Martin Rostan, Executive Director EtherCAT Technology Group

통신 네트워크는 기계 및 플랜트 제어시스템의 가장 중요한 기술 부분이며, 궁극적으로 전체 제어 아키텍처를 결정한다. 상대적으로 느린 네트워크는 분산형 디바이스에서 더 빠르게 제어루프를 닫아야 하는 반면, 고성능 네트워크는 엔지니어가 중앙 아키텍처와 분산 아키텍처 중 어느 것을 사용할지 자유롭게 결정할 수 있다. 또한, 널리 인정받은 네트워크는 다양한 공급업체로부터 구성요소를 자유롭게 선택할 수 있지만, 단일 자동화 대기업이 지배하는 네트워크는 타사 제품의 적용 및 지원이 어려우며 결과적으로 제품 선택권을 감소시킨다.

그렇다면 제어시스템 통합업체나 기계 제작업체는 통신 네트워크와 필드버스 시스템을 어떻게 선택할까? 대부분의 사용자는 필드버스 선택에 있어 적극적이지 않은 경향을 보인다. 제어시스템 공급업체를 선택한 다음, 이 공급업체가 제공하는 버스 시스템을 사용한다. 공급업체는 아래와 같은 다양한 이유로 선정된다.

• 가장 일반적인 이유는 사용했던 경험이다. “우리는 항상 이 업체의 제품을 사용했다.” 또는 “우리의 어플리케이션 프로그램 코드는 이미 이 공급업체의 프로그래밍 언어로 작성됐으며 추가적인 코드변환 작업은 원치 않는다.”

• 다른 또 하나의 이유는 고객의 선호도이다. “우리 고객들은 그들의 유지보수 팀이 기계를 수월히 다룰 수 있도록 우리가 이 플랫폼을 사용하기 원한다.”

• 또한 공급업체의 현지 영업 및 어플리케이션 엔지니어링 팀은 가장 중요한 역할을 수행한다. “공급업체의 지원에 만족한다. 즉, 공급업체는 우리에게 주의를 기울이고 반응하며, 그들 자신이 무엇을 말하는지 알고 있다.”

• 브랜드 평판이 중요하다. “우리의 공급업체는 선두를 달리고 있으며, 경쟁업체보다 앞서게 하는 혁신적인 기술을 제공한다.” 또는 “업체 규모가 크기 때문에 틀림없이 좋을 것이다.”

• 물론, 그 외 모든 일반적인 요소들도 고려된다. 초기 가격(종종 총소유비용 보다 더 중요한 경우가 많다), 품질, 사용 용이성, 심지어 디자인까지 고려된다.

  그림 1: 공정 데이터는 EtherCAT의 고유한 기능 원리인 ‘on the fly’ 기술을 통해 송수신 된다.

고성능으로 광범위한 지원을 하다

버스 기술 자체를 그들의 시스템 핵심 구성요소로 자세히 살펴보고 제어시스템 평가를 시작하는 사용자들은 어떨까? 이들은 필드버스 조직이 주로 다루는 사용자 유형이다.

우리는 기술을 세부적으로 비교하는 많은 사용자들에게 EtherCAT이 빠르게 선호되는 것을 발견했다. 고유한 기능적 원리는 매력적이며 이것은 ‘엔지니어의 선택’으로 이어지게 만든다. EtherCAT(이더캣)을 사용하면, 이더넷 텔레그램이 ‘on the fly’ 처리되므로 프레임이 거의 지연되지 않는다. 결과적으로, EtherCAT 프레임은 하나의 이더넷 프레임이 이동하는 동안 많은 디바이스의 데이터를 ‘송수신’할 수 있게 구성되어 있으며, 데이터 전송 속도는 90% 이상으로 증가한다.

결과적으로 더 높은 성능은 더 효율적인 기계로 이어진다. EtherCAT은 산업용 PC의 처리 능력을 어플리케이션 프로그램에 더 많이 사용할 수 있게 하며, 고속제어는 보다 더 정확한 결과를 제공한다. 예를 들어, 대표적인 사출 성형기 제조업체인 Husky는 EtherCAT을 사용함으로써 부품 무게 변동을 줄이고, 그로 인해 기계가 만드는 플라스틱 컵의 벽 두께를 줄일 수 있다고 보고했다. 결과적으로 이것은 Husky 고객을 위해 매년 상당한 비용의 자재를 절약해준다. 많은 어플리케이션에는 소위 전환 또는 활성화 조건 단계가 있다. 여기서는 부품이 도착하기를 기다려야 하고, 실린더가 최종위치에 도달하거나 압력이 특정 임계값에 도달해야 한다. 네트워크 속도가 빨라지면 대기 시간이 단축되고, 기계 또는 플랜트의 처리율이 증가한다. 이러한 방식으로 효율성이 증가하여 목표를 쉽게 달성할 수 있다.

또한 이러한 사용자는 EtherCAT이 빠르면서도 매우 정확하다는 사실을 알고 있다. 분산클럭(DC) 메커니즘 덕분에 측정값을 샘플링하고 1µs 보다 작은 지터를 가진 동기화된 방식으로 네트워크를 넓게 설정할 수 있다. 이 정확도는 동기화된 모션제어 어플리케이션과 동일한 네트워크 내에서의 측정 통합 작업에 이상적이다.

EtherCAT은 다용도로 쓰일 수 있다. 즉, 마스터-슬레이브, 슬레이브-슬레이브 및 마스터-마스터 통신 방법들이 지원된다. 또한 EtherCAT은 비용이 많이 들지 않는다. 예를 들면, 표준 이더넷 포트에 소프트웨어로 구현된 마스터가 있고, 다른 쪽에는 고도로 통합된 저비용 슬레이브 컨트롤러 칩이 있다. EtherCAT은 스위치나 기타 활성 인프라 구성요소를 필요로 하지 않으며, 표준 이더넷 케이블과 커넥터를 사용하기 때문에 케이블 연결 효율성 비용을 절감한다. 더이상 네트워크 튜닝이 필요하지 않고, EtherCAT 기술의 진단 기능이 정확한 오류 위치를 제공하여 문제 해결 시간을 단축하기 때문에 엔지니어링 노력도 줄어 든다.

