산업 현장 내의 네트워크에 이더넷(Ethernet)을 사용하는 것은 단지 Ethernet이 산업 현장에서 작동할 수 있기 때문만은 아니다. 현재 시스템 구조 내에서 이루어지고 있는 여러 서비스를 자동화할 수 있고, 이 시스템 구조와 시스템이 가지고 있는 정보를 생산 현장에서도 사용할 수 있다는데 있다.

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)와 Ethernet의 관계는 음식과 양념과의 관계와도 같다. 하나가 없으면 다른 하나도 최대한 활용할 수 없다. TCP/IP는 양념이 음식 맛을 살리는 것과 마찬가지로 인터넷과 인트라넷에 생명을 불어넣어 주는 핵심 기술이기 때문이다. 따라서 TCP/IP는 기업 및 소비자의 세계에서 이더넷(Ethernet)과 뗄 수 없는 관계이다.

그러나 많은 사람들은 Ethernet과 TCP/IP를 사용하는 것은 단지 Ethernet 장치가 네트워크 안에 공존할 수 있도록 할 뿐이라는 점을 이해하지 못한다. 이러한 장치들이 효과적인 통신을 보장하지는 못하기 때문이다. 장치들이 서로 이해하고 상호 작동하기 위해서는 공통 애플리케이션 프로토콜이 필요하다. TCP/IP의 설계자들은 이러한 문제를 이해하고 이러한 프로토콜들이 여러 애플리케이션 층과 함께 작동하도록 설계했다. 현재 TCP/IP와 함께 사용되는 프로토콜은 FTP(파일 전송 프로토콜), 이메일(SMTP: Simple Mail Transfer Protocol) 및 월드 와이드 웹 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol) 등이다.

이제 Ethernet이 생산 현장까지 보급되자, 네트워킹 조직과 자동화 공급업체들은 몇 가지 새로운 애플리케이션 계층 프로토콜을 제시하고 있다. 이러한 프로토콜들은 Ethernet을 산업용 자동화의 거친 환경에 적합하도록 만들기 위해 만들어진 것이다.

2000년 초에 선보인 이더넷/아이피(EtherNet/IP)는 모든 산업용 이더넷(Ethernet) 솔루션의 선두 주자이다. 그 이유는 부분적으로 EtherNet/IP가 디바이스넷(DeviceNet) 및 콘트롤넷(ControlNet)과 동일한 애플리케이션인 CIP(Common Industrial Protocol)를 사용하는 개방된 기술에 기반을 두고 있기 때문이다. 이러한 방식은 자동화 사용자와 공급업체 모두에게 저렴한 생산 및 개발 비용, 사용의 편리성, 간단하게 이뤄지는 제품 및 네트워크 통합, 그리고 여러 브랜드 공급업체간의 상호 호환성 등과 같은 많은 이익을 제공한다.

Ethernet의 장점

Ethernet은 넓은 대역폭을 통해 다른 모든 제어 네트워크에 비해 더 많은 정보를 더 빠른 속도로 전송할 수 있다. 또한 이 대역폭은 자동화와 관련이 없는 부분에 대해서도 사용할 수 있다. 예를들어 100MB Ethernet 네트워크를 통해 비디오 시스템이나 웹캠 라이브에서 HMI 또는 PC 화면에 비디오 영상을 계속 전송할 수 있어 기계 또는 생산라인을 원격으로 감시할 수 있다. 이를 통해 적은 인원으로 작업을 할 수 있어 안전하게 생산을 할 수 있고 OEM 업체는 원격방식으로 기계를 감시하여 진단 관련 문제를 해결하는 데 도움을 준다.

로크웰 오토메이션의 네트워크 마케팅 담당자는 “Ethernet 네트워크를 공장 현장내에서 사용할 경우 공장 작업자가 공장 관리자에게 정보를 제공하는 것이 아니라, 그 반대로 공장 관리자가 공장 작업자에게 정보를 제공할 수 있게 된다”고 설명한다. 이러한 방식으로 정비 작업 주문서와 생산 작업 지침서, 케이블 연결이 원활해 진다. 또한 다른 문서를 사무실에 있는 컴퓨터에서 인쇄하기 위해 로컬 프린터를 사용할 필요가 없다.

사용자는 CIP라는 공통으로 사용하는 네트워크와 통신 프로토콜을 통해 PC 기반 데이터베이스에서 생산 관련 데이터를 가져오고 데이터 저장 작업을 간단하게 할 수 있다. Ethernet 네트워크를 공장 현장에 있는 기기까지 사용하게 되어 원격 방식의 설정 작업과 고장 수리 작업도 원활해 진다.

