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필드 네트워크를 위한 AS-Interface 마스터(2) – 컨트롤러와의 커플링

제조 자동화의 고도화에서 말초 신경계에 해당하는 최하위 필드 레벨에서의 개방형 네트워크인 AS-Interface 통신은 1994년 실용화된 이후 수백만개의 AS-I 디바이스들이 설치되어 검증받았고, 2000년 IEC 표준 인증 및 2006년 KS 표준으로 고시됐다.

시퀀스 컨트롤 수준은 사용자 데이터, 구성 데이터, 프로젝팅 데이터, 데이터 필드 및 목록상의 플래그 등을 저장한다.

6. 시퀀스 컨트롤 상의 데이터 필드 및 목록

시퀀스 컨트롤은 네트워크 상의 초기화, 스타트업 및 정상 데이터 교환을 담당한다. 마스터 수준과의 인터페이스 – 호스트로 향하는 인터페이스 – 는 실제 사용자 데이터, 시스템 제어 및 구성 등을 순차적으로 처리하는 몇 가지 기능들로 구성된다. 시퀀스 컨트롤은 이를 위해 요구되는 데이터를 몇몇 데이터 필드 및 목록 상에 저장한다. 그림 6은 이들 데이터에 대한 개요를 제시한 것이다.

데이터는 4개 그룹으로 범주를 구분할 수 있다.

(1) 사용자 데이터는 슬레이브들과 직접 교환되는 정보이다.

(2) 구성 데이터는 해당 슬레이브들의 상태에 관한 정보를 제공한다.이는 네트워크 상의 가능한 상세 진단정보를 마련한다.

(3) 프로젝팅 데이터는 마스터 상의 비활성 메모리에 저장되어, 연결된 네트워크의 명목 구성을 나타낸다. 명목 구성과 실제 구성을 비교함으로써, 마스터는 오류 존재 여부를 판별하여 이를 보고할 수 있고, 타당한 경우, 자동 주소 지정 기능을 써서 오류를 제거한다.

(4) 다음 플래그들은 마스터의 상태에 관한 정보를 (PLC, PC 등) 호스트에 알려주고 이에 영향을 주는 데 사용된다.

* Config_OK: 명목 구성 및 실제 구성이 일치하는 상태. Config_OK 플래그는 해당 구성에 대한 간단한 모니터링을 가능케 한다.

* LES.0: 주소 값이 0인 슬레이브가 존재함.

* Auto_Prog: 자동 주소지정(addressing) 기능 켜짐

* Auto_Prog_Available: 자동 주소지정 가능

* Projecting_active: 프로젝팅 모드

* Normal_mode_active: 주기 정상 모드로 설정

* NOT APO: 저전압 탐지상태

* Offline_Ready: 오프라인 단계 활성화 및 시퀀스 컨트롤에 대한 기능 요청이 처리되는 상태

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* Periphery_OK: 주변장치 오류를 보고하는 슬레이브가 전혀 없음

마스터 레이어 상의 플래그들은 마스터 레이어 내지 호스트에 의해 설정되며, 해당 마스터의 기능에 영향을 준다.

* Data_exchange_Active: 마스터 및 슬레이브들 간의 데이터 교환 기능 활성화

* The Offline flag: 시퀀스 컨트롤I 을 오프라인 단계로 전환함

* Auto_Address_Enable: 자동 주소지정 기능 활성화

7. 전송 단계들

각 단계에 기반하여 시퀀스 컨트롤 수준에서 해당 마스터는 자체의 슬레이브들을 다양한 전송 단계들로 제어한다. 초기화 및 스타트업(startup) 모드 이후, 실제 데이터 교환이 주기 정상 운용에서 후속한다.

두 가지 프로시저들

(1) 슬레이브들과의 데이터 교환을 제어하기 위한 전송 단계

(2) 마스터 레이어 상의 기능 요청들을 수행하고 자동 주소지정을 담당하는 관리 수준

시퀀스 컨트롤은 슬레이브를 활성화하고 폴링 명령을 전달할 때의 행동을 제어하는 두 가지 운용 모드를 구분한다.

(1) 프로젝팅(projecting) 모드에서는 연결된 모든 슬레이브들이 명목 구성에 관계 없이 활성화되어 데이터 교환에 포함된다. 이 모드는 사전 프로젝팅 없이도 시스템의 스타트업을 허용한다.

