산업 네트워크는 복잡할 수 있습니다. 1980년대 초, 시스템을 디지털 방식으로 제어하려면 시스템 접속 장치 사이에 되도록 오류가 없는 통신이 필요하다는 사실이 분명하였습니다. 따라서 시스템을 점진적으로 자동화하려면 가능한 많은 장치를 시스템 제어에 연결해야 합니다. 그러나 되도록 많은 장치를 사용하면 배선이 항상 병렬로 수행되고 모든 접속 장치가 제어 장치에 개별적으로 연결되기 때문에 일반적으로 매우 많은 양의 케이블 작업이 필요했습니다.
직렬 케이블 배선에 대한 수요는 계속 증가하고 있습니다. 따라서 그 당시 도입된 필드버스 기술은 단 하나의 케이블을 통해 통신하고 정보를 병렬로 전송하는 것이 아니라 비트 형태로 차례로 전송했습니다.
필드버스는 센서와 액추에이터를 연결하여 정보를 제어 컴퓨터(PLC)와 교환하는 버스 시스템입니다. 이는 버스 케이블을 사용하여 PLC에서 다른 접속 장치로의 데이터 연결이 구축된다는 것을의미합니다.
대부분의 필드버스는 마스터-슬레이브 프로세스를 기반으로 합니다. 마스터는 프로세스 제어를 담당하고 슬레이브는 자신에게 할당된 통신 작업을 수행합니다.
1부에서는 국제 표준 IEC 61158(산업용 통신 네트워크 - 필드버스 사양)이 필드버스의 개념을 정의하고, 다른 부분에서는 필드버스로 설정할 수 있는 다양한 시스템을 표준화합니다.
필드버스는 하나의 케이블을 통해서만 통신합니다. 이렇게 하면 다음과 같은 이점이 있습니다:
| 장점 | 설명 |
|---|---|
| 단순성 | 하나의 케이블을 통해 통신이 이루어지므로 필드버스 시스템 설치를 위한 계획 프로젝트를 빠르고 쉽게 진행할 수 있습니다. 케이블 하나면 설치 작업이 줄어들고 제어 캐비닛이 간소화됩니다. |
| 신뢰도 | 필드버스 시스템 내의 짧은 신호 경로는 통신의 신뢰성을 높입니다. 마스터-슬레이브 통신 경로는 거의 자동으로 충돌 보호 기능을 갖게 됩니다. |
| 고장 보호 | 필드버스 시스템은 특히 아날로그 값의 간섭에 대해 강화된 보호 기능을 제공합니다. |
| 표준화 | 필드버스 시스템의 프로토콜은 표준화되어 있으며 여러 제조사의 다양한 장치에서 작동할 수 있습니다. 고객은 단일한 제조사에 의존할 필요가 없습니다. |
| 유연성 | 시스템을 쉽게 확장하고 센서와 액추에이터를 유연하게 추가할 수 있습니다. |
| 개조 | 필드버스 기술은 종종 이더넷 시스템에 잘 통합되어 기술을 쉽게 변경할 수 있습니다. |
그러나 필드버스 기술의 장점은 단점과 대조를 이룹니다.
개별 필드버스 구성품은 통신 시스템의 대체 구성품에 비해 상당히 비싸기 때문에 경영진의 응답 시간이 길어지고 비용도 많이 듭니다.
필드버스 시스템은 기술적 기준에 따라 선택되는 경우가 거의 없고, 사용되는 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)의 타입에 따라 선택됩니다. 따라서 모든 PLC 제조사는 센서와 액추에이터가 간섭이나 지연 없이 정보를 교환할 수 있도록 애플리케이션에 적합한 필드버스 기술을 선호하고 또 그렇게 되도록 최적화합니다.
모든 필드버스는 입력 및 출력 데이터의 주기적 전송이라는 동일한 기본 기능을 가지고 있습니다. 다양한 필드버스 시스템 간의 기술적 차이점은 다음과 같습니다:
필드 디바이스가 컨트롤러와 대화하거나 그 반대로 대화할 수 있으려면 공통 언어가 필요합니다. 장애 없는 통신을 위한 프레임워크 조건은 (네트워크) 프로토콜로 알려진 것으로 정의되고 표준화되어 있습니다.
애플리케이션 환경에서 네트워크가 충족해야 하는 기술 요구 사항에 따라 다양한 버스 시스템을 사용할 수 있습니다.
