1940/1960년대 이후 60~80년 만에 바뀌는 세계 프로세스(PROCESS) 계장산업 표준과 2022년부터 활짝 열리는 거대한 세계 프로세스 계장시장의 면모를 알아본다.


1940/1960년대 이후 60~80년 만에 바뀌는 세계 프로세스(PROCESS) 계장산업 표준과 2022년부터 활짝 열리는 거대한 세계 프로세스 계장시장의 면모를 알아본다. (7월호에서 이어짐)

3. OSI 7 Layer 중 물리계층[Physical Layer=PL]

이들 필드버스는 모두가 OSI 7 Layer 중 물리계층[Physical Layer=PL]에서 작동하는 산업용 이더넷들이다. 즉 ISO 7 Layer의 물리계층 프로토콜인데, PROCESS 계장분야에 즉시 통합적으로 사용하기에는 몇 가지 제한이 걸린다. 즉 PROCESS 계장 분야에 클라우드 [CLOUD: 중앙서버PC & 인터넷 렌털 사업화]를 적용하기에는 아직 보완 사항이 많이 남아있어 10%가 부족한 면이 있다. 이를 보완 한 것이 ‘ETHERNET-APL’이다.

3-1 자동화 분야에서 물리계층에 문제는 없는가?

자동화 분야에서 물리계층의 결함은 별로 없어 보인다. 자동화 분야에서는 오히려 물리계층의 지속적인 발전으로 OT와 IT를 결합한 형태가 되고 있다. 비약적인 발전을 하고 있지만, 이 영역은 사물인터넷 전 단계에 머물고 있다. 그 이유는 필드버스는 그 생태계가 OSI 7 Layer에 베이스를 갖고 있기 때문이다.

필드버스는 IEC에서 만든 표준이고, IoT는 시작의 배경이RFID에서 출발했다. ITU-T와 oneM2M, IEEE-2413 등이 IoT의 표준기관이다. 따라서 프로토콜의 형태도 다르며, 이를 다루는 표준화 기구의 배경도 다르다. IoT에서는 프로토콜이라는 용어는 안 쓴다. 프로토콜 대신 플랫폼이라는 용어를 사용하는데, 필드버스에서 쓰는 프로토콜과 그 내용은 같다.

그러나 결국 자동화의 물리적 한계의 끝은 제어기이며, 제어기 중에도PLC가 그 중심이다. 필드버스는 PLC에 잘 적응한다. 그렇다고 필드버스가 IoT와 연결이 안 되는 것도 아니다. 기존 PLC 전단에 필드버스/사물인터넷 변환 게이트웨이를 사용하여, 클라우드와 연결하는 방식을 취하는 자동화기기 메이커 중 대표적 회사는 대만에 있다.

MOXA와 ADVANTECH 모두 대만의 회사이며, 두 회사 공히 PLC 전단에 필드버스/사물인터넷 변환 게이트웨이를 사용하여, 클라우드와 연결하는 시스템을 판매하고 있다. 그리고, Rockwell Automation, SIEMENS 등의 월드기업들은 2009년에 공개된 IoT 플랫폼 Thing Works나 Thing Plus 등을 소유한 IoT회사들을 흡수, 병합하여 자사플랫폼으로 개발하여 필드버스를 클라우드로 연결하고 있으며, 다른 하나는 OPC-UA[United Architecture]를 이용, IoT화하여 클라우드와 연결 사용하는 추세가 최근 급증하고 있다.

그리고 ODVA가 보유한 EtherNet/IP는 IEEE의 802.3 PROTOCOL을 그대로 가져다 응용하여, 사용하고 있으며, IEEE-2413도 oneM2M처럼 IoT 인증기관 이므로 IEEE에서 기술을 가져다 사용하고 있는ODVA로서는 EtherNet/IP를 IoT화하여, IEC의 물리계층의 경계를 넘어 고급물리계층인 APL을 완성하기 위해 수년 전부터 이 분야를 연구하고 있어서 2022년 이전에 모든 기술 개발을 끝내고 2022년까지는 APL을 완벽하게 업데이트할 예정이다.

4. 고급물리계=APL[Advanced Physical Layer]의 출현

PROCESS 계장분야에 물리계층을 적용하는 시도를 무수히 해보았으나, 간단한 문제는 아니었다. 또 여러 메이커들과 프로토콜기관의 뜨거운 경쟁과 매일 전쟁처럼 피를 튀기는 경쟁은 급기야, 경상도 속담처럼 “꼬시레기 제 살 깍아 먹는” 지경에 이르렀다.

