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DIMA (Decentralize Intelligence for Modular Assets)- 모듈형 자동화 구현을 위한 지능형 분산제어

WAGO KOREA 김동훈 과장

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WAGO – 회사소개

▪ 1951년 독일 Minden, WAGO KontakttechnikGmbH & Co. KG 설립.

• Global WAGO Group Headquarters:Management board, centers for development, sales and administration

• WAGO 자동화 제품 생산

• 직원수> 7,537

• 9 개 Site, 8개국 에 제조 공장 운영

• 28 곳의 WAGO 자사

• 50 곳의 WAGO 공식 에이젼시 운영

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WAGO – Market Position

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인더스트리 4.0

IIoT(Industrial Internet of Things)

메이드 인 차이나 2025

= Smart Factory

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정의 „Cyber physical systems“

„ 사이버 피지컬 시스템이란, 물리적인 플랜트 모듈과 그것과 연결되는 가상적인 것들이

사물 인터넷 환경에서 서로 조합되는 것을 말한다. “

인더스트리 4.0 의요구조건

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모듈화를 통한 플랙시블 생산„Cyber physical systems“(CPS)

인더스트리 4.0 의 요구조건

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왜 모듈형의 시스템이 필요한가?

Programable Logic Controler

A B C D

▪ 다품종 생산 시설을 통한 시장 출시 시간의 단축

▪ 규모의 경제 (Economies of Scale) 아래서, 테스트된 모듈을 통한 투자 비용의 절감

▪ 소규모 생산 능력으로 시장 진입시의 투자 위험 감소

PFE *

PLC PLC

▪ *Process Control Level

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A B C D

E

PFE

▪ 개별 모듈형 시스템의 교환으로 프로세스의 신속한 적용

▪ 모듈을 프로세스 컨트롤 레벨(PFE)에 자동으로 통합

▪ 보다 효율적인 플랜트 운용을 통한 잠재적 생산 유연화

모듈형 시스템의 교환을 통한 제품 생산의유연화

왜 모듈형의 시스템이 필요한가?

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DD

A C

E

E D

PFEScale Up 대신, Numbering Up!

▪ 전체 생산 라인에 개별 모듈을 추가하여 용량 확장 용이

왜 모듈형의 시스템이 필요한가?

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A

CA CB

B

▪ 현지 시장 조건에 맞는 생산 프로세스의 신속한 적용

▪ 모듈 빌더들의 모듈 생산에 대한 노하우 보호

▪ 글로벌 마켓에서의 모듈 조달 간소화

글로벌 환경에서..

왜 모듈형의 시스템이 필요한가?

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DCBA

생산 능력의 이전

▪ 기업의 R&D 장소에서 새로운 프로세스 설계

▪ 컨테이너 구조의 플랜트 설계

▪ 추후 RT&D 장소에서 프로세스 철회

▪ 시장 중심의 생산을 달성하기 위해 전 세계 모든 생산 현장에 컨테이너 운송

왜 모듈형의 시스템이 필요한가?

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어떻게 ?

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해답은.. – DIMA- 모듈형 자동화 시스템을 위한 지능형 분산 제어

DIMA – Decentralize Intelligence for Modular Assets

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DIMA - Awards

▪ “2016년 Industry 4.0 혁신 수상” -VDE Verlag GmbH

▪ “2016 Robotics & Automation Winner“ 수상 -Food Processing

▪ “2015 ACHEMA 혁신 상”-Achema

▪ “2014 ATP Edition 수상”- ATP

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서비스 지향적 구조

생산제어

Vorlage Reaktor Filter Abfüller

DIMA Technology

DIMA의 기본 원리

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모듈형 생산 플랜트는 모듈화엔지니어링이 필요

• 개별 모듈은 각 각의 새부적인 서비스 제공 (예-프로세스 펑션 – 믹싱, 드릴링)

• 다른 모듈로의 공급을 위해 모듈들을 하나의백본에 연결

• 생산 프로세스는 사전 조립된 다양한 모듈들의조합을 통해 생성(직렬식 또는 병렬식 연결)

도전과제:

➢ 프로세스 제어 레이어 (PCL)에서 자동화 시스템의신속한 리 어셈블리 및 모델링

➢ 프로그래밍 활동의 배제 (Plug and Produce)

피더 리엑터 필터 보틀러

백본

NCO2

프로세스 제어 계층

Vorlage Reaktor Filter Abfüller

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프로세스 제어 계층은 모듈의 모든정보를 탐색할 수 있어야 한다.

스킬 디스트립션 파일의 필수 항목:

• 모듈이 제공하는 서비스에 대해 설명하고,

• 모듈의 HMI 시각화 정보를 제공하고,

• 프로세스 제어 계층과 소통해야 하며,

• 모듈정보를 문서제공 해야하고,

• 중요한 필드 장치의 매개 변수화에 대한 장비정보를 포함해야 한다. .