다음 섹션에서는 간단한 S/A 배선(센서와 액추에이터를 서로 연결하는)과 보다 복잡한 필드버스(분산형 주변 장치와 컨트롤러 장치 간에 네트워크를 구축하는)에 대해 살펴봅니다.
아래에서 필드버스 기술의 주요 프로토콜 표준에 대해 자세히 알아보십시오:
기존 센서와 액추에이터를 상위 네트워크 레벨에 연결해야 하는 경우, 일반적으로 구리 S/A 케이블과 다양한 버스 구성품을 사용할 수 있습니다. 간단한 센서/액추에이터 배선의 경우 간단한 전압 레벨 또는 전류만 전송됩니다. 프로토콜을 통한 패키지 중심의 통신은 없습니다.
AS-i(액추에이터 센서 인터페이스)는 하위 프로세스 레벨을 위한 세계 유일의 표준화된 필드버스 시스템입니다. 이 간단한 연결 시스템은 하나의 포트와 2개의 버퍼 파이버가 있는 케이블 하나만 사용하여 최대 31개의 센서 및 액추에이터/AS-i 모듈을 제어 레벨과 네트워크로 연결할 수 있습니다.
이러한 맥락에서 AS-i 케이블은 데이터 교환뿐만 아니라 슬레이브에 전원을 공급하는 역할도 담당합니다. 케이블 길이가 100 m인 경우 5 ms 이하의 주기적 전송 속도를 달성할 수 있습니다. 결과적으로 특정 제조사에 종속되지 않는 이 개방형 산업 표준은 산업 자동화에서 빠르고 효율적인 케이블 연결을 가능하게 하여 궁극적으로 비용을 절감하게 합니다.
AS 국제 협회는 AS-i 프로토콜 표준의 확장 및 표준화를 추진하고 있습니다. LAPP은 이 협회의 회원사로서 표준을 더욱 발전시키는 데 적극적인 역할을 하고 있습니다.
PROFIBUS(Process Field Bus: 프로세스 필드 버스)는 필드버스 통신의 표준으로, 현재 세계 최고의 필드버스 중 하나입니다. 이를 통해 하위 필드 레벨의 장치(분산형 주변 장치, 슬레이브)와 상위 레벨 컨트롤러 장치(중앙 마스터) 간에 데이터를 주기적으로 교환할 수 있습니다. 이제는 제조 기술뿐만 아니라 공정 기술 및 엔지니어링 분야에서 사용되는 핵심 통신 프로토콜이 되었습니다. 마스터-슬레이브 시스템에서는 꼬은 쌍 케이블과 광섬유 케이블을 모두 사용할 수 있습니다.
더 빠른 속도는 이더넷 솔루션을 갖춘 후속 제품인 PROFINET을 통해 달성할 수 있습니다.
Lapp Kabel은 사용자 단체인 PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.의 회원이며, PROFIBUS를 더욱 발전시키는 데 적극적인 역할을 하고 있습니다.
다음 두 가지 PROFIBUS 버전이 주로 사용됩니다.
PROFIBUS DP
제조 기술 분야에서의 필드버스 통신은 모노 마스터 설정 또는 멀티 마스터 시스템(여러 마스터가 버스에 연결된 경우)을 사용하여 처리될 수 있습니다. 마스터는 주기적인 간격으로 슬레이브의 입력 정보를 쿼리하고 출력 정보를 반환합니다. PROFIBUS
DP 시스템은 다양한 버전으로 공급됩니다:
PROFIBUS DP는 12Mbit/s의 전송 속도를 제공하며 네트워크에서 최대 126개의 장치(마스터 및 슬레이브)를 결합할 수 있습니다.
PROFIBUS PA
PROFIBUS PA는 프로세스 자동화의 통신에 사용됩니다. 전력이 제한되어 있기 때문에 PROFIBUS PA는 폭발 위험이 있는 환경에서 사용하기에 이상적입니다. 31.25 kbit/s의 전송 속도로 긴 케이블 경로와 전자기 간섭에 대한 높은 저항성을 제공합니다.
LAPP의 UNITRONIC® 제품군(케이블) 및 EPIC 데이터 제품군(PLUG 커넥터)의 PROFIBUS 호환 제품의 이름에는 PROFIBUS DP의 경우 "BUS DP", PROFIBUS PA의 경우 "PA"라는 명칭이 표시되어 있습니다.
