오픈 소스 산업 자동화
팩토리 플로어의 혁신
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브랜든 루이스(Brandon Lewis), 마우저 일렉트로닉스
2025년 1월 10일
산업 자동화 환경은 상호 운용성, 호환성 및 휴대성에 대한 수요 증가로 인해 커다란 변화를 겪고 있다. 이 혁명의 최전선에는 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 기반의 산업용 컨트롤러부터 리눅스(Linux) 엣지 디바이스에 이르기까지 다양한 오픈 소스 기술이 채택되고 있다. 이 같은 변화는 산업이 자동화에 접근하는 방식을 탈바꿈하여 전례 없는 유연성과 혁신에 대한 잠재력을 제공한다.
산업 환경에서 오픈 소스의 부상
오픈 소스 솔루션은 특정 요구 사항에 맞게 맞춤 설정할 수 있기 때문에 산업 환경에서 각광받고 있다. 이 같은 적응성은 기성 솔루션들이 부족해질 수 있는 복잡한 제조 공정에서 특히 유용하다. 오픈 소스 프로젝트의 커뮤니티 중심적 특성은 혁신을 가속화하여 더 빠른 개발 주기와 집단적 문제 해결을 가능하게 한다.
오픈 소스 자동화의 가장 강력한 장점 중 하나는 비용 효율성이다. 기업은 독점 시스템에 대한 의존도를 줄임으로써 초기 투자 및 지속적인 유지보수 비용을 크게 낮출 수 있다.[1] 이 같은 접근성은 고급 자동화 기술에 대한 접근을 대중화하여 소규모 기업이나 예산이 제한된 기업에게 특히 유용하게 작용할 수 있다.
오픈 소스 자동화의 이점
오픈 소스 자동화 도구는 복잡한 산업 환경에 이상적인 이점을 수없이 제공한다. 이 같은 이점들은 상호 운용성 향상부터 벤더 독립성 강화까지, 기업이 자동화에 접근하는 방식을 변화시켰다.
상호 운용성 향상
오픈 소스 솔루션은 다양한 디바이스와 프로토콜에서 원활한 커뮤니케이션을 촉진하는 데 탁월하다. 이 같은 상호 운용성은 다양한 제조업체의 장비가 조화롭게 작동해야 하는 현대 산업 환경에서 매우 중요하다. 이와 같은 솔루션들은 개방형 표준을 준수함으로써 자동화 시스템의 다양한 부품들이 출처에 관계없이 서로 효과적으로 '대화'할 수 있도록 보장한다.
투명성을 통한 보안 강화
오픈 소스 소프트웨어는 보안에 취약하다는 통념과는 달리, 오픈 소스 프로젝트에 내재된 투명성은 강력한 보안을 만드는 원동력이 된다. 코드를 면밀히 분석하는 커뮤니티의 위력 덕분에 취약점을 더 빨리 식별하고 해결할 수 있게 된 것이다. 보안에 대한 이 같은 협력적 접근 방식은 시스템 무결성이 가장 중요한 산업 환경에서 매우 중요하다.
벤더 독립성
오픈 소스 자동화의 가장 중요한 장점 중 하나는 벤더 종속으로부터 자유롭다는 점이다. 기존의 독점 시스템은 업그레이드, 유지보수 및 지원을 위해 사용자를 특정 벤더에 종속시키는 경우가 많다. 오픈 소스 기반의 대안적인 솔루션들은 다양한 서비스 제공업체 중에서 선택하거나 사내 전문 지식을 개발할 수 있는 유연성을 제공하여 장기적인 지원과 적응력을 보장한다.
오픈 소스 하드웨어 솔루션
다양한 오픈 소스 하드웨어 플랫폼이 산업 자동화의 혁명을 주도하고 있다. 이와 같은 솔루션들은 확장성과 유연성을 제공하고, 널리 사용되는 산업용 프로토콜을 지원하므로 엔지니어와 제조업체에게 있어 매우 유용하다.
쿤부스 레볼루션 파이(KUNBUS Revolution Pi)
레볼루션 파이(Revolution Pi, RevPi)는 라즈베리 파이 컴퓨팅 모듈을 기반으로 하는 모듈식 산업용 PC이다. 이 혁신적인 플랫폼은 확장에 필요한 뛰어난 유연성을 제공하며, OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture), MQTT(Message Queuing Telemetry Transport), 모드버스(Modbus) 및 이더넷 IP(EtherNet/IP)를 비롯한 광범위한 산업용 프로토콜을 지원한다.[2]
실제로, 레볼루션 파이는 다양한 제조 환경에서 활용되고 있다. 예를 들어, 레볼루션 파이는 스마트 팩토리에서 중앙 컨트롤러 역할을 수행하여 다양한 생산 공정을 조정하고 분석을 위한 실시간 데이터를 수집할 수 있다. 해당 솔루션은 모듈식 특성을 활용해 요구 사항의 변화에 맞춰 생산량을 쉽게 확장하고 조정할 수 있다.