기술과 표준도 문제였다. 한국은 이른바 필드버스 중 산업용 이더넷 KS표준만 6개의 프로토콜이 동시에 표준화할 수 밖에 없는 경우가 발생했다. 어쩔 수 없는 경우였다. MS의 PC HW & SW는 전 세계가 사용하는 단일 컴퓨터 표준이다. PROCESS 계장분야의 이더넷 표준은 MS처럼 하나의 단일 국제표준으로 만들 수는 없을까? 갑자기 이 소문은 세계 유수의 프로토콜기관과 공통의 문제로 번졌다.

경쟁자 또는 경쟁 프로토콜 기관들은 이 문제를 둘러싸고 각자 고심하기 시작했다. 문제는 또 있었다. PROCESS 계장분야의 근본적인 문제는 1940년도와 1960년도에 발표한 OLD-ANALOG 국제표준을 2020년 현재에도 여러 나라들, 특히 일본과 한국에서 사용빈도에 문제가 심각한 것으로 나타났다.

PROCESS 계장분야 필드계장 시설의 70% 이상이 아날로그를 사용하며, 특히 그 중에도 의외로 앤드 유저들이 DCS는 아날로그 방식을 선호하며, 한국 일본에는 이에 따른 ‘SPARE PART’ 문제가 심각 단계에 머물고, 4차 산업혁명과 스마트공장[SMART FACTORY]의 추진은 엄두도 못 내어 뒷전으로 밀렸다. 발전의 뒷다리를 물고 있는 형국이 작금의 PROCESS 계장분야의 현실인 것이다. 이 두 마리 토끼[OLD-ANALOG 표준의 사용 & DCS SPARE PART 이슈]를 잡고 1,000억 달러[$]로 평가되는 이 분야 세계 시장을 돌파하려면 특단의 대책이 필요했던 것이다.

결국 궁하면 통한다는 속담이 맞는 것 같다. 모두가 이런 상황에 처해 있을 때, 누군가 용기 있는 자가 이 사실을 알고, 대시[dash]하기 시작했다. 일찍이 ODVA는 이 준비 작업을 전임 ODVA 대표(Ms. Katherine Voss)가 시작해서, 현 ODVA 대표 알 베이도운[Al Beydoun PhD]박사가 취임하자 이 문제를 적극 대외에 알렸다. 세계 최대의 PROCESS 계장, PROTOCOL 기관인 필드 컴 그룹[FeildComm Group], 피 아이 인터내셔널[PI]에 알리고 기술적으로 문제 해결이 가능하다는 점을 알렸다.

그것은 다름이 아니라 이더넷 표준의 제정 기관인 IEEE와 상의한 결과 802.3cg가 대안이라는 가능성을 확인한 것이다. 기타 IEC 등의 국제기관도 호의적인 IEC표준 인증승인 협조를 약속 받은 세계3대 프로토콜기관의 프로토콜 통합 합의문, 즉 개발 백서를 90% 이상의 PROCESS 계장 메이커들을 독일 ACHEMA FAIR 전시회에 초청, 전 세계에 이 사실을 발표함으로써 PROCESS 계장분야에 세계단일 표준인 “ETHERNET-APL”이 탄생하게 되었다.

이에 2019년 11월부터 개발에 착수하여, 늦어도 2022년 말에는 마치 MS PC의 HW & SW가 세계유일의 컴퓨터 표준이듯 PROCESS 계장분야에도 유일표준을 만들기로 합의하여, 시장문제 및 기술문제, 난립된 표준경쟁도 모두 이 개발 백서 하나로 잠재우게 했다.

2019년 11월 모두 합의한 ACHEMA FAIR 전시장의 그날을 떠올리면서 한국의 PROCESS 계장분야 종사자들과 자동화 분야에 매진하는 ODVA 회원들과 이 개발에 직간접으로 관계되는 모두를 위해 이 내용을 발표한다. 각자 문제 해결을 위한 묘수를 찾다가 결국 집단적 해결책이 나온 것이다. 절반의 성공을 한 것이다.

그러므로 이 사건은 단순한 누구의 의견도 아니다.
이것은 거대한 국제적 대 프로젝트인 것이다.

