3.1 인터페이스(통신 프로토콜-TCP/IP, http, telnet, ftp, IEEE 802.3)

제조 SI를 하는 데에 설비온라인을 포함한 데이터 수집 기술은 매우 중요한 분야입니다. 자동으로 데이터를 수집하면 현장에서 발생하는 데이터를 실시간으로 처리할 수 있습니다. 또한 사람에 의한 데이터 입력의 부정확이나 오류 및 입력 누락을 예방할 수 있고 데이터 입력 공수를 줄일 수 있습니다.

제조실행시스템

3.1.1 통신 프로토콜

한 설비에서 서로 다른 제품을 생산할 때 각 제품별로 다르게 설정되는 파라미터를 제어하거나 품질사고를 예방하고 공정물류의 오류를 방지하기 위해서는 실시간에 가까운 설비온라인화를 통해서만 공정의 자동 제어가 가능합니다. 온라인 대상의 설비에는 PLC나 DCS 같은 범용 설비제어기나 검사장비나 계측장비, 로봇 같은 컴퓨터 기반의 전용 제어기가 있습니다. 이외에도 바코드 장비나 RFID 장비 같은 공정운전용 PC가 있습니다.

그런데 이러한 하위 제어장비 및 온라인 대상 설비들과 실시간 연계를 위한 필요성이 증가함과 동시에 데이터 수집을 위한 인터페이스가 오히려 실시간 연계를 저해하는 장애요인이 되는 경우도 있습니다. 바로 네트워크 장비나 생산설비 제조회사들에서 자신들만의 통신기술을 독자적으로 개발하기 때문입니다.
 
프로토콜이란 데이터통신에 있어서 신뢰성 있고 효율적이며 안전하게 정보를 주고받기 위해서 정보의 송/수신 측 또는 네트워크 내에서 사전에 약속된 규약 또는 규범을 말합니다. 주로 송신 측에서 수신 측을 호출하여 연결하는 과정, 통신회선에서의 접속방식, 통신회선을 통해 전달되는 정보의 형태, 오류 발생에 대한 제어, 송/수신 측 간의 동기 방식 등에 대한 약속을 포함하고 있습니다.
 

설비온라인화를 위한 프로토콜이 필요한 이유

 

효율성

주어진 통신 채널을 최대로 이용할 수 있도록 프로토콜을 정함, 흐름 제어

 

안정성

비정상적인 외부요인이 발생한 경우에도 통신은 안정되게 동작 또는 종료, 에러 제어

 

표준화

널리 사용되기 위해 표준화, IETF(Internet Engineering Task Force)에 의해 RFC라는 문서로 제공
 
통신 프로토콜의 종류에는 국제적으로 통용되는 표준 통신 프로토콜(TCP/IP, http, telnet, ftp, IEEE 802.3 등)과 개발자가 특정 서비스를 제공하기 위해 임의로 정한 사용자 정의 통신 프로토콜이 있습니다. 시스템 개발자들은 다양한 종류의 인터페이스 중에서 원하는 것을 선택할 수 있습니다. 
 

데이터 수집방법 3가지 유형

 

자동 수집 방법

생산설비의 제어기(controller)가 외부 정보시스템과 연결이 가능한 RS-232 및 이더넷 등과 같은 표준 인터페이스 장치를 보유한 경우에는 실시간 통신 프로그램을 통하여 생산설비의 운전상태 정보를 자동수집합니다. 이 경우 생산설비와 연결된 제어기기와 정보 시스템 사이에 표준 프로토콜인 RS-232C, TCP/IP, OPC(OLE for Process Control), SECS(Semiconductor Equipment Communication Specification) 등과 같은 표준 프로토콜 기반 통신 인터페이스 기술을 적용하면 편리합니다.
 

수동 수집 방법

바코드, RFID, 터치스크린, PDA 및 모바일 디바이스 등 작업자 편리성을 중시한 기능을 적용하여 작업자가 직접 생산활동 정보를 입력·처리하는 방식입니다. 이 경우에는 이동하면서 복수 설비 및 자재 등을 관리하거나 작업자의 판단으로 업무를 처리하는 경우에 편리하게 사용이 가능합니다.
 

반자동 수집 방법

PLC(Programmable Logic Controller) 등과 같은 순차적 방식의 제어기기를 사용하고 있는 생산설비는 센서와 제어기기 사이에 연결된 Process I/O로부터 이벤트를 받거나 운전상태 및 실적정보 수집을 위해 추가로 센서를 생산설비에 부착하여 데이터를 수집하는 방법입니다.
 

정리

최근에는 제조현장의 자동화를 염두에 두고 장비 발주부터 시스템 엔지니어가 관여하는 경우가 많습니다. 반도체나 디스플레이 산업에서는 모든 장비가 SECS 프로토콜(반도체장비 통신프로토콜)을 표준으로 사용하여 MES 및 유관 시스템에서 설비온라인을 할 수 있도록 제작되고 있습니다.
 
그러나 신규 라인 증설이 아닌 기존에 구축된 설비와 인터페이스 하여 필요한 데이터를 가져오기 위해서는 인터페이스 가능 여부, 통신부하 문제, 설비 개조의 어려움이 발생할 수 있으므로 사전에 고려할 사항이 많습니다. 현장 실사를 통하여 각 설비별로 사용하고 있는 제어장치 종류(PLC, Graphic Panel, PC, 계측기, 스캐너 등)와 관리하고자 하는 항목을 인터페이스 할 수 있는 제어장치 I/O모듈 상황 등을 종합적으로 파악해야 합니다.

 

공정과 제품의 특성을 파악하여 각 공정별 표준 관리 항목을 결정한 후 기존 공정에서 누락된 측정 항목은 새로운 센서/계측기를 추가하여 데이터가 수집될 수 있도록 고려해야 합니다.