산업 현장의 실시간 제어 기능을 지원하는 산업프로토콜 CIP가 무엇인가?

산업 현장의 실시간 제어 기능을 지원하는 산업프로토콜 CIP가 무엇인지 쉽게 예를 들어 설명

 

CIP는 "Common Industrial Protocol"의 약자로, 산업 현장에서 장치들이 서로 통신하고 데이터를 교환하는 데 사용되는 표준 프로토콜입니다. 쉽게 말해, 산업 현장의 모든 기기들이 사용하는 공통 언어라고 생각하시면 됩니다.

CIP는 크게 두 가지 핵심적인 기능을 지원합니다.

1. 실시간 제어 (Real-time Control): 공장 자동화에서 가장 중요한 부분은 장비들이 정확하고 빠르게 명령을 주고받는 것입니다. CIP는 이러한 실시간 통신을 가능하게 하여 생산 라인의 로봇 팔이 정밀하게 움직이거나, 컨베이어 벨트가 정확한 속도로 작동하도록 돕습니다.
2. 데이터 교환 (Data Exchange): 생산 과정에서 발생하는 온도, 압력, 속도 등 다양한 데이터를 센서에서 PLC(Programmable Logic Controller)나 컴퓨터로 전달하고, 필요한 정보를 다시 장비로 보낼 수 있도록 합니다. 이는 생산 효율을 높이고 문제 발생 시 빠르게 대처하는 데 필수적입니다.

CIP가 왜 중요할까요?

CIP가 없다면 각 장비 제조사마다 다른 통신 방식을 사용해야 했을 것입니다. 마치 한국 사람, 미국 사람, 일본 사람이 각자 자기 언어로만 말하는 것과 같아서 서로 소통하기가 매우 어려웠겠죠. CIP는 이러한 문제를 해결하여 다양한 제조사의 장비들이 하나의 네트워크에서 원활하게 작동할 수 있도록 해줍니다.

CIP의 쉬운 예시: 커피 공장 자동화

아래는 CIP가 어떻게 커피 공장 자동화에 사용될 수 있는지 보여주는 예시입니다.

• 원두 투입 로봇: 로봇 팔이 정확한 양의 원두를 그라인더에 투입해야 합니다. CIP는 제어 시스템이 로봇 팔에 "원두 500g 투입"이라는 명령을 실시간으로 전달하고, 로봇은 이 명령을 정확히 수행합니다.
• 그라인더: 원두를 얼마나 미세하게 갈아야 하는지, 얼마나 오랫동안 작동해야 하는지 등의 정보가 CIP를 통해 그라인더로 전달됩니다. 그라인더는 작업이 끝나면 "원두 분쇄 완료"라는 신호를 CIP를 통해 제어 시스템에 보냅니다.
• 추출기: 추출기의 온도, 압력, 추출 시간 등을 CIP를 통해 정밀하게 제어합니다. 만약 추출 온도가 너무 낮으면, CIP를 통해 온도를 올리라는 명령이 전달됩니다.
• 포장 기계: 추출된 커피가 적절한 용량으로 포장되는지 확인하고, 포장 속도를 조절하는 데 CIP가 사용됩니다. 포장지에 문제가 생기면, CIP를 통해 즉시 알림이 전송됩니다.
• 중앙 제어실: 중앙 제어실의 컴퓨터는 CIP를 통해 모든 장비로부터 데이터를 수집합니다. 실시간으로 각 장비의 상태를 모니터링하고, 필요에 따라 생산량 조절, 레시피 변경 등의 명령을 CIP를 통해 각 장비에 전달합니다.

이러한 모든 과정에서 CIP는 각 장비와 중앙 제어 시스템이 마치 하나의 팀처럼 빠르고 정확하게 소통할 수 있도록 하는 핵심적인 역할을 합니다. 마치 지휘자가 오케스트라의 각 악기 연주자들에게 신호를 보내고, 연주자들은 그 신호에 맞춰 연주하는 것과 같다고 볼 수 있습니다.

요약하자면, CIP는 산업 현장의 다양한 장비들이 서로 원활하게 소통하고, 실시간으로 제어되며, 필요한 데이터를 교환할 수 있도록 돕는 표준 통신 규약이라고 이해하시면 됩니다.

 

 

■ 질문)

이더넷 통신과는 어떻게 다른가요?

 

CIP(Common Industrial Protocol)와 이더넷 통신은 밀접하게 관련되어 있지만, 서로 다른 계층에서 작동하는 개념입니다. 비유적으로 설명하자면 다음과 같습니다.

• 이더넷 통신: 도로 (물리적 기반)
• CIP: 도로 위를 달리는 특정 종류의 차량과 그 차량에 실리는 화물 (응용 프로토콜)

각각을 좀 더 자세히 설명하고 차이점을 말씀드리겠습니다.

1. 이더넷 (Ethernet) 통신이란?

이더넷은 네트워크의 물리적, 데이터 링크 계층에 해당하는 표준 기술입니다. 쉽게 말해, 컴퓨터나 다른 장치들이 서로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있도록 해주는 도로(물리적 연결)와 교통 신호(데이터 전송 방식) 같은 역할을 합니다.

