이더넷은 유선 네트워크용 데이터 전송 기술로, 로컬 가정 또는 사무실 네트워크(LAN, 근거리 통신망)에서 데이터 패키지를 전송하는 표준입니다.
이러한 네트워크 내에서 컴퓨터, 프린터, 서버 등 연결된 모든 전자 장치는 LAN 케이블을 통해 서로 통신할 수 있습니다.
데이터는 이더넷을 통해 송수신됩니다. 이더넷은 WLAN처럼 무선으로 작동하는 것이 아니라 유선으로만 작동합니다. 네트워크로 연결된 산업 환경에서 유선 이더넷은 WLAN(무선 근거리 통신망)을 통한 대체 네트워킹보다 훨씬 더 빠른 데이터 전송 속도와 안정적인 전송 안정성을 제공합니다.
미국의 워킹 그룹 IEEE(전기전자기술자협회)는 이더넷 네트워크 프로토콜과 그 패키지 구조를 IEEE 사양 802.3으로 정의하고 표준화했습니다.
이더넷의 관련성
이더넷 표준은 1970년대에 시작되었습니다. 하지만 당시에는 매우 낮은 전송 속도만 가능했습니다. 지난 수십 년 동안 데이터 전송 기술은 꾸준히 발전하여 이제 최대 10,000 Mbit/s 또는 10 Gbit/s의 속도를 달성할 수 있게 되었습니다. 이를 기가비트 이더넷이라고도 합니다.
4.0차 산업혁명과 사물인터넷의 등장으로 데이터 전송의 가능성을 더욱 발전시켜야 할 시기가 도래했습니다. 이러한 새로운 경제 환경에서는 빌딩 및 사무실 네트워크의 IT 시스템을 산업용 기계 네트워크와 통합하는 것이 필요하였습니다. 이로 인해 통신 타입이 변경되어 데이터 전송에 대한 요구 사항이 변경되었습니다.
건물 배선에 사용되는 기존 이더넷의 특성이 더 이상 산업 환경에 적합하지 않다는 것이 이제 분명해졌습니다.
"이더넷"은 실제로 무엇을 의미합니까?
Ether
"하늘"을 의미하는 에테르 이론에서 유래한 고대 그리스어입니다. 이전 세기에는 에테르가 우주에서 전자파를 전파시키는 매개체라고 가정했습니다.
Net
Ethernet vs 산업용 Ethernet: 무엇이 다를까?
산업용 이더넷은 기존 사무용 LAN 이더넷의 후속 제품으로서 주로 산업 생산에서의 데이터 통신에 사용됩니다. 그 이유는 산업용 이더넷이 원활한 네트워크 인프라를 실시간으로 제공하기 때문입니다. 활용 분야는 현장 레벨 및 제어 레벨l에서부터 기업 관리 레벨(주문 조정을 위한 제조 실행시스템 [MES]와 자재 계획을 위한 기업 자원 관리 [ERP])에 이르기까지 상당히 다양합니다.
산업용 이더넷 기술은 또한 매우 큰 주소 공간을 제공합니다. IPV6 주소 지정을 사용하면 사실상 무제한의 노드로 네트워크를 구현할 수 있습니다. 구리를 통해 최대 40 Gbit/s라는 고속으로 많은 양의 데이터를 동시에 전송할 수 있습니다. 이는 장거리 데이터 통신에도 적용됩니다:구리 케이블에 비해 광섬유 케이블은 최대 80km의 거리를 연결할 수 있습니다. 스위치와 라우터를 사용하여 네트워크를 쉽게 확장하고 세분화할 수 있습니다.
필드버스 기술과 비교한 산업용 이더넷의 장점
필드버스는 필드 레벨에서 센서와 액추에이터를 연결하여 제어 컴퓨터와 정보를 교환하는 데 사용되는 버스 시스템입니다. 필드버스는 생산 기술에서 비롯되었습니다. 이 버스는 그 분야에서 여전히 주로 사용되고 있습니다.
자동화와 관련하여 커뮤니케이션 프로세스는 일반적으로 여러 단계에 걸쳐 이루어집니다. 산업용 이더넷은 필드버스의 기능만으로는 더 이상 충분하지 않은 산업 자동화 분야에서 사용됩니다. 결국 산업용 이더넷의 장점은 다음과 같습니다:
- 자동화 피라미드의 여러 단계에 걸친 네트워킹 가능성
- 현저하게 더 빨라진 데이터 전송
- 개선된 실시간 특성
- 향상된 기술적 성능
- 대용량 데이터 전송
- 안전 프로토콜 통합
무선 네트워크 연결 가능
무선 LAN을 사용하면 무선 기술을 사용하여 네트워크 내에서 무선으로 데이터를 전송할 수 있습니다. 지능형 무선 솔루션은 산업 분야에서도 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 그 결과 복잡하고 동적으로 설계된 무선 필드가 탄생했습니다.
