IT Solutions/IoT

사물인터넷(IoT)과 함께 하면 제조산업도 더욱 스마트해집니다

2015.05.06 10:29

현대인의 필수품인 '스마트폰', 여러분은 스마트폰으로 주로 무엇을 하시나요? 


요즘 많은 사람들이 체중계와 스마트폰을 연결하여 체중을 측정하며 다이어트를 하기도 하고, 스마트폰은 가방에 넣어둔 채 손목의 스마트워치로 메시지를 확인하거나 음악을 듣기도 합니다.   


이와 같은 제품들을 우리는 사물인터넷(Internet of Things) 제품이라고 부르는데요. 사물인터넷은 점점 하나의 사물에 국한되는 것이 아니라 여러 사물들을 연결하여 새로운 서비스를 제공하는 쪽으로 진화하고 있습니다. 그 중에서도 오늘은 사물인터넷의 파급 효과가 가장 클 것이라고 예측되는 제조 산업 분야에서의 사물인터넷 서비스에 대해 생각해 보겠습니다.   


기술이 발전하고 기존의 산업 환경이 크게 변화할 때, 우리는 이를 '산업 혁명'이라고 부릅니다. 전 세계적으로 제조업이 가장 발전한 독일에서는 현재 제4차 산업 혁명(Industry 4.0)을 선언하고 제조업의 부흥을 꾀하고 있기도 하죠.

<산업 혁명의 역사적 흐름 (출처: 'Industry 4.0과 제조업 창조 경제 전략', 한국정보화진흥원, 2014. 5. 30)>


‘Industry 4.0’ 이란, 18세기 말 기계식 생산 설비의 도입에 따른 1차 산업 혁명, 20세기 초 컨베이어 벨트와 같은 전기 동력에 의한 대량 생산 체계를 도입한 2차 산업 혁명, 1970년대 부분 자동화가 도입된 3차 산업 혁명에서 이어지는 것인데요. 사물인터넷의 도입으로 기계와 사람이 인터넷으로 상호 연결되는 생산 패러다임을 말합니다.


앞서 언급한 독일뿐만 아니라 미국에서도 비슷한 개념인 ‘Advanced Manufacturing 2.0’이라는 이름으로 혁신을 주도하고 있는데요. 우리나라 또한 ‘제조업 혁신 3.0’ 전략으로 제조업과 IT 융합을 통해 제조업의 경쟁력을 획기적으로 업그레이드하고 신산업, 혁신형 투자 및 수출 확대 등을 통해 경제 전반의 활력을 제고하려는 정책을 펼치고 있습니다.


LG CNS는 이러한 'Industry 4.0' 시대의 '제조업 혁신 3.0'을 지원하는 솔루션으로 'Smart Factory 2.0'을 제공하고 있습니다. 기존의 Smart Factory 1.0은 MES(Manufacturing Enterprise System) 중심의 생산 자동화에 중점을 두는 솔루션이었는데요. Smart Factory 2.0은 사물인터넷 및 빅데이터 기반의 예측 기술을 활용하여 생산 영역에서 에너지, 안전, 환경, 보안 등 생산에 직간접적으로 영향을 주는 영역으로 확장하여 서비스를 제공합니다.   

 

제조업에서 사물인터넷을 활용한 다양한 서비스 모델이 있겠지만, 여기서는 LG CNS의 시스템 구축 사례를 중심으로 산업 안전과 에너지 관리 서비스에 대해 살펴보겠습니다. 


1) 산업 안전 서비스 모델


우선 산업 안전 서비스 모델을 살펴보겠습니다.

산업 안전은 인명과 직결되는 중요한 문제이므로 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 고용노동부의 통계에 따르면 해마다 산업 재해는 끊임없이 발생하고 있고, '13년에도 산업 재해로 1,929명이 사망했다고 하는데요. 일부 공장 등지에서는 기계에 문제가 발생하면 알람이 작동하기도 하지만, 그 위치나 원인을 식별하는데 장시간이 소요되어 골든 타임을 놓치는 경우가 많습니다.


또한 사고를 예방하기 위해 기기를 점검하더라도 점검 결과가 문서로만 관리되고 데이터로 축적되지 않아 추적 점검이 어려운 실정입니다. 따라서 산업 재해를 미리 방지하기 위해서는 안전 교육, 사고 대책반 구성 등 관리적인 대책과 함께 사물인터넷 기술을 적용한 '관제 → 대응 → 예방' 체계를 구축하는 것이 필요합니다. 


즉 안전 장비에 사물인터넷 센서를 부착하여 미착용 작업자는 접근을 통제하고, 유해 물질이나 위험 지역의 기계/환경 상태를 실시간으로 전송하여 중앙에서 모니터링하면서 사고를 미연에 방지하는 것이죠. 사고 발생 시에는 CCTV 등으로 현장을 확인하여 신속하게 위치를 알려 주고, 작업자에게 빠르게 상황을 전파하여 효과적으로 대응할 수 있도록 하는 것입니다. 

<사물인터넷을 활용한 산업안전 서비스 예시>


LG CNS는 LG계열사의 기존 제조업 공장에 공장 별로 개별 구축되어 있던 소방/안전 시스템, Gas/Chemical 공급 시스템, 각종 감지기를 통합하여 모니터링하는 시스템을 구축하였습니다. 이 시스템을 통해 시스템 장애 발생 시 1~2일 정도 걸리던 조치 시간이 5~30분 이내로 단축되었는데요. 또한 원격으로도 현장과 협업하여 전문가의 조치가 가능한 환경을 만들었습니다.  


