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산업시설의 통신 네트워크 설비 구축 표준 Standards for communication networks installation in industrial sites 글. 프란세스코 루소(Francesco Russo), IEC SC65C/JWG10 분과 의장

2013. 01. 28.

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I. 요 약 올바른 설비구축은 주요 산업시설의 통신망이 효과적으로 작동하는 데 필수적이다. 설비구축 상태가 양호하면 거친 환경조건, 전자기 교란 및 보안 공격 등에서 발생되는 문제 를 감소시켜, 네트워크 장애나 여기서 비롯된 생산 손실을 줄여준다.

IEC가 2007년 12월에 발간한 IEC 61918 제 1판은 산업 현장에서 완전무결한 통신망 설 비구축을 지원하도록 마련된 것이다. 이 표준은 IEC SC65C/JWG10이 개발한 것으로, 다음과 같은 목적을 지니고 있다: * 산업시설 현장 (전기통신 인프라의) 필드버스 및 범용 케이블 결선 등을 모두 포괄하는 일관된 설비구축 규정 집합의 정의; * 주요 사용자 그룹 및 산업 컨소시엄들의 접근방식 부합화; * 설비구축 관련 전문용어 및 정의 등의 부합화; * 설비 수명주기의 각 단계별 책임소재 및 요구조건 등을 포괄; * 기본 표준을 확장 또는 수정하는 동반 표준에 서술될 부가적인 기술 특화 요건들을 추가 로 허용; * 기술인력의 광범위한 전문기술과 관련된 지침을 제공; IEC SC65C/JWG10의 작업은 산업시설의 범용 통신케이블 결선 관련 명세규격을 담당하는 ISO/IEC JTC1/SC25측과의 공조로 진행되었다. 본 고는 IEC 61918 및 동반 표준들의 주요 장점에 대한 독자들의 관심을 환기시키고자 마련된 것이다.

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II. 주요 내용 공정 및 공장 자동화(PA/FA)는 갈수록 산업시설 현장의 특수한 환경조건에 부합하도록 설 계된 통신망과 필드버스에 의존하는 추세다. 이들 통신망과 필드버스는 시설/공장의 여러 기능단위들 간의 효과적인 응용기기 통합기능 을 제공한다. 필드 현장에서 생성된 데이터를 상위 수준의 관리시스템들과 통합함으로써 얻는 주된 이점 은 생산량과 품질을 유지 또는 향상시키는 동시에, 생산 비용을 절감하는데 있다.

올바른 네트워크 및 필드버스 설비구축은 통신 가용성 및 성능에 있어 중요한 전제조건이 다. 이를 위해, 안전과 보안, 환경 및 EMC 조건 등 산업자동화 시설 현장의 주요 측면들 을 적절히 고려할 필요가 있다.

1. 산업 시설의 통신 케이블 결선방식 케이블 결선방식은 다음과 같이 분류할 수 있다: * IEC 61158 필드버스 표준 및 동반 표준 IEC 61784 파트 1, 2, 3, 4 등에 명시된 바 와 같이, 자동화 섬(automation island) 내부 또는 이들 간의 특정한 통신 케이블 결선방 식; * ISO/IEC 24702 규격에 명시된 바와 같은 산업시설을 위한 범용 전기통신 케이블 결선 방식; * IEC 61784-5 시리즈의 설치 프로파일에 준하여, ‘자동화 섬’ 내부의 특수한 통신 케이블 결선 필요성에 부합하도록 수정된 범용 케이블 결선방식의 요소들. 산업시설 현장을 위한 범용 케이블 결선방식의 설계는 ISO/IEC 24702에 명시된 바와 같 이, 코드를 사용한 수동식 결선 또는 전송장비를 이용한 능동형 결선으로 함께 연결된 특정 전송성능을 지닌 일련의 케이블링 서브시스템들로 구성되어, 유연한 케이블 결선 구조를 제 공한다. [그림 1]은 어떤 ‘자동화 섬’ 내부의 특정 통신 케이블링과 연결된 범용 케이블 결선 구조 - 1 -

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를 나타낸 것이다. 이 그림은 ISO/IEC 24702에서 인용한 그림을 변형한 것으로, 원본의 TO (telecommunication outlet) 인터페이스가 AO (automation outlet) 인터페이스로 대체되었다.

