오래된 PC 사용자라면 RS-232C 표준에 대해 들어 보셨을 것입니다.그렇다면 PLC라는 단어는 어떨까요?사실, 이것들은 산업 현장에서 매우 중요한 산업 네트워크 분야에서 사용되는 표준과 단어입니다.다음은 산업용 네트워크에 대한 간략한 소개입니다.
산업용 네트워크란 무엇일까요?
산업용 네트워크는 장치 또는 생산 라인에 설치된 센서 및 장치를 제어하고 여기에서 제조 실행 시스템과 같은 상위 시스템으로 정보를 전송하는 네트워크입니다.필드 네트워크, FA 네트워크 및 필드버스라고도 합니다.
일반적으로 공장의 네트워크 시스템은 다음과 같은 4계층 구조로 구성됩니다.
- 계층 1: 정보 시스템 네트워크
- 계층 2: 컨트롤러 네트워크
- 계층 3: 필드 네트워크
- 계층 4: 배선 절약 네트워크
정보 시스템 네트워크는 제조 실행 시스템 (MES) 을 포함하고 컨트롤러 네트워크는 프로그래머블 로직 컨트롤러 (PLC) 를 포함한다.또한 필드 네트워크에는 센서 및 모터와 통신하는 컨트롤러가 포함되며, 최하위 계층은 센서와 컨트롤러 간의 통신 배선을 간소화하는 배선 절약 네트워크입니다.
이 문서에서는 세 번째 계층 필드 네트워크를 다룹니다.구형 PC에 연결된 RS-232c 인터페이스는 원래 이 3계층 네트워크의 오래된 표준이었습니다.
공장 장비 및 생산 라인에서는 물리적 장치 및 센서와 같은 네트워크 구성 요소가 크게 변동하지 않으며 항상 동일한 요소가 연결되는 경우가 많습니다.반면 데이터 전송 오류나 정지 등의 문제가 없으며, 데이터 전송량의 변화에 관계없이 항상 동일한 속도로 안정적이고 안정적으로 동작하는 것이 요구됩니다 (이를 “실시간 성능 보장”이라고 함).
따라서 사무실에서 사용하는 인터넷, LAN 등의 네트워크 표준인 이더넷 대신 원래 네트워크의 표준이 발전했습니다.하지만 최근 각광받고 있는 제조 실행 시스템과 같은 상위 시스템들이 이더넷 기반으로 구축되고 이더넷 시스템의 약점이었던 실시간 개선이 이루어지면서 최근 이더넷 기반 표준에서는 필드 네트워크가 증가하고 있습니다.
필드 네트워크의 역사 및 기준
공장 장비를 네트워크로 연결하거나 데이터를 수집하거나 모터, 로봇 등을 제어하는 컨트롤러를 네트워크와 통합 관리에 연결한다는 아이디어는 1970년 오늘날 IoT에 가깝습니다.그때가 1990년대였다고 합니다.실험적 연구가 이미 이루어졌습니다.그러나 당시에는 아날로그 기술 시대에 디지털 하드웨어와 소프트웨어가 여전히 빈약했기 때문에 이러한 실용적인 디지털 네트워크의 실현은 당분간 과제로 여겨졌습니다.
이후 디지털 기술의 발전으로 1990년대에는 필드 네트워크가 실용화되었습니다.그 당시 다양한 표준이 탄생하여 약 40종류의 표준이 혼잡했던 시기도 있었습니다.그 이후로 조직이 발전하여 이제는 10여 가지 주요 표준으로 좁혀졌습니다.
필드 네트워크에는 RS-232C 기반으로 개발된 rs-485 시스템, 이더넷 시스템, 무선 시스템의 세 가지가 있습니다.앞서 언급했듯이 최근 몇 년 동안 이더넷 표준이 지배적이었습니다.또한 무선 시스템이 점차 증가하고 있습니다.
RS-485 필드 네트워크의 특징
RS-485 시스템은 역사가 오래되고 많은 현장에서 사용되어 온 것이 장점이라고 할 수 있습니다.또한 동작이 비교적 안정적이며 실시간 성능이 우수합니다.또한 소음에 강한 것도 특징입니다.이러한 “높은 신뢰성”과 “성과”는 rs-485 필드 네트워크가 30년 이상 사용되어 온 주요 이유이며, 이더넷 시스템이 지배적인 지금도 상당히 “버리기 어려운” 표준입니다.
단점은 전송 속도가 이더넷 시스템보다 느리다는 것입니다.또한 장비 가격은 이더넷 시스템보다 약간 높은 경향이 있습니다.
이더넷 필드 네트워크의 특징
이더넷 시스템의 장점은 여전히 전송 속도가 비교적 빠르다는 것입니다.프로토콜과 하드웨어는 상위 정보 시스템에 공통적이므로 쉽게 도입할 수 있습니다.또한 케이블 및 네트워크 어댑터와 같은 하드웨어는 이미 널리 사용되는 LAN에 공통적이므로 장비 가격을 낮게 유지할 수 있습니다.
