[헬로티]

필드에 제공하는 고급 물리 계층인 Ethernet to the Field 기술은 원격 위험지역에 프로세스 계장 자동화 및 계측을 위한 솔루션에 기술 제공을 약속하는 것이다. 프로세스 산업을 우리가 미래에 도입하려면 속도와 유연성을 중요 가치로 여기는 표준 이더넷과 IP 기술의 도입으로 프로세스 데이터를 전송하기 위한 새로운 네트워크 표준이 필요하다. 이 글의 구성은 앞부분은 모두가 공유하는 APL의 공통 개념을 함께 논하고 후반부는 각론으로 SDO(Standard Development Organization)별 추진 활동을 각각 게재하여 비교 분석을 해보았다.

이더넷-APL의 탄생과 프로세스계장 분야 국제 단일표준의 필요성

프로세스계장 자동화 및 계측에서 원격지에 있는 위험지역의 필드장치를 연결하는 데 사용할 수 있는 이더넷-APL(Advanced Physical Layer)을 실현하기 위한 개발이 2022년까지 국제 단일표준 완성을 목표로 SDO주축으로 지금 한창 진행 중에 있다. Ethernet to the Field는 산업사물인터넷(IIoT) 및 독일의 인더스트리4.0 이니셔티브와 같은 새로운 기술 개발로 주도되는 프로세스계장 분야의 비전이다. IIoT와 인더스트리4.0 둘 다 거의 모든 객체의 디지털 실시간 표현을 기반으로 애플리케이션을 가능 하게하는 새로운 패러다임이다.

기존 필드장치는 일반적으로 데이터 집약적인 응용 프로그램의 구현을 방해하는 제한된 필드버스 네트워크 인프라에만 의존해 온 것으로 프로세스계장 산업을 미래로 가져가려면 속도와 유연성에 뛰어난 특성을 갖는 표준 이더넷 및 IP 기술로 아날로그 계측기기로부터 새로운 통신 시스템으로 이더넷 데이터를 전송할 수 있는 디지털 네트워크 국제 단일표준이 절실하게 필요하다.

고급 물리계층 APL의 기능과 특징은 이하와 같다.

• 모든 프로토콜 또는 응용 프로그램을 위한 이더넷을 기술 기반으로 하는 기술이다.

• 하나의 차폐 트위스티드 페어 라인에 전력 및 데이터가 동시에 동축케이블 형태의 인터넷 배선으로 전송되는 기술이다.

• 간단한 검증과 위험지역 보호방법, 본질안전 방폭과 IT 네트워크를 투명하게 연결하는 기술이 포함된다.

• 모든 IT 네트워크에 대해서 공통성이 담보된 투명한 프로토콜과 투명한 연결이 되도록 추진한다.

• 기존의 필드버스 배선을 재사용한다.

• 친숙한 트렁크-평면 토폴로지를 지원한다.

• 언제 어디서나 장치에 액세스가 가능한 기술이어야 한다.

• 프로세스계장의 자동화 및 기타 응용 프로그램을 위한 빠르고 효율적인 통신망이어야 한다.

개발의 타임 라인 추적

이 비전의 실현은 최종 사용자 그룹에 영향을 주는 제조공급 업체가 위험지역에서 사용하기 위해 장거리 이더넷의 문제를 해결할 수 있는 프로토콜을 프로토콜 중립적으로 유지, 어떤 프로세스계장기술 메이커든 공통 사용이 가능하도록 하는 고급물리계층의 개발을 이해당사자들이 물밑에서 사실상 2011년부터 시작을 했다.

5년여에 걸친 정밀조사의 결과는 이 문제에 대한 솔루션의 실현 가능성을 입증하였고, ODVA가 현재 EtherNet/IP표준에 채택한 변종이 아닌 순수 이더넷으로 분류가 되고 있는 IEEE 802.3 이더넷 표준을 APL의 표준 베이스 기술로 프로세스 계장산업 전체의 솔루션업계에 제안하자, 이들로부터 모두 세계적 공감대를 불러일으키며 큰 관심의 대상이 되었다.

2016년 말, IEEE[Institute of Electrical and Electronics Engineers]협회는 IEEE P802.3cg 개발 프로젝트를 승인해 주었다. IEEE P802.3cg 개발프로젝트로 시작된 이더넷을 위한 기존 IEEE 802.3 이더넷 표준의 개선에 중점을 둔 트위스티트 페어배선(10BASE-T1L)의 등장은 이 표준개발 기술의 키 역할을 하면서 곧 응용 분야에 도달을 하더니 위험지역 내에서 사용하도록 설계가 완성되었다.

