NI, CompactDAQ

USB로 간편해진 모듈형 데이터 수집 시스템

데이터 수집에 있어 펜과 종이를 이용하던 시대를 거쳐 산업화 이후에는 많은 자동화 장비가 등장했다. 가령 70년대의 독립형 레코더를 거쳐, 80년대에는 PC와 GPIB 통신을 통해 컴퓨터와 계측기가 연동된 시스템이 주류로 등장했다. 본격적인 PC 기반의 데이터 수집 시스템은 1990년대에 사용되기 시작했으며 단순한 데이터 수집뿐만 아니라 분석 등 다양한 용도로 활용되기에 이르렀다.‘데이터 수집’이라는 말이 정확히 어떤 의미일까? 데이터 수집이라는 말 자체가 너무 포괄적이어서 그 개념을 말로 쉽게 표현하기에는 어려움이 있다. 따라서 엔지니어들은 나름대로 그 정의를 내리고 있다. 참고로 Control Engineering지에 따르면 데이터 수집이란 ‘아날로그 및 디지털 신호를 자동화된 환경에서 수집하고 수집된 정보를 용도에 맞게 활용하는 행위’라고 설명하고 있다. 이는 오늘날 데이터를 수집하는 단계는 물론, 이를 활용하는 범위까지가 산업에서 통상적으로 의미하는 것임을 알 수 있다. 또한 데이터 수집의 범주를 실험/설계 분야, 생산라인 테스트 분야, 프로세스 제어 분야로 나누고 있다.쪾 실험/설계 분야 - 모델을 평가하기 위해 실제 신호 측정쪾 생산라인 테스트 분야 - 고속, 고정밀 혼합신호 입출력쪾 프로세스 제어 분야 - SCADA의 일부, 원격 측정, 높은 신뢰성실제로 데이터 수집의 영역은 큰 범주이기 때문에 여러 계측기 제조업체들은 시장의 요구상황에 맞는 다양한 제품들을 공급해 왔다(그림 2a). 보통 PC 기반의 데이터 수집 시스템을 이야기할 경우 일반적으로 저속에서는 DMM 기반 DAQ 시스템을, 프로세서 제어에서는 PLC를 사용하고 있다. 그러나 PLC의 경우 아날로그보다 디지털에 주안을 두는 구조이므로 빠른 샘플링의 대응에는 적절치 못한 단점이 있다. PC에 삽입하는 데이터 수집 보드 형태의 솔루션도 있지만 측정 종류에 따라 PC를 열어 새로운 보드를 갈아 끼워야 하는 결속 문제의 불편함이 있다. 따라서 최근에는 PC 기반의 속성을 유지하면서도 보다 사용이 편리하고, 다양성과 확장성을 갖춘 데이터 수집 시스템을 위한 다른 방법들이 모색되고 있다.한편, 사용자들은 데이터 수집을 위한 시스템이 갖춰야 할 조건으로서 PC와 연결이 용이한 시스템, 빠르고 넉넉한 샘플링 속도, 절연 및 안전기능을 필요로 한다. 또한 하나의 장치가 정적인 신호뿐 아니라 다이내믹한 측정이 가능하고, 채널을 확장할 수 있고 대상에 맞는 다양한 측정 센서의 활용이 가능한 제품을 원하고 있다. 이밖에도 소프트웨어로 원하는 기능을 업그레이드 할 수 있는 탄력적인 기능과 강력한 성능을 요구하고 있다.내쇼날인스트루먼트의 Brian Betts 데이터 수집 그룹 매니저는 “NI의 새로운 Com pactDAQ는 여러 가지 기존 장비의 단점을 개선한 제품으로서 무엇보다 유연성이 크게 개선됐으며 많은 영역을 다룰 수 있는 제품”이라고 설명했다.한국내쇼날인스트루먼트의 김주엽 지사장은 “NI는 데이터 수집 분야에서 확실한 리더십 포지션을 가지고 있으며, 경쟁회사를 인수합병하면서 더 확고히 할 것으로 기대하고 있다. NI의 CompactDAQ는 지금껏 다양한 시장의 요구사항을 충족시키지 못했던 부분들을 채우게 될 것이다”라며 새 제품에 대한 자신감을 보였다.4색 겸비, ‘CompactDAQ’NI의 CompactDAQ는 현장의 생산 라인이나 연구실의 벤치톱에서 센서를 이용한 신호 측정 또는 일반 전압 측정에 이상적인 제품으로 전기 신호, 기계적인 움직임 및 특성, 소음/진동/음향 신호 등을 최대 256채널까지 측정할 수 있는 단일 시스템이다. 