아두이노 옵타(Arduino Opta)
사용자 친화적인 개발 보드로 잘 알려진 아두이노(Arduino) 사는 아두이노 옵타(Arduino Opta)를 통해 산업 자동화 분야에 진출했다. 이 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 산업 애플리케이션의 엄격한 요구 사항을 충족하면서 아두이노 에코 시스템과의 호환성을 유지한다.
옵타의 강점은 프로그래밍이 쉽고 산업용 프로토콜과 호환된다는 점이다.[3] 특히 소규모 자동화 프로젝트와 신속한 프로토타입 제작에 적합하다. 예를 들어, 소규모 제조 시설에서 옵타를 사용하여 포장 라인을 자동화하고, 직관적인 프로그래밍 인터페이스를 활용하여 제어 로직을 빠르게 구현하고 반복할 수 있다.
다른 주목할 만한 옵션
현재 시장을 선도하는 플랫폼은 레볼루션 파이와 아두이노 옵타이지만, 비글보드(BeagleBoard)와 올리멕스(Olimex) 같은 다른 오픈 소스 하드웨어 플랫폼도 산업 자동화 분야에 진출하고 있다.[4],[5] 이와 같은 플랫폼들은 독특한 기능과 성능을 제공하여 자동화 엔지니어가 선택할 수 있는 옵션을 더욱 확장한다.
산업 애플리케이션을 위한 오픈 소스 운영 체제
오픈 소스 소프트웨어는 산업 프로세스를 관리하고 제어하는 데 중요한 역할을 한다. 사용자 지정 및 확장성이 뛰어난 이 같은 소프트웨어 플랫폼들은 모니터링에서 자동화 제어에 이르기까지 다양한 애플리케이션을 처리할 수 있다.
제퍼(Zephyr) RTOS
제퍼(Zephyr)는 가벼우면서도 확장 가능한 임베디드 장치용 실시간 운영 체제(RTOS)이다. 이는 메모리 설치 공간이 적고 구성 가능성이 높아 리소스가 제한된 산업용 애플리케이션에 이상적이다.
제퍼는 자동화 환경에서 정확한 타이밍과 빠른 응답이 필요한 작업에 탁월하다. 예를 들어, 해당 솔루션은 밀리초 수준의 정확도가 중요한 고속 분류 시스템에서 사용될 수 있다.
FreeRTOS
FreeRTOS는 마이크로컨트롤러 기반의 자동화 작업에 널리 사용되고 있다. 이는 광범위한 에코 시스템과 사용 편의성 덕분에 많은 산업 애플리케이션에서 선호하는 솔루션이 되었다.
FreeRTOS의 실용적인 적용 분야로는 여러 마이크로컨트롤러가 함께 작동하여 복잡한 제조 공정의 다양한 측면을 관리하는 분산 제어 시스템을 들 수 있다. FreeRTOS의 강력한 작업 스케줄링 기능은 중요한 작업을 신속하고 예측 가능하게 실행할 수 있도록 보장한다.
리얼타임 리눅스(Real-Time Linux)
리얼타임 리눅스(Real-Time Linux)는 전체 운영 체제의 성능이 필요한 보다 복잡한 자동화 시스템을 위한 강력한 솔루션을 제공한다. 실시간 운영을 지원하도록 표준 리눅스 커널을 수정하면 산업 환경에 필요한 결정론적 성능과 함께 리눅스의 광범위한 소프트웨어 에코 시스템의 이점을 누릴 수 있다.
리얼타임 리눅스는 고성능 컴퓨팅과 저지연 제어가 모두 필요한 시나리오에서 애플리케이션을 찾는다. 예를 들어, 해당 솔루션은 결함을 식별하기 위해 고속 생산 라인의 비전 기반 품질 관리 시스템을 구동하여 실시간 이미지 데이터를 처리할 수 있다.
오픈 소스 소프트웨어 솔루션
자동화가 발전함에 따라 오픈 소스 제어 소프트웨어는 기존의 하드웨어 기반 솔루션에 대한 비용 효율적인 대안을 제공한다. 이 같은 프로젝트는 산업이 유연하고 하드웨어에 독립적인 제어 시스템을 개발할 수 있도록 지원한다.
라피드스카다(Rapid SCADA)
라피드스카다(Rapid SCADA)는 광범위한 사용자 지정 옵션을 제공하는 오픈 소스 산업용 제어 및 모니터링 시스템이다. 해당 솔루션의 모듈식 설계는 다양한 산업 분야에 적용될 수 있다.
실제로 라피드스카다는 수처리 시설과 같은 애플리케이션에 대한 포괄적인 모니터링 및 제어 인터페이스를 만드는 데 사용될 수 있다. 이 솔루션의 데이터 로깅 기능은 시간 경과에 따른 수질 매개변수를 추적할 수 있으며, 제어 기능은 실시간 데이터를 기반으로 처리 프로세스를 관리한다.
ROS 인더스트리얼(ROS-Industrial)
ROS 인더스트리얼(ROS-Industrial)은 로봇 운영 체제(ROS)의 기능을 산업용 애플리케이션으로 확장한다. 이 오픈 소스 프레임워크는 산업용 로봇을 프로그래밍하고 제어하기 위한 강력한 도구를 제공한다.
