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[탐방] IGBT 제어 부문의 신세계 – 전기로 연결하고 빛으로 전송하다

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하팅 Han® 하우징, 자동화 시장의 증가된 요건을 만족시키다

전기 모터가 없으면 자동화된 생산 공정을 갖춘 산업용 드라이브 기술은 거의 생각할 수 없다. IGBT 반도체 장치는 고성능 전기 드라이브를 제어하며, 이 경우 해당 드라이브와 필수 절연체와의 연결은 폴리머 광섬유(POF)에 의해 구현된다. 하지만, 이 솔루션은 공간에 민감하고 섬세하다. 하팅(HARTING)은 사용자에게 IGBT 제어 부문의 새로운 소형 솔루션 옵션을 제공한다.

거의 모든 유형의 산업용 드라이브 테크놀로지에 최대 수 kW 에서 심지어 MW의 전력 소모량을 갖는 전동기가 사용된다. 일정한 속도에서는 제어 기술이 매우 간단하다. 하지만, 종종 모터의 속도 조절이 필요하므로, 결국 전체 작업이 더욱 복잡해 질 수도 있다.

전기로 연결하고 빛으로 전송하다” D-Sub 및 Han Eco® 10A 를 적용하여, 자동화 준비를 마치다. (이미지. 하팅)

IGBT 반도체를 사용하면 보다 큰 전력 등급에서도 속도 조절이 가능하다. 이들 반도체는 매우 낮은 제어 전력을 사용하므로 큰 부하를 스위칭 할 수 있다. 매우 높은 절연 및 전압 요건이 충족되어야 하기에, IGBT 제어에 필요한 신호는 폴리머 광섬유 (POF)를 통해 전송된다. POF를 사용하면, 방해가 없고 갈바닉 절연된 신호 전송이 가능하다.

지금까지 컨트롤러와 드라이버 보드, 즉 제어부와 전동기 측면 간의 연결은 개별 섬유(fibre)에 의해 처리되어 왔다. 신호의 전기-광 변환은 광접점이 광섬유와의 연결을 수행하는 회로 기판의 트랜시버(transceiver)에서 발생한다. 각 광섬유는 드라이버와 컨트롤러 보드 양쪽에 트랜시버가 있는 단일 연결을 가진다. 이전 솔루션을 사용하면 컨트롤러 보드의 모든 송수신 요소에 상당한 공간이 필요하게 되어 보드가 불필요하게 크게 제작된다.

또 다른 단점은 각 드라이버와 컨트롤러 보드 사이의 개별 연결을 보장하기 위해 서비스 또는 설치 중에 다양한 POF 섬유를 반드시 올바로 배치해야 한다는 것이다. 이러한 배치 작업은 주의하여 실행해야 하며 신중하게 시간을 들여 작업해야 한다. 올바른 작동을 보장하려면 송신기와 수신기를 혼용해서는 안된다. 광섬유 끝 표면의 품질을 보장하기 위해 고객이 현장에 설치할 수 있는 조립식 케이블을 사용한다.

일반 용도로 고안된 광학 요소는 넓은 온도 범위에서 진동이 심화되어도 사용 가능하도록 산업용으로 개발되었지만, 섬유에 대한 단순한 변형 방지 기능만 제공한다.

또한 광학 인터페이스는 오염으로부터 지속적으로 보호되는 것이 중요하여, 플러그가 연결되지 않은 상태에서도 보호 덮개는 필요하다. 따라서, 다수의 연결작업에서도 청결 및 올바른 결선은 주된 요구사항이다. 특히 작업 중 전송 장치가 손상되고 보드 전체를 교체해야 하는 경우에는 비용이 많이 들 뿐 아니라 서비스하기도 쉽지 않다.

자동화를 위한 솔루션

이러한 문제점을 해결하기 위해, HARTING은 컨트롤러 보드의 트랜시버를 플러그연결 가능한 모듈로 재배치하는 것을 포함하는 전송 원칙을 발전시켰으며, 이로써 “전기적 플러그연결 및 광 전송 (electrical plugging and optical transmission)” 원리에 따라 광 인터페이스를 통합하게 되었다.

