이더넷-APL은 PROCESS계장표준으로 세계 전문 표준개발기구 4곳과 12개의 국제 자동화 메이커에서 합의하여 IEC/IEEE 등의 국제표준기관에서 공인된 새로 나온 신기술이므로, 자세한 설명과 해설이 필요하고 이 기술의 핵심 요체를 설명하는데 자세한 안내가 필요하므로 ‘이더넷-APL 길라잡이’라는 이름을 붙여 10~12회 정도로 내용을 안내 하고자 작명을 했다. 이번 호는 지난 회에 이어 케이블 유형과 커넥터 및 전원 기호를 설명하고 APL 기술을 소개한다.
기호와 의미
표 1부터 표 4는 케이블 유형과 커넥터 및 전원 기호를 설명한다.
APL 기술 소개
이 섹션에서는 APL 기술을 소개하고 일반적인 사용 사례를 설명한다.
1. 이더넷 통신의 기본
이더넷 통신 프로토콜은 다른 많은 프로토콜과 마찬가지로 ISO/OSI 프로토콜 스택으로 알려진 그림 1에 표시된 계층화된 접근방식을 사용한다. 계층화된 접근방식을 사용하면 프로토콜 스택의 일부를 변경할 수 있지만 다른 부분은 그대로 유지할 수 있다.
그림 1에서 물리 계층은 가장 낮은 계층이다. 여기에는 전송 매체, 데이터 속도 및 커넥터가 명시되어 있다. 그림 1은 서로 다른 물리적 계층(예: 패스트 이더넷, 기가비트 이더넷 등)을 사용할 수 있음을 보여준다. 이 문서의 맥락에서 볼 때 물리적 계층에 관심이 있다. 이더넷 APL은 많은 물리적 계층 중 하나이며 자동화 도메인의 특별한 요구를 충족한다. 기존의 다른 물리적 계층과 병렬로 사용할 수도 있으며 위의 계층에는 영향을 주지 않는다.
다음 섹션에서는 이더넷 APL이 다른 물리적 계층과 어떻게 다른지를 설명하고 기술적인 특징을 설명하려고 한다.
2. 이더넷 APL이란 무엇인가?
산업용 이더넷의 사용이 증가함에 따라 공장전체에서 이더넷 기술이 사용되는 경우 네트워크 진단, 직원교육 및 단일통합표준 기술 사용과 관련하여 많은 이점을 얻을 수가 있다. 이는 필드장치를 통합 이더넷 네트워크에 연결하는 것을 의미한다. 프로세스산업의 자동화 기술 사용자협회(NAMUR)는 현장의 이더넷에 대한 권장사항(NE168) 및 (NE74)요구사항에 정의가 되어있다. 예를 들어 NE74는 다음과 같은 요구사항을 명시하고 있다.
· 프로세스 산업의 요구사항을 고려한 통신(엄격한 환경, 특정 토폴로지 사양에 적합한)일 것
· 폭발성이 있는 지역에서 완전하게 운영이 가능해야 함
· 유지관리 인력에 의해 견고하게 유지되어야 함
· 간단한 연결 기술이 가능하도록 해야 함
· 작동 사이클 시간은 10ms~2000ms
· 작업에 따라서 모든 현장 장치는 동일하게 정의되고 표준화된 물리계층을 지원해야 함
· 프로토콜은 모든 버스 구성 요소(예: 현장 장치, 프로세스 제어 시스템, 인프라 구성 요소 등)에 의해 지원이 되어야 함
· 사용되는 모든 프로토콜은 서로 상호운용이 가능해야 한다.(즉, 동시 작동이 가능해야 함)
이더넷-APL 물리계층을 사용하는 국제협력 4대 표준개발조직(SDO/1.FieldCommGroup, 2.ODVA, 3.PI<PROFIBUS & PROFINET International>, 4.OPC FOUNDATION)은 다음과 같은 기능을 갖춘 자동화 도메인의 통합네트워크 아키텍처에 대한 프로세스 업계의 요구사항을 충족시키기 위한 통신 솔루션으로 정의를 한다.
· 이더넷 기반 통신 방식이어야 함
· 센서에 대해 2-와이어로 연결이 가능할 것
· 2-와이어 연결을 통해 장치에 통신과 전원을 동시에 공급해야 함
· 설치 시, 기존 케이블도 재활용이 가능해야 함(케이블 길이에 따라 기능이 달라짐)
· 폭발성 분위기 지역에서 현장 패널 장치 및 스위치의 작동이 안전하게 가동되어야 함
· 작동(운전) 중에 고장 난 장치의 교체가 가능하며 폭발 조건하에서도 방폭이 가능해야 한다.
그림 2는 산업용 이더넷(산업용 이더넷의 통신 속도는 일반적으로 100Mbit/s)과 이더넷-APL의 차이점을 보여준다. 그림 2의 APL 왼쪽 상단 모서리의 컨트롤러(제어기)가 엔지니어링 및 연산자 스테이션(2개의 모니터)과 함께 표시되고 있다. 두 장치는 예를 들어 100Mbit/s 산업용 이더넷을 통해 연결된다. 두 장치 모두 보조전원이 필요하다. 기존의 산업용 이더넷 케이블은 4개의 와이어를 사용하며, 구리선 미디어를 사용할 경우 통신은 일반적으로 최대 100m 길이의 전 이중 모드로 실행이 된다.
그림 2의 중앙은 APL 전원스위치를 보여준다. APL 전원스위치는 한쪽 면을 패스트 이더넷에 연결하고 보조 전원을 공급받는다. APL 전원스위치는 100Mbit/s 고속 이더넷을 10Mbit/s 이더넷-APL로 변환한다. 이더넷-APL은 두 개의 와이어(SPE/단일 쌍 이더넷)를 사용하며 전 이중 통신으로 제공이 된다. APL 트렁크(간선)는 APL 전원스위치와 APL 필드스위치에 연결한다. APL 트렁크 세그먼트의 길이는 최대 1,000m이다(산업용 이더넷 선과 APL선 모두 “A” 타입형 이더넷 선을 사용하나, 산업용 이더넷 선은 길이가 700m이고, APL선은 1000m이다).
APL 전원스위치는 APL 네트워크에 연결된 장치에 병렬로 전기에너지를 제공한다. 이 경우 APL 필드스위치 및 APL 필드장치는 APL 스퍼(SPUR/지선)를 통해 APL 필드스위치에 연결이 된다. 또한 그림 2는 산업용 이더넷 제어 네트워크에 직접 연결된 필드스위치를 보여주고 있다. 쉽게 이해하기 위해 이 문서에서는 산업용 이더넷 네트워크(녹색)를 제어 네트워크로 참조하기 바란다. <다음 호에 계속>
