Hayden Ali, 네트워크 엔지니어
산업용 이더넷 용어
산업용 이더넷 통신 프로토콜
이더넷은 일반적인 물리적 링크와 향상된 속도로 유비쿼터스화되고 비용 효율적이 되고 있습니다. 따라서 많은 산업용 통신 프로토콜이 이더넷 기반 솔루션으로 이동하고 있습니다. TCP/IP와의 이더넷 통신은 일반적으로 비결정적이며 반응 시간은 종종 약 100ms입니다. 산업용 이더넷 프로토콜은 수정된 MAC(Media Access Control) 계층을 사용하여 매우 낮은 대기 시간과 결정적 응답을 달성합니다. 이더넷은 또한 유연한 네트워크 토폴로지와 시스템의 유연한 노드 수를 가능하게 합니다. 널리 사용되는 일부 산업용 이더넷 프로토콜을 자세히 살펴보겠습니다.
이더캣프로세스 데이터에 최적화된 프로토콜인 는 표준 IEEE 802.3 이더넷 프레임을 사용합니다. 각 슬레이브 노드는 데이터그램을 처리하고 각 프레임이 통과하는 동안 새 데이터를 프레임에 삽입합니다. 프로세스는 하드웨어에서 처리되므로 각 노드는 처리 대기 시간을 최소화하여 가능한 가장 빠른 응답 시간을 가능하게 합니다. EtherCAT은 MAC 계층 프로토콜이며 TCP/IP, UDP, 웹 서버 등과 같은 상위 수준 이더넷 프로토콜에 투명합니다. EtherCAT은 시스템에서 최대 65,535개의 노드를 연결할 수 있으며 EtherCAT 마스터는 표준 이더넷 컨트롤러가 될 수 있으므로 네트워크 구성을 단순화합니다. 각 에이전트 노드의 짧은 대기 시간으로 인해 EtherCAT은 유연하고 저렴한 네트워크 호환 산업용 이더넷 솔루션을 제공합니다.
EtherNet / IP TCP/IP 위에 있는 애플리케이션 계층 프로토콜입니다. EtherNet/IP는 TCP/IP를 통한 CIP(Common Industrial Protocol)를 사용하는 동안 표준 이더넷 물리적, 데이터 링크, 네트워크 및 전송 계층을 사용합니다. CIP는 산업 자동화 제어 시스템을 위한 표준 메시지 및 서비스 세트를 제공하며 여러 물리적 매체에서 사용할 수 있습니다. 예를 들어 CAN 버스를 통한 CIP는 DeviceNet, 전용 네트워크를 통한 CIP는 ControlNet, 이더넷을 통한 CIP는 EtherNet/IP라고 합니다. EtherNet/IP는 TCP 연결을 통한 CIP 연결을 통해 한 응용 프로그램 노드에서 다른 응용 프로그램 노드로 통신을 설정하고 하나의 TCP 연결을 통해 여러 CIP 연결을 설정할 수 있습니다.
프로피 넷 Siemens 및 GE와 같은 주요 산업 장비 제조업체에서 널리 사용하는 산업용 이더넷입니다. 세 가지 클래스가 있습니다. PROFINET 클래스 A는 프록시를 통해 PROFIBUS 네트워크에 대한 액세스를 제공하고 TCP/IP에서 호출하는 원격 프로시저로 이더넷과 PROFIBUS를 연결합니다. 주기 시간은 약 100ms이며,
주로 파라미터 데이터 및 주기적 I/O에 사용됩니다. 일반적인 애플리케이션에는 인프라 및 빌딩 자동화가 포함됩니다. PROFINET 실시간(PROFINET RT)이라고도 하는 PROFINET 클래스 B는 소프트웨어 기반 실시간 접근 방식을 도입하고 주기 시간을 약 10ms로 줄였습니다. 클래스 B는 일반적으로 공장 자동화 및 프로세스 자동화에 사용됩니다. PROFINET 클래스 C(PROFINET IRT)는 등시성 및 실시간이므로 모션 제어 작업을 위한 실시간 산업용 이더넷에서 충분한 성능을 제공하기 위해 주기 시간을 1ms 미만으로 줄이기 위한 특수 하드웨어가 필요합니다. PROFINET RT는 PLC 유형 애플리케이션에 사용할 수 있는 반면 PROFINET IRT는 모션 애플리케이션에 적합합니다. Branch 및 Star는 PROFINET에 사용되는 일반적인 토폴로지입니다. PROFINET 네트워크가 시스템에 필요한 성능을 달성하려면 신중한 토폴로지 계획이 필요합니다.
파워링크 원래 B&R에서 개발했습니다. 이더넷 POWERLINK는 IEEE 802.3 위에 구현되므로 네트워크 토폴로지, 교차 연결 및 핫플러그를 자유롭게 선택할 수 있습니다. 실시간 데이터 교환을 위해 폴링 및 시간 분할 메커니즘을 사용합니다. POWERLINK 마스터 또는 "관리 노드"는 수십 나노초 범위의 패킷 지터를 통해 시간 동기화를 제어합니다. 이러한 시스템은 PLC 간 통신 및 시각화에서 모션 및 I/O 제어에 이르기까지 모든 종류의 자동화 시스템에 적합합니다. 오픈 소스 스택 소프트웨어의 가용성으로 인해 POWERLINK 구현에 대한 장벽이 매우 낮습니다. 또한 CANopen은 이전 Fieldbus 프로토콜에서 시스템을 쉽게 업그레이드할 수 있는 표준의 일부입니다.
세르코스 III 직렬 실시간 통신 시스템(Sercos)의 31.25세대입니다. 이는 실시간 이더넷을 제공하기 위한 즉석 패킷 처리와 표준 TCP/IP 통신을 결합하여 대기 시간이 짧은 산업용 이더넷을 제공합니다. EtherCAT과 마찬가지로 Sercos III 슬레이브는 낮은 대기 시간을 달성하기 위해 즉석에서 이더넷 프레임에 데이터를 추출하고 삽입하여 패킷을 처리합니다. Sercos III는 입력 및 출력 데이터를 두 개의 프레임으로 분리합니다. 511마이크로초의 주기 시간으로 EtherCAT 및 PROFINET IRT만큼 빠릅니다. Sercos III는 링 또는 라인 토폴로지를 지원합니다. 링 토폴로지를 사용하는 주요 이점 중 하나는 통신 중복성입니다. 한 슬레이브의 장애로 인해 링이 끊어지더라도 나머지 모든 슬레이브는 여전히 입력/출력 데이터와 함께 Sercos III 프레임을 받습니다. Sercos III는 하나의 네트워크에 XNUMX개의 슬레이브 노드를 가질 수 있으며 서보 드라이브 제어에 가장 많이 사용됩니다.
시간에 민감한 네트워킹(TSN) IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)에서 정의한 이더넷 확장으로 이더넷 기반 네트워크를 보다 결정적으로 만들기 위해 설계되었습니다. TSN은 비 TSN 이더넷과 함께 작동할 수 있는 수준의 솔루션인 근거리 통신망(LAN)이지만 적시성은 TSN LAN 내에서만 보장됩니다. TSN 표준이 해결하는 사용 사례(일반적인 시간 보기, 보장된 최대 대기 시간 또는 배경 또는 기타 트래픽과의 공존)에 따라 TSN 표준을 그룹화할 수 있습니다. 대중적인 표준과 마찬가지로 표준의 TSN 도구 상자도 진화하고 있습니다.