다시 말해, 산업용 이더넷에 고급사양을 추가하는 차원에서 머물던 것이 아니라 이를 집단적으로 신속히 해결하기 위한 다국적 기업들의 묘수의 결합이 낳은 산물이라고 보아야 정확하다. 2019년 11월 독일의 ACHEMA FAIR 전시회에서 이 엄청난 일이 일어난 것이다. 세계 3대 프로토콜 기관과 전 세계 PROCESS 계장메이커들이 모두 모여 머리를 맞대고 통합 표준의 해결책을 찾기 위해 강력한 모임을 가진 것으로 봐야 한다.

어떻게 하면 가장 빠르게 가성 비를 가장 적게, 모두가 공감 할 수 있는 PROCESS 계장분야에 IoT, 빅 데이터, 인공지능, 5G~6G, 에지 컴퓨팅과 함께 묶어 돌아가는 표준을 만들 수 있느냐는 점이다. 가장 쉬운 방법은 표준기관끼리 기술 통합을 하는 방법이었다.

PROCESS 계장분야는 독특한 기술 분야이며, 시스템 체계가 OLD-ANALOG 체계이다. 여러 폭발위험요소와, 산업안전요소 등이 공장에서 필히 해소되어야 하므로 신중하고, 신속히 진행해야 함에는 모두가 공감하였다. 이러한 난제들을 해결하기 위해 사전에 각 기관 간, 멀티 벤더들 간에 수 차례에 걸친 사전 조사는 물론 여러 합의들 거쳐서, 숙고 끝에 내린 결론이 물리계층인[PL]에 알파벳 A[Advanced/고급]로 시작하는 단어 하나를 삽입하고 여기에 PROCESS 계장분야에 존재하는 각종 고급해결책[안전문제]들을 한데 묶어 PL[Physical Layer/물리계층]이라는 용어와 합성한 뒤 고급물리계층[APL] 이라는 신조어를 만들어 전 세계에 발표하기로 했다.

이 국제 결의는 2022년 말까지 APL 표준을 완성하기로 했다. 이 과정을 PROCESS 계장분야 종사자들이 알기 쉽게 이해 할 수 있도록 필자가 굳이 APL에 대해 사족을 붙인다면, 다음과 같은 설명이 가능 할 것 같다.

2000년대까지는 ‘Feildbus’ [공장정보-BUS]를 타고 다니는 PROCESS 계장분야의 물리계층이 PROCESS 계장분야의 근간이었다면, 2022년부터는 PROCESS 계장분야의 단점들을 완벽히 보완하여, 고급물리계층으로 기존에 부족한 “Feildbus”를 Ethernet-APL로 교체하자는 슬로건을 내건 것이다. 시행 백서의 제목이 “Ethernet to the field”이다. 즉, 이 문구의 뜻은 기존 ‘Feildbus’ 문제가 많으니 이를 100%로 완벽하게 보완하여 전면 교체하자는 의미임을 PROCESS 계장 관련 기술자들은 알아야 할 것이다.

그 이유는 1940년대부터 이어온 PROCESS 계장기술의 근거가 아날로그였는데, 2022년까지만 이 ‘OLD-ANALOG’ 표준을 사용을 하고, 2022년 말 이후부터 모든 OLD-ANALOG 기술을 Ethernet을 근간으로 하는 디지털 기술인 ‘ETHERNET-APL’로 전면 바꾸겠다는 각오를 독일 ACHEMA FAIR 전시장에서 선포한 것이다. 21세기 PROCESS 계장분야의 미래기술 개발에 같은 운명의 배를 탄 전세계 PROCESS 계장기술업계가 한데 뭉친 것으로 보아야 한다.

동시에 이 프로젝트에 함께 참여하고 적극지원하기 위해 나선 국제기관들이 있다. 이들은 바로 IEC, IEEE, 국제 방폭 위원회, INTRINSIC SAFETY 위원회, NAMURA 총회 등이다. 이들이 총 출동하여 PROCESS 계장분야의 새로운 변신을 적극 지원하고 있는 것임을 알아야 할 것이다. 이들 국제표준(인증)기관들은 모두 PROCESS 계장에 필요한 사항들을 이변이 없는 한 승인해 줄 것이며, 개발팀은 개발에 투자할 자금도 충분히 확보하여 개발 시간을 얼마나 단축시키냐에 초미의 관심이 모아지고 있다.

아마도 국내의 PROCESS 계장관련 종사자와 국내 PROCESS 계장 벤더들은 이 글을 통해‘ETHERNET -APL’에 대하여 처음 듣는 분들도 있을 것이다. 이 프로젝트에 참여한 벤더들 중 한국의 기업은 놀랍게도 한 회사도 없기 때문이다.

