산업용 이더넷 프로토콜

이더넷은 장치 간에 대량의 데이터를 빠르게 전송할 시 보편적으로 사용되는 통신 표준입니다. 대부분의 네트워크 장치가 이더넷 표준을 사용하므로 이더넷이 없었다면 현대에서의 통신은 불가능했을 것입니다.

다른 종류의 인터페이스 기술과 마찬가지로 데이터는 이더넷을 통해 전송되며, 광섬유를 통해 전압 변화 또는 광 신호의 형태로 전송되거나 Wi-Fi 전파를 통해 전송됩니다.

이더넷은 효율적이며 홈 네트워크부터 대규모 기업 네트워크에 이르기까지 다양한 환경에서 사용할 수 있습니다. 또한 필드버스가 지배적이었던 공장 자동화 영역에서도 현재는 이더넷으로 전환되었습니다.

이더넷은 이미 1983년에 IEEE 802.3으로 표준화되었으며 OSI 모델의 7개 계층 중 1계층과 2계층을 정의합니다. 간단히 말해, 1계층(물리 계층)은 비트와 바이트가 A 지점에서 B 지점으로 전송되도록 합니다. 이 계층에는 네트워크, 광섬유 케이블과 네트워크 카드 등이 포함됩니다. 2계층(데이터 링크)은 1계층을 통해 연결된 두 장치 간에 데이터 블록이 오류 없이 안정적으로 전송되도록 합니다. 이 계층에는 스위치와 MAC 주소 등이 포함됩니다. 사용된 프로토콜과 같은 다른 모든 것은 상위 OSI 모델의 3~7계층에 위치하며 이더넷용 IEEE 802.3에는 명시되어 있지 않습니다.

이더넷과 산업용 이더넷은 기본적으로 동일합니다. 차이점은 산업용 이더넷에는 산업 분야의 요구 사항을 충족하는 더욱 견고한 부품을 사용한다는 점입니다. 이를테면 이러한 부품은 극한의 온도, 습도, 진동과 전자기 간섭으로부터 견뎌내야 합니다. 기본적인 물리 작동 방식은 동일합니다. 따라서 산업용 이더넷 구성 요소는 "일반" 이더넷 네트워크에서도 사용할 수 있습니다.

이더넷과 산업용 이더넷 구성 요소의 차이점을 보여주는 간단한 예는 커넥터입니다. 이더넷의 경우 대부분 RJ45 커넥터를 사용합니다. 이 커넥터는 가정 및 사무실에서 사용하기에는 이상적이지만 열악한 산업 환경에는 적합하지 않습니다. 이러한 이유로 산업용 이더넷에는 훨씬 더 높은 기계적 부하 용량뿐만 아니라 최대 IP69K의 보호 등급을 갖춘 D 코딩 M12 커넥터를 사용합니다.

장치에서 데이터를 제공하고 전송하려면 광모뎀을 위한 인터페이스가 필요합니다. 현재는 이더넷을 대량의 데이터를 생성하거나 빠른 데이터 전송 속도가 필요한 장치의 인터페이스로 사용합니다. IO-Link는 소형 또는 비용에 민감한 장치를 위한 광모뎀용 추가 인터페이스로서 이용되고 있습니다. 디지털 I/O 또는 아날로그 인터페이스도 간단한 정보만 교환하는 경우에 사용될 수 있습니다.

산업 분야에서 이더넷 통신에 요구하는 특정 요건은 무엇인가요?

사무실에서는 일상적으로 대용량의 데이터를 주고받는 도중 파일 손실이나 데이터 송수신 지연(예: 이메일이 잠시 지연되어 전송되거나 웹사이트를 다시 로드해야 하는 경우)이 발생될 수 있는 반면, 산업 생산 환경에서는 이러한 상황이 발생하면 안 됩니다. 이러할 경우, 제어장치로 기록된 상태나 측정 데이터가 제어장치로 너무 늦게 또는 불안정하게 전송되면, 기계의 현재 상태/측정값이 더 이상 감지된 상태/측정값과 일치하지 않게 되어 잘못된 데이터를 사용하여 제어될 수 있습니다.

산업 생산 환경에는 어떤 솔루션이 있나요?

