인더스트리 4.0에 적합하도록 설계된 공장 자동화 시스템은 실시간 통신을 구동하고 제어하는 장비에 대해 일반적으로 ▲필드 레벨: I/O 모듈, 액추에이터, 드라이브가 공장의 물리적 동작에 사용되는 단계 ▲제어 레벨: PLC 또는 CNC가 필드 레벨에서 정보를 수집하고 명령을 내리는 단계 ▲작업자 레벨: HMI 디바이스와 작업자가 정보를 주고 받고, 작업자가 명령을 내리는 단계 등 3가지 주요 레벨을 갖는다.

각각의 레벨은 최적화된 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 필요로 하는 자체적인 까다로운 설계 과제를 수반한다. 이 중 제어 레벨과 관련된 과제가 특히 만족하기 어렵다.

모든 산업 자동화 설계와 관련된 과제(전력 소모, 긴 전원 수명, 신뢰성 요구사항) 외에도 제어 레벨에 사용되는 장비 설계자는 한 개의 컨트롤러가 지원할 수 있는 노드 수가 증가하면서 발생하는 특정 과제에 직면한다.

지원하는 노드의 수가 증가한다는 것은 전체 공장 솔루션에서 더 적은 컨트롤러를 필요로 한다는 것을 의미한다. 이를 통해 자동화 솔루션 비용을 낮추거나 아니면 보다 높은 수준의 자동화를 구현하도록 더 많은 노드를 지원할 수 있다.

그러나 지원하는 노드 수가 증가함에 따라 프로세서 성능도 증가시켜야 하기 때문에 전체 크기가 증가되지 않도록 낮은 전력을 소모해야 한다. 뿐만 아니라 대부분의 PLC는 팬을 요구하지 않도록 설계되므로 전력 소모는 핵심적인 설계 사항이다.

공장에서 PLC와 CNC는 동시에 많은 수의 노드 또는 기능을 제어해, 실시간 차원의 동작은 핵심적이다. 엄격한 타이밍 요구사항을 충족하는 솔루션을 위해 ‘실시간 동작 시스템’과 산업용 통신을 위한 ‘유연한 시간 인식 주변장치’ 2가지 요소가 필요하다.