ROS 인더스트리얼의 적용 사례으로는 복잡한 조립 작업을 수행하는 일련의 로봇 팔을 프로그래밍하고 조정하기 위해 OS를 사용하는 자동차 제조 공장이 있다. 이 프레임워크의 유연성 덕분에 생산 요구 사항이 변화함에 따라 로봇 작업을 빠르게 재구성할 수 있다.
오픈 소스 PLC 프로젝트
다수의 오픈 소스 프로젝트는 기존 하드웨어 PLC에 대한 소프트웨어 기반 대안을 제공하는 것을 목표로 한다. 다음은 대표적인 예시이다:
- Autonomy OpenPLC, 강력한 커뮤니티 지원과 함께 유연한 오픈 소스 PLC 플랫폼을 제공한다.
- KPA Automation SoftPLC, 하드웨어와 독립적인 자동화 기능을 제공하는 소프트웨어 기반 PLC 솔루션이다.
이 같은 오픈 소스 PLC는 기존 하드웨어 PLC의 비용이 부담스러운 교육 환경이나 소규모 자동화 프로젝트에 특히 유용할 수 있다.
오픈 소스 통신 프로토콜
오늘날의 산업 환경에서는 디바이스 간의 원활한 통신이 핵심이다. 오픈 소스 통신 프로토콜을 사용하면 상호 운용성과 실시간 데이터 교환이 가능하기 때문에 다양한 장비에서 원활한 운영을 보장할 수 있다.
OPC UA
OPC UA는 산업 자동화 분야에서 안전하고 신뢰할 수 있는 데이터 교환을 위한 표준 프로토콜로 부상했다. 이는 벤더에 구애받지 않는 특성과 광범위한 호환성으로 인해 상호 운용 가능한 시스템을 구축하는 데 이상적인 옵션이다.
스마트 팩토리 환경에서 OPC UA는 CNC 기계에서 환경 센서에 이르기까지 다양한 장비 간의 원활한 정보 흐름을 가능하게 하는 데이터 통신의 중추적인 역할을 수행할 수 있다.
MQTT
MQTT는 경량 설계로 산업 환경을 위한 사물 인터넷(IoT) 애플리케이션에 특히 적합하다. 이는 지연 시간이 길거나 불안정한 네트워크를 효율적으로 처리할 수 있어 원격 센서나 장비를 연결하는 데 이상적이다.
MQTT의 적용 사례로는 대규모 농업 작업에서 널리 분산된 토양 센서에서 데이터를 수집하고 전송하여 정밀한 관개 제어를 가능하게 하는 것을 들 수 있다.
다른 프로토콜
모드버스, 이더넷/IP, 이더캣(EtherCAT)과 같은 프로토콜은 본질적으로 오픈 소스는 아니지만, 산업 자동화에서 중요한 역할을 하는 오픈 소스 구현을 가지고 있다.[6],[7] 이 같은 프로토콜은 다양한 산업 장치 간의 통신을 가능하게 하여 많은 자동화 시스템의 기반을 형성한다.
오픈 소스 자동화의 미래
산업 자동화에 있어 오픈 소스의 역할은 향후 더욱 확대될 것이다. IoT와 인공 지능(AI) 기술의 발전은 오픈 소스 자동화 솔루션의 혁신을 주도하여 산업 프로세스에서 더욱 뛰어난 유연성과 지능을 제공할 것이다.
산업 자동화에서 오픈 소스 기술의 채택은 단순한 기술적 변화를 넘어 제어 및 최적화에 접근하는 산업 방식의 근본적인 변화를 의미한00다. 개방성과 협업을 수용함으로써 산업 부문은 전례 없는 혁신과 효율성의 미래를 향해 나아가고 있다.
출처
[1] https://www.rinf.tech/open-source-vs-proprietary-solutions-in-embedded-development/
[2] https://ecosystem.cumulocity.com/product/revolution-pi-core-3/
[3] https://docs.arduino.cc/hardware/opta
[4] https://www.beagleboard.org/boards/beaglebone-black
[5] https://www.olimex.com/Products/Duino/AVR/OLIMEXINO-328/open-source-hardware
[6] https://www.modbus.org/tech.php
[7] https://www.ethercat.org/default.htm
저자 소개
브랜든 루이스(Brandon Lewis)는 10년 이상 심층 기술 저널리스트, 스토리텔러, 기술 작가로 활동하며 소프트웨어 스타트업, 반도체 대기업 및 그 사이의 모든 분야를 취재해 왔다. 그의 중점 분야는 전자 시스템 통합, IoT/인더스트리 4.0 배포 및 엣지 AI 사용 사례와 관련된 임베디드 프로세서, 하드웨어, 소프트웨어 및 도구이다. 또한 팟캐스터, 유튜버, 이벤트 사회자, 컨퍼런스 발표자로도 활약하고 있으며, 다양한 전자공학 전문 간행물에서 편집장 및 기술 편집자로도 활동했다. 그 외 시간에는 TV를 통해 피닉스(Phoenix) 지역의 스포츠 프랜차이즈를 코칭하고 있다.
