‘ISA100.11a는 엔드 유저의 모든 요구를 동시에 만족시키는 산업용 무선규격’

ISA 100 WCI, 9월 5일과 6일 양일에 걸쳐 여수와 울산에서

『ISA 100 Wireless Technology Conference』 성황리에 개최

 ISA 100 WCI가 여수와 울산에서 한국하니웰, 한국요꼬가와, GE Bently Nevada, Flowserve 등 4개 업체와 함께 『ISA 100 Wireless Technology Conference』를 개최했다.

ISA 100 WCI(Wireless Compliance Institue)가 지난 9월 5일과 6일, 양일에 걸쳐 여수와 울산에서 한국하니웰, 한국요꼬가와, GE Bently Nevada, Flowserve 등 4개 업체와 함께 『ISA 100 Wireless Technology Conference』를 개최했다.
산업용 무선 통신기술의 확산을 위해 한국에서 최초로 개최된 이 행사는 ISA100의 최신 기술 소개 및 참가사의 발표와 데모 시연으로 구성됐다. 이번 행사에는 가스 및 발전, 석유화학 등 다양한 분야에서 200여 명의 인원이 참여했으며, 대기업뿐만 아니라 중소기업에서도 다수 참여, 국내시장에서의 무선 기술에 대한 관심을 반영했다.
특히, ISA 100 WCI는 이날 행사를 통해 ISA 100. 11a가 엔드유저의 모든 요구에 대응하는, 표준화된 IP 기술에 근거한 뛰어난 메시 네트워크라고 강조하는 한편, Duo Cast에 의한 이중화 전송 등을 통해 통신의 신뢰성이 뛰어나다는 점 등을 들어 ISA100.11a의 기술적 우월성을 강조했다.
  취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr

한국하니웰 데모 부스

하니웰 엔러프 무선 탱크 게이지

이날 행사는 한국하니웰의 장필은 실장이 전반적인 진행을 담당했으며, ISA 100 WCI의 매니징 디렉터 Andre Ristaino 씨와 WCI 일본 지부장 하세가와 토시 씨가 ISA 100 WCI의 개요 및 ISA100.11a의 기술적인 설명을 각각 담당했다.
이날 ISA100 WCI는 행사를 통해 ISA 100. 11a는 전 세계의 폭 넓은 응용범위에 대응하며, 확장성, 유연성을 갖춘 어플리케이션 층으로 엔드유저의 모든 요구에 대응하는, 표준화된 IP 기술에 근거한 뛰어난 메시 네트워크라고 설명했다. 또 산업계에는 보안 및 통신의 신뢰성을 비롯해서 전원 관리, 개방성, 멀티 스피드 모니터링, 멀티 펑셔널, 확장성, 글로벌한 사용, 서비스 품질, 멀티 프로토콜, 컨트롤에의 대응이라는 11가지의 요구가 존재한다고 말하고, ISA100.11a는 이러한 엔드유저의 모든 요구를 만족시키는 무선 통신 프로토콜 규격이라고 강조하고, 이를 만족시킬 수 있는 기술적인 근거를 제시했다.
특히 통신 아키텍처가 상위의 HART, FF, Profibus, Modbus와 같은 기존 프로토콜과 하위의 WiFi, 15.4, FHSS, UWB와 같은 최신 무선기술에 문제없이 대응할 수 있기 때문에 엔드유저의 자산을 보호하면서 종래 시스템의 증설ㆍ변경에 용이하게 대응할 수 있다고 강조했다.