(2) 프로젝티드(projected) 모드에서는 마스터가 오직 예정된 슬레이브와 통신하며, 따라서 구성상태에 대한 자동 검사를 허용한다. 오직 프로젝티드 슬레이브 목록 (LPS)상에 등재되어 있고, 아울러 그 명목 구성과 실제 구성이 일치하는 슬레이브들만 활성화된다. 결손되거나 잘못 연결된 슬레이브들은 오류 메시지를 결과하며, 이 경우 자동 주소지정이 가능하다.

공급 전압이 들어온 이후부터, 해당 마스터는 다양한 전송 단계들을 통해 주기적 통신을 하게 된다 (그림 7). 첫 초기화는 오프라인 단계에서 실행된다. 일단 초기화를 마치고 나면, 스타트업 운전이 시작되고, 여기서 연결된 모든 슬레이브들이 탐색 단계에서 탐지되며, 이어서 활성화 단계에서 활성 상태가 된다. 이후, 실제 데이터 교환이 주기적으로 이루어진다.

초기화
오프라인 단계에서의 초기화는 해당 마스터를 기본 상태에 위치시킨다. 모든 슬레이브 입력을 위한 입력데이터 이미지 상의 데이터는 영(0)으로 설정되며(“0”, 비활성), 출력 데이터는 1로 설정된다. 또한 “1”은 공급 전압이 들어온 이후나 재설정(리셋)이 일어난 이후에 슬레이브에 의해 가정되는 값이다. 이는 마스터 전원이 켜져 있는 상태에서 슬레이브 출력 상태가 변하지 않도록 해준다. 프로그래머블 로직 컨트롤러 (PLC)가 재설정 이후 출력값을 0으로 설정하기 때문에, “출력 데이터 쓰기”(Write output data) 시퀀스 컨트롤 수준 기능은 해당 컨트롤러에서 전송된 데이터를 반전시킨다. 공급 전압이 들어온 이후, 프로젝티드 파라미터들은 다음 번 활성화 시에 사전 설정된 파라미터들이 사용될 수 있도록 파라미터 필드에 복사된다.

시퀀스 컨트롤은 오프라인 플래그를 설정함으로써, 다른 어떤 상태에서도 오프라인 단계로 유도될 수 있다. 따라서 오프라인 플래그는, 네트워크 전체와 해당 마스터를 재설정하는 기능을 갖고 있으며, 이는 대체로 많은 PLC의 “정지”(Stop) 기능에 해당된다.

스타트업(Startup)
스타트업 운용에서, 시퀀스 컨트롤은 연결된 모든 슬레이브들을 탐지하고, 이들을 활성화 한다. 스타트업 운용은 탐색 단계와 활성화 단계 (추가 단계)로 구성된다 (그림 8 참조).

탐색 단계에서, 해당 AS-Interface 버스상의 슬레이브들은 I/O 구성 및 ID 코드 등이 판독됨으로써 검색된다. 모든 요청에 응답하는 슬레이브들은 탐지 슬레이브 목록(LDS)에 등재된다. 이들의 I/O 구성정보 및 ID 코드들은 구성 데이터 이미지(configuration data image)에 저장된다.

활성화 단계에서는, 이전에 발견된 슬레이브들이 파라미터 출력 값을 써서 활성화된다. 입력 데이터 이미지는 최초 데이터 교환에 의한 유효값으로 채워진다.

프로젝트 모드에서, 탐지된 슬레이브들은 (주소 값이 0인 경우를 제외하고) 모두 활성화된다. 프로젝트 모드에서는, 오직 LPS 목록에 등재되어 있으면서, 그 I/O 구성 및 ID 코드들이 프로젝티드 구성 데이터와 일치하는 것으로 탐지된 슬레이브들만 활성화된다. 그러므로 마스터는 오직 프로젝션으로 의도한 슬레이브들과 데이터를 교환할 따름이다. 활성화 단계 끝부분에서, 명목 구성 및 실제 구성이 일치하는 지 확인하는 검사가 수행되고, 다음으로 Config_OK 플래그가 설정된다.

정상 모드
정상 모드란, 연결된 센서 및 액추에이터들과의 실제 데이터 교환이 일어나는 경우를 말한다. 하나의 주기는 데이터 교환, 관리 및 추가 단계 등으로 구성된다.