• 주요 역할:
  • 물리적 연결: 케이블 (UTP, 광섬유 등)을 통해 장치들을 연결합니다. (도로의 포장 상태나 차선 수)
  • 데이터 전송 방식: 데이터를 패킷이라는 작은 덩어리로 나누어 전송하고, 충돌을 감지하고 해결하는 방식 등을 정의합니다. (교통 규칙과 신호등)
  • MAC 주소: 각 이더넷 장치는 고유한 MAC(Media Access Control) 주소를 가지고 있어 서로를 식별합니다. (차량의 고유 번호판)
• 특징:
  • 범용성: 가정, 사무실, 데이터 센터 등 거의 모든 유선 네트워크에서 사용됩니다. 인터넷의 기반이기도 합니다.
  • 다양한 속도: Fast Ethernet (100Mbps), Gigabit Ethernet (1Gbps), 10 Gigabit Ethernet (10Gbps) 등 다양한 속도를 지원합니다.
  • 비결정적(Non-deterministic): 일반적인 이더넷은 데이터를 보낼 때 "최선을 다해 빨리 보낸다"는 개념이지, "정확히 몇 밀리초 안에 보낸다"는 보장은 없습니다. 즉, 트래픽이 많아지면 지연이 발생할 수 있습니다. 이는 일반적인 웹 서핑이나 파일 전송에는 문제가 없지만, 실시간 정밀 제어가 필요한 산업 현장에서는 문제가 될 수 있습니다.

2. CIP (Common Industrial Protocol)란?

앞서 설명드렸듯이 CIP는 산업 자동화 애플리케이션을 위한 응용 계층 프로토콜입니다. 이는 이더넷이라는 "도로" 위에서 산업용 장비들이 어떻게 "정보"를 주고받고 "제어" 명령을 수행할지에 대한 구체적인 약속과 규칙을 정의합니다.

• 주요 역할:
  • 객체 모델: 산업 현장의 장비(PLC, 센서, 로봇 등)를 '객체(Object)'라는 개념으로 추상화하여, 각 객체가 어떤 데이터를 가지고 있고 어떤 기능을 수행하는지 표준화합니다. (특정 차량의 종류와 그 차량에 실리는 화물의 종류를 규격화)
  • 메시지 서비스: 객체 간에 데이터를 읽고 쓰거나, 명령을 내리는 등의 다양한 메시지 서비스를 정의합니다. (차량에 실린 화물을 어떻게 내리고 싣는지, 어떤 방식으로 운전하는지 등)
  • 실시간 제어 기능: 산업 현장의 특성상 중요한 실시간 제어를 위한 메커니즘을 포함합니다.
  • 미디어 독립성: CIP 자체는 특정 물리적 미디어(이더넷, CAN, 전용 네트워크 등)에 종속되지 않습니다.
• 특징:
  • 산업 특화: 오직 산업 자동화 분야의 요구사항을 충족시키기 위해 설계되었습니다.
  • 응용 계층: OSI 7계층 모델에서 가장 상위 계층인 응용 계층에 해당합니다. (도로와 교통 규칙 위에 "운송 시스템"이라는 더 복잡한 규칙이 있는 것)

CIP와 이더넷 통신의 관계: EtherNet/IP

가장 중요한 점은 CIP가 이더넷 통신을 활용할 수 있다는 것입니다. 특히, EtherNet/IP라는 프로토콜이 대표적인 예시입니다.

• EtherNet/IP: 이더넷 (Ethernet) 이라는 물리적/데이터 링크 계층 위에 TCP/IP (인터넷 프로토콜)를 사용하고, 그 위에 CIP를 얹어서 작동하는 산업용 이더넷 프로토콜입니다.
  • 이는 마치 일반적인 도로(이더넷)를 이용하여 택시(EtherNet/IP)가 손님(CIP 데이터)을 싣고 목적지로 이동하는 것과 같습니다.
  • 즉, 이더넷은 물리적인 연결과 기본적인 데이터 전송 방식을 제공하고, CIP는 이 이더넷을 통해 산업용 장치들이 의미 있는 데이터를 주고받고 제어하는 방법을 정의합니다.

정리하자면:

• 이더넷은 "파이프"나 "도로"와 같은 하드웨어 및 기본적인 통신 규칙입니다. 데이터를 보내는 물리적인 매개체이자, 데이터가 어떻게 패킷화되어 전송되는지에 대한 기본적인 규칙을 제공합니다.
• CIP는 이 "파이프"나 "도로"를 통해 어떤 종류의 데이터(산업 제어 데이터)가 어떤 형식으로 흐르고, 장치들이 그 데이터를 어떻게 해석하고 반응할지에 대한 "언어"이자 "프로토콜"입니다. 즉, 산업 현장의 특정한 요구사항(실시간성, 안정성, 데이터 구조)을 만족시키기 위한 상위 수준의 규칙입니다.

따라서 CIP와 이더넷은 상호 보완적인 관계에 있습니다. CIP는 이더넷과 같은 다양한 통신 매체 위에서 작동할 수 있으며, 이더넷은 CIP와 같은 상위 프로토콜이 데이터를 전송할 수 있는 기반을 제공합니다.

 

참고)

비유적인 표현:

• 이더넷: 고속도로 (물리적 기반)
• TCP/IP: 고속도로의 교통 규칙 (데이터 전송의 기본 규칙)
• CIP: 특정 목적의 화물 트럭 (산업 데이터를 싣고 이동하는 프로토콜)
• PLC, 센서, 액추에이터: 트럭에 실린 다양한 종류의 화물 (산업 현장의 데이터와 제어 명령)