근거리에 거리제약이 있는 애플리케이션 및 전력 공급에 대한 약점을 보완하여 1000M 이상의 장거리로 길이를 늘였고, IEEE P802.3cg의 더욱 향상된 표준 초안이 이미 2018년에 내부적으로 완성이 된 것이다. 이 개정안은 2019년 11월 SDO(Standard Development Organization)인 Fieldcomm Group(Hart-IP), ODVA(EtherNet/IP) 및 PI(Profibus & Profinet) International등 3개 국제기관에서 승인이 되었다.

APL 프로젝트를 위한 여러 메이커들의 병렬된 노력은 위험지역인 Zone 0 및 1/Division 1에서 모든 전형적 보호방법, 특히 본질안전 방폭을 위한 표준을 개발하고 이더넷 채택을 촉진하기 위해 10BASE-T1L 케이블의 확장성에 중점을 두고 이더넷- APL을 개발 중에 있는 것이다.

프로세스계장 자동화 및 계측

이더넷-APL 프로젝트는 주요 프로세스계장 제조공급 업체가 프로세스계장 산업을 지원한다. 이 프로젝트는 Fieldcomm Group, ODVA 및 PI 등과 같은 주요 표준개발 조직인 SDO와 100% 협력한 결과로 2022년까지 이 프로젝트의 성공을 향해 질주하고 있다. 이러한 병렬 프로젝트의 주요 측면에는 위험지역에 이더넷 장치의 설치를 위해서 관련 IEC 표준을 수정하려는 노력도 포함된다.

IEEE 및 IEC 표준규격 인증과 현장에 설치 될 프로세스 계장장치의 적합성 테스트를 완료한 뒤인 2022년까지 공동으로 개발하는 이더넷-APL을 2022년 이후에는 현장에 반드시 준비해놓아야 한다.

디지털화된 세계를 위한 프로세스계장 솔루션 제조 산업에서 현재 IIoT 및 인더스트리4.0은 이미 일상적인 작업의 일부이며 가까운 미래에 이러한 기술은 프로세스계장 자동화 및 계측 분야에 적용되어야 한다. 프로세스 계장 산업에서 현재 OPA(Open Process Automation Forum)의 Namur Open Architecture(NOA) 또는 O-PAS(Open Process Automation Standards)와 같은 도메인별 개념은 효율적인 건설, 시운전 및 운영을 단순화하려고 모두들 시도하고 있다. 공정 플랜트 무선 솔루션, 단순화된 필드 장치의 통합 및 필드에 대한 이더넷의 광범위한 사용은 이 개념의 필수 구성 요소인 것이다.

이더넷-APL 프로젝트의 참가자는 기존 계장의 필드장치 설치에 표준 이더넷의 보편성과 통신속도를 추가할 필요성을 인식한다. 그들의 목표는 개발을 가속화하고 위험지역에 배치할 수 있는 프로세스계장 자동화 및 계측에 사용하기 위해 새로운 이더넷 고급물리 계층(APL)을 채택하고, 광범위한 연결을 허용하며, 회선을 통해 장치들 간에 전원 공급과 인터넷 접속을 동시에 만족시키는 옵션을 포함시켰다.

▲ Ethernet in the Field of Process architecture diagram

이 새로운 이더넷 물리계층(전원+이더넷의 동시공급)은 필드 장치와 주고받는 정보의 구조와 의미를 정의하는 자동화 프로토콜과 함께 산업사물인터넷(IIoT)의 핵심 요소가 된다. 아날로그에서 디지털로 전환된 세계를 프로세스 계장 자동화 및 계측으로 확장하기 위한 전제 조건을 제공한다. 프로젝트에 참여하는 주요 SDO는 모든 기술과 표준이 해당 프로토콜(EtherNet/IP, HART-IP 및 PROFINET)과 호환이 되도록 노력을 기울이고 있다. 또한, 각각의 산업용 이더넷 네트워크인 필드버스에 대한 프로토콜 중립성 준수에 기여하는 국제적 프로세스계장 단일표준이 1940년 공기압신호 표준(0.2~1.0Kg/㎠)의 탄생 이래 프로세스계장 분야에 80년 만에 디지털 방식인 이더넷-APL(고급물리계층) 방식으로 대 전환을 하게 되는 것이다.