무선 네트워크와 유선 네트워크 간에 데이터를 전송할 수 있으며, 이는 WLAN과 이더넷이 서로 통신할 수 있음을 의미합니다.
무선 기술의 장점
- 모바일 네트워크 접속 장치와 고정형 접속 장치의 연결
- 캐러셀 또는 크레인과 같은 회전형 접속 장치와의 연결
- 건물 경계 또는 수면에 걸친 무선 브리지의 구축
- 액세스하기 어려운 접속 장치와의 통신
무선 기술의 단점
- 전파는 장애물에서 회절됩니다.
- 장애물에 의해 전파가 반사되는 경우
- 전파가 통과할 때 감쇠될 수 있습니다.
- 허가 없이 전파를 가로채서 악용할 수 있습니다.
무선이 불가능한 경우
유선 솔루션의 사용은 여전히 산업 생산에서 가장 큰 이점을 가지고 있습니다. 케이블은 고정된 전송 속성을 가진 독점적이고 일관적인 매체로서 네트워크 접속 장치를 명확하게 식별하는 역할을 합니다. 이더넷을 데이터 전송 기술로서 사용하는 사람이라면 누구나 구리 케이블이나 광섬유 케이블을 사용하여 데이터 패키지를 배포할 수 있습니다.
이더넷 프로토콜 표준을 통한 간단한 네트워크 통신
프로토콜 또는 네트워크 프로토콜은 데이터를 교환하기 위한 표준화된 규칙 집합, 즉 일종의 네트워크 언어입니다. 이것은 컴퓨터와 장치 간의 통신에 사용됩니다. 표준화된 프로토콜을 프로토콜 표준이라고도 합니다.
아래에서 이더넷 기술의 주요 프로토콜 표준에 대해 자세히 알아보십시오:
PROFINET은 산업 자동화 기술의 모든 분야를 위한 유럽의 선도적인 개방형 산업용 이더넷 표준입니다. 이러한 타입의 통신 시스템을 사용하면 산업용 이더넷을 사용하여 컨트롤러 장치와 현장 장치 간에 실시간으로 데이터를 교환할 수 있습니다. PROFINET은 프로피버스 및 프로피넷 인터내셔널(PI) 사용자 조직에 의해 표준화된 필드버스 프로토콜 표준인 프로피버스의 후속 제품입니다. LAPP은 PROFINET을 더욱 발전시키는 데 적극적인 역할을 하고 있습니다.
PROFINET의 RT(실시간) 버전을 사용하면 컨트롤러 장치와 현장 장치가 실시간으로 통신할 수 있습니다. 이를 위해 네트워크 구성품에 추가 요구 사항을 설정할 필요는 없습니다. 시계 동기화 없이 데이터를 교환하는 주기는 약 10밀리초입니다. 예를 들어 RT 버전은 원격 I/O 시스템에서 사용됩니다.
서보 드라이브의 동기화와 같이 클럭 동기화가 필요한 특수 어플리케이션의 경우, PROFINET의 IRT(등시성 실시간) 버전이 제공하는 컨트롤러 장치와 필드 장치 간의 등시성 통신을 사용하는 것이 필수적입니다. IRT 네트워크는 하드웨어에 추가적인 요구 사항을 적용하며, 표준 이더넷 스위치는 더 이상 허용되지 않습니다. 데이터 교환 주기는 1밀리초 미만입니다.
이더넷/IP는 제어 및 자동화 시스템에 사용되는 산업용 버스 시스템으로, 미국 지역에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
이더넷/IP는 표준 이더넷 하드웨어를 사용하여 작동하며 전송 프로토콜인 TCP/IP와 UDP를 사용합니다. 또한 네트워크의 애플리케이션 계층을 구성하는 애플리케이션 프로토콜 CIP(Common Industrial Protocol)를 사용합니다. 이 개방형 산업 표준이 제공하는 주요 이점 중 하나는 기존 필드 디바이스를 직렬 RS 인터페이스와 쉽게 통합할 수 있다는 점입니다. 통신 서비스는 자동화 애플리케이션에 현장 레벨에서 주기적이고 시간적으로 중요한 데이터를 제공합니다.
그러나 이러한 네트워크는 "단지" 약 10 ms의 사이클 타임을 달성할 수 있기 때문에 통신 표준은 그 자체로는 등시성 서보 작동의 까다로운 실시간 요구 사항(1 ms 미만)을 처리하는 데 적합하지 않습니다. 따라서 클럭 동기화가 필요한 애플리케이션의 경우, 프로토콜이 MotionSync와 CIPSync를 포함하도록 확장되었습니다.
