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CC-Link의 진화, CC-Link IE 필드 네트워크의 탄생

산업용 이더넷 프로토콜인 CC-Link IE에 이어 CC-Link IE 필드 네트워크가 발표됐다. ‘CC-Link IE 필드 네트워크’는 자동화 장치의 제어 데이터 뿐만 아니라 제어 정보의 트레이서빌리티(생산이력관리)나 제조 프로세스 개선을 위한 데이터 수집, 기기 관리, 기기보전 등의 다양한 데이터를 고속으로 통신하기 위한 필드 영역의 네트워크이다.

글_ 한국CC-Link협회

최근 자동차, FPD, 반도체 등 첨단 제조 분야에서 대형화, 고밀도화에 대한 대응, 고품질•고생산성화에 대한 대응 등 생산 시스템에 계속된 진화가 요구되고 있다.

생산 시스템에 있어서 필드 영역의 네트워크는 고속의 제어 데이터와 트레이서빌리티를 위한 관리 데이터 등 여러가지 데이터가 혼재된 고속 통신이 요구되고 있다. 한편 고도의 FA기기를 능숙하게 다룰 수 있는 엔지니어의 인력부족이 심화되면서 고도의 지식을 필요로 하지 않고 간단하게 사용할 수 있는 네트워크와 기기도 요구되고 있는 실정이다.

이러한 상황에 맞춰 CC-Link협회에서 CC-Link IE 필드 네트워크 영역의 네트워크로서 새롭게 제안하는 것이 ‘CC-Link IE 필드 네트워크’이다. 이에 CC-Link IE 필드 네트워크의 기능과 특징 및 SeamLess Message Protocol(이하 SLMP로 약칭한다)의 개요에 대해 설명하고자 한다.

CC-Link 패밀리에 대하여

CC-Link 패밀리의 라인업
CC-Link 패밀리의 라인업으로서 이더넷-베이스 통합 네트워크인 CC-Link IE, 비 이더넷(Non-Ethernet) 제어 네트워크인 CC-Link, CC-Link/LT, 안전네트워크인 CC-Link Safety가 있다.

1) CC-Link IE
CC-Link IE는 산업용 네트워크에의 단순한 제어 용도로의 적용뿐만 아니라 기기관리(설정, 모니터), 기기 보전(감시, 고장검출), 데이터 수집(동작 상태) 기능에 의한 시스템 전체의 최적화를 목적으로 한 네트워크이다. 또한 CC-Link IE는 컨트롤러 네트워크에서 필드와 모션 네트워크까지 이더넷 베이스 네트워크로 통일하여 네트워크의 계층이나 경계를 의식하지 않고 심리스 데이터 전송을 실현한다.

2) CC-Link, CC-Link/LT
CC-Link와 CC-Link/LT는 제어의 세계(ON/OFF제어, 피드백제어)에서 최적의 네트워크로서 위치를 자리매김하고 있으며 향후에도 그 역할은 변함이 없다. CC-Link와 CC-Link/LT는 제어 전용의 네트워크로서 앞으로도 계속 진화해 나갈 것이다.

3) CC-Link Safety
생산 현장을 위험으로부터 지키는 안전 시스템을 구축하기 위한 안전 필드 네트워크이다.

CC-Link IE
CC-Link IE는 적용 계층과 용도에 따라 컨트롤러 네트워크와 필드 네트워크가 있다. 각각의 역할은 다음과 같다.

1) CC-Link IE 컨트롤러 네트워크
고속•대용량 컨트롤러 분산 제어에 대한 대응과 각 필드•모션 네트워크를 묶는 기간 네트워크이다.(전송로 이중화에 의한 고신뢰 네트워크를 지향)

2) CC-Link IE 필드 네트워크
장치의 제어 데이터 뿐만 아니라 제어 정보의 트레이서빌리티나 제조 프로세스 개선을 위한 데이터 수집(동작 상태), 기기 관리(설정•모니터), 기기보전(감시•고장검출)등, 제어 데이터, 로그 데이터, 진단 데이터가 혼재하여 고속으로 통신하는 새로운 타입의 생산 시스템에 대응하는 필드 영역의 네트워크이다. 또한 CC-Link IE로 모션, 세이프티에의 대응도 검토 중이다.