기술과 생태계

이더넷 APL은 까다로운 작동조건 및 공정 플랜트를 위험지역 내에 설치하기 위해 10BASE-T1L 플러스 확장을 선호하는 견고한 2선의 루프 전원+이더넷을 동시에 만족하는 고급물리계층이다. 프로세스계장 산업이 OT와 IT 시스템의 수렴으로 혜택을 얻을 수 있는 방식으로 현장장치를 전통적 아날로그 방식에서 이더넷 기반 디지털 시스템에 직접 연결할 수가 있다. 교환 아키텍처를 사용하면 동일한 네트워크에 연결된 장치 간의 원치 않는 간섭이 근본적으로 배제가 되는 효과가 있다.

또한, 현장의 이더넷은 프로세스계장 자동화 분야에서 이미 확립된 기술과 옵션을 채택하려고 한다. 그림1에 있는 입증된 트렁크 앤 스퍼토폴로지가 포함되어 있으며 각각 최대 500mW의 필드 장치를 최대 50개까지 구동할 수가 있다. 브라운의 필드 설치에서 향후 이더넷 연결로의 마이그레이션을 지원하기 위해 널리 사용되고 확립이 된 케이블 인프라가 지정이 된다.

위험지역 보호

점화 보호방법은 전기설비에 일반적 기본규칙을 따른다. 트렁크 레벨에서는 최대 지정전력을 위험지역으로 전달하기 위해 안전성 향상과 같은 기계적 방법이 사용된다.

스퍼(Spur)에서 본질안전 기술이 지원된다. 본질적으로 안전한 연결의 유효성 검사는 FISCO와 유사하므로 계산 없이 각 연결에 대해 간단한 유효성 검사 절차를 수행할 수 있다

하부 인프라 구조

케이블 및 커넥터 외에 이더넷-APL 인프라는 두 가지 기본구성 요소로 되어있다. APL 전원 스위치는 모든 표준 이더넷 네트워크와 필드 장치 사이의 연결을 제공하며 APL 필드 스위치와 필드장치에 전원을 공급하는 전원공급 장치를 포함한다. 이들은 일반적으로 스키드(SKID)의 제어실 또는 정션 박스에 있다. 스위치와 전원 공급 장치는 이중화로 설계 할 수 있다. APL 필드 스위치는 일반적으로 Zone 1 및 2 또는 Division 2인 위험지역에 설치 및 작동하도록 설계되었다. 일반적으로 APL 전원 스위치는 루프 전원을 사용하며 스퍼(Spur)를 통해 필드 신호에 전원을 공급한다.

계측·액추에이터·장치

APL 인터페이스가 있는 현장 장치를 통해 보다 높은 수준의 시스템에 쉽게 통합할 수 있다. 제조업체는 레벨 및 유량계, 온도 및 압력 트랜스미터, 포지셔너 또는 액체 및 가스 분석 장치를 포함하여 기존 제품 포트폴리오에 APL을 간단히 통합할 수가 있다. APL 기술은 IP 카메라 및 무선액세스 포인트와 같은 혁신적인 장치의 설치를 위해 위험지역에서 간단한 연결을 제공하여 유지보수 및 문제 해결을 위한 임시적이고 포괄적인 모니터링을 가능하게 한다.

단순한 레거시 구성 요소

간단한 무전압 접점, 근접 스위치, 온도센서 또는 간단한 솔레노이드 밸브 및 레거시 계측에는 종종 높은 수준의 제어 시스템에 연결을 해야 한다. 일부 구성 요소의 경우 이더넷 연결이 필요하지 않거나 경제적으로 합리적이지 않을 수 있다. 이러한 응용 프로그램의 경우 원격 I/O 시스템은 미래의 게이트웨이를 제공한다. 연선 이더넷 연결을 갖춘 현장 장치가 표준이 되었다. 본 이더넷 인프라는 이미 설치되어 있으므로 레거시 장치를 기술적으로 쉽게 마이그레이션 할 수 있다.

기술 생태계

APL은 현장의 프로세스계장 및 계측장치 공급 업체, 자동화 시스템 공급자 및 인프라(기반) 구성 요소의 공급 업체와 같은 프로세스계장 업계 파트너들의 투자상품으로 보아야 한다. 이들 모두는 프로세스계장 자동화 분야에서 이더넷에 대해 공통적이고 투명한 단일 물리 계층에 대한 공통의 비전과 견해를 오랜 경험 속에 공유하고 있다.

