스마트팩토리 개론

온도·진동·전류·압력 센서의 종류, 엣지 컴퓨팅, 데이터 전송 프로토콜(MQTT, OPC-UA)을 배웁니다.

데이터는 저절로 모이지 않습니다

"IoT 센서를 붙이면 데이터가 모인다"는 말은 절반만 맞아요. 센서에서 나온 신호가 화면의 숫자가 되기까지는 네 번의 관문을 지납니다. 어느 한 곳이 끊기면 전체가 죽어요. 설비 업체와 SI 업체가 서로 책임을 미루는 지점이 대부분 이 경계선입니다.

경계마다 누가 책임지는지를 계약서에 적어두지 않으면, 나중에 "우리는 PLC까지만 합니다"라는 말을 듣게 됩니다.

수집 경로: 센서 → PLC → 게이트웨이 → 플랫폼

[센서 / 액추에이터]          Level 0~1
      │   4~20mA, 0~10V, 접점(ON/OFF), 펄스
      ▼
[PLC / 인버터 / 계측기]      Level 1~2
      │   설비 내부 메모리(레지스터)에 값이 들어 있음
      │   Modbus TCP, EtherNet/IP, PROFINET
      ▼
[게이트웨이 / 엣지 장치]     ← 프로토콜 변환 + 버퍼링 + 필터링 + 시각 동기
      │   OPC UA, MQTT(TLS)
      ▼
[MES / IoT 플랫폼]           저장 + 화면 + 알람 + 분석

게이트웨이가 하는 일을 과소평가하면 안 됩니다.

프로토콜 변환: 설비마다 말이 다릅니다. 여기서 하나로 맞춥니다.
버퍼링: 회선이 끊겨도 로컬에 쌓아뒀다가 복구되면 올려보냅니다. 이게 없으면 정전 한 번에 그날 데이터가 통째로 날아가요.
시각 동기: 설비마다 시계가 다르면 데이터를 겹쳐볼 수 없습니다. NTP로 맞춰야 해요.
필터링·집약: 원신호를 다 올리면 회선과 저장소가 못 버팁니다(아래 계산 참고).

현장에서 쓰는 센서 4종

센서	무엇을 보나	대표 용도	주의할 점
온도 (열전대 K형, RTD Pt100)	절대 온도	열처리로, 사출 배럴, 베어링 발열	열전대는 노이즈에 약함. 인버터 케이블과 같이 묶어 배선하면 값이 튐
진동 (가속도)	설비 이상 징후	모터·펌프·감속기 베어링	부착 위치와 방향을 고정해야 비교가 됩니다. 자석 부착은 고주파 성분이 손실됨
전류 (CT 클램프)	부하·가동 여부	가동률 판별, 공구 마모 추정	비침습 — 배선을 안 건드려 구형 설비에 최적. 설비 보증도 안 깨짐
압력	유압·공압 상태	프레스, 유압 유닛, 컴프레서	맥동이 심해 그대로 보면 값이 요동. 이동평균 필요

> 신규 센서를 붙일 때 설비 제조사 보증 조건을 먼저 확인하세요. 제어반을 열거나 배선을 분기하면 보증이 무효가 되는 계약이 흔합니다. CT 클램프와 광센서가 선호되는 실질적 이유예요.

통신 프로토콜 — 세 가지만 알면 됩니다

프로토콜	위치	특징	언제 쓰나
Modbus (RTU/TCP)	필드 ~ 감시	1970년대 규격. 매우 단순, 레지스터 주소 기반. 인증·암호화 없음	구형 PLC·인버터·전력량계가 거의 다 지원. 사내망 안에서
OPC UA (IEC 62541)	감시 ~ 운영	플랫폼 독립. 값에 의미(정보 모델) 가 붙음. 인증·암호화 내장	설비 ↔ MES 표준 연결. 신규 설비 발주 시 사양서에 명시하세요
MQTT	운영 ~ 클라우드	경량 발행/구독, 브로커 경유. 저대역폭·불안정 회선에 강함	원격지 공장, 다수 설비를 클라우드로

OPC UA와 MQTT는 경쟁 관계가 아닙니다

OPC UA는 "무슨 값인가" 의 문제를 풉니다. 레지스터 40001이 아니라 "3호기 배럴 2존 온도, 섭씨"라고 의미가 붙어요.
MQTT는 "어떻게 나르는가" 의 문제를 풉니다.

그래서 실제 구축에서는 겹쳐 쓰는 경우가 많습니다. 업체가 "우리는 MQTT라 OPC UA는 필요 없다"고 하면, 그럼 태그 의미는 어디에 정의되어 있는지 물어보세요. 엑셀 파일 하나로 관리하고 있다면 담당자 퇴사와 함께 사라집니다.