2) 에너지 관리 서비스 모델

다음으로 살펴볼 것은 에너지 관리 서비스 모델입니다.

<부문별 에너지 소비량 (출처: 에너지관리공단, 2014 에너지통계 핸드북)> 


제조업은 에너지 문제의 중심에 서 있다고 해도 과언이 아닙니다. 국내의 상황을 봐도 전체 에너지 소비의 50% 이상을 생산 부문이 차지하고 있으며, 에너지를 마구 쓰면서도 절감 투자는 점점 줄어들고 있다는 질타의 목소리도 늘어나고 있습니다. 또한 탄소 배출권 규제가 시행되면서 이제 에너지 절감은 도덕적 책임뿐만 아니라 생존의 문제가 되었습니다. 


물론 지금까지도 에너지 소비를 모니터링하거나 최대 수요 전력 제어기(Demand Controller) 등을 통해 최대 수요를 관리하는 등의 소극적인 대응은 있어 왔습니다. 하지만 직접적으로 전력 소비를 통제하지 않는다면 절감에는 한계가 있을 수밖에 없습니다. 또한 소비원의 직접 제어는 아직까지는 실시간 최적화가 미흡하고 중앙 통제 시스템을 100% 신뢰할 수 없기 때문에 위험성이 상존하는 것은 사실입니다. 


그래서 지금부터는 더 적극적인 에너지 절감 방안으로 'ESS(Energy Storage System) 활용'에 대해 이야기해 보려고 합니다.


탄소 발생을 줄이기 위해서는 석탄, 석유 등의 화석 연료 대신 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지로 대체하려는 노력이 우선시되어야 합니다. 그러나 발전원을 신재생 에너지로 대체할 경우, 기상 조건에 따라 변화하는 발전량을 제어하는 것이 불가능하죠. 따라서 저장 장치를 활용하여 에너지를 안정적으로 공급해야 합니다.


ESS는 에너지를 저장했다가 필요할 때 사용할 수 있게 해 주는 장치입니다. 충/방전이 빠르고, 자유로운 ESS의 특성상 피크(Peak) 발생이 예상되는 경우, 즉시 방전이 가능하여 ESS로부터 전력을 공급함으로써 기존의 데이터센터처럼 설비를 차단하지 않고도 피크를 제어할 수 있습니다. 


<사물인터넷을 활용한 에너지 관리 서비스 예시>


또한 최대 부하와 경부하 시 전기 요금에 차이가 있는 산업용 요금의 특성을 이용하여 경부하 시 ESS에 전력을 저장하였다가 최대 부하 시 저장된 전력을 사용할 수도 있는데요. 그 결과 같은 양의 에너지를 사용하더라도 비용을 절감할 수 있습니다. 이와 더불어 소비량을 계측하여 사용 현황을 모니터링하고 소비 패턴을 분석/예측하여 불필요한 소비원을 차단함으로써 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있습니다.


LG화학 공장에서는 리튬 이온 배터리 기반의 ESS를 설치하고 LG CNS의 'EMS(Energy Management System)'을 통하여 소비 현황에 따라 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 충/방전을 스케줄링하여 운영함으로써 전력 요금을 절감하고 있습니다.

 

앞서 설명한 서비스들을 보면 공통적으로 공급 설비나 생산 설비 등 상호 연결된 사물에서 데이터를 수집, 저장하여 체계/분석화하고 이를 공유하여 활용하는 체계가 필요하다는 것을 알 수 있습니다. 


다양하고 많은 디바이스를 연결하기 위하여 다양한 프로토콜을 지원하고, 수많은 데이터를 저장하여 실시간으로 분석할 수 있어야 하는데요. 이렇듯 '디바이스를 쉽게 연결하여 사물인터넷을 서비스화해 주는 플랫폼'을 우리는 '사물인터넷 서비스 플랫폼'으로 정의합니다. 

<Smart Green Platform(SGP) 구성>


LG CNS는 2010년부터 약 5년간의 연구 개발을 통하여 다양한 디바이스/시스템과 쉽게 연계하고, 고객의 요구 사항에 따라 다양한 서비스를 조합하거나 추가 개발이 용이한 ‘SGP(Smart Green Platform)’를 개발하였습니다. 안전과 에너지 관리뿐만 아니라 빌딩 관리, 디지털 사이니지, 누수 감지 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 10개 단위 솔루션을 개발한 것인데요. 이는 현재 50여 곳의 사이트에 설치되어 운영되고 있습니다.


지금까지 제조업에 적용될 수 있는 사물인터넷 서비스 사례들을 살펴보았습니다. LG CNS는 위에서 소개한 산업 안전, 에너지 관리 외에도 플랫폼을 기반으로 하는 다양한 서비스를 구현할 수 있도록 지원하고 있는데요. 사물인터넷 기술로 더욱 똑똑해진 공장에서 우리의 삶을 더욱 풍요롭게 할 다양한 제품들이 쏟아져 나오기를 기대해 봅니다.  


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글 ㅣ LG CNS 스마트그린솔루션연구소



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Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS
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