전 세계 모든 지역에서 공인이 된 IEEE 및 IEC 표준을 기반으로 하는 이더넷-APL 통신을 통해 모두들 포괄적인 시장의 참여가 예상이 된다. 이더넷-APL은 광범위하고 혁신적인 제품개발을 가능 하게하는 기본기술이다. 엔지니어링 회사에서 플랜트 및 스키드 빌더, 서비스 제공 업체 및 데이터 공급 업체에서 최종 사용자에 이르기까지 모든 사람이 프로세스계장 플랜트의 디지털화를 통해 혜택을 누릴 수가 있다.

이더넷 통신을 한 개의 동일 트위스트 페어 배선을 통해 전력선과 결합하여 사실상 동축케이블화(트위스티드 페어 케이블에 인터넷+파워를 함께 전송)하여 새롭고 다루기 쉬운 고급물리계층은 프로세스 계장기술을 단순화하고 완전히 새로운 애플리케이션을 가능하게 한 새로운 세대의 장치 및 인프라 구성 요소에 방아쇠를 당긴 것이다. 

프로세스계장 자동화 분야에서 사실상 그간 여러 발목을 잡는 제한요소들이 일거에 사라진 셈이다. 즉, 진정한 프로세스계장 자동화 분야의 완벽한 단일 IEC국제표준의 탄생을 예고하고 있다. 이 시장이 2022년부터 ODVA 추산 약 1,000억 달러, 즉 원화 120조 원의 시장이며, 지멘스, ABB 등 전 세계 프로세스 계장업계가 목마르게 기다리고 있는 2022년의 비전인 것이다.

이상 AP L의 공통요소 부문을 분석해 보았다. 다음은 Fieldcomm Group, ODVA 및 PI 등 주요 표준 개발 조직인 SDO의 APL에 대한 각론은 어떤 것인지 살펴보자.

Fieldcomm Group (Hart-IP)

1. 프로세스 산업의 수요

• 장거리 케이블이면서 쉽고 강력한 연결이 가능하며 하나의 케이블로 전원 및 데이터를 동시에 전송할 수 있다.

• 폭발 위험지역 보호 방법을 제공한다.

• 프로세스 계장 자동화 시설에 이더넷 기반의 필드 장치는 아직 공급된 적이 없다.

2. 이더넷-APL 목표

• APL은 산업용 이더넷의 이점을 프로세스계장 자동화 및 계측에 PLUS 한다.

• 위험지역에서 이더넷 기반 필드 장치는 기능이 본질적으로 안전하다.

• 루프 전원을 사용하는 산업표준 필드버스 케이블을 사용하는 2선식 장치이다.

• 10메가비트 전 이중 이더넷으로 증가된 대역폭의 통신은 필드 장치 수명주기에 생산성이 향상된다.

3. 이더넷-APL(고급 물리 계층)의 사양

• 파라미터 사양 : 표준-IEEE 802.3(10BASE-T1L), IEC 60079

• 전원 출력(이더넷 APL 전원 스위치) : 최대 60W

• 중복 케이블 및 스위치와 본질 안전을 위한 참조 케이블 유형 IEC 61158-2, 유형 A

• 최대 트렁크 길이 1000m/Zone 1, Div. 2

• 최대 스퍼 길이 200m/Zone 0, Div. 1, 전 이중 속도 10Mbps

• 다른 물리적 계층이며 ISO OSI 모델이다.

• 모든 위험지역을 위한 Ethernet-APL 및 폭발 위험지역의 보호

• 본질안전 디자인의 필수 부분이 필요하며 FISCO와 유사한 계획 및 검증 개념

4. 폭발 위험지역 보호

• 트렁크 안전성 향상에 홈런 및 긴 케이블 연결을 위한 고 전력 트렁크 개념

• 점화 유무에 관계없이 동일한 인프라 계획 설정 등

ODVA (EtherNet/IP)