산업 환경에서 이더넷을 사용하려면 통신이 예측할 수 있어야 합니다. 데이터 전송 시 지연, 지터, 대역폭 경쟁 및 패킷 손실로 인해 예측할 수 없는 시간 변화가 발생할 수 있으므로 일반적으로 네트워크에 사용하는 TCP/IP 프로토콜로는 불가능합니다. 이 문제를 해결하기 위해 특수 산업용 이더넷 프로토콜이 개발되었습니다. 짧은 지연 시간, 주기적 통신 및 결정론적인 응답이 특징입니다.

결정론이란 무엇인가요?

이더넷 네트워크에서 결정론이란 데이터 전송 시간 및 조건의 예측 가능성과 일관성이며 데이터 패킷이 예측 가능한 간격으로 수신 또는 전송되고 항상 전송이 보장된다는 것을 뜻합니다.

산업용 이더넷 프로토콜은 어떤 역할을 하나요?

산업용 이더넷 프로토콜은 공장 및 자동화 시스템의 요구 사항을 충족하는 주기적 및 비주기적 통신, 실시간 기능, 데이터 트래픽 우선순위 지정과 견고성을 제공합니다. 데이터 프레임의 구조와 그 의미는 프로토콜에서 정확하게 규정되어 있으며, 기존의 TCP/IP 연결이 일반적인 네트워크 요구 사항에 맞추어져 비동기적이고 불규칙한 데이터 전송을 사용하는 반면, 산업용 이더넷 프로토콜은 데이터 전송을 위한 데이터 패킷 내 데이터의 구조가 정확하게 규정되어 있는 표준화된 구조를 제공합니다. 이를 통해 사용자는 복잡한 데이터 패킷 컴파일이나 복잡한 모니터링 메커니즘에 대해 걱정할 필요 없이, 매개변수화 데이터, 진단 데이터 및 입출력 데이터와 같은 다양한 유형의 데이터에 쉽게 접근할 수 있습니다. 이 사양이 없으면 자동화 시스템 사용자는 각 장치에 대해 이러한 프로세스를 수동으로 비트 및 바이트 수준에서 개별적으로 수행해야 하므로 시간 소모가 크고 오류가 발생하기 쉽습니다.

모든 산업용 이더넷 프로토콜은 이더넷에 기반하지만 서로 호환되지는 않습니다. 따라서 PROFINET 장치는 예를 들어 EtherCAT 네트워크에서 작동할 수 없습니다.

게이트웨이란 무엇인가요?

게이트웨이는 서로 다른 프로토콜 또는 통신 표준을 사용하는 장치 간의 통신을 위한 외부 "변환기"로 사용됩니다.

Leuze는 MA 200 제품 시리즈를 통해 RS 232에서 모든 일반 산업용 이더넷 프로토콜(PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT), Ethernet TCP/IP 및 필드버스(PROFIBUS DP, DeviceNet, CANopen)에 이르는 게이트웨이를 제공합니다.

“PROFINET”은 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 산업용 이더넷 프로토콜 중 하나입니다. Siemens 제어장치는 산업용 이더넷 프로토콜 "PROFINET"을 사용합니다. Leuze의 산업용 이더넷 프로토콜이 적용된 모든 센서에는 이미 통합 연결성을 위한 이 인터페이스를 장치에 통합한 산업용 이더넷 프로토콜을 가지고 있으며, 제품 코드 뒷번호인 x48i로 식별할 수 있습니다. 여기서 추가 게이트웨이는 필요하지 않습니다.

Allen Bradley / Rockwel 및 Schneider Electric과 같은 제조업체의 제어장치는 산업용 이더넷 프로토콜 "EtherNet/IP"를 사용합니다. 이미 여러 Leuze의 센서에는 이 통합 연결성을 위한 인터페이스가 장치에 통합되어 있으며 제품 코드 뒷번호인 x58i로 식별할 수 있습니다. 여기서 별도의 게이트웨이는 필요하지 않습니다.

"EtherCAT"은 현재 가장 빠르게 성장하고 있는 산업용 이더넷 프로토콜입니다. EtherCAT은 주로 Beckhoff에서 사용되고 있지만 다른 수많은 제어장치 제조업체에서도 사용하고 있습니다. 이미 여러 Leuze의 센서에는 이 통합 연결성을 위한 인터페이스가 장치에 통합되어 있으며 제품 코드 뒷번호인 x38i로 식별할 수 있습니다. 여기서 별도의 게이트웨이는 필요하지 않습니다.