플러그 앤 플레이를 지원해 간편성과 모듈 타입의 성능 및 유연성이 결합되어 빠르고 정확한 측정이 가능하며, 작고 간단하여 필드 테스트용으로도 적합하다.USB 인터페이스의 편리함과 최신 ADC를 활용한 속도와 안정성, 모듈 형태의 구조를 통한 채널 확장성, 시스템 업그레이드 유연성, 소프트웨어를 통한 LabView 등을 함께 활용할 수 있도록 만들어서 더욱 섬세한 시스템 구현이 가능하다.CompactDAQ는 디지털 I/O와 스위치는 물론, 전압, 전류, 저항, 소음 및 진동 측정을 각각 측정할 수 있는 신호 컨디셔닝 내장 전용 모듈을 제공한다. 모든 모듈은 핫스왑핑(Hot-Swapping)이 가능하고, 시스템의 셋업을 자동 감지하며, PC와 사용자의 안전을 위해 최대 2,300Vrms의 절연을 보장한다. 또한 4개의 전용 USB 신호 스트리밍을 제공해 아날로그 및 디지털 신호가 동기화된 애플리케이션이나 소음과 진동, 혼합 신호 자동 테스트, 고속 데이터 로깅 등에 적합하다. 초소형 사이즈(25×9×9cm)와 유연한 전력 옵션(AC 또는 11~30VDC)을 제공하므로 실차 테스트, 벤치톱 또는 자동 테스트 애플리케이션과 같은 광범위한 테스트 환경에 더욱 이상적으로 활용할 수 있다.USB 지원으로 편리성 증대차세대 데이터 수집 시스템에서 어떤 연결방식이 필요한가 하는 Sensors Magazine의 온라인 투표 결과에 의하면 많은 응답자가 PC 플러그인 타입보다 바깥에 하나의 독립 시스템을 꾸밀 수 있는 휴대용 장치를 원하고 있다. 전체 응답자의 30%는 USB 방식을, 20%는 와이어리스를 차세대 데이터 수집 시스템의 인터페이스로 원하고 있어 PnP(Plug and Play)의 적용은 필수불가결한 선택이 될 것이라고 예상할 수 있다.USB 2.0 인터페이스의 경우 1.0보다 데이터 전송 속도가 5배나 빨라 대부분의 데이터 수집 애플리케이션에서 필요로 하는 수준을 충분히 감당할 수 있기에 여러 업체들이 차세대 데이터 버스의 인터페이스로 속속 채용하고 있는 추세다. 물론 단 하나의 데이터 버스 방식이 모든 애플리케이션을 다 만족시킬 수는 없다. 따라서 각각의 특성에 맞는 버스를 선택하는 것이 중요하다. 보다 고속의 데이터 이동 속도가 필요한 경우 PCI Express 방식을 활용하면 더 빠른 데이터 수집과 장비간의 동기화에 최적화된 시스템을 구성할 수 있다. 또한 분산제어 시스템 구현에는 이더넷을 사용하면 좀 더 용이하게 수집 시스템을 구현할 수 있다.최신 반도체 기술 적용CompactDAQ는 최신 반도체 기술 도입을 통해 기존의 아날로그 광결합기(Optoco- upler) 대신에 디지털 아이솔레이터(Isolator)를 채용했다. 아이솔레이터는 전체적인 크기 감소, 데이터 전송 속도 향상, 전력 소모를 낮춰 휴대용 데이터 장치로 사용하기 적당한 플랫폼을 가능케 한다.한편 CompactDAQ의 각 모듈에는 ADC가 내장되어 있는데, 이는 최근 수년간 ADC의 가격이 낮아짐으로써 새로운 구조로 시스템 구성이 가능해진 것이다. 기존 DMM의 경우 한 개의 ADC에 여러 개 채널을 운용 시 전송 속도 증가가 힘들고 내구성에도 한계가 있어 장기간 장비 사용이 불가능하다는 단점이 있었다. 