8. 자동 주소지정(Automatic addressing)

필요한 조건을 만나면, 마스터는 고장이 발생한 프로젝티드 슬레이브를 같은 유형의 새로운 슬레이브로 교체할 수 있다. 이는 자동적으로 새로운 운용 주소를 지정한다.
자동 주소지정은 AS-Interface의 중요한 특징이다. 이는 특별한 주소할당 절차를 요구하지 않으면서도, 고장이 발생한 센서 내지 액추에이터들 대신에 새로 교체되는 장치에 새 주소가 부여되도록 한다. 이는 수리 절차를 엄청나게 빠르게 하는 셈이다.

어떤 슬레이브에 고장이 발생하면 (예를 들어, 기계적 손상의 경우), 이는 주소가 0으로 설정된 동일 유형의 슬레이브로 교체되어야 한다. 만약 단 하나의 슬레이브만 고장 났다면, 해당 마스터는 그에 소요되는 운용 주소의 파라미터화를 자동적으로 수행한다. 자동 주소지정을 위한 필수 전제조건은, 해당 네트워크가 마스터 상에 프로젝트되어 있고, 그에 따라 네트워크 상에서 정상 작동하는 슬레이브들의 유형과 주소 등에 관한 정보를 마스터가 보유하고 있는 것이다. 슬레이브 주소를 재할당하는 일은 오류를 일으킬 수도 있는 민감한 절차이므로, 몇 가지 제약사항을 언급해 둘 필요가 있다 (그림 9).

자동 주소지정은, 보호 모드에서 LAS 목록 상에 있던 하나의 프로젝티드 슬레이브가 사라진 상태에서, 자동 주소지정 기능 (Auto_Prog 설정)이 활성화 되어 있을 경우에 가능하다.

모든 조건들이 부합하면서, 동시에 주소 값이 0인 슬레이브가 연결된 경우, 해당 시퀀스 컨트롤은 제로(0) 값의 슬레이브를 이전의 고장난 슬레이브의 주소로 설정하기 위해 ‘동작주소 변경’ (Change_operating_address)기능을 수행한다.

물론, 새 슬레이브는 반드시 이전 것과 같은 종류라야 한다 (I/O 구성 및 ID 코드 등은 프로젝티드 구성 데이터에 일치한다).

9. 컨트롤러와의 커플링

마스터 수준은 호스트와의 통신을 이어 받는다. 이는 AS-Interface에 특별히 국한되지 않고, 상이한 시스템들에도 적용할 수 있어야 한다. 이것이 특수 마스터 프로파일 구축의 과제이다.

마스터 사양에 따라, 호스트 컨트롤러와의 커플링은 마스터 레이어가 맡은 임무이다. 시퀀스 컨트롤과는 대조적으로, 마스터 레이어는 AS-Interface에 의해서만 독점적으로 결정되는 것이 아니다. 이는 오히려, (PLC, PC 또는 필드버스 게이트웨이 등) 호스트와의 통신을 직접적으로 담당한다. 따라서, 이것은 반드시 다양한 시스템들에 적합하게 적용되어야 한다. 이러한 다양성 내지 차이점들을 고려할 수 있도록, 해당 마스터 사양는 마스터 레이어가 각 컨트롤러와 관련된 시퀀스 컨트롤 레이어 상의 기능 요구사항을 적용하는 구체적인 실제 수행 방법을 지나치게 자세히 기술하지 않는다.

어떤 호스트 기능들을 쓸 수 있도록 만들 것인가는, 결국 마스터 프로파일의 문제로, 이는 사용자 조직의 기술 위원회에서 결정될 사안이다. 현재 정의된 프로파일들은 AS-Interface 명세[2]의 부록 B에 열거되어 있다.

마스터 레이어는, 호스트와의 보다 개선된 통신을 가능케 하는 매크로들과 개별 기능 요청들을 결합할 수 있다. 그와 더불어, 마스터 상에 직접적으로 위치하는 디스플레이 및 컨트롤 요소 등은 또한 마스터 레이어의 구성요소가 될 수 있는데, 이는 시퀀스 컨트롤의 기능들을 사용하도록 만든다.

아이씨엔 매거진 2008년 04월호

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