ODVA의 CIP를 위해 OPC Foundation OPC UA는 컴패니언(동반자) 사양개발을 하기로 약속했다. 그리고 2020년 4월 1일과 2020년 5월 14일, ODVA는 OPC Foundation과 함께 이 기관의 공동 작업 그룹과 업무를 시작하여 CIP(Common Industrial Protocol)에 대한 OPC UA 컴패니언(동반자) 사양을 개발한다고 전 세계에 발표했다. 이것은 ODVA의 프로토콜 엔진인 EthrNet/IP(IEEE802.3)과 ODVA가 보유한 다양한 프로토콜의 통합을 가능케 하는 중요 매개체인 CIP(Common Industrial Protocol)로, 향후 ODVA를 경유하는 모든 프로토콜들이 클라우드로 자유롭게 진입할 수 있도록 ODVA가 할 수 없는 일을 Foundation OPC-UA가 해결하는 방식으로 교두보를 마련한 것이다.

사실상 다른 프로토콜들도 OPC Foundation의 OPC-UA가 거의 98% 정도 호환됨으로써 ODVA는 이더넷 APL의 큰 목표인 클라우드화의 지름길을 선택함으로써 이더넷 AP L의 난제를 해결하려고 준비하고 있다.

OPC-UA 동반자 사양은 게이트웨이를 통해 공장(현장)에서 클라우드로 산업용 통신 및 제어 데이터를 이동해야 하는 중요한 문제를 해결해주는 것이다. 이더넷 APL의 클라우드화의 커다란 조치를 ODVA가 해결할 것으로 예상된다.

ODVA는 프로세스계장 분야 단일표준화에 큰 밑그림을 그렸다. ODVA의 사장 겸 전무이사 인 알베이도운 박사는 “EtherNet/IP 장치에서 OPC-UA 서버로 제조 공정 및 제어 데이터를 연결하면 귀중한 공장현장 정보를 전사적으로 분석할 수 있게 될 것”이라고 말하며 아래사항들을 확인했다.

그는 “OPC UA 컴패니언 사양은 CIP 객체를 적절한 OPC-UA 정보 모델 및 프로파일에 매핑 하거나 그 반대로 매핑을 한다. EtherNet/IP에서 OPC-UA로 클라우드와 데이터를 주고받는 것은 CIP 디바이스에서 감지, 식별, 진단, 상태, 매개 변수 등을 포함한 유용한 정보를 제공함으로써 성공적인 달성이 가능하다”고 설명했다. 뿐만 아니라 “중요한 자동화 정보를 EtherNet/IP에서 OPC-UA로 쉽게 전송할 수 있게 해주면, Analytics, ERP 또는 MES와 같은 상위 시스템에서 액세스하는 데 필요한 노력이 아주 크게 감소한다. CIP에 대한 OPC-UA 컴패니언 사양은 빠른 추세 분석 및 통찰력 생성을 위해 적절한 콘텍스트 및 의미를 가진 엔터프라이즈와 IT 시스템에서 데이터를 사용할 수 있도록 해준다”고 덧붙였다.

PI (PROFIBUS & PROFINET)

과거에 프로세스계장 산업은 필드버스 기술을 사용하여 많은 긍정적인 효과를 누렸다. 생산 라인의 자동화. 프로세스 자동화 요구에 맞춘 필드버스 기능 세트(PROFIBUS PA, Foundation Fieldbus)에는 디지털 통신 및 제조업체 중립 지원이 포함되었다.

필드버스는 지난 20~25년 동안 많은 프로세스 시스템을 자동화했다. 기존의 버스 시스템에는 이제 인더스트리4.0 기능을 추가하려는 사용자에게 주요 제한사항이 존재한다. 그러나 필드버스 고유의 특성으로 인해 디지털화의 일부로 데이터 집약적인 애플리케이션을 구현할 때 문제가 발생한다. 미래에 대비할 수 있는 프로세스계장 시스템 자동화를 원하는 기업은 반드시 이더넷 통신 시스템으로 전환해야 한다.

산업용 사물 인터넷 및 인더스트리4.0의 프로세스계장 제조의 업그레이드 이후, 현장 수준으로 또는 빅데이터에 대량 프로세스/진단 데이터를 처리할 수 있는 최신 네트워킹 표준이 필요하다. 장거리 및 고속 필드 장치에서 필드 레벨에 존재하는 모든 데이터는 인더스트리4.0 응용 프로그램에서 사용할 수 있다. Ethernet to the Field를 통해 이러한 데이터는 제어 계층을 더 높은 수준(예: DCS 및 MES) 및 필요에 따라 클라우드까지(NOA – NAMUR 개방형) 가능해야 한다.