CC-Link IE 필드 네트워크

CC-Link IE의 특징
CC-Link IE 필드 네트워크의 주요 특징을 다음과 같이 소개한다.

1) 초고속
CC-Link IE 필드 네트워크는 초고속 기가 비트 전송과 리얼타임 프로토콜로 전송 지연이 적고 정시성이 보증된 리모트 I/O제어가 가능하다. 또한 제어 데이터의 고속 통신뿐만 아니라 디바이스 관리 용도(기기의 관리정보, 트레이스 정보 등)의 정보도 고속통신이 가능하다.

2) 심리스한 네트워크 환경
CC-Link IE 필드 네트워크는 네트워크를 초월하여 기존의 CC-Link IE컨트롤러 네트워크나 CC-Link에 접속된 필드기기에 직접 액세스가 가능하다. 어떤 네트워크의 어느 곳에서든지 기기의 모니터, 설정이 가능하며 장치의 원격 관리에 의한 엔지니어링의 효율 증대가 가능하다.

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3) 간단한 네트워크
CC-Link IE 필드 네트워크는 이더넷 베이스이면서 이더넷의 복잡한 설정(스위칭 HUB의 설정 등)을 필요로 하지 않으며, 간단하게 컨피그레이션 할 수 있다. 쉬운 네트워크 진단으로 도입에서 운용, 보수까지의 토털 코스트 절감이 가능해진다. 또한 스타형, 라인형 및 양쪽을 조합한 자유자재로운 토폴로지 등으로 플랙시블하게 네트워크를 구축할 수 있다. 또한 공유 메모리형 제어의 채용으로 네트워크를 의식하지 않고 용이하게 기기를 제어할 수 있다.

4) 이더넷 기술
CC-Link IE 필드 네트워크는 이더넷 기술을 적용하고 있기 때문에 시판중인 이더넷용 케이블, 커넥터, 공구, 스위칭 허브 등 전세계 어디에서나 구입 가능한 범용품을 이용할 수 있기 때문에 재료의 입수성, 기기 선택의 자유도가 높다. 또한 네트워크 애널라이저 등도 범용품을 이용할 수 있기 때문에 네트워크의 설치, 조정, 트러블슈팅에 있어 재료의 입수성, 기기 선택의 자유도가 높다.

CC-Link IE 필드 네트워크 사양
CC-Link IE 필드 네트워크의 일반 사양은 표1과 같다.

네트워크 토폴로지
CC-Link IE 필드 네트워크 구성을 그림2에 나타낸다. 하나의 CC-Link IE 필드 네트워크는 1대의 마스터 국과 1대 이상의 슬레이브 국으로 구성된다. 마스터 국은 제어 데이터의 교신을 실행하는 사이클릭 통신을 주도한다. 마스터 국은 네트워크상의 전 국의 사이클릭 데이터를 유지한다.

CC-Link IE 필드 네트워크는 그림2(a)와 같은 라인형, 그림2(b)와 같이 스위칭 허브를 사용한 스타형, 또는 그림2(c)와 같은 링형의 네트워크를 구축할 수 있다. 또한 그림3 처럼 라인형, 스타 형을 조합함으로써 유연한 시스템 구성을 구축할 수 있다. 또한 접속 기기를 추가하는 경우 스위칭 허브의 이더넷 포트로도 기기의 이더넷 포트로도 비어있는 포트에 자유롭게 접속할 수 있다. 그림3에서 국번8의 슬레이브 국을 추가하여 접속하는 경우 a)처럼 다른 기기의 비어있는 이더넷 포트에 접속해도, b)처럼 스위칭 허브의 비어있는 이더넷 포트에 접속해도 된다.

