IEC61499 스마트 그리드 어플리케이션을 위한 POWERLINK

[월간 무인화기술 1월호]

<Application Report>

 

IEC61499 스마트 그리드 어플b리케이션을 위한 POWERLINK

자료제공 B&R

 

 

오스트리아 기술 연구소 AIT(Austrian Institute of Technology)의 에너지 부서에서는 스마트 그리드의 지능형 전원공급을 위한 자동화 콘셉트를 개발하여, 에너지 산업의 미래를 위해 노력하고 있다. 이러한 분산 아키텍처에는 IEC61499 오픈소스 제어 시스템 접근 방법이 가장 적합하다. 그 표준에는 이미 POWERLINK가 마스터 및 슬레이브 노드의 Service Interface Function Blocks(SIFBs)로 포함되어, 스마트 그리드 응용분야에 있어 이더넷 실시간 데이터 통신을 위한 표준이 되고 있다.

화석 에너지원은 줄어들고 그것의 연소로 지구 온난화와 같은 문제가 발생함에 따라 세계 에너지 공급의 미래는 재사용이 가능한 공급원을 개발하는 우리의 능력에 달려있다. 이들 중 일부, 특히 광전지 컨버터와 풍력 발전소는 자연력에 따라 달라지므로, 기존 전통적 형태보다 덜 규칙적으로 전기를 공급한다.  결과적으로, 더 다양하고 더 나은 에너지 저장 방법이 요구된다. 추가적으로, 빌딩과 같은 시설들은 더 이상 에너지 효율적일뿐만 아니라, 그 중 일부는 특정 시간에 다른 곳에 전기를 공급하기도 해야 한다.

 

스마트 그리드는 필수이다
이 다각적인 전력발전 및 소비 모델은 하나의 큰 공급업체와 다수의 작은 소비자를 갖춘 기존의 직관적인 방식과 대조된다. 따라서 에너지가 하나 이상의 방향으로 흐를 수 있어야 한다는 점에서 기존 라인들과 다른 분배 네트워크가 필요하다. 이것은 스마트 그리드가 전력원, 저장설비 및 소비자로부터 획득 및 교환된 정보에 반응할 수 있어야 함을 의미한다.

대륙 규모의 스마트 그리드 개발과 같은 과제는 지역적으로 해결될 수 없으므로, 유럽 연합(EU)은 Strategic Energy Technology(SET) Plan 내에 European Electricity Grid Initiative(EEGI)를 진수했다. 사업 활동은 International Smart Grid Action Network(ISGAN)와 European Energy Research Alliance(EERA)에 스마트 그리드 전문 기술을 제공하는 AIT(Austrian Institute of Technology)의 에너지 부서에서 관리된다.

 

개방형 표준이 필수적이다
“우리가 직면하고 있는 과제 중 하나는 파워 그리드의 이기종적인 하드웨어 구조입니다”라고 Dr. Thomas Strasser는 말한다.  2010년 말부터, Strasser(기계공학 배경의 과학자)는 전력 분배 알고리즘뿐만 아니라 스마트 그리드 요소 및 시스템을 위한 범용 실험실 규모의 테스트 및 시뮬레이션 환경의 설치와 관련된 프로젝트를 관리하고 있다. 차후 2012년에 완료되면, 이 연구소는 루프 에뮬레이션 및 포팅 시스템에서 하드웨어 시뮬레이션의 모든 개발단계에 걸친 전력 분배 전략구현의 검증 및 최적화에 사용될 것이다.  “IT기반의 에너지 분배 제어 구현은 기존 로컬 시스템과의 상호작용이 필요하고 장기간의 안정성 및 적응력을 필요로 하므로, 독점적 제어 메커니즘 및 통신 프로토콜은 불가능합니다. POWERLINK과 같은 오픈 솔루션이 우리의 통신 백본을 위한 선택일 것입니다.”