ISO/IEC 24702는 산업시설 내부의 일반 전기통신 인프라 설계를 규정하며, IEC 61918의 일부 전송성능 명세규격을 위한 기반을 제공한다. ISO/IEC 24702는 다만 통신 채널의 원 시 대역폭 능력을 규정할 뿐, 해당 채널을 사용하는 특정 네트워크에 가용한 데이터 전송속 도 내지 통신과정에서 간섭현상을 감지한 이후 예상되는 오류 등은 별도로 명시하지 않는 다.

그림 1. 범용 케이블링 요소에 부가된 ‘자동화 섬’ 케이블 결선구조

IEC 61158 필드버스 표준 및 동반 표준 IEC 61784 규격은 (파트 1, 2, 3, 4 및 관련 부 속서를 포함하여) 산업체의 자동화 시설현장을 구성하는 산업용 자동화 섬에 적합한 각종 통신망들을 함께 명시하고 있다. 이들 통신망은 원시 대역폭 능력을 규정함과 아울러, 해당 필드버스와 관련된 비트 변조 및 부호화 규칙 등을 명시한다. 또한 일부 통신망들은 가용한 데이터 전송속도와 관련한 목표 수준을 명시하는 한편, 통신과정의 간섭현상으로 인해 발생되는 오류를 감안한 최대값을 규 정하고 있다.

2. 설비구축 관련 표준들 IEC 61918은 ‘자동화 섬’에 사용된 (전기통신 인프라의) 범용 케이블 결선 및 필드버스 등 을 모두 포괄하는 일관된 설비구축 규정 집합을 제공한다. 이는 또한 ‘자동화 섬’ 네트워크 들과 범용 케이블 결선 간의 인터페이스 정의 및 설치를 지원한다.

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IEC 61918이 해결을 모색하는 문제들 중 하나가 바로?상이한 구조와 내용을 지니고 있어 일관성 없는 설비구축 지침을 사용하는 공급업체들이 제공한 다양한 부분들이 빚어낸 상황 이다. 이렇게 일관성이 결여되면 대부분 오류발생 가능성과 더불어 통신 시스템에 위험을 초래할 수 있는 불일치 상황이 증가하기 마련이다. 각각의 통신 시스템에 대해, IEC 61918 규격은 - 이 표준규격의 부속조항들 중 무엇을 선 택, 추가 및 대체하여 적용할 것인가를 규정한 - 관련 설치 프로파일과 연계하여 사용할 수 있다.

IEC 61784 시리즈에 정의된 필드버스 설비구축의 경우, 해당 설치 프로파일들이 IEC 61784-5 시리즈에 명시되어 있다(그림 2 참조). IEC/TR 61158-1 규격은 필드버스와 관 련 설치 프로파일들 간의 관계를 기술하고 있다. 범용 케이블링 설비구축과 관련하여, 본 표준은 ISO/IEC 14763-2와 연계하여 사용된다 (그림 2). 이러한 구조의 장점의 하나는 어떤 요건들이 대부분의 네트워크에 공통된 것이며, 어떤 요 건이 특정 네트워크에 특화된 것인가를 네트워크 사용자들이 알게 된다는 점이다.

그림 2. 국제 표준 규격들의 관계 - 3 -

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3. IEC 61918 및 동반 표준을 사용함으로써 누리는 혜택 시설/공장 자동화 시스템은 단순한 것도, 복잡한 것도 모두 존재한다. 하지만 강력한 추세 는 별도로 분산된 DCS 및 PLC 자동화 단위 시설들이 서로 연결되어 시설/공장 관리 시스 템과 연동되는 것이다. 각 단위 시설/공장은 특정 응용분야에 해당하는 특수한 주요 조건에 준하여 각기 고유한 설치 요건들을 지니고 있다.

IEC 61918과 위에서 언급된 동반 표준들은 일련의 의무적인 설비요건들("필수조항")과 다 수의 권장사항들("권고조항")을 제공한다.

그림 3. ‘자동화 섬’ 네트워크 간의 상호연동 이들 표준이 제공하는 지원사항을 이해하고 특정 응용분야의 특성에 준하여 케이블링 설비 를 적절히 요구 및 구현하는 일은 해당 산업체 소유자, 시설 설계자, 시공업자, 검사자/기 관 등의 몫이다.

