모드버스 TCP/IP
진정한 필드버스의 개방된 표준
모드버스는 크게 세 종류가 있는데, 모드버스 시리얼(Modbus Serial), 모드버스 플러스(Modbus Plus) 그리고 모드버스 TCP/IP(Modbus TCP/IP)이다. 오늘날 이더넷 상에서 운용되는 TCP/IP를 이용한 모드버스의 진화가 모드버스 TCP/IP라고 할 수 있다. TCP/IP가 개방된 표준이기 때문에 모드버스 TCP/IP는 진정한 필드버스의 개방된 표준이라고 할 수 있다. 모드버스 TCP/IP는 디바이스 사이의 정보 교환, 모니터링, 분산형 I/O를 관리하기 위하여 광범위하게 사용된다.
모드 버스란 무엇인가?
모드버스는 지금은 슈나이더사로 인수되었지만, 1979년에 모디콘(Modicon)이라는 회사에서 메시지 방식으로 개발된 프로토콜이다. 이 프로토콜은 지능형 디바이스 사이에서 마스터-슬레이브/클라이언트-서버 통신을 설정하는 데 사용된다.
모드버스 프로토콜은 특히, 산업 표준으로서 생산 자동화 현장에서 대표적으로 많이 사용되는 프로토콜 중의 하나이기도 하다. 이 프로토콜을 이용하여 제조업체가 다른 컨트롤 디바이스 간에 I/Os나 레지스터 데이터를 주고받는다. 현재 미주 지역과 유럽 지역에 걸쳐서 약 7백만 노드가 설치 운용되고 있다.
어디에 모드버스가 사용 되는가?
모드버스는 디바이스들을 마스터-슬레이브 모니터링하고 프로그램하기 위하여 사용된다.
PC와 HMI를 통해서 지능형 디바이스와 센서 그리고 계측 디바이스 사이의 통신에 사용되는데 무선 통신이 요구되는 곳에 적합한 프로토콜이다. 이런 이유로 모드버스는 개스나 정유 스테이션 또는 변전소 등의 애플리케이션에 많이 사용된다. 모드버스는 단지 산업용 프로토콜의 범위에 국한되지 않고 빌딩, 인프라, 교통 및 에너지 분야에 광범위하게 사용될 수 있다. 
모드버스 TCP/IP 프로토콜은 무엇인가?
모드버스는 크게 세 종류가 있는데, 모드버스 시리얼(Modbus Serial), 모드버스 플러스(Modbus Plus) 그리고 모드버스 TCP/IP(Modbus TCP/IP)이다. 모드버스 시리얼은 또 모드버스 RTU와 모드버스 ASCII로 나뉘는데, RS-232나 RS-485를 통한 직렬통신 방식이다. 모드버스 플러스는 아직 공개된 표준은 아니고 트위스트 페어 케이블을 통해서 통신하는 방식이다. 이 글에서는 가장 많이 성장하고 있는 모드버스 TCP/IP 위주로 설명한다.
오늘날 이더넷이 너무나 보편적인 네트워크 구조이기 때문에 이더넷 상에서 운용되는 TCP/IP를 이용한 모드버스의 진화가 모드버스 TCP/IP라고 할 수 있다. TCP/IP가 개방된 표준이기 때문에 모드버스 TCP/IPs는 진정한 필드버스의 개방된 표준이라고 할 수 있다. 모드버스 TCP/IP는 디바이스 사이의 정보 교환, 모니터링, 분산형 I/O를 관리하기 위하여 광범위하게 사용된다.
모드버스 TCP/IP의 장점 몇 가지를 살펴보면 다음과 같다.
① 단순함 : 모드버스 TCP/IP는 모드버스 명령어를 TCP/IP로 포장한다고 볼 수 있다. 만일 사용자가 이미 모드버스 드라이버를 가지고 있고 이더넷과 TCP/IP 소켓을 이해한다면 PC를 통한 통신을 설정하는데 단 몇 시간이면 된다. 최소한의 하드웨어와 어떤 운용 체계하에서도 개발할 수 있기 때문에, 비용이 매우 저렴하게 든다는 것을 의미한다.
② 표준 이더넷 : 새로운 디바이스와의 통신을 설정할 때 별도의 고가의 칩 세트가 필요 없이 단지 널리 쓰이는 이더넷 카드를 이용하면 된다. 이더넷의 범용성으로 어느 한 업체에 종속될 필요도 없이 다양한 선택을 할 수 있다. 모드버스 TCP/IP 프로토콜의 이더넷 포트 번호는 502번이다. 그리고 모드버스 TCP/IP 프로토콜은 2004년에 슈나이더사에서 공개된 표준으로 라이선스료 없이 프로토콜을 사용할 수 있다. 아울러 전 세계에 걸쳐 많은 회사들이 이 프로토콜을 지원하는 산업용 디바이스를 생산하고 있다.
