한국-핀란드간 5G 기반 스마트 공장 실시간 원격제어 성공

로봇신문은 한국로봇산업진흥원과 공동으로 26일 코엑스 컨퍼런스룸 316호에서 ’2022년 제1회 로봇+(플러스) 세미나‘를 개최했다.

26일 열린 세미나에선 박종현 한국전자통신연구원(ETRI) 책임연구원이 ‘ 스마트팩토리 전개와 유망 서비스’, 신재승 한국전자통신연구원(ETRI) 통신미디어연구소 셀룰러사물인터넷연구실장이 ‘5G 기반 스마트공장 실시간 원격제어 성공 사례’를 주제로 발표했다.

이번 세미나는 로봇신문 유튜브 채널인 로봇플러스TV를 통해 방송될 예정이다. 신재승 ETRI 통신미디어연구소 셀룰러사물인터넷연구실장의 발표 내용을 간추려 소개한다.

▲ 신재승 ETRI 통신미디어연구소 셀룰러사물인터넷연구실장

◆ 한국-핀란드 스마트공장 실시간 원격제어 성공 사례(신재승 한국전자통신연구원 통신미디어연구소 셀룰러사물인터넷연구실장)

이번 발표에선 ETRI가 진행해온 5G 기반 스마트공장 관련 과제(2017년~2021년) 내용 가운데 산업용 사물인터넷(IIoT) 시스템 개발 및 서비스 시연 관련 내용을 소개하려 한다. 

ETRI는 자체적으로 3단계의 5G 스마트공장 진화 모델(로컬 스마트 팩토리→리모트 컨트롤(Remote Control) 기반의 버추얼 스마트 팩토리→실제 무선 팩토리(Real Wireless Factory)를 수립하고, 각 단계에 맞는 시스템 개발, 서비스 검증 및 선도기술 개발을 진행해 왔다.

▲ 스마트 팩토리의 진화 방향

이번 발표에선 1, 2단계의 공장 모델을 위한 시스템 개발 및 서비스 검증 내용을 소개한다. 1단계 로컬 스마트 팩트리(Local Smart Factory) 구현을 위해서는 3GPP의 요구 성능을 넘어서는 무선 구간 단방향 전송 지연 0.5ms 이내, 전송 오류율 10-6 이하 신뢰도를 기반으로 왕복 서비스 지연 3ms 이내의 IIoT 시스템을 개발해 공장 내에서 초당 300회 이상으로 제어/감시가 필요한 설비의 무선 연결이 가능하다는 것을 검증했다.

▲ETRI는 5G 기반 산업용 IoT 시스템을 개발했다.

2단계 리모트 콘트롤(Remote Control) 기반의 버추얼 팩토리(Virtual Factory) 구현을 위해서는 대전 ETRI 관제센터와 ‘경산 모델 팩토리(Model Factory)’에 5G 기반 IIoT 시스템을 구축하고, 이를 코렌(KOREN)을 활용한 선로 길이 280km의 저지연ㆍ고신뢰 유선 네트워크로 연결했다. 대전-경산 최종단간 10ms 이내의 왕복 서비스 지연을 보장함으로써, (공장 환경에서 10ms이내의 왕복 서비스 지연을 요구하는) 기존 5G 스마트공장 실증 사업의 서비스들을 원격지에서도 자유롭게 이용할 수 있는 환경을 제공했다.

이를 통해 원격지에서의 실시간 설비 모션 제어, 원격제조 로봇제어, 원격제어 패널(control panel)을 통한 설비 조작 및 상태 감시, 원격 VR 기반 HMI를 통한 공정 감시 및 원격 센서 정보를 통한 공정 감시 서비스 등을 검증했다. 또한 원격 관제센터를 해외로 확장하여, 핀란드 오울루(Oulu) 대학에 원격 관제센터를 구축하고, 대전 및 오울루대학의 원격 관제센터와 경산 팩토리 간에 다중 원격 합동 제어/감시 서비스를 시연함으로써, 미래형 원격 가상 공장의 실현 가능성을 제시했다.

보다 구체적으로 살펴보면 ETRI는 핀란드 오울루대학의 5G 시험망과 국내 시험망(KOREN)을 이용해 경북 경산시 하양읍에 위치한 한국생산기술 연구원 스마트공장과 연결했다.

▲ 오울루대학과 원격 시연 장면

시연에서는 하나의 공장을 국내외 각국에서 독립적으로 관제하는 새로운 원격제조 다원화 서비스를 선보였다. ETRI 관제센터에서는 ▲원격 생산관리시스템(MES) 운영 및 주문 ▲원격 스카다(SCADA) 제어패널을 통한 실시간 설비 제어 및 상태 감시 서비스 등을 선보였다. 오울루 관제센터에서는 ▲모바일 제조 로봇의 원격제어 및 상태 감시 ▲가상현실(VR) 장비를 이용한 원격 제조공정 관제 ▲협대역 사물인터넷(NB-IoT) 기반 무선 센서 데이터 수집을 통한 원격 제조공정 감시 등을 시연했다. 특히, 1만 km가 넘는 유선 네트워크를 연결하면서도 국내에서는 0.01초 이내, 해외에서는 0.3초 이내의 왕복 지연으로 실시간 원격제어 및 감시 서비스 시연에 성공했다는 점이 의미가 크다. 이번 시연으로 안정적인 통신 품질을 기반으로 원격 스마트제조 서비스의 가능성이 높아지면서 제조·생산 분야의 국가 간 공유·협력이 활성화될 전망이다.

결론적으로 5G 기반 스마트 공장은 로컬 스마트공장에서 향후 리모트 컨트롤 기반의 가상 스마트 공장으로 진화할 전망이다. ETRI는 5G 기반 스마트 공장 관련 과제를 통해 공장안에서 무선이지만 유선으로 연결된 것과 근접한, 그리고 원격지지만 마치 공장 안에서와 같은 실시간 제어/ 감시가 가능한 산업용 사물인터넷 시스템을 개발하고 서비스를 검증했다. 앞으로 국내외를 잇는 다중 & 합동 실시간 원격 관제센터 운영으로 확대하고, 이를 통해 미래형 가상 스마트 공장의 가능성을 제시했다.