□ 산업체 소유주를 위한 혜택 이들 표준규격의 설치요건에 준하여 자사의 네트워크 설비를 구축하도록 요구함으로써, 해 - 4 -

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당 산업체 소유주는 자사의 설비투자 품질을 개선하는 한편, 향후 통신 문제나 예기치 못한 생산 손실이 발생할 확률을 줄일 수 있다. 해당 소유자는 설비구축 표준의 '필수조항' 외에 해당 응용분야에 적합한 '권고조항'들을 부 가하여 시공을 의뢰함으로써 자사의 응용기기에 대한 지원을 더욱 개선할 수 있다. 표준 규격에는 다양한 비용/편익 평가 사례들이 언급되어 있다. 예를 들어, 인수검사 단계 에서 연결부 전체에 대한 전수검사 요구조건은 해당 응용분야의 특성을 고려할 때 불필요 한 비용으로 판정될 수 있다. 따라서 경우에 따라 해당 소유주와 약식검사로 가능한 결과를 논의한 이후, 검사단위를 간소화한 약식검사를 지정할 수도 있다. 또한 네트워크 유지보수 요건들을 검토하고 해당 기업에 적합한 옵션을 선택함으로써, 업체 소유주는 자사 네트워크 증설에 대한 보다 양질의 정보를 얻게 되어 해당 기업의 여타 부 문에 이미 적용해 온 실제 유지보수 및 관리 조직을 최적화할 수 있다.

□ 시공 설계자/기획자를 위한 혜택 케이블링 설비구축 기획자들은 시공업자가 적용해야 할 각 연결부의 설비에 관한 세부 문 서를 작성할 책임이 있다. 이들은 IEC 61918 규격에서 자신이 작성해야 할 문서 목록과 더불어, 해당 요건들에 관한 세부적인 설명을 볼 수 있는데, 그 중 일부는 설비구축 문제에 적합한 솔루션을 제공하는 혁신적인 접근방안이 제시되어 있다. 범용 케이블 결선, 접지, 안전, 보안 등의 설계에 관한 일부 기초와 MICE (미팅, 인센티브, 컨벤션, 전시) 환경 기술 방법 등을 이용하는 것은 이러한 요건들의 일례에 불과하다.

그림 4. 언코일러 사용 및 고리/매듭 형성 방지 지침

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□ 설비 시공업자를 위한 혜택 케이블링 시공업자들은 시공 설계 및 기획 관련 세부 문건에 요구된 사항을 구현해야 한다. 이들은 명확한 설명 및 수치와 함께 문서로 잘 정리된 작업관련 지침과 주요 작업 단계별 가이드라인을 얻게 된다. 시공업자들은 또한 당장은 인식할 수 없지만, 추후 해당 통신환경 에 심각한 문제를 낳는 결과를 초래할 수 있는 설치 오류 사례에 관한 기술을 찾아볼 수 있다.

□ 검사자를 위한 혜택 케이블 설비 검사자는 설치된 구성부품들과 구축방식이 설계 및 기획 세부 문건이 제시한 상세 기술사항을 완전히 준수하고 있는가를 점검한다. 이들은 주요 작업단계와 관련된 명확 한 설명을 해당 표준에서 찾아볼 수 있다.

□ 인수검사 요원을 위한 혜택 케이블링 설비 인수검사 요원들은 접속부의 실제 성능을 문서화하여 정해진 측정 목록을 작성하고 해당 수치가 응용기기의 요건에 부합하는가를 점검해야 한다. 이들은 표준규격에 서 검사수행에 관해 문서화된 지침을 찾아볼 수 있다.

□ 고장수리 요원을 위한 혜택 이들의 작업과 관련하여, 전형적인 문제들을 열거하고 그 원인과 권장 솔루션이 명시된 두 가지 목록이 지원된다.

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III. 결 론 IEC 61918및 동반 표준들은 어떤 네트워크 설비를 구축하건 일관된 작업방식을 장려한다. 이들 표준은 산업시설의 통신망 설비구축과 관련된 모든 당사자들의 일을 돕고자 마련된 것이다. 동반 표준은 각기 특정 네트워크에 적용되는 추가, 수정 및 대체사항 등을 명시함으로써 IEC 61918의 일반 요건을 보완한다. 따라서, 망 이용자들은 어떤 설비요건이 대부분의 네 트워트에 공통된 것이며, 무엇이 해당 네트워크에 특수한 것인지 알 수 있다.

IEC 61918 및 동반 표준들은 전세계적으로 산업시설 현장의 네트워크 구축을 위한 기본 규격들로 수용되었다. 유럽의 CENELEC 버전인 EN 61918은 범용 케이블 결선에 적용되는 다양한 표준규격들을 나타내고자 [그림 2]를 수정하여 발표되었다.

추가정보 문의: russof76@libero.it 프란세스코 루소(Francesco Russo), IEC SC65C/JW10 convenor

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