데이터 통신 방식
CC-Link IE 필드 네트워크 데이터 통신으로는 리얼타임 사이클릭 통신과 비 리얼타임 트랜젠트 통신의 2가지 방식이 있다. 제어 데이터는 사이클릭 통신으로, 진단 정보나 트레이서빌리티를 위한 관리 데이터와 로깅 데이터 등은 트랜젠트 통신으로 한다. CC-Link IE필드 네트워크의 사이클릭 통신은 CC-Link의 마스터, 슬레이브 간의 사이클릭 통신과 동일한 방식으로 실행된다.

1) 사이클릭 통신
사이클릭 통신은 네트워크에 접속되어있는 마스터 국(컨트롤러)과 각 슬레이브 국(제어 대상 기기)간에 공유하는 분산 공유 메모리 영역의 데이터를 정기적으로 갱신하는 기능이다.

사이클릭 통신은 마스터 국과 슬레이브 국 간에 공유하는 분산 공유 메모리에 각 국으로부터 제어 데이터를 송수신하는 것으로 실행된다. 분산 공유 메모리의 개념을 그림3에 나타낸다. 분산 공유 메모리는 각 슬레이브 국용의 입력 영역, 출력 영역이 할당되어 있다. 그림4에서 각 국은 색칠되어 있는 영역의 데이터를 타 국으로 송신하고 색칠되어있지 않은 영역의 데이터를 타국으로부터 수신한다.

슬레이브 국은 그림4의 슬레이브 국1, 슬레이브 국2처럼 자국에 할당되는 영역만을 유지할 수도, 슬레이브 국3처럼 다른 슬레이브 국에 할당된 영역을 전부 유지할 수도 있다. 다른 슬레이브 국에 할당된 영역을 모두 유지하는 경우에는 다른 국의 사이클릭 데이터의 모니터링이 가능하며 간이 컨트롤러 네트워크를 구축할 수 있다.

2) 트랜젠트 통신
트랜젠트 통신은 임의의 기기간에 1:1 메시지 통신을 하는 통신 기능이다.

CC-Link IE 필드 네트워크의 트랜젠트 통신을 그림5에 나타낸다. CC-Link IE 필드 네트워크는 네트워크에 접속되어있는 임의의 기기에 대해 네트워크 번호와 국번을 지정하는 것으로 메시지 송신이 가능하다. 이 기능으로 사용자는 모든 기기에 대해 물리적인 구성과 관계없이 심리스한 통신이 가능하며 시스템 전체를 마치 1개의 네트워크로 간주하여 기기의 관리를 할 수 있다는 이점이 있다.

3) 사이클릭 통신과 트랜젠트 통신의 양립
CC-Link IE 필드 네트워크에서는 제어용 사이클릭 통신 대역과 정보 통신용 트랜젠트 통신 대역을 각각 따로 확보하고 있다. 메시지 통신의 트래픽이 증대되어도 사이클릭 통신의 통신 사이클에 영향을 주지 않고 안정된 고속 제어를 계속할 수 있다.

CC-Link 패밀리의 심리스 통신 기능

여기에서는 CC-Link 패밀리 대응 기기와 일반 이더넷 대응기기(100BASE-TX 등) 사이에서 심리스(Seamless)한 통신을 실현하는 애플리케이션 공통 프로토콜 SLMP(Seamless Message Protocol)에 대해 설명한다.

애플리케이션 공통 프로토콜 SLMP(Seamless Message Protocol)
SLMP는 CC-Link 패밀리 대응 기기 및 이더넷 대응 기기 사이에서 네트워크의 계층과 경계를 의식하지 않는 심리스한 애플리케이션 간 통신을 하기 위한 공통 프로토콜이다. 이더넷 대응 기기는 TCP/IP상에 SLMP를 실장함으로써 CC-Link IE 또는 CC-Link에 접속된 기기와의 사이에서 간단하게 통신할 수 있다. SLMP는 심플한 클라이언트 서버 형 프로토콜이기 때문에 용이하게 실장이 가능하다.