저비용 칩과 하드웨어 외에도 낮은 구성요소 가격을 가능하게 하는 또 다른 중요한 요소인 전 세계 기술 수용에 대해 다시 강조하는 것이 중요하다. 이는 이상적으로는 광범위한 제품 선택을 의미하며 공급업체 간의 경쟁을 의미한다.

  그림 2: EtherCAT의 토폴로지 유연성은 계획 및 설치를 단순화한다.

유연성과 개방성으로 기능 향상

EtherCAT 사용자는 계획 및 설치를 단순화하는 유연한 토폴로지를 사용할 수 있다. EtherCAT 네트워크에는 라인, 스타, 트리, 이중화 링 등의 토폴로지가 있다. 사실상 무제한 노드 수의 결합이 가능하며 토폴로지에 관련하여 실질적인 제한은 없다. 무선 기술도 통합할 수 있으며 "핫 커넥트" 기능을 통해 사용자는 런타임 중에 노드 또는 전체 네트워크 세그먼트를 연결하고 분리할 수 있다.

시스템 통합업체와 기계 제작업체는 단순히 배선을 줄이려는 것이 아니라 제어 아키텍처에 안전기능을 통합하고자 한다. 관례적으로, 안전기능은 자동화 네트워크와는 별도로 하드웨어를 통해 또는 전용 안전 버스 시스템을 사용하여 구현되었다. 반면에 Safety over EtherCAT (FSoE)은 동일한 네트워크에서 안전 관련 통신 및 제어 통신을 가능하게 하며 ETG 회원은 이를 새로운 안전 솔루션의 형태로 활용하고 있다.

많은 사용자들에게 레거시 버스 시스템에서 다른 시스템으로의 마이그레이션은 어려워 보일 수 있다. EtherCAT은 광범위한 필드버스 게이트웨이를 통해 이를 해결한다. 20개 이상의 서로 다른 버스 시스템이 이미 지원되고 있다. 이러한 구성요소를 사용하면 기존 필드버스 연결이 있는 기존 장치를 EtherCAT 네트워크에 통합하고 ‘이웃’ 또는 상위 시스템에 대한 인터페이스를 구축할 수 있다. 이전 시스템으로부터 마이그레이션은 순조로우며 동시에 과거 중앙 컨트롤러의 복잡한 인터페이스 요구 사항들은 생략되었다. 다른 시스템은 단순히 EtherCAT을 통해 통합되고 더 이상 PCI, cPCI, PCIe 등을 통해 통합되지 않는다.

EtherCAT 네트워크의 경우, 모든 디바이스에서 딥 스위치, 로터리 스위치 또는 유사한 수단을 통한 수동 주소 설정이 필요하지 않다. 부팅 시 주소가 자동으로 설정된다. 나중에 디바이스를 추가하더라도 원래 주소를 유지할 수 있는 EtherCAT 마스터는 어플리케이션 프로그램에 의해 예상하는 것과 실제 네트워크 구성을 비교할 수 있는 자동 토폴로지 인식 기능도 탑재하고 있다. 디바이스 교체 후에도 모든 매개변수를 자동으로 다운로드 할 수 있다.

필드버스 네트워크를 선택할 때 진정한 개방성은 미래에 대비한 구현을 의미한다. 즉, 필드버스 및 이더넷 기술은 ‘개방’이라고 주장한다. EtherCAT의 개방성은 국제 표준(IEC, ISO), 상용(공유 및 오픈소스) 마스터 및 슬레이브 소프트웨어 및 여러 공급업체의 칩 가용성을 의미하지 않는다. 그것은 또한 무료로 제공되는 구현 지원, 상호운용성에 관한 명확한 지침, 다양한 운영 체제 및 컨트롤러에 대한 마스터 및 슬레이브 구현, 구성 도구(타사 디바이스 포함)의 개방성 및 어플리케이션 인터페이스에 대한 규격을 의미한다. EtherCAT 기술은 완벽하게 이더넷과 호환될 뿐만 아니라 특정 "개별성"에 의해 특징 지어진다. 프로토콜은 동일한 이더넷에서 다른 이더넷 기반 서비스와 프로토콜을 전송할 수 있다. 이러한 인터넷 기술은 EtherCAT 프로토콜을 통해 터널링 되므로 실시간 특성이 손상되지 않는다. 따라서 모든 인터넷 기술은 EtherCAT 환경에서도 통합 웹 서버, 이메일, FTP 전송 등 모든 인터넷 기술을 사용할 수 있다.

  그림 3: 분산클럭 메커니즘에 의한 네트워크 전체의 정확한 동기화.

모든 사용자를 위한 답변

제어 벤더 선택에 따라 네트워크 결정을 내리는 사용자 그룹과 버스 기술 자체를 자세히 살펴보는 사용자 그룹이 점점 더 EtherCAT으로 이동하고 있음을 알 수 있다. 요약하면 EtherCAT은 뛰어난 성능, 매우 간단한 배선, 광범위한 디바이스 및 기타 프로토콜에 대한 개방성의 특징을 가지고 있다. EtherCAT은 새로운 성능 표준을 설정하고 이더넷 및 인터넷 기술로 최적의 수직 통합 솔루션을 제공한다. 토폴로지의 복잡성은 과거의 문제이며 고가의 인프라 구성요소는 죽어 가고 있다.