산업 자동화 및 제어 시스템에서 산업 통신 프로토콜은 필수적인 역할을 합니다. 공장, 발전소, 물류 센터 등 다양한 산업 현장에서 PLC(Programmable Logic Controller), 센서, 모터 드라이브, SCADA 시스템 등의 장비가 서로 데이터를 주고받기 위해 산업용 네트워크 프로토콜을 사용합니다.
이번 글에서는 대표적인 산업 통신 프로토콜의 종류와 예시를 정리해보겠습니다.
1. 산업 통신 프로토콜이란?
산업 통신 프로토콜(Industrial Communication Protocol)은 공장에서 사용되는 기기들이 데이터를 주고받을 수 있도록 정의된 통신 규약입니다.
이를 통해 센서, 컨트롤러(PLC), 로봇, 컴퓨터(PC, HMI), SCADA 시스템 등이 효율적으로 데이터를 교환하고 제어할 수 있습니다.
🛠 산업 통신 프로토콜의 주요 역할:
- 실시간 데이터 교환 (센서, 모터, 로봇 등)
- 자동화 시스템 간 네트워크 연결
- 원격 모니터링 및 제어 (SCADA, HMI)
- 데이터 로깅 및 분석
산업 통신 프로토콜은 크게 시리얼 통신 기반, 이더넷 기반, 무선 기반으로 구분할 수 있습니다.
2. 산업 통신 프로토콜의 주요 종류 및 예시
1) 시리얼 통신 기반 프로토콜
과거부터 사용된 가장 기본적인 통신 방식으로, RS-232, RS-485 같은 물리적 인터페이스를 기반으로 합니다.
🔹 Modbus (모드버스)
- 설명: 1979년 Modicon(현재 슈나이더 일렉트릭)에서 개발한 개방형 프로토콜
- 물리 계층: RS-232, RS-485, TCP/IP
- 용도: PLC, 센서, HMI, SCADA 시스템 연결
- 예시: Modbus RTU(RS-485 기반), Modbus TCP(TCP/IP 기반)
🔹 Profibus (프로피버스)
- 설명: Siemens에서 개발한 산업용 필드버스 프로토콜
- 물리 계층: RS-485 기반 (DP 방식), 광섬유 및 이더넷 지원
- 용도: PLC와 센서, 액추에이터 간 데이터 전송
- 예시: Profibus DP (분산형 I/O), Profibus PA (공정 자동화)
🔹 CAN (Controller Area Network)
- 설명: 자동차 및 산업용 장비에서 사용되는 네트워크 프로토콜
- 물리 계층: CAN 버스(2선식)
- 용도: 자동차, 로봇, 공장 자동화 시스템
- 예시: CANopen(산업 자동화), DeviceNet(로크웰 자동화)
2) 이더넷 기반 산업 프로토콜
빠른 속도와 네트워크 확장성을 갖춘 프로토콜로, 최근에는 많은 산업용 네트워크가 이더넷 기반 프로토콜을 사용하고 있습니다.
🔹 EtherNet/IP
- 설명: Rockwell Automation에서 개발한 산업용 이더넷 프로토콜
- 물리 계층: TCP/IP 기반
- 용도: PLC, 모션 컨트롤러, HMI 연결
- 특징: CIP(Common Industrial Protocol) 사용
🔹 PROFINET
- 설명: Siemens에서 개발한 이더넷 기반 산업 네트워크
- 물리 계층: Ethernet (TCP/IP)
- 용도: PLC, 드라이브, 로봇 시스템
- 특징: 실시간 통신 가능 (RT, IRT 모드 지원)
🔹 EtherCAT
- 설명: Beckhoff에서 개발한 고속 산업용 이더넷 프로토콜
- 물리 계층: Ethernet (TCP/IP)
- 용도: 로봇, CNC 기계, 서보 드라이브 제어
- 특징: 하드 실시간 성능 지원
🔹 CC-Link IE
- 설명: Mitsubishi에서 개발한 산업용 이더넷 프로토콜
- 물리 계층: Ethernet (TCP/IP)
- 용도: PLC, 모션 컨트롤, 로봇 제어
3) 무선 기반 산업 프로토콜
최근에는 공장 자동화 및 스마트 팩토리 도입으로 인해 무선(Wireless) 프로토콜도 많이 사용됩니다.
🔹 WirelessHART
- 설명: 기존 HART 프로토콜을 무선으로 확장한 프로토콜
- 물리 계층: IEEE 802.15.4 (2.4GHz)
- 용도: 원격 센서 네트워크 (온도, 압력, 유량 센서 등)
🔹 Zigbee
- 설명: 저전력, 저속 데이터 전송을 위한 무선 네트워크 프로토콜
- 물리 계층: IEEE 802.15.4
- 용도: 산업용 센서 네트워크, 스마트 빌딩 자동화
🔹 Wi-Fi (Industrial IoT)
- 설명: 공장 자동화 및 IoT(사물인터넷)에서 사용
- 물리 계층: IEEE 802.11 (Wi-Fi)
- 용도: 공장 모니터링, 원격 제어
3. 산업 통신 프로토콜 비교표
| 프로토콜 | 물리 계층 | 특징 | 주요 활용 분야 |
|---|---|---|---|
| Modbus RTU | RS-485 | 간단한 프로토콜, 광범위한 호환성 | PLC, 센서, SCADA |
| Modbus TCP | Ethernet | 빠른 속도, TCP/IP 기반 | 공장 자동화, HMI |
| Profibus DP | RS-485 | 빠른 응답 속도, PLC 간 통신 | 공장 자동화 |
| EtherNet/IP | Ethernet | CIP 프로토콜 사용, PLC/HMI 연동 | 로크웰 자동화 시스템 |
| PROFINET | Ethernet | Siemens PLC와 호환, 실시간 지원 | 산업 자동화, 로봇 |
| EtherCAT | Ethernet | 초고속, 실시간 동기화 가능 | 모션 컨트롤, CNC |
| CANopen | CAN | 자동차 및 산업 제어 | 자동차, 로봇 |
| DeviceNet | CAN | Rockwell 기반 CAN 프로토콜 | 공장 자동화 |
| WirelessHART | 2.4GHz | 무선 센서 네트워크 | 원격 모니터링 |
| Zigbee | 2.4GHz | 저전력, 짧은 거리 통신 | 스마트 공장, IoT |
4. 결론
산업 자동화에서는 다양한 통신 프로토콜이 사용되며, 선택할 때는 속도, 신뢰성, 확장성 등을 고려해야 합니다.
- 시리얼 기반 (Modbus, Profibus) → 간단한 센서 및 기기 연결
- 이더넷 기반 (PROFINET, EtherCAT) → 고속 데이터 통신 및 실시간 제어
- 무선 기반 (WirelessHART, Zigbee, Wi-Fi) → 원격 센서 네트워크 및 IoT 시스템
산업 환경에 맞는 적절한 프로토콜을 선택하는 것이 자동화 시스템의 성능을 극대화하는 핵심 요소입니다. 🚀