로크웰 오토메이션의 설명에 따르면, 정보와 제어 관련 기능을 하나의 다용도 네트워크에 통합할 경우 각종 비용을 절감할 수 있고 설치에 드는 시간을 줄일 수 있다는 것. Ethernet를 설치하면 호환이 될 수 있는 모든 종류의 데이터 또는 음성 통신을 할 수 있다. 또한 공장 제어 시스템에 대해 Ethernet을 사용할 경우 특별한 케이블을 사용할 필요없이 이미 시중에 있는 케이블을 사용할 수 있기 때문에 공장 제어 시스템을 구축하는데 걸리는 시간을 줄이고 발생하게 되는 모든 오류를 격리시키고 진단이 쉬워진다.

이는 기업에서 중요한 부분을 차지하는 것과 정비를 하는데 필요한 각종 툴을 단순히 사용할 수 있는 것이 아니라 누구나 사용하고 있다는 것 때문이기도 하다. 또한 Ethernet 네트워크 스타 토포로지나 트리 토폴로지로 새로운 기기를 추가할 때, 이미 설치한 시스템에 대해 아무런 영향을 미치지 않고 쉽게 추가할 수 있다.

Ethernet TCP/IP와 EtherNet/IP

산업 현장 내의 네트워크에 Ethernet을 사용하는 것은 단지 Ethernet이 공장 현장에서 작동할 수 있기 때문만이 아니다. 현재 시스템 구조 내에서 이루어지고 있는 여러 서비스를 자동화할 수 있고, 이 시스템 구조와 이 시스템이 가지고 있는 정보를 생산 현장에서도 사용할 수 있다는 장점 때문이다.

EtherNet/IP를 사용하여 표준 Ethernet 네트워크의 개방 방식과 다양한 기능을 소화할 수 있는 점 때문에 특별 방식의 산업 제어 네트워크에 있어서 최적의 작동 효과를 얻을 수 있다. 다른 점은 EtherNet에 IP(Industrial Protocol)가 추가된 EtherNet/IP라는 것이다. 다른 많은 산업용 Ethernet과 달리, EtherNet/IP는 애플리케이션 단계에서 누구나 일반적으로 사용할 수 있는 Ethernet 통신 칩과 실제 미디어와 함께 개방형 프로토콜을 사용한다. 제어 관련 애플리케이션에 대해 Ethernet 네트워크를 사용하는 수요가 많아짐에 따라 EtherNet/IP 기술이 생기게 되었다.

ControlNet 국제 협회와 Open DeviceNet Vendor Association(ODVA)의 후원아래 개발이 이루어진 EtherNet/IP는 실시간 I/O(input/output) 메시징 기능과 메시지 교환 기능을 모두 지원한다. 또한 EtherNet/IP 사용을 통해 제조 회사는 기기 설정과 제어를 할 수 있고 간단한 구조의 네트워크를 통해 정보를 수집할 수 있다.

EtherNet/IP란?

EtherNet/IP는 그 이름을 분석하면 가장 잘 정의할 수 있다. ‘Ethernet’ 부분은 수정되거나 독점적 버전이 아닌 일반적으로 널리 판매되는 Ethernet(IEEE 802.3)과 TCP/IP 수트를 말한다. 반면 ‘IP’는 산업용 프로토콜(Industrial Protocol)의 약자로서 이 네트워크를 구별하는 요소이다. 많은 산업용 Ethernet 옵션과 달리 EtherNet/IP는 이미 입증된 개방화된 프로토콜을 애플리케이션 층(즉, CIP)에서 사용한다. 그러므로 EtherNet/IP는 Ethernet TCP/IP에 배치된 CIP라 할 수도 있다. 이는 DeviceNet이 CAN(Controller Area Network)에 배치된 CIP인 것과 같다.

작동 방법적인 측면에서 EtherNet/IP는 TCP/IP를 사용하여 각 패킷이 애플리케이션 데이터를 갖고 있을 뿐만 아니라, 데이터의 의미와 데이터에 대해 수행할 서비스도 운반하는 명시적 메시지를 전송한다. EtherNet/IP는 또한 보다 높은 성능과 암시적 메시징 이라고도 하는 실시간을 위한 멀티태스팅 기능을 제공하는 표준 UDP/IP(User Datagram Protocol/Internet Protocol, TCP/IP 수트의 일부) 전송 서비스도 활용한다. TCP/IP와 UDP/IP 프로토콜을 모두 활용하여 네트워크 메시지를 요약하므로, 기업들은 EtherNet/IP를 정보 및 제어 애플리케이션 모두를 위해 사용할 수 있다.

