산업용 이더넷 적용

편집자 | 2016년 4월 28일

산업용 이더넷 네트워크를 설정하고 유지하는 데 도움이 되는 팁과 기술입니다.

산업용 이더넷은 생산 현장과 산업 시설에서 PLC, 로컬 및 분산 I/O, 서보 컨트롤러, 드라이브와 같은 장치를 연결하는 데 사용됩니다. 이 용량에서는 다양한 하드웨어를 연결하고 다양한 케이블, 연결 및 구성 옵션을 제공합니다.

시각화 및 모니터링을 위해 산업용 이더넷은 PC 기반 및 내장형 HMI를 컨트롤러에 연결하고 서로 연결합니다. 또한 HMI를 인터넷에 연결하고 히스토리안, 품질, 제조 및 기타 엔터프라이즈 애플리케이션을 실행하는 상위 서버에 연결하는 데에도 사용됩니다.

이러한 모든 산업용 이더넷 통신에는 물리적 연결 또는 계층과 프로토콜 기반 구성이라는 두 가지가 필요합니다. 물리적 연결은 전기, 케이블 및 연결 요구 사항을 정의합니다. 프로토콜 구성은 통신 메시지에 있는 데이터의 공통 언어를 지정합니다.

스위치는 모든 이더넷 설치의 중요한 부분이며 관리되는 스위치는 종종 네트워크 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.(출처: AutomationDirect.com)

기본부터 시작하세요 산업용 이더넷 케이블은 동일하게 만들어지지 않으므로 케이블링을 설계하고 선택할 때 네트워크 속도를 고려하십시오. 그런 다음 장치 간 통신을 위한 통신 프로토콜을 선택합니다.

프로토콜과 네트워크 속도 요구 사항을 결정한 후에는 패치 케이블 또는 크로스오버 케이블을 선택해야 하는데 이것이 중요합니까? 상업용 세계에서는 대부분의 장치가 자동 크로스오버(Auto-MDIX)가 가능하고 크로스오버 케이블을 사용할 수 있지만 모든 산업용 장치가 가능한 것은 아닙니다. 따라서 PLC, HMI 등의 단말 장치를 이더넷 스위치에 연결하려면 패치 케이블을 사용하고, 스위치 없이 직접 단말 장치를 연결하려면 크로스오버 케이블을 사용하는 것이 좋습니다.

RJ-45 커넥터는 대부분의 이더넷 연결에 사용되지만 많은 장치는 RS-232에도 동일한 커넥터를 사용합니다. 장치를 연결하기 전에 장치의 기술 데이터를 주의 깊게 확인하십시오.

연결을 이해하면 산업용 이더넷 애플리케이션에서 차폐 여부에 대한 문제가 자주 발생합니다. 모터, VFD, 용접 등에서 전기 잡음이 자주 발생하므로 산업 환경에서는 가능하면 차폐 케이블을 사용하는 것이 좋습니다. 최소한 Cat5e를 사용하는 것도 좋은 방법이지만 특히 더 높은 기가비트 속도의 경우 Cat6 케이블을 사용하는 것이 더 좋습니다. 케이블 연결 선택은 실행 거리, 대역폭 및 기타 요구 사항에 따라 지정되어야 합니다.

성능과 호환성을 모두 고려해야 할 또 다른 요구 사항은 통신 속도와 반이중 또는 전이중 기능입니다. 관리형 스위치를 사용하면 이중 호환성을 극복할 수 있지만(나중에 자세히 설명) 성능은 가장 느린 장치로 제한됩니다.

대부분의 산업 자동화 애플리케이션의 경우 링크 속도는 100Mb인 경우가 많으며 대부분의 산업 프로토콜에서는 사용 가능한 최대 속도(대역폭)에 가까운 곳이 필요하지 않으므로 이는 중요하지 않습니다. 그러나 링크 속도는 성능을 고려할 때 추가적인 요소입니다.

산업용 이더넷을 사용할 때 중요한 점은 다음과 같습니다.

반이중 장치의 경우 장치(노드)는 데이터를 전송하거나 수신할 수만 있습니다. 동시에 두 가지를 모두 수행할 수는 없습니다. 따라서 두 가지를 모두 수행할 수 있는 전이중 배열보다 성능이 느립니다. 또한 반이중 장치가 데이터 충돌로 인해 과부하 상태에서 패킷을 삭제하는 것을 흔히 볼 수 있습니다.

100Mb 이상의 대역폭을 가진 대부분의 장치(노드)는 전이중을 사용합니다. 이렇게 하면 데이터 전송 속도가 빨라지지만 여전히 호환성 문제가 있을 수 있습니다.

장치 A에는 이더넷 포트가 있고 장치 B에는 이더넷 포트가 있어도 서로 통신하지 못할 수 있습니다. 장치가 통신을 위해 이더넷보다 더 많은 레이어를 사용하고 있을 가능성이 있습니다. 그들은 아마도 통신을 위해 7개의 계층(그림 1)을 정의하는 OSI(Open System Interconnection) 모델을 기반으로 하는 여러 계층을 사용하고 있을 것입니다. 사용되는 각 레이어는 두 장치 모두에서 이해되어야 합니다.