Ethernet to the Field는 NAMUR Open Architecture(NOA) 모델의 기본 요소이다. 모니터링 및 최적화(M+O)작업에 사용된 핵심 자동화 시스템에서 데이터를 액세스하기 위한 기초로 사용한다. NAMUR에서 지정한대로 이더넷을 현장으로 롤 아웃 하는 방식을 계획해야 한다.

현장 프로세스계장 자동화에 대한 이더넷의 특수 요구사항은 공장 자동화와 달리 Ethernet to the Field의 가장 중요한 요구사항으로 본질안전을 말할 수 있다. 폭발위험을 피하기 위해 프로세스계장 수준의 활동과 관련된 제조 시스템의 많은 영역, 본질적으로 안전한 장비설치를 사용해야 한다. 본질안전 점화 보호장치-오작동 시에도 스파크를 방지하기 위해 시스템 전류 및 전압을 제한한다. 잠재적으로 폭발성 가스/공기 혼합물이 존재하며 발화되지 않는다(ATEX 구역 0/구역 1). 필드버스를 통해 필드 장치에 전원을 공급하는 기능은 트위스트 페어 케이블을 사용하면 된다.

기존의 PROFIBUS PA와 Foundation Fieldbus H1 필드버스는 다음과 같은 요구사항을 충족할 수 있다.

• 장치 : 고 가용성은 현장 장치 설치작업을 단순화하는 기존 엔지니어링 도구(예: FDI(Field Device Integration))에 대한 지속적인 지원을 의미한다.

• 리던던시 모델은 플랜트 다운타임을 방지하여 가용성을 높인다. 단일 오류는 일반적으로 공장 운영을 위험에 빠뜨리지 않는다. 리던던시 모델은 프로세스 요구사항 및 확장 가능하도록 설계되어야 한다. 시스템 이중화는 서로 완벽하게 동기화된 두 개의 호스트 컨트롤러(예: PLC 또는 DCS)를 사용하여 생성한다. 또한, 물리적으로 분리된 2개의 통신 회선으로 높은 수준의 가용성 보장한다. 페일 오버가 자동으로 1초에 이루어지면 케이블 고장 시에도 그대로 유지된다.

• 미디어 중복 : 모델은 링 토폴로지를 사용하여 네트워크 및 플랜트 가용성을 보호한다.

• 이중화 프로토콜(MRP) : 전송 경로가 중단되면 대체 통신 채널 폴 백으로 빠르게 사용된다.

• 견고성 및 유연성 : 프로세스 시설은 매우 오랜 기간(최대 30년 또는 더) 동안 자동화 기능을 변경, 확장 및 최적화할 수 있어야 한다.

• 투자 및 기존 장비 보호 : 예를 들어 기존 필드버스를 기반으로 하는 기존 설치의 경우 모든 ‘레거시’ 기술을 교체하지 않고도 현대화가 가능해야 한다. 새로운 장비의 자동화는 미래에 대비해야 한다. 즉, 관련 공정 제조 디지털화 및 인더스트리4.0과 관련된 개념을 설명하고 동시에 개발해야 한다. 이러한 요구사항 중 일부는 이미 사용된 일반적인 표준필드버스 개념과 일치한다.

• PROFINET용으로 업그레이드 된 PROFIBUS PA. PI(PROFIBUS & PROFINET International)는 순전히 개발을 목표로 PA Profile 4.0을 정의했다.

• 이더넷 기반 플랫폼 : 개발 작업은 2018년 6월에 완료되었으며 프로파일은 통신 프로토콜 독립 기준이다. 모든 매개 변수와 기능을 사용할 수 있다.

• PROFINET 및 PROFIBUS를 통해 한다 : 이 맥락에서 종종 PROFINET PA를 참조하지만 PA 프로파일4.0은 공정 산업에서 Ethernet to Field의 이더넷을 위한 하나의 구성 요소이다.

• PA 프로파일에 대한 일반 정보 : 각 디바이스 클래스, PA 프로파일(프로세스 제어 디바이스용 PROFIBUS 프로파일, PA = 프로세스 자동화)시운전, 작동, 유지보수 및 진단에 영향을 주는 장치 매개 변수 세트를 정의한다.

• 매개 변수 : 디지털 통신의 주요 특징 중 하나는 진단이며 PA 프로파일은 NAMUR 권장 NE 107(‘자기 모니터링 및 필드 장치 진단’)을 기반으로 한다.

