PROFINET-INspektor는 오류의 원인이 네트워크 통신에 있음을 확인하는 데 프로그램을 제공한다. / 사진. 인듀솔

가스레인지 세라믹 호브, 고압 스팀 스토브 등 약 50만 개 이상의 제품을 생산하는 대규모 시설인 독일 밀레 공장에서는 자동화 생산 라인에서 발생한 네트워크의 장애로 다운타임이 발생되자, 인듀솔(Indusol)의 산업용 스위치를 즉각적으로 채택해 상황을 분석하고, 진단하며, 해결책을 강구했다. 인듀솔의 실시간 진단 및 감시 스위치는 해당 시설의 즉각적인 솔루션으로 작용해 네트워크의 안전성을 제고했으며, 기업은 추가적인 네트워크 교육 지원으로 상호 호혜적인 관계를 구축했다.

실시간 문제 진단 능력 확보
자동화 라인에서 경제적인 생산을 거듭하기 위해서는 안정적인 가동과 시간 엄수가 필수적이다. 생산 현장에서의 가동 중단은 시간·비용적 손실을 가져오는 만큼, 기계장치부터 센서, 액추에이터, 제어 기술 등 라인에 적용된 장비가 제 역할을 해야 하는 것이다. 다만 네트워크의 경우, 여전히 시스템이라는 범주로 간주되지 않는 문제가 있어, 오류가 발생되더라도 심각한 문제로 인지하지 않는 경우가 발생되곤 한다. 

독일 밀레 공장은 약 700여 명의 직원이 근무하며, 가스레인지 세라믹 호브, 고압 스팀 스토브, 보온 서랍 등 매년 약 50만 개의 제품을 생산하는 대규모 시설이다. 해당 지역은 최근 산발적이고 불분명한 네트워크 장애로 스팀 조리기 생산 라인에 다운타임이 발생했고, 이를 해결하고자 기업의 유지보수팀이 대책을 논의했다.

밀레 공장 내 쿠킹 챔버(Cooking Chamber) 생산을 위한 탬핑 처리된 스테인리스 강판은 다양한 성형 및 용접 공정을 거친다. 자동화 시스템에서는 개별 로봇 셀이 상호 연결돼 있으며 블랭크는 스테이션에서 스테이션으로 전달된다. 그리고 약 2분마다 새로운 쿠킹 챔버가 최종 조립을 위해 해당 생산 라인을 거친다. 

공장의 플랜트 엔지니어링 책임자는 “산발적인 고장이 발생했지만 원인을 쉽사리 파악할 수 없었다. 개별 기계가 아니라 전체 네트워크에 문제가 있는 것으로 의심돼 다른 공장에서 사용 중인  PROFINET-INspektor를 활용해 그 원인을 분석하기 시작했다.”라고 언급했다.

데이터를 평가한 결과, 통신 네트워크, 즉 EMC에 결함이 있는 것으로 확인됐다. 이를 위해 밀레 공장 팀은 영구적으로 상황을 감시하기 위해 스마트팩토리 통신 네트워크 진단-관리 솔루션을 제안하는 독일 인듀솔(Indusol)의 PROmesh P9 및 P20 타입 산업용 이더넷 스위치를 사용해 등전 접속을 지속적으로 모니터링하고 데이터 라인에서 EMC 결합의 정확한 시간, 주파수(샘플링 속도는 25㎑), 그리고 강도(측정 범위는 0에서 10A)를 감지하도록 했다. 또한, 이 스위치들을 통신 데이터에 액세스할 수 있도록 구축해 영구적인 네트워크 모니터링을 가능하게 했다.

PROmesh 스위치는 전체 주파수 스펙트럼(20kHz)에서 누설 전류를 모니터링해 EMC 장애 원인과 상관관계를 추적한다. / 사진. 인듀솔

네트워크의 지속 가능한 모니터링은 단발성 사태를 인지하고 재현할 수 없는 원인을 식별해 최적의 네트워크 성능을 보장한다는 점에 있어서 필수적이다. 네트워크의 데이터 트래픽이 스위치의 성능 한계를 초과하는 경우, 데이터 손실이 발생할 수 있는데 이러한 사태는 포트 통계로 통합된 웹 인터페이스에서 표시되며, 오류, 오류 전송 및 넷로드/㎳와 같은 기타 중요한 지표와 함께 제공됐다.

공장의 기계 및 플랜트 기술 팀장인 Wilhelm Kröger는 “파악한 결과를 바탕으로 문제 원인을 규정할 수 있었다. 특히 상당한 간섭 전류가 각 상에 존재하는 상황에서 많은 용접 응용 프로그램을 사용할 경우, 네트워크 통신에 영향을 미친다는 사실을 알게 됐다.”라고 전했다. 