③ Modbus TCP/IP디바이스의 구현 : TCP 드라이버를 구현 시험하기 위해서 최소 두 종류의 디바이스가 요구된다. 정보를 주고받을 수 있는 마스터와 슬레이브 디바이스가 필요 한데, 이는 이더넷 카드를 통해서 통신할 수 있는 PC 각각 한 대이거나, 임베디드 컴퓨터가 내장된 디바이스와 PC 간의 통신으로써 구현시킬 수 있다. 모드버스 TCP/IP는 인터넷 프로토콜이다.
따라서 인터넷을 통해서 전 세계 어디서나 디바이스에 대한 액세스가 가능하다. 따라서 본사의 중앙 통제실에서 북대서양 해전 유전 플랜트의 장비에 로그인하여 통제와 모니터링하는 것이 한 사무실에서 인트라넷에 연결된 것 같이 쉽게 자원을 액세스할 수 있다.
④ 레거시 디바이스 : 모드버스 TCP/IP는 TCP 포장 기증을 덧붙인 프로토콜이기 때문에 기존의 모드버스 디바이스가 모드버스 TCP/IP를 통해서 통신하는 것은 아주 용이하다. 기존의 물리 레이어인 RS232, RS485를 이더넷으로 변환하거나 여타 모드버스 프로토콜을 모드버스 TCP/IP로 변환하기 위해서는 게이트웨이 디바이스를 이용하면 된다.
모드버스 TCP/IP 게이트웨이의 예는 필자가 근무하는 여의시스템에 판매하는 MOXA의 MGate 5101나 MB 3000과 같은 것들이 있다. MB 3000은 기존의 모드버스 ASCII나 RTU를 모드버스 TCP/IP로 변환시켜주는 게이트웨이이다. MGate 5101은 또 다른 필드버스인 프로피버스 디바이스들을 모드버스 TCP/IP로 변화시켜주는 게이트웨이이다.
Modbus TCP는 마스터가 요청을 보내면 슬레이브는 연속 사이클로 마스터에게 데이터를 피드백하는 마스터-슬레이브 구조이다. 어떤 환경하에서는 그 응답이 주어진 시간에 이루어져야 한다. 주어진 응답 시간을 초과하면 타임아웃(timeout)으로 간주되어 통신 에러로 판정나게 된다. 따라서 서로 다른 프로토콜을 사용하는 디바이스 간의 가교 역할을 하는 게이트웨이는 요청을 충분히 처리할 수 있는 프로세싱 파워를 가지고 있어야 한다. 아울러 관리 또한 쉬워야 한다.
Moxa’s Solution
MOXA 게이트웨이 제품의 특징을 살펴보면 다음과 같다.
MOXA 게이트웨이 제품은 32-bit ARM 프로세서를 사용하여 높은 프로세싱 파워를 제공하며 슬레이브 모드에서 최대 16개의 동시 연결을 제공하여 SCADA, HMI 및 PLC와 통신을 한다. 마스터로 셋업되었을 경우는 최대 32개의 슬레이브 디바이스를 다룰 수 있다.
자동 검지 기능은 수동으로 데이터 입력을 해야 하는 번거로움을 덜어준다. MOXA 게이트웨이의 AutoScan 기능은 연결된 슬레이브 디바이스, I/O 모듈을 자동 스캔하여 수동으로 셋업 데이터를 입력할 번거로움을 덜어 주어 궁극적으로 에러를 방지해 준다.
아울러 MOXA에서 특허를 보유하고 있는 우선순위 제어 알고리즘 특허를 활용하여 오가는 요청에 대하여 우선순위를 부여하며 일련의 명령어 군에 대해서는 즉각적인 응답을 하게끔 해 준다
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MOXA 게이트웨이는 웹 방식의 모니터링 도구를 가지고 있어서 통과하는 모든 데이터를 모니터링하여 상태 정보를 실시간으로 보여줄 수 있다. 그리고 로그 및 아람 기증은 트러블 슈팅에 최적의 성능을 제공한다. 아울러 제품의 동작 온도가 -40~70도 사이에서 작동하도록 견고한 산업용 디자인으로 설계되어 열악한 환경하에서도 최적으로 사용할 수 있다.
장영 여의시스템 산전사업부 이사