비엔나에 있는 과학자들이 사용한 IT기반 에너지 분배 시스템 구현전략은 국제 IEC 61499 표준을 기반으로 하고 있다. 이 표준은 하드웨어와 무관한, 휴대용 제어 어플리케이션 개발을 목표로 하고, 이미 보급된 제어 시스템을 위한 보편적 유효 모델을 정의하여, 오래된 표준에서의 사이클적 실행 모델을 펑션블록을 사용한 객체 지향적 접근방식의 이벤트 트리거 버전으로 바꾼다.  분산 어플리케이션을 위한 IEC61499 표준 기반 오픈 소스 컨트롤 시스템인 4DIAC(Framework for Distributed Industrial Automation & Control: 분산 산업 자동화 및 제어를 위한 프레임 워크) 내에서, 그들은 엔지니어링 및 런타임 환경을 구현하고 있다.

 

토폴로지와 무관한 통신
분산 아키텍처에서 제어 시스템 CPU와 원격 I/O 장치간의 통신을 하기 위해 신속하고 다양한 프로토콜이 필요하다.
“

우리는 이런 보급된 표준이 꽤 오랫동안 지속되기를 바라기 때문에 이더넷의 산업용 버전을 봐 왔습니다. 우리의 주된 고려사항은 유형학(typological)적 제약으로부터의 완전한 독립, 직접적 크로스 커뮤니케이션 및 오픈 소스의 가용성입니다”라고 구현담당 전기 자동화 엔지니어인 Filip Andren MSc가 말했다. 또 다른 고려사항은 시판되는 이더넷 하드웨어에서 작동되는 실시간 프로토콜에 대한 요구이다. 

과학자들은 산업 어플리케이션에서 사용되는 경쟁 프로토콜을 검토하여, 이러한 모든 요구사항을 충족시키는 단 하나의 시스템을 찾았다.  “대부분의 산업용 이더넷 시스템들은 오픈 소스로 전혀 사용될 수 없습니다. POWERLINK는 유일하게 오픈 소스 구현이 소스 코드의 형태로 작성되었고 또한 BSD3(Berkeley Software Distribution) 라이센스로 사용될 수 있어, 시스템 설계자들에게 완전한 자유를 줌과 동시에 그들의 어플리케이션 전문성도 보호합니다”라고 Thomas Strasser는 말한다. 이 외에도, 장기간 구동 시스템에서 특허에 대한 고려는 시간이 지남에 따라 더 중요할 수 있다.

 

“POWERLINK와 같은 오픈 솔루션은 우리의
통신 백본을 위한 선택일 것입니다.".”
- Senior Scientist Dr. Thomas Strasser-

 

 

POWERLINK 는 스마트 그리드 표준이다
POWERLINK는 그 개방성으로 인해 미래가 보장될 뿐 아니라, 4DIAC과 같은 분산형 제어 시스템 아키텍처에서 원격 I/O 유닛과의 통신에 적합하다.  마스터 및 슬레이브 노드, 그리고 시간 및 이벤트적 프로세스간의 전환에 대해 개체 클래스를 도입하는 것만으로, Filip Andren과 Thomas Strasse는 IEC 61499에 따라 오픈 제어 시스템과 전체 통합을 달성했다. 과학자들은 POWERLINK 대신 Service Interface Function Blocks(SIFBs) 통신을 사용하여, 소프트웨어 자체를 수정하지 않고 다양한 하드웨어에 쉽고 신속하게 적용될 수 있는 통신 환경을 만들었다.

2012년 하반기에, SIFBs 는 오픈 소스 구현으로 공표될 것이고 4DIAC 에 통합될 것이다. 다른 것들 중에서 이것은 MAS(Multi Agent System) 그리드라는 프로젝트의 기초가 될 것이고, 거기서 분산 로컬 시스템은 중앙 지능형 제어 시스템 없이도 협업될 수 있다. POWERLINK 는 지능형 전력 분배 네트워크에서 고급 데이터 통신을 위한 유일한 IEC61499 규격 표준이 될 것이다.