• PA 프로파일4.0의 특수 기능 : 위에서 언급했듯이 PA 프로파일4.0은 콘텍스트에서 배포 옵션을 고려하여 개발되었다.

• 현장에서 프로파일 사양의 핵심은 통신 프로토콜에서 애플리케이션 계층(장치 기능 포함)을 엄격하게 분리하는 것이다.

• 임시 커미셔닝을 위한 컨트롤러 : 이들은 장치 설명의 일부를 구성(PROFIBUS : GSD, PROFINET : GSDML)한다. 새로운 PA 프로파일4.0에서 GSD는 장치 측정 원리와 다음을 포함하여 각 측정 절차(예: 코리올리 유량 측정)에 대한 자세한 내용을 포함한다.

• 관련 NAMUR 진단 : 이전 프로파일 3.02 기반 PA 설치는 통합되어 기존 설치를 유지한다.

• PROFINET PA 장치의 경우 PROFINET 사양이 적용된다(IEC 61784-2 CP3/4, CP3/5 또는 CP3/6에 따름). 이는 ‘프로세스 자동화’ 애플리케이션 클래스를 준수한다. 사용된 전송 기술은 이더넷(IEEE 802.3에 따름)이다. 다음 버전의 PROFINET 프로토콜 사양도 전체를 제공한다. 또한, 2선 연결을 지원한다. 10MBit/s 전송속도는 현재 주요 장애물 중 하나이다. PA용 PROFINET은 △확장 가능한 네트워크 이중화 △S2 및 DR 이중화 △다운타임 없이 간단한 장치 △컨트롤러 교체 및 확장 △수정(CiR (Run in Configuration) 구성 및 동적 재구성) △NAMUR 권장사항 NE 107에 따른 진단(예 : 색상 코드 오류 표시 : 빨간색, 주황색, 노란색, 파란색, 녹색)을 지원한다.

• PROFINET 이중화 모델 : PROFINET을 통한 네트워킹 시스템 구성 요소를 통해 안정적인 고 가용성 시스템을 만들 수 있다. 이는 생산 중단 시간을 최소로 유지하는 프로세스 제조의 중요한 요구사항 중 하나를 준수한다. 그렇게 하는 데 필요한 노력은 전통적인 필드버스에 필요한 노력보다 적다.

• 시스템 : PROFINET 시스템 이중화(PROFINET SR)는 이중화 컨트롤러, 이중화를 통해 달성된다.

• 매체 또는 중복 장치로서의 이더넷이다. 시스템 중복성은 본질적으로 장치 또는 컨트롤러에 여러 연결을 설정하여 달성된다. 장치 및 컨트롤러가 여러 PROFINET 인터페이스 또는 NAP(Network Access Point)를 사용하는 경우에 하드웨어 오류가 발생하더라도 연결을 유지할 수 있다. 컨트롤러 중복 성을 통해 장치는 NAP를 통해 데이터 교환이 내장 된 다중 응용 프로그램 관계(AR)를 지원한다. 이 장치가 컨트롤러 손실을 허용한다. PROFINET은 중복 구성 S1, S2, R1 및 R2를 사용한다.

• 인터페이스 또는 두 개의 PN 인터페이스가 있는 하나의 인터페이스 모듈 : 노드는 중복 네트워크에 연결할 수 있다(예: 더블 라인, 더블 링). 숫자 1 또는 2는 잠재적인 AR(응용 관계 수)을 나타내는 데 사용된다. S1로 NAP 또는 R1 NAP를 사용하면, 각 PROFINET 인터페이스는 정확히 하나의 응용 프로그램 관계를 설정할 수 있다.

• 다른 PROFINET 인터페이스 (예: IO 컨트롤러) : S2 또는 R2 NAP를 사용하면 PN 인터페이스를 할당할 수 있다. 데이터 전송에 이들 중 하나만 적극적으로 사용하지만, 두 개의 PROFINET 노드에 연결된다. 두 번째 연결은 장애 조치 이벤트 중에 활성화된다. 보다시피, S1 시스템 이중화는 설비 가용성을 높이지 않으며 기술적으로 이중화되지 않는다.

• 설정 : 반면에 S2와 R1은 데이터 전송 중단을 방지하는 진정한 중복구성이다.

조익영, ODVA TAG KOREA Activity Manager