CANopen 표준은 원래 자동차 산업을 위해 개발된 CAN(컨트롤러 영역 네트워크) 필드버스 시스템을 기반으로 하여 통신 프로파일을 포함하도록 확장한 프로토콜입니다. 따라서 CANopen은 자동화 기술뿐만 아니라 주로 유럽을 중심으로 의료, 철도 등 다양한 산업에서 사용되는 개방형 프로토콜 표준으로 자리 잡았습니다.
직렬 CAN 시스템에서 데이터는 주기적 및 이벤트 기반 모두에서 텔레그램 형태로 교환되며, 이 교환은 OSI 모델의 처음 두 계층을 통해 관리됩니다. 동등한 지위를 가진 네트워크 접속 장치는 40 m 길이의 케이블을 통해 최대 1 Mbit/s의 안전한 데이터 전송 속도로 메시지를 독립적으로 버스에 전송합니다. 이 과정에서 데이터는 실시간으로 교환됩니다.
상위 레벨의 CANopen 시스템에서는 응용 계층이 통합되어 통신 프로파일을 제공합니다. 이 프로파일은 표준화된 인터페이스를 통해 네트워크에서 사용되는 장치 클래스의 장치 및 응용 프로파일을 개별적으로 처리할 수 있습니다. 결과적으로, 통신 프로파일은 어떤 텔레그램이 어떤 장치 데이터를 교환하는 데 사용되는지를 제어합니다.
CANopen은 CiA(CAN in Automation)가 유지관리합니다.
아시아에서 CC-Link는 제어와 제조 레벨 간의 데이터 교환에 사용되는 결정적 특성이 뚜렷한 선도적인 개방형 산업 표준입니다. 다양한 모델로 공급됩니다. 표준 버전의 CC-Link는 100 m의 케이블 전체 길이에서 최대 10 Mbit/s의 데이터 전송 속도를 지원하는 필드버스 시스템으로서, 네트워크에서 최대 64개의 장치와 실시간으로 통신할 수 있습니다. 더 낮은 네트워크 속도로는 전송 거리를 최대 1,200 m까지 확장할 수 있기 때문에 CC-Link는 대규모 애플리케이션에도 적합합니다. 이 표준은 간단한 구조를 가지고 있어 광범위한 자동화 기술 작업에 충분히 사용할 수 있습니다. 이 네트워크 기술은 여러 제조사의 CC-Link 호환 제품을 매우 쉽게 통합할 수 있기 때문에 유럽에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
이더넷 기반 CC-Link 모델에 대한 자세한 정보는 CC-Link IE에 수록되어 있습니다.
CC-Link는 CLPA(CC-Link 파트너 협회) 사용자 단체에 의해 표준화되었습니다.
LAPP은 CLPA의 회원사로서 CC-Link를 더욱 발전시키는 데 적극적인 역할을 하고 있습니다.
IO-Link는 최초로 국제적으로 표준화된 IO 기술이며 센서와 액추에이터 간의 통신에 사용됩니다. 이 기술은 국제적으로 표준화되어 있으며 IEC 61131-9 표준에 정의되어 있습니다.
이 기술은 3도체 센서-액추에이터 연결을 사용하는 점간 통신을 기반으로 합니다. IO-Link는 필드버스가 아닌 연결 기술입니다. 이 기술은 필드버스 독립적이며 모든 필드버스에 통합시킬 수 있습니다. IO-Link 시스템은 마스터와 하나 이상의 장치(센서 및 액추에이터)로 구성됩니다. 마스터는 중앙 PLC에 대한 인터페이스 역할을 하며 연결된 장치를 제어합니다. 양방향 통신을 지원하는 IO-Link는 센서와 액추에이터의 고급 진단을 가능하게 합니다. 이를 통해 예를 들어 장치를 원격으로 유지관리할 수 있습니다.
IO-Link의 특징은 4.8 kBaud, 38.4 kBaud, 230.4 kBaud의 빠른 전송 속도입니다. 데이터는 IO-Link 프로토콜을 사용하여 차례로 빠르게 전송됩니다. 이 연결 기술은 공간이 거의 필요하지 않으므로 센서와 액추에이터 간의 스마트 통신을 소형화할 수 있습니다.