그러나 CompactDAQ에서 ADC는 각 모듈마다 탑재할 수도 있고, 필요에 따라 채널 당 ADC를 부착해서 전체 데이터 수집 속도를 향상시킬 수 있다.모듈형 구조CompactDAQ의 장비 안의 모든 모듈까지 PNP를 지원해서 사용자가 쉽게 시스템을 설정할 수 있는 장점을 제공하며 유틸리티 소프트웨어를 통해 쉽게 구현할 수 있다. 하나의 플랫폼만 제공하는 것이 아니라 여러 개의 모듈을 한꺼번에 제공한다. 각 모듈별로 고속의 데이터 수집과 IO, 센서를 포함하고 있어서 시장의 대다수 애플리케이션 요구사항을 맞출 수 있어서 시스템을 저렴하게 구성할 수 있다.CompactDAQ는 모듈형 구조를 통해서 채널을 확장한 반면에 시그널 컨디셔닝 회로를 내장했다. 이전 신호 수집기 제품의 경우 외부에 따로 두었지만 모듈 자체에 필요로 하는 신호 컨니셔닝 회로를 내장해서 사용자가 편리하고 간단한 시스템을 구성할 수 있다. 이 모듈은 데이터 채널이 적을 경우 캐리어를 쓰고, 확장시에는 CompactDAQ를 활용할 수 있다.강력한 소프트웨어 지원데이터 수집 시스템이 다양한 분야의 현장에서 사용자가 원하는 기능을 지원하기 위해서는 하드웨어만큼 소프트웨어의 뒷받침이 중요하다. CompactDAQ는 측정 서비스 소프트웨어인 NI-DAQmx 드라이버가 제공된다. DAQmx 드라이버의 인터랙티브 한 설정 및 테스트 패널 기능은 셋업 시간을 줄여주고, 내장된 데이터 로깅 소프트웨어는 번거로운 프로그래밍 없이 데이터를 기록하도록 지원한다. 따라서 기존의 프러깅 데이터 수집 보드가 점유했던 벤치톱 환경서 사용할 수 있으며 휴대성이 좋고 산업용 PC와 함께 활용 가능하다. CompactDAQ는 스탠더드 OS에 LabView와 함께 쓸 수 있으며 기존의 데이터 관리 소프트웨어와 함께 사용이 가능하다.범용부터 다양성 모두 지원CompactDAQ는 USB 2.0 지원과 모듈형 구조, LabView의 활용, 최신 반도체 기술을 통해 기존 업체의 벤치톱 데이터 로깅, 휴대용 프리뷰 테스트, 자동화 테스트를 구현할 뿐만 아니라 보다 다분화된 분야에서 기존 다른 데이터 분석기가 불가능 했던 영역을 지원할 수 있다. 가령 차량용 서스펜션 개발시 데이터 수집·분석이나 초음파 시멘트 드릴 분석기 분야와 같이 특수한 용도에서도 응용이 가능하다.NI의 핵심인 버추얼 인스트루먼트 기술에 기반을 두고 있는 CompactDAQ는 일반적인 데이터 수집 시스템에서 한 차원 발전해서 하드웨어와 소프트웨어가 긴밀히 통합되어 있는 제품이다. 즉, 하드웨어의 특성과 기능을 소프트웨어가 정의함으로써 하나의 독립적인 애플리케이션으로서 운용할 수 있으며 데이터의 수집뿐 아니라 분석, 전달, 공유를 함께 할 수 있는 버추얼 인스트루먼트 기술 기반의 제품이다.오늘날 산업이 더욱 복잡해짐에 따라 독립적인 애플리케이션이 필요하고 계측 시스템은 기존의 시스템으로는 불가능했던 기능이 요구되고 있다. NI의 CompactDAQ를 활용할 경우 자체 개발한 장비보다 데이터 수집·분석 시스템의 구축비용 절감과 편의성 개선에 충분한 효용성을 제공할 것으로 보인다.

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김가희 (webmaster@techworld.co.kr)

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