➢ 모듈-서비스 제공자

➢ 프로세스 제어 계층 -서비스 사용자

➢ 모든 정보를 모듈 타입 패키지에 모델링화(MTP)

스킬

디스크립션

리엑터

프로세스 제어 계층

MTP

Service user

Service provider

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DIMA & Industrie 4.0

Manifest

Resource-Manager

• “MTP 매니페스트는 "... 물리적 장치의 가상 및기능적 표현을위한 데이터 및 정보를 포함

• 모듈 컨트롤러에서 MTP를 모델링 함으로써, 리소스 관리를 실현

➢ 따라서, MTP는 Industry 4.0 관린 Shell(AAS) 로써의 기초를 형성 하고 모듈은 Industry 4.0 컴포넌트가 되어짐

➢ CP-분류= 44 (독립체, 완전한 의사소통 가능)

Administration Shell

로써의 MTP

리엑터

PFE

MTPMTP

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DIMA-OPC UA

Factoryfloor

PLC

SCADAHMI

MES

ERP클라우드• OPC UA 는 추후 공장

자동화와 프로세스자동화의 통신 표준이될 것으로 전망

• TCP/IP 기반

• Controller 독립성

• 다른 레벨간의커뮤니케이션 포함(제어 레벨, HMI , MES , 클라우드 등 )

• Industry 4.0 통신 표준

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Modul 3

Module 2

DIMA Workflow자동 생성 된 MTP

MTPMTP

1. Step:

모듈 엔지니어링

컴파일 & 로드

2. Step:

통합 엔지니어링

백본으로의 모듈 통합

백본

NCO2

ModuleModule 1 Module 3Module 2

MTP

자동적으로생성

CallMTP

PCL

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MTP Manifest

Automation ML 에서 모델화

Vgl.: Haller/Holm (2015)

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MTP Manifest

Automation ML 에서 모델화

Vgl.: Haller/Holm (2015)

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MTP Manifest

Automation ML 에서 모델화

Vgl.: Haller/Holm (2015)

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HMI Description

Automation ML 에서 모델화

Vgl.: Haller/Holm (2015)

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Service Description

Automation ML 에서 모델화

Vgl.: Haller/Holm (2015)

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Industry 4.0 에서의 DIMA

• 레이어 모델의 캡슐화

• 하나의 벨류 체인안에서 제조사와소비자를 연결

• 생산 네트워크에서 다양한 수명주기를 관찰

• 생산 시스템의 기능적 측면에 집중

• IEC 61512

• OPC-UA

• AutomationML

DIMA: INDUSTRY 4.0의 요구 사항을 충족케 하는 필수 요소

Industry 4.0

DIMA

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DIMA 시연

2016 년 11 월 뉘른베르크의 SPS-IPC 드라이브 전시회에서 DIMA 방법론 검증

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2015년 11월:DIMA 시연, SPS-IPC-Drives fair

• 하나의 백본과 4개의 모듈

• WAGO e! Cockpit 소프트웨어에서 완전 자동화를통해 MTP 생성

• AutomationML로 MTP 모델링

• OPC/UA 통신

• Copa-Data 의 DCS zenon에서 MTP 판독

• MTP 판독 후 곧바로 모듈을 사용

• Batch 툴을 이용하여 모듈 서비스의 조율 및 매개변수화

➢ 하나의 모듈 변경시 (로직 & 물리적) 2분30초 이하 소요!

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Step 1-1. 모듈 엔지니어링

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Step 1-2. MTP 생성

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Step 2. 통합 엔지니어링

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MTP – the way to the standard

✓ NAMUR 와 ZVEI 에 2015년 1월 첫 결과 제공

✓ NAMUR / ZVEI / GMA 에 7개의 Working Group

✓ 25개 이상의 회사들이 참여

Alarm management

Diagnosis / Maintenance

HMI

Archiv

Condition-basedprocess control

…

AK 2.3.1Mitglieder: ZVEI, Namur

AK 2.9.1Mitglieder: ZVEI, Namur

AK 2.6.1Mitglieder: ZVEI, Namur

Namur

MTP

Technology review

AK 1.12.1Mitglieder: ZVEI, Namur

Haller/Holm (2015)

Standardization

GMA 5.16

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참여 기업사프로세스 제어 시스템 제조사 고객사센서/엑츄에이터

UniversitätenController / Remote I/O

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DIMA 요약 및 전망

➢ 모듈 유형 패키지 (MTP) 의 도움으로 자체 인텔리전스가있는 모듈 / 장치를 설명 가능.

➢ 표준화는 NAMUR과 ZVEI에 의해 광범위하게 제공

➢ 프로토 타입 검증이 성공적으로 완료

➢ 제어 시스템 및 엔지니어링 툴에서 최초로 생산적인 MTP 인터페이스를 사용

➢ OPC UA 정보 모델에서 MTP 구조를 모델링함으로써 관리 셸의 많은 요구 사항을 실현.

➢ 관리 쉘 (디지털 트윈)은 모듈 컨트롤러의 초기 프로그래밍 중에 생성.

➢ 기존 표준에 기반한 "플러그 앤 플레이"