반면 이더넷은 네트워크 트래픽이 증가함에 따라 전송 속도가 느립니다.즉, 생산 시스템의 규모가 커지는데 시간을 늘리려고 하면 전송 속도가 떨어지고 데이터 전송의 실시간 특성이 손실됩니다.따라서 실시간 성능을 보장하려면 약간의 독창성이 필요합니다.
무선 필드 네트워크의 특성
무선 시스템의 가장 큰 장점은 유선 배선이 필요 없다는 것입니다.이는 나중에 현장 네트워크를 설치할 때나 공장 바닥이나 천장 아래에 유선 배선을 위한 공간이 없는 경우에 매우 유용합니다.또한 같은 이유로 공장 레이아웃 변경과 같은 경우에 유연하게 대응할 수 있습니다.또한 케이블 설치에만 드는 비용이 들지 않기 때문에 전체 시스템의 초기 비용이 저렴한 경향이 있습니다.
반면 무선은 전파를 사용하여 통신하기 때문에 무선 고유의 단점인 회절, 반사 등 전파의 전파 상태에 따라 전송이 성공하지 못할 수 있습니다.따라서 일반적으로 장비의 안테나는 서로를 볼 수 있는 위치에 배치해야 합니다.
각 혈통에 대한 일반적인 표준과 특수
RS-485 표준 및 특수 사양
주요 기능으로는 CC-Link와 프로피버스 DP가 있습니다.
“CC-Link”는 미쓰비시전기가 일본과 아시아에서 개발한 선도적인 표준입니다.최대 10Mbps의 전송 속도와 1.2km의 전송 거리가 특징인데, 이는 비교적 빠른 속도이고 전송 거리가 긴 것입니다.또한 네트워크당 64개의 장치를 연결할 수 있습니다.일본에서는 이 표준이 거의 공장 표준이 되었습니다.CC-Link는 원래 RS-485 표준이지만 이더넷 기반의 CC-Link IE도 최근에 등장했습니다.이더넷 및 RS-485 변환 기능이 있는 컨트롤러도 사용할 수 있습니다.
“PROFIBUS DP”는 주로 유럽을 중심으로 강력한 표준입니다.전 세계적으로 점유율이 가장 높습니다.기능으로는 네트워크당 126개의 장치를 연결할 수 있습니다.광섬유 케이블과도 호환됩니다.
이더넷 표준 및 특수 사항
주요한 것들은 “이더넷/IP”와 “이더캣”입니다.
“EtherNet/IP”는 이더넷의 약점을 극복하기 위해 순환 통신을 지원하는 통신 표준입니다.순환 통신의 약자입니다.통신 제어는 특정 기간의 통신을 통한 이 표준의 고유한 기능입니다.이를 통해 명백한 실시간이 보장됩니다.또한 미국에서 큰 점유율을 차지하고 있는 자동차 제조업체 GM이 채택한 것으로도 유명합니다.
“Ether CAT”은 이더넷의 약점을 극복하기 위해 원칙적으로 네트워크 토폴로지 (네트워크의 물리적 연결 형태) 를 트리에서 링으로 제한하는 표준입니다.이는 토요타 자동차 주식회사의 채택으로 알려져 있습니다.일반 네트워크에서는 허브나 라우터를 사용하여 트리 모양으로 분기하지만 EtherCAT은 데이지 체인 형태로 장비를 연결합니다.그 결과 링에 일정한 양의 트래픽이 발생하여 실시간이 보장됩니다.
무선 표준 및 전문 분야
무선 표준에는 “로컬 5G”와 “LPWA”가 포함됩니다.
“로컬 5G”는 차세대 휴대폰의 표준인 5G를 제한된 공간에서 사용하는 것입니다.현장 네트워크에는 5G 고속을 사용할 수 있을 것으로 예상됩니다.
“LPWA”는 현재 무선 필드 네트워크에서 사용되는 주류 방식이며, 낮은 전력으로 넓은 영역을 커버할 수 있는 것으로 각광받고 있습니다.전송 속도는 느리지만 비용이 저렴하고 확산에 도움이 된다는 단점이 있습니다.
표준의 수는 선택 범위가 넓다는 것입니다.
위에서 산업용 네트워크 표준을 간략하게 소개했습니다.산업용 네트워크에는 다양한 표준이 있습니다.현재는 이더넷 표준이 다소 우세하지만 수년 동안 많은 사이트에서 사용되어 온 rs-485 기반 표준도 버리기가 어렵습니다.또한 경우에 따라 무선 시스템이 조금 더 중요하다고 할 수 있습니다.어떤 경우든 각 표준의 특성을 이해하고 구축하려는 생산 시스템에 가장 적합한 표준을 선택하는 것이 중요합니다.다양한 기준이 있기 때문에 선택의 폭을 넓혀 봅시다.
