산업용 이더넷을 사용하는 이유는 무엇입니까?

2018년 10월 18일 / 일반, 표준 및 인증, 산업용 네트워크

고유의 신뢰성, 성능 및 상호 운용성으로 인해 이더넷은 자동화 및 제어 시스템을 위한 통신 프로토콜로 공장 플로어에 도입되었습니다. 올해 산업용 이더넷은 전통적으로 다중 분리 및 독점 배선 플랜트를 필요로 하는 전통적인 필드버스 프로토콜에서 시장 점유율을 초과했습니다.

산업 환경의 요구를 충족시키기 위해 산업용 이더넷은 기본적으로 이더넷 프로토콜 내에 캡슐화된 특수 산업용 프로토콜을 사용하여 특정 작업을 수행하는 데 필요한 경우 정확한 정보를 전송 및 수신할 수 있습니다. 이러한 프로토콜을 살펴보고 산업용 이더넷 네트워크가 상업용 이더넷 LAN 환경과 어떻게 다른지 살펴봅니다.

빅 포

산업용 커뮤니케이션은 라우팅 수준, 제어 수준 및 센서 수준에서 발생합니다. 이들 각각은 다양한 수준의 실시간 정보 전송, 충돌 탐지 및 결정(본질적으로 두 노드 사이의 경로를 사전에 결정)을 요구합니다. 공장 현장에서 다양한 통신 요건을 지원하기 위한 여러 가지 산업용 이더넷 프로토콜이 있지만, Modbus TCP/IP, EtherCat, Ethernet/IP 및 Profinet 등 4개의 주요 플레이어가 있습니다.

Modbus TCP/IP는 최초로 도입된 산업용 이더넷 프로토콜이며, 제어 장치 간에 개별 데이터를 전송하기 위해 이더넷 전송 계층 프로토콜 내에서 압축되는 전통적인 Modbus 통신입니다. "슬레이브" 노드가 "마스터" 노드의 요청 없이 데이터를 전송하지 않고 실시간 프로토콜로 간주되지 않는 간단한 마스터-슬레이브 통신을 사용합니다.

2003년에 도입된 EtherCAT은 자동화 시스템을 위한 마스터/슬레이브 구성에서 실시간 통신을 제공하는 산업용 이더넷 프로토콜입니다. EtherCAT의 핵심 요소는 모든 네트워크로 연결된 슬레이브가 데이터 패킷에서 필요한 관련 정보만 추출하고 다운스트림을 전송하면서 데이터를 프레임에 삽입할 수 있는 능력입니다. 이는 종종 "즉석" 통신이라고 칭합니다.

2000년에 처음 소개된, 이더넷/IP는 널리 사용되는 어플리케이션 계층 산업용 이더넷 프로토콜으로서 ODVA(Open Device Vendors Association)가 지원하며 주로 Rockwell Automation에서 제공됩니다. 이는 전적으로 이더넷 표준에 기반하고 표준 이더넷 물리적, 데이터 링크, 네트워크 및 전송 계층을 사용하는 유일한 산업용 이더넷 프로토콜입니다. 표준 이더넷 스위칭을 사용하므로 무제한의 노드를 지원할 수 있습니다. 그러나 지연 시간을 줄이고 실시간 통신을 지원하기 위해 제한된 범위가 필요합니다.

또 다른 큰 플레이어(주로 Siemens와 GE 컨트롤러에 내장되어 있기 때문에)는 Profinet이며, Profinet은 Profibus 사용자 조직의 회원사들과 함께 Siemens가 개발한 어플리케이션 프로토콜입니다. 기본적으로 장치에 통합된 특수 스위치를 사용하여 Profibus I/O 컨트롤러 통신을 이더넷으로 확장합니다.

케이블 플랜트 특성

이러한 산업용 이더넷 네트워크를 지원하는 케이블 플랜트에 관한 경우 상용 이더넷 LAN에 비해 몇 가지 주요 차이점이 있습니다. 첫째, 산업용 이더넷에 대해 우리가 이야기하는 속도는 LAN에서 볼 수 있는 기가비트 및 고대역폭 요구보다 훨씬 낮습니다. 산업용 이더넷에서는 100Mb/s 정도가 통상적인 속도입니다. 이는 산업 네트워크에서 제어 및 자동화 정보를 전송하는 데 필요한 대역폭의 양은 Youtube에서 비디오를 다운로드하는 데 필요한 양보다 훨씬 적기 때문입니다.

산업 환경에는 진동, 액체, 먼지, 화학 물질 및 전자기 간섭 등 다양한 혹독한 조건까지 견딜 수 있는 케이블 및 연결이 필요하기 때문에, 오피스 LAN에 사용되는 것보다 더 견고한 구조가 필요합니다. 예를 들면, 케이블이 단지 카테고리 5 또는 카테고리 5e 성능만 필요한 경우일지라도, 산업용 케이블은 종종 더 큰 게이지(일반적으로 22AWG)를 가지며, 더 높은 온도, 잡음 방지 구조, 플렉스 및 화학, 오일 및 내마모성을 위한 폴리우레탄 같은 연성의 특수 재킷 재료가 필요합니다. 전도체 자체가 부식을 방지하기 위해 코팅될 수도 있습니다. 이러한 특성 때문에 산업용 이더넷 케이블은 일반 LAN 케이블에 비해 비쌉니다.

산업용 이더넷에 사용되는 커넥터 또한 더욱 견고해야 합니다. 먼지 및 습기와 내화학성을 유지하기 위한 밀봉과 같은 기능을 갖춘 산업 환경에서 사용하도록 설계된 RJ45 커넥터도 있지만, 작은 원형의 폼팩터와 12mm의 잠금 스레드로 인해 충격과 진동에 노출되는 경우에도 안정적인 연결을 유지하는 M12 커넥터가 산업용 이더넷에서 훨씬 널리 사용됩니다. 또한, M12 커넥터는 일반적으로 고압 세척 및 부식에 대한 저항성을 견디기 위해 광범위한 침투 보호 옵션으로 제공됩니다.

다양한 기계 연결을 위한 직선형 및 앵글 타입 구성으로 제공되는 가장 일반적인 M12 커넥터는 4핀 또는 8핀 중 하나입니다. 4핀은 대부분의 산업용 이더넷 어플리케이션에서 찾을 수 있는 100Mb/s의 속도를 지원하는 반면, 전송 시 4쌍을 모두 필요로 하는 기가비트 이더넷에는 8핀이 필요합니다. PoE에 관한 경우, 4핀 M12는 또한 동일한 쌍을 통해 데이터와 동시에 dc 전력 공급이 가능한 1형 PoE만 지원할 수 있으며, 8핀 M12는 2형 이상에서 필요합니다. M12-to-RJ45 케이블 어셈블리는 또한 충격과 진동이 있는 기계에 케이블 연결을 해야 하는 경우에 필요합니다.