네트워크 전문 지식 공유 
과거 밀레 공장에는 클래식한 IT 스위치가 설치돼 있었다. 이 스위치는 주로 IT 부서에서 관리했는데 이로 인해 유지보수 부서 직원은 스위치에 액세스할 수 없다는 문제가 있었다. 또한 이 장비는 PROFINET 인증, Net Load Class(처리할 네트워크 트래픽에 대한 견고성) 및 적합성 클래스(Conformance Class: PROFINET 기능 범위) 등에 대한 운영 기술 요구 사항을 충족하지 못했고 누설 전류 측정과 같은 진단 기능을 제공하지 않는다는 한계가 있었다. 

연결 케이블 별 포트 통계 데이터로 문제를 진단하는 모습 / 사진. 인듀솔

Wilhelm Kröger 팀장은 “기업에서 새로운 장비를 배치하는 데에 있어 유지보수 팀뿐만 아니라 각 생산 영역에서의 지원 책임도 IT팀과 공유해야 한다. 우리는 이러한 상황에서 독일 인듀솔의 스위치를 통해 테스트한 결과, 당시에는 아직 알 수 없었던 네트워크 장애의 원인을 빠르고 파악할 수 있었으며 해당 기업 네트워크 전문가들은 이 공장의 IT 보안 요구 사항을 충족하는 펌웨어 애드온(Firmware Add-on)을 개발해 제공해주었다.”라고 언급했다,

인듀솔의 고객담당 관리자는 “고객에게 이상적인 솔루션을 제공할 수 있는 것이 중요하다. 밀레 공장 의사 결정 과정에 우리가 참여함으로써 이러한 개별 조정은 쉽게 구현할 수 있었다”라고 언급했다.

밀레는 이번 과정에서 제조업체의 유지보수 직원들도 네트워크에 관한 사전 교육이 필요하다는 사실을 절감했고 인듀솔은 유지보수 팀에게 스위치 사용법을 교육뿐만 아니라 데이터 네트워크에 관한 콘텐츠를 제공했다.

공장 네트워크 담당자는 “기술 용어는 무엇인가, 어떤 어려움이 나타날 수 있나, 해결방안은 무엇인가 등 네트워크의 전문 지식을 학습할 수 있었다”라고 회고했다.

투명성 확보 필요성 인지 
문제 해결은 상황을 이해하는 것부터 시작하지만 단순히 원인을 알고 있다는 것만으로 해결이 되는 것도 아니다. 제조업체의 용접 프로그램에서 고주파 점화는 전자기 간섭 방사를 생성해 데이터 라인에 영향을 미치고 제조 과정을 방해함으로써 데이터 패킷 손실, 잠재적 다운타임을 초래한다.

현장 관리자는 “플라즈마 용접을 동일한 속도와 품질을 유지하면서 누설 전류는 더 적게 발생시키는 공정으로 대체하기 위해 노력하고 있다”라고 전했다.

사례에서 알 수 있듯이 모든 오류의 원인을 간단히 제거하거나 완화할 수 있는 것은 아니다. 따라서 유지보수 관리자는 이 시점에서 다른 사람들의 경험과 네트워크 통신 문제의 원인에 대한 해결책에 대해서도 상호 공유해야 한다고 말한다. 그는 “다른 회사의 유지 관리 직원들과도 문제 경험과 해결 방법에 대한 정보를 기꺼이 교환하고 싶다”라고 전했다. 

 밀레 스팀 오븐 생산 라인의 중앙 제어 캐비닛에 있는 PROmesh 스위치 / 사진. 인듀솔

생산 현장 체계 구축
새로운 스위치를 적용하기로 결정한 후 다음 단계는 기존 장비와 원활한 통합 과정을 진행하는 것이었다. 대체로 PROmesh 스위치의 통합은 매우 간단했다. 

밀레의 운영 기술 담당자는 “모든 스위치를 공장에 직접 설치하지 않고 원격 제어 캐비닛에 설치했기 때문에 스위치를 한 번만 교체했다”라며 “인듀솔 관계자와 함께 해당 과정을 신속히 처리했고 공장이 정상적인 생산가동으로 돌아가는 데 반나절 밖에 걸리지 않았다”라고 전했다.

밀레는 새로운 스위치로 네트워크 통신이 투명해진 것에 만족했으며 유지보수 직원들도 해당 과정에서 새로운 기술을 배운 것에 감사를 표했다. 더불어 인듀솔과의 협력 교류를 통해 단시간에 네트워크 통신에 대한 유용한 정보를 학습한 것을 기뻐했다. 이러한 교육과정은 네트워크의 심층적인 이해를 돕고 궁극적으로 고품질의 제품을 생산할 수 있는 원동력이 된다.

현장 생산담당 책임자는 “기계 네트워크와 IT 네트워크 간의 경계가 점점 더 모호해지고 있다. 따라서 앞으로는 유지보수 직원이 네트워크 통신에 대해 점점 더 많이 이해하고 생산 네트워크에 액세스하는 것이 중요해질 것이다”라고 언급했다.