GE Bently Nevada 데모 부스

GE Bently Nevada 무선 센서 인풋 모듈 「wSIM」

ISA100.11a는 컨트롤 어플리케이션에도 적용할 수 있는 준비가 되어있는 무선 통신 프로토콜 규격

이날 또 한 가지 강조된 내용은 ISA100.11a가 모니터링 어플리케이션만이 아니라 컨트롤 어플리케이션에도 적용될 준비가 되어 있다는 점.
액추에이터의 일차 컨트롤, 고속 스케이드와 같은 폐루프 컨트롤, 저속 스케이드 루프, 멀티 버리어블 컨트롤과 같은 폐 루프 감시 컨트롤, 수동조작, 원격조작에 따른 입문 게이트 컨트롤, 수동 펌프/밸브의 설정, 조정과 같은 폐 루프 컨트롤 및 모니터링이 모두 ISA100.11a의 적용범위라는 것이 ISA100 측의 설명.
또 ISA 100. 11a의 메시 네트워크 디자인이 IP 베이스의 백본(Backbone) 구조를 채택하고 있으며, 데이터의 인증과 건전성을 확보하고 있다는 점을 비롯해서, 중계경로의 순응성, 배터리의 장수명화와 교환주기의 예측, 시간확정 응답형의 스케줄 통신, WiFi(IEEE 802.11)와의 공존 가능, 멀티 패스 간섭의 저감, 유저에 의한 메시ㆍ아키텍처의 선택 가능 등의 특성이 강조됐다.
엔드유저의 11가지 요구 가운데 우선 Security 부분에서는 데이터 링크와 트랜스포트 층의 시큐리티를 비롯해서 AES128 암호화, TAI Nonce(Number of Once)를 통한 리플레이 공격 대책, Over the Air(OTA) 프로비져닝을 통해 시큐리티가 보장된다고 설명했다.
두 번째 통신의 신뢰성 부분에서는 채널 호핑에 의한 간섭회피, 채널 블랙리스트에 의한 WiFi와의 공존, 메시 네트워크에 의한 경로 다중화, 백업 구조의 Uni-cast가 아닌 Duo Cast에 의한 이중화(Redundant) 데이터 전송 등을 통해 뛰어난 통신 신뢰성을 실현한다고 설명했다.
세 번째 전력관리의 효율성과 관련해서 ISA100.11a에서는 각 필드기기가 배터리 기대수명과 에너지 연관정보를 시스템 매니저에 보고하고, 시스템 매니저는 각 필드기기로부터의 에너지 잔량의 보고에 근거해 통신 경로를 재구성함으로써, 네트워크 전체로서 배터리 수명의 장기화를 꾀한다고 말했다.
네 번째 Open(개방성)과 관련해서, ISA 100.11a는 ISA 100.11a 규격에 적합한 복수 밴더의 기기에 의한 상호운용성 무선 네트워크를 실현하며, WCI가 ISA 100.11a 규격 적합성을 인증함으로써 유저들은 다양한 공급업체의 장비를 선택할 수 있는 선택의 폭이 넓어진다고 설명했다.
다섯 번째 Multi Speeding Monitoring(선택적 전송속도 지원)에 관련해서는 여러 개의 Subnet으로 이루어진 하나의 네트워크는 각각의 Subnet에 적용하는 어플리케이션에 대해 필요에 따라 다양하게 지원될 수 있다고 말하고, 제어 루프에 쓰이는 경우 1초의 Update Time의 Star Topology로 구성하며, 감시 루프 쪽에는 1초 이상의 Update Time을 설정하여, 같은 네트워크로 묶여 있지만 필요에 따라 구성되는 Subnet은 각각의 요구에 맞게 설계할 수 있다고 설명했다.
여섯 번째 Multi Functional(다기능) 부분에 대해서는 하나의 네트워크에서도 Subnet의 어플리케이션에 따라 Slotted Hopping Mode(TDMA)와 Slow Hopping Mode(CSMA), Hybrid Mode(TDMA/CSMA)를 적용해 타임 슬롯의 길이를 유연하게 구성할 수 있다고 설명했다.
즉, 숏 타임 슬롯(Slotted Hopping Mode: TDMA)에는 시간 확정형 응답통신(정주기 통신), 롱 타임 슬롯(Slow Hopping Mode: CSMA)에는 확장 메시지의 수용 및 에러 메시지의 재 시행과 데이터 사이즈의 대형 메시지의 일괄 전송, 진동파형과 같은 데이터 사이즈의 대형 데이터 전송용으로는 Hybrid Mode(TDMA/CSMA)를 적용할 수 있다는 설명.

