국제규격에의거하여, CMSE 인증엔지니어에의해설계되고평가 되어짐. 적용국제규격 CMSE - 전문가인증 규격 정의 주요내용 ISO 위험성평가 기계류의위험평가및감소 ISO 제어시스템 제어시스템의안전 ISO 비상정지 Actuator의전원공급중단및정지 ISO 안전거리 위험구역의안전거리확보 ISO Interlocking 장치 Interlock 장치의설계 ISO 가드관련 이동식가드의설계및구축 ISO 4413/4414 유압 / 공압유체동력 유압 / 공압시스템및부품에대한규정 ISO 산업용로봇 산업용로봇의안전사항 EN 기계의전기적장치 배선및전기안전 IEC 제어장치 저전압개폐장치및제어장치-근접스위치 IEC 기능안전 모듈설계및소프트웨어개발의단계별검증 IEC IEC 제어전압 제어전압 전력용변압기, 전원공급장치및유사기기의안전 변압기또는변압기에장착된스위치모드전원장치 IEC 산업용프로그래밍 PLC 프로그램의표준정의 (PLCopen) IEC 통신 Interface Sensor 및 Actuator 의통신 Interface 정의 IEC 통신 Interface 전력통신네트워크및시스템을정의 IEC IEC 제어시스템 통신 Interface 전기, 전자및프로그램가능한전자제어시스템의기능상안전 산업통신네트워크의고가용성자동화네트워크정의