> Modbus를 사내망 밖으로 그대로 내보내면 안 됩니다. 인증도 암호화도 없어서 값을 읽는 것뿐 아니라 쓰는 것도 막을 수 없어요. 외부로 나갈 때는 게이트웨이에서 OPC UA나 TLS를 적용한 MQTT로 바꿔 보냅니다. 제어망과 사무망은 반드시 분리하세요.

구형 설비를 어떻게 붙이나 — 부울경 현실

중소 제조 현장 설비의 상당수는 통신 포트가 없거나 있어도 개방이 안 됩니다. 포기할 필요 없어요.

상황	붙이는 법	얻는 것
통신 포트 자체가 없음	타워램프(적·황·녹)에 광센서 부착(비접촉)	가동 / 정지 / 알람 3상태
제어반을 열 수 없음	분전반에 CT 클램프(전기 유자격자 시공)	전류 파형으로 가동·공전 구분

> 감전 주의. 분전반·제어반을 열거나 타워램프 배선에서 전압을 따는 일은 전기작업입니다. > 산업안전보건기준에 관한 규칙 제319조에 따라 원칙적으로 정전 후 시공하고, 부득이 충전전로에서 > 해야 하면 제321조에 따라 절연용 보호구·방호구를 갖춰야 해요. > 시공은 전기 유자격자가 합니다. 현장 담당자가 임의로 붙이지 마세요.

| PLC는 있으나 설비사 봉인 | 별도 IO 유닛으로 접점만 병렬 취득 | 사이클 카운트, 도어 개폐 |

| 수동 공정(용접·도장·조립) | 작업자 스캔 + 위치 태그 | 시작·종료 시각, 작업자 |

타워램프 3상태만 모아도 시간가동률이 나옵니다. 여기서 시작하는 게 정석이에요. 몇만 원짜리 센서가 몇천만 원짜리 컨설팅보다 먼저 값을 합니다.

조선기자재·야외 작업 현장의 추가 변수

블록·의장품 작업은 위치가 계속 바뀝니다. 유선 배선이 불가능해 LTE 게이트웨이나 배터리형 무선 센서가 현실적이에요.
도장·용접 구간은 분진과 스패터로 광센서가 자주 죽습니다. 보호 커버와 교체 주기를 처음부터 계획에 넣으세요.
사외 협력사 작업분은 우리 망에 못 들어옵니다. 이 구간은 스캔 기반 실적 입력으로 끊어서 설계합니다.

왜 엣지에서 걸러야 하는가 — 용량 계산

진동 센서 1대를 1kHz로 샘플링, 값 하나에 4바이트

  1초  = 1,000 × 4 = 4,000 B  ≈ 4 KB/s
  하루 = 4 KB × 86,400초       ≈ 340 MB/일 (센서 1대)
  설비 20대                    ≈ 6.8 GB/일 → 월 200 GB 이상

→ 원파형을 전부 서버로 보내면 회선도 저장소도 못 버팁니다.

엣지에서 특징값만 뽑으면 (RMS, 피크, 첨도, 주요 주파수 등 1초 간격 20바이트)

  하루 = 20 B × 86,400        ≈ 1.7 MB/일 (센서 1대)
  설비 20대                    ≈ 34 MB/일

  → 약 200분의 1

원파형은 이상이 감지된 구간만 남기고 나머지는 특징값으로 축약하는 게 표준 설계입니다. "일단 다 쌓고 나중에 보자"는 비용도 크고, 실제로는 나중에도 안 봅니다.

데이터만 쌓고 안 보는 함정

수집을 시작한 회사에서 6개월쯤 뒤 자주 보이는 상태를 예로 들면 이렇습니다. (아래 숫자는 특정 조사값이 아니라 규모감을 보여주기 위한 예시입니다.)

태그 3,000개를 수집 중인데, 정작 매일 보는 화면은 없음
대시보드가 40개인데 접속 로그는 주 1회 미만
알람이 하루 200건 울려서 아무도 안 봄 (경보 피로)

판별법은 하나예요. 주간 생산회의 안건에 시스템 숫자가 올라오지 않으면 그 시스템은 죽은 겁니다.

지표를 3개로 줄이고, 그 3개를 회의 첫 화면으로 고정하세요.
알람은 조치 담당자와 조치 방법이 붙은 것만 남깁니다. 조치할 수 없는 알람은 소음입니다.
태그는 처음부터 다 붙이지 말고, 개선 과제 하나당 필요한 태그만 붙이세요.

구축 전 체크리스트

이 데이터로 어떤 판단을 할 것인지 한 문장으로 적었나
설비 보증 조건상 배선·제어반 접근이 가능한가
게이트웨이에 버퍼링과 시각 동기(NTP) 가 있나
제어망과 사무망이 분리되어 있나
태그 이름 규칙과 의미 정의를 문서로 남기나
하루 발생 데이터 용량과 3년치 저장 비용을 계산했나
센서 고장 시 누가 언제까지 교체하나 (센서도 소모품입니다)

🎯 학습 목표

📚 경력 학습 콘텐츠