ISA 100.11a 아키텍처

 IP Backbone to Mesh 및 Mesh to Gateway

컨트롤에의 응용

ISA 100.11a 네트워크 아키텍처는 IP 베이스로 엔지니어링 작업이 간단

일곱 번째 확장성 부분에 대한 설명에서는 무선 전송기의 확장성은 IP Backbone to Mesh, Mesh to Gateway로 나뉘는데, IP Backbone to Mesh 방식은 IP Backbone을 별도로 두어 현장의 무선전송기와 ISA100.11a 통신을 하여 게이트웨이를 전송, 상위 시스템과 통신하는 방식으로 넓은 범위의 플랜트에 적합한 Scale Network 중심의 구성인 반면, Mesh to Gateway 방식은 IP Backbone을 게이트웨이에 통합하여 설치가 쉽고, 엔지니어링 작업이 간단하기 때문에 Small Scale Plant 및 실험실에서의 성능평가 테스트를 목적으로 적용하는 것이 적합하다고 말했다.
여덟 번째 글로벌 사용(범용성)에 대한 설명에서는 ISA100.11a는 전 세계에서 면허가 없이 이용 가능한 주파수대인 2.4GHz를 사용하고 있으며, 세계 각국의 서로 다른 전파규제 요구에 근거해 기기의 송신출력 및 사용 주파수를 국가별 코드로 식별해서 자동적으로 제한범위 내에서 변경할 수 있는 기능을 가지고 있다고 설명했다. 반면에 Wireless Device의 경우에는 Output Power의 제한이 무선법규에 지정되어 있기 때문에, 각 국가별 무선전파법의 승인을 받아야 한다는 설명.
아홉 번째 양질의 서비스 부분과 관련해서, ISA 100.11a에서는 컨트랙트(Contract)라고 하는 절차를 정의하고 QOS (Quality of Service)를 실현하고 있다고 설명했다. 컨트랙트는 시스템 매니저와 필드기기 사이의 네트워크 리소스 이용에 관한 절차로서, 기기가 네트워크에 참가할 때 네트워크 내의 전송경로 및 사용 주파수 등의 리소스를 기기의 어플리케이션의 요구에 응해 시스템 매니저가 할당을 행하는 행위를 말한다.
열 번째 Multi-Protocol(다양한 프로토콜 지원) 부분에서는 ISA100.11a는 ISA100.11a Protocol뿐만 아니라 Tunneling기술을 도입해 기존에 많이 이용하고 있는 HART, Profibus, FF 등 유선 Transmitter들도 ISA100.11a Adapter를 설치해 ISA100.11a 망을 통해 Gateway로 데이터를 전달하고 디바이스의 상태를 관리할 수 있다고 설명했다. 이와 관련해, 하니웰은 이날 행사에서 새롭게 출시된 어댑터 데모를 소개했다.
열한 번째 컨트롤 어플리케이션에의 응용과 관련해서 ISA100.11a는 1초 Update Time 적용이 가능하고 백본 루팅과의 조합에 의해 고속 갱신 주기의 어플리케이션에도 대응이 가능하기 때문에, Monitoring Loop용의 어플리케이션뿐만 아니라 Control Loop용 어플리케이션에까지 적용이 가능하다고 강조했다.
ISA100 WCI는 ISA100.11a는 산업용 무선 센서 네트워크에서 요구되는 유저의 목소리를 근거로 만들어진 프로세스 오토메이션에 최적인 무선 센서 네트워크 규격으로, ISA100.11a 규격을 베이스로 한 산업용 무선기술 도입은 플랜트 현장의 많은 문제를 해결할 수 있다고 발표를 마무리 지었다.
한편, ISA100 위원회는 지난 2005년, ISA 표준화위원화의 하나로 설치되어, 현재 250 기업으로부터 450명 이상이 위원으로 등록되어 있으며, 무선기기, 네트워크 기기, 필드기기, 제어시스템 밴더 등 세계 각국의 각 방면의 전문가가 참가하고 있다고 설명했다.
특히 조직 구성이 경쟁 무선규격과는 달리 유저 42%, 밴더 33%, 그 외 25%의 비율로 구성되어있는 엔드유저 주도의 조직이라는 점을 강조했다. 현재 배너, 후지, 오므론, 시스코 인벤시스, 쉘, 아즈빌, 엑손모빌, GE 등의 업체가 ISA100a를 지지하고 있다.

한국요꼬가와전기 데모 부스

요꼬가와 무선 압력 전송기

하니웰과 GE 밴트리 네바다, 요꼬가와전기의 무선 솔루션 데모로 무선에 대한 이해 도와

또 이날 행사에서는 한국하니웰과 GE 밴트리 네바다, 한국요꼬가와전기의 무선 솔루션 데모가 마련, 참석자들에게 무선에 대한 이해를 도왔다.
한국하니웰에서는 ISA100.11a 기반의 요꼬가와 및 하니웰 트랜스미터와 HART 트랜스미터에 연결된 무선 어댑터를 비롯해서 밸브 포지셔너 센서(VPS), 엔러프 무선 레이다 탱크게이지와 802.11a/b/g/n WIFI 기반의 바코드가 탑재된 산업용 핸드헬드 디바이스, 방폭/방수/방진형의 산업용 모바일 태블릿 PC 및 중계기와 와이어리스 카메라를 포함하여, ISA100.11a와 WIFI가 단일인프라구조에서 통합 운영되는 데모를 선보였다.
또 GE Bently Nevada에서는 ISA100.11a 기술을 적용한 와이어리스 센서 인풋 모듈 「wSIM」을 전시했다. 이 제품은 하나에서 진동이나 온도 센서 등 4개의 센서신호를 받을 수 있고, 컨트롤용이 아니라 센서의 상태를 감시해서 자산을 메인터넌스하는 개념으로 개발이 됐다. 게이트웨이 하나당 센서 400개 wSIM 100개를 연결할 수 있으며, 메쉬와 ISA100.11a 겸용으로 사용된다. 또 Flow Serve에서는 온/오프 밸브 스위치 박스 데모를 시현했다.
한국요꼬가와전기에서는 디바이스 하나당 500개를 처리하는 라지 스케일 데모와 디바이스 하나당 50개를 처리하는 스몰 스케일 데모의 두 가지 부분으로 나누어 데모를 진행했다. 라지 스케일 데모에서는 밸브 포지셔너와 이중화로 구성이 되는, 올해 7월에 출시된 게이트웨이 및 백본 라우터 데모, 듀오 캐스트 방식을 채택한 차압 전송기와 온도전송기를 소개했다. 이 데모에서는 백본 라우터와 게이트웨이를 이더넷으로 연결했다.
또 스몰 스케일 데모에서는 백본 라우터와 게이트웨이, 시스템매니저, 시큐리티 매니저가 하나로 합쳐진 올인원 게이트웨이 데모가 소개됐다.

Flow Serve 온/오프 밸브 스위치 박스 데모. 최초로 아웃풋으로 시그널이 나가는 제품으로 컨트롤 어플리케이션에 적용될 수 있다.