이더넷/IP는 오픈 디바이스넷 벤더 협회(ODVA)에서 유지 관리하고 더욱 발전시키고 있습니다. 저희 LAPP은 ODVA의 회원사이며 EtherNET/IP 시스템을 더욱 발전시키는 데 적극적인 역할을 하고 있습니다.
아시아에서는 CC-Link IE가 CC-Link 필드버스 시스템의 선도적인 이더넷 기반 후속 표준입니다. CC-Link가 필드버스 시스템으로서 한계에 도달한 산업용 애플리케이션에서는, 훨씬 더 강력한 CC-Link 산업용 이더넷 버전이 훨씬 더 많은 양의 데이터를 관리하는 데 사용됩니다. Gbit 레벨의 성능을 제공하는 이 고속 데이터 전송 표준은 실시간 프로토콜을 제공하며 현재 네트워크 내에서 최대 120개의 장치를 연결할 수 있습니다. CC-Link IE는 (현장 레벨에서 데이터를 교환하기 위한) CC-Link IE Field, (제어 레벨에서 데이터를 교환하기 위한) CC-Link IE Control, (안전한 통신을 위한 안전 컨트롤러 연결용) CC-Link IE Safety 및 (서보 드라이브를 동기화를 위한) CC-Link IE Field Motion 등의 버전으로 공급됩니다.
저희 LAPP은 CLPA(CC-Link 파트너 협회) 사용자 단체의 회원이며 표준을 더욱 발전시키는 데 적극적인 역할을 하고 있습니다. 아래에서 제공하는 많은 구성품은 CLPA 규격에 따라 인증을 받았습니다.
EtherCAT은 산업용 이더넷에 널리 사용되는 프로토콜로 고속 이더넷을 보장합니다. 이 명칭은 제어 자동화 기술을 위한 이더넷의 약자로, 처리 속도와 실시간 기능 측면에서 특히 빠른 이더넷으로 간주됩니다.
통신을 위해 EtherCAT은 표준 이더넷 프레임, 처리 가능한 데이터 패키지를 사용합니다. 이러한 데이터 패키지는 이더넷 헤더, 이더캣 헤더, 1~15개의 이더캣 데이터그램, 비트 오류 감지를 위한 테스트 메커니즘으로 구성됩니다.
제어는 마스터와 하나 이상의 슬레이브가 있는 통신 시스템에 의해 제공됩니다. 마스터는 슬레이브에 TARGET 조건을 보내면 슬레이브는 ACTUAL 조건을 반환합니다. 예를 들어, 제어 명령을 전송하고 기계의 현재 상태에 대한 질문에 답할 수 있습니다.
마스터는 수집한 데이터로 EtherCAT 다이어그램을 생성하고 이를 연결된 슬레이브로 전송합니다. 앞서 언급했듯이 EtherCAT의 특별한 점은 속도입니다. 데이터 패키지가 여전히 슬레이브를 통해 실행되는 동안 각 슬레이브는 다이어그램에서 자신에게 적용되는 목표 조건만 가져와서 실제 조건을 직접 삽입합니다. 해당 슬레이브를 위한 것이 아닌 모든 데이터는 처리되지 않고 즉시 전달됩니다. 연결된 슬레이브 수가 많더라도 슬레이브당 처리량 지연이 수 나노초에 불과하기 때문에 통신 시간이 매우 빠릅니다.
실시간 중요 데이터의 효과적인 제어를 위한 TSN 표준
TSN은 시간 민감형 네트워킹의 약어로서, 이더넷 네트워크에서 데이터 흐름을 제어하고 우선순위를 지정하는 방법을설명합니다 그러나 이더넷 TSN은 독립적인 통신 프로토콜이 아니라 프로토콜의 기능을 정의하는 일련의 표준입니다. 따라서 이러한 기능 정의를 PROFINET과 같은 다른 프로토콜에서 사용할 수 있습니다.
TSN 표준을 개발할 때 그 목표는 정보 기술과 산업 공학을 지능적으로 융합하는 것입니다. 이를 위해서는 안전 관련 구성품의 신호 수집과 같은 실시간 중요 애플리케이션에서 데이터를 전송해야 합니다.
TSN은 기존 이더넷 표준을 정의하고 확장함으로써 IT와 연결된 기계 및 장치 간의 융합을 실현합니다. 이더넷 네트워크는 실시간 중요 데이터와 데이터 집약적인 애플리케이션을 효과적으로 제어함으로써 하나의 공통 이더넷 케이블을 통해 구현할 수 있습니다.