특정 디바이스 네트워크와의 관계

Ethernet을 통해 다양한 기능을 하고 디바이스 단계만을 담당할 수 있는 네트워크가 할 수 없는 기능을 소화할 수 있지만, 특수 용도의 제어 네트워크가 할 수 있는 모든 기능을 소화하는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 특정 골프채가 드라이버나 샌드웨지, 퍼터 등의 모든 기능을 할 수 없는 것과 마찬가지이다. 하나의 다용도 Ethernet 네트워크가 하나의 용도만을 할 수 있도록 되어 있는 특정 네트워크의 모든 기능을 할 수 있는 것은 아니다.

이러한 이유로 로크웰오토메이션은 EtherNet/IP 네트워크와 함께 특수 목적 ControlNet과 DeviceNet 제어 네트워크를 지원한다. 예를 들어 ControlNet 네트워크는 고성능 I/O 네트워크 기능을 할 수 있도록 설계되어 있다. ControlNet 네트워크는 중요한 애플리케이션에 있어서 많은 양의 I/O의 흐름을 관리할 수 있고 특정 컴퓨터 또는 특정 프로그램을 통해서만 사용할 수 있는 이중화 방식의 미디어를 관리할 수 있다.

DeviceNet 네트워크는 크기를 쉽게 조정할 수 있고 비용 면에서 매우 효율적인 네트워크 내에서 센서와 스위치, 액추에이터 등과 같은 간단한 방식의 디지털 기기를 통합하는 데 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다. 뛰어난 성능의 ControlNet 네트워크나 크기 조정을 쉽게 할 수 있는 DeviceNet 네트워크를 필요로 하는 특정 제어 애플리케이션에 산업용 Ethernet 네트워크를 사용하는 것은 적절하지 않다.

표준 이더넷 네트워크 채용

로크웰 오토메이션은 ‘Ether’ 또는 ‘Net’ 등과 같은 단어가 들어 있다고 해서 이 네트워크가 Ethernet 네트워크와 동일하다고 생각해서는 안된다고 강조한다. 많은 경우 산업용 Ethernet 네트워크의 설치는 2종류 또는 3종류의 서로 다른 네트워크로 이루어지고 각 네트워크는 I/O 또는 정보관리, 모션 제어 등을 담당하도록 구축되어 있다. 특정 구조 또는 칩, 토폴로지를 사용해야 하는 네트워크는 모두 표준 Ethernet 네트워크라 할 수 없다. 이러한 유사 네트워크를 사용할 경우 완전한 통합을 할 수 있는 네트워크를 사용하여 얻어지게 되는 재정 관련 이익을 얻을 수 없게 된다.

EtherNet/IP는 설정 작업과 정보 관리, I/O 제어, 시간 동기화, 안전 관리, 모션 제어 등과 같은 모든 자동화 관련 기능에 대해 일반 인터넷에서도 사용할 있는 표준 TCP/UDP/IP 프로토콜을 사용한다. EtherNet/IP는 수정을 하지 않은 IEEE 802 Ethernet을 사용하여 일반적으로 표준 Ethernet을 통해 관리되는 모든 정보와 시간을 중요시 하는 제어 관련 데이터를 관리한다.

나아가 EtherNet/IP는 DeviceNet 네트워크와 ControlNet 네트워크와 같이 공통 산업 프로토콜(CIP)을 사용하여 최고의 네트워크 기술을 최고의 방식으로 사용할 수 있다. 이러한 완전 개방형 네트워크는 많은 회사에서 출시하는 테스트를 거치고 인증을 받은 제품들을 사용한다. 로크웰 오토메이션은 “표준 Ethernet 네트워크 방식이 모든 특수 용도 제어 네트워크의 모든 기능을 제공할 수는 없지만 EtherNet/IP의 유연성과 다양한 기능을 통해 대부분의 제어 관련 애플리케이션에 대해 많은 기능을 할 수 있다. 상업용 EtherNet 네트워크가 진화함에 따라, EtherNet/IP가 제공할 수 있는 기능은 점점 늘어나게 될 것이다”라고 말했다.

오승모 기자, oseam@icnweb.co.kr

아이씨엔 매거진  2006년 10월호

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[추가: 2019년 10월] 본 원고는 2006년 작성되었으며, 현재까지도 Ethernet과 EtherNet/IP에 대한 개념과 제조현장에서의 애플리케이션 적용에서 유효하다. 다만, 산업용 이더넷 프로토콜인 EthetNet/IP가 일종의 필드버스 프로토콜인 DeviceNet, ControlNet을 반드시 현장 디바이스 연결을 위해 필요로 하지는 않는다. 현재는 필드기기에 이르기까지 EtherNet/IP와 같은 (산업용) 이더넷 포트를 통해 연결하고 있다. EtherNet/IP는 글로벌 협회 조직체인 ODVA의 등록상표이다.