안타깝다. 최근 IT분야나 IoT 분야는 한국이 국제 무대에서 선두에 나서고 있으나 PROCESS 계장 분야는 워낙 국내기술이 낙후되어 있어 이렇다 할 국제적 기업은 아직은 없으며 국제무대에서 PROCESS 계장시장이 예상외로 크다는 것을 PROCESS 계장기술 관련 국내기업들은 아직도 대변화의 물결을 감지하지 못하고 있다. 국내 업계가 우물 안의 개구리처럼 시장을 바라보고 있다는 점은 필자 혼자만의 생각일까? 다만 PROCESS 계장관련 글로벌 기업의 한국법인 소속 기업들은 이 사실을 어느 정도는 알고 있을 것이다. 이 사실을 자세히 알리기 위해, ODVA TAG KOREA에서는 9월에 관련 세미나를 개최하고자 했으나 코로나 사태로 인해 행사를 잠정 연기했음을 알린다.

한국에서 PROCESS 계장기기의 국산화가 시작된 것은 한국의 경제개발이 본격화 되던 70년으로 거슬러 올라가야 한다.

당시 한국에는 우진계기, 한생 FOXBORO, 한일 LEVEL, 삼보계기 등이 있었지만, 모두 세계화에는 실패한 것으로 알고 있고, 한국정부는 물론 심지어 국내의 모든 엔드 유저들도, 현장용 Field Instrument 국산기기 구매를 외면하고 수입품에만 의존하여, 공장을 설치 및 운영 해 왔다는 책임에서 자유로울 수는 없을 것이다.

최근에 계장의 액추에이터인 제어밸브 국내메이커로 KOMOTO 밸브가 김포에 공장을 국제규모로 만들어 세계적 테스트 및 각종 종합시험들을 통해 우수한 월드-밸브들을 생산하고 있고, 필드 계기메이커로는 두온 시스템이 두각을 나타내고 있다. 역시 국제 규모의 필드계기 공장을 만들어, 온도/압력/유량/레벨/중량트랜스미터나, 차압식 유량계를 만들어 미주, 중동에 수출하고 있는 것으로 알고 있다.

한국에서는 유일한 초음파 유량계 메이커인 자인테크놀로지 역시 중국, 중동 유럽에 국산계기들을 수출하는 것으로 알고 있다. 종합 분석계기 메이커 대윤계기산업, 국내유일의 정전기 계기 메이커GK-Electrostatic, ERP 및 계장표준의 인증기관, 표준엔지니어링, 변환기 전문메이커 신호시스템, 전/계장시스템 메이커 금산 엠앤이, 우진 산전, 오토닉스[코닉스], 한영넉스, RS Automation, 히스코센서, CIMON, LS Cable, Taihan Electric Wire, SAMWONACT, MKP, CREVIS, Chunl Electric, Fastech, Konics, New Power Plasma, LS Electric 등이 있으나 원천기술로 세계시장에서 승부를 겨루기에는 아직도 개발에 시간이 더 필요하다고 본다.

그러나 한국만의 장점은 IT기술 인프라가 좋아, 기존 계장기기 메이커들이 국내의 우수한 IT HW & SW 업체들과 잘 협업하면, 2022년 전에 세계시장 1,000억 달러[$] 시장, 국내시장 1조원의 PROCESS 계장시장에서 월드기업들과 다부지게 싸워 이길 수 있는 기회가 활짝 열린 것이다.

이 글을 읽는 애독자들에게 부탁을 하나 하려고 한다. 지금, 구글 검색 창에 [Advanced Physical Layer]를 입력해 보기 바란다. 지멘스, ODVA, FeldComm Group, IEEE, Wikipedia 등에서 게재한 APL 내용이 영문으로 각자의 웹사이트에 소개되어 있으며 구글 번역기를 사용하면, 한글로도 볼 수 있다.

본문 내용은 여러 기관이 모두 똑같은 내용을 실었으나, 각 기관들의 각론들은 약간씩 다르다. 이유는 DCS 등의 적용에는 기존보유 필드버스와의 관계를 연결 설명해야 하기 때문이다. 모두에게 커다란 기회와 시장이 PROCESS 계장 분야를 통해 열리고 있다는 사실을 본고를 통해 애독자 여러분들과 PROCESS 계장 분야에서 일하는 분들께 알려 드리는 바이다. <다음호로 이어짐>