이더넷 기기의 접속
CC-Link 패밀리와 범용 이더넷 대응 기기의 접속 예를 그림7에 나타낸다. 이더넷 대응기기는 이더넷 어댑터를 경유하여 CC-Link IE 필드 네트워크에 접속한 기기와의 통신을 한다.

그림의 이더넷 어댑터는 CC-Link IE 필드 네트워크와 100Mbps의 이더넷을 접속하기 위한 기기이다. SLMP를 실장한 이더넷 대응 기기는 통신 상대의 네트워크 번호와 국번을 지정하는 것으로 CC-Link IE 필드 네트워크에 접속된 기기에 네트워크를 뛰어넘어 액세스할 수가 있다.

적용사례

예지 보전의 적용
CC-Link IE 필드 네트워크의 적용 제안을 나타낸다. 1Gbps의 고속 전송으로 제어를 위한 사이클릭 통신을 하면서 정기적으로 기기의 건전성 데이터를 수집할 수 있다. 건전성 데이터는 심리스 통신을 이용하는 것으로 상위 PC로부터 기기의 데이터를 수집할 수 있어 장치의 예지 보전이 가능하다.

예를 들어 고속 제어와 양립하여 스트레스 없이 모터 부하 전류 계측의 샘플링 데이터 등의 세밀한 데이터를 짧은 주기로 수집 할 수 있고, 수집한 건전성 데이터를 바탕으로 설비 진단 등의 예지 보전을 할 수 있다.

LAN에서의 설비 관리
SLMP에 의한 디바이스 관리 모습을 그림9에 나타낸다. SLMP의 심리스 통신으로 사무실의 LAN상에 접속된 PC에서 네트워크를 뛰어넘어 CC-Link IE나 CC-Link에 접속된 기기에 액세스하여 파라미터의 설정이나 보전정보의 수집 등을 할 수 있다.

맺음말

‘CC-Link IE 필드 네트워크’는 범용 기술인 이더넷을 베이스로 제어 용도에 필요한 리얼타임 통신과 트레이서빌리티를 위한 관리정보, 기기의 건전성 데이터 등 제어용도 이외의 데이터 교환을 공존시켜 고속으로 통신할 수 있다. 또한 시스템 구축에서는 간단한 네트워크 설정과 자유로운 토폴로지로 이더넷에 관한 고도의 지식이 필요없이 다양한 시스템을 간편하게 구축할 수 있다. 제어 프로그램의 작성에서도 분산 공유 메모리를 사용하여 네트워크를 의식하지 않고 메모리를 읽고 쓰는 감각으로 간단하게 프로그래밍 할 수 있다.

‘SLMP’는 애플리케이션에 대해 공통 프로토콜을 제공하는 것으로 CC-Link IE, CC-Link를 포함한 CC-Link 패밀리 및 범용 이더넷에 접속하는 기기간의 어디에서라도 마치 한 개의 네트워크처럼 심리스하게 데이터를 송수신할 수 있다.

이번에 CC-Link협회는 CC-Link IE 필드레벨의 네트워크로서 CC-Link IE 필드 네트워크의 사양을 공개했다. 이후 CC-Link협회에서는 CC-Link IE 모션 네트워크의 사양, CC-Link IE Safety의 사양도 공개 할 것이다. CC-Link협회로서는 현재 아시아에서 표준으로 되고 있는 CC-Link에 CC-Link IE의 라인업을 충실화 하여 CC-Link 패밀리를 다양한 시스템에 대해 최적의 솔루션을 제공할 수 있는 적재적소의 네트워크로서 발전해 갈 것이다.

아이씨엔 매거진 2010년 01월호

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