HARTING은 전기적 플러깅(plugging) 자동화 구현을 위해, 시스템 하우징으로서 Han-Eco® 10A 시리즈로 구성된 솔루션을 사용한다. Han® 하우징은 자동화 시장의 점증하는 요구 사항을 충족시키고, 광섬유에 최적의 꼬임 방지 및 변형 완화 기능을 통합한다.

또한, Han® 하우징의 인쇄 회로 기판은 광학 소자를 오류없이 제어하고 간섭을 방지하기 위해, 필요할 경우 직렬 저항 및 지원 축전기를 수용할 수 있다. 또한, 전기적으로 연결되는 D-Sub 체결면의 전기 접점은 미세 진동 및 거친 충격으로 야기되는 마모로부터 잘 견디도록 제작되었다.

har-flex를 적용함으로써, “전기로 연결하고 빛으로 전송하다” 원리는 인쇄 회로 기판까지 장치로 확장하다

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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스마트공장

ST마이크로일렉트로닉스 MCU, 저전력에 안전을 더하다

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ST마이크로일렉트로닉스, 보다 안전한 사물인터넷을 위한 초저전력 마이크로컨트롤러 STM32L5

리소스 제한 커넥티드 기기 대상 Arm® TrustZone® 하드웨어 기반 사이버 보호 기능 제공
ST만의 초저전력 기술로 에너지 민감형 애플리케이션 위한 MCU 개발

ST마이크로일렉트로닉스(STMicroelectronics, 이하 ST)가 전력에 민감한 커넥티드 기기에 우수한 사이버 보호기능을 제공하는 Arm® Cortex®-M33 코어 기반의 새로운 마이크로컨트롤러 STM32L5 (MCU)를 출시했다.

ST의 STM32L5 시리즈 MCU는 Arm의 TrustZone® 하드웨어 기반 보안 기능을 통합해 소형 기기의 보안 기능을 강화하는 Cortex-M33을 내장함으로써 유연한 소프트웨어 격리, 보안 부팅, 키 스토리지, 하드웨어 암호화 가속기 등 보다 향상된 기능들이 추가되었다. 또한, 코인 셀이나 에너지 하베스팅으로 전원이 공급되는 기기에 풍부한 기능과 탁월한 성능, 긴 런타임 등을 제공해준다. 셧다운 모드에서 33nA만을 소모하고, EEMBC ULPBench에서 402 ULPMark-CP를 달성한 새로운 MCU 시리즈는 이전 STM32L 시리즈에서 검증된 어댑티브 전압 스케일링 및 실시간 가속, 전력 게이팅, 다양한 저전력 동작 모드와 같은 저전력 기법에 대한 ST의 전문성을 기반으로 구현되었다.

ST마이크로일렉트로닉스, 보다 안전한 사물인터넷을 위한 초저전력 마이크로컨트롤러 STM32L5

ST마이크로일렉트로닉스, 보다 안전한 사물인터넷을 위한 초저전력 마이크로컨트롤러 STM32L5

디지털 및 아날로그 주변장치와 CAN FD, USB Type-C™, USB PD(Power Delivery)와 같은 컨슈머 및 산업용 인터페이스를 통합한 STM32L5 MCU는 산업용 센서 또는 제어, 홈 자동화 기기, 스마트 계량기, 피트니스 트래커, 스마트 워치, 의료용 펌프, 계량기 등 다양한 제품에 이상적인 플랫폼을 제공한다.

리카르도 드 사 어프(Ricardo de Sa Earp) ST의 마이크로컨트롤러 부문 사업본부장은 “STM32L5는 TrustZone과 추가 맞춤형 보호 기능을 갖춰 소형 IoT 기기의 사이버 보안 기능을 크게 향상시키고 안정화시킬 수 있다”고 말하고, “이 디바이스는 ST의 독보적인 에너지 절감 기술과 풍부한 커넥티비티, 스마트 디지털 및 아날로그 주변장치도 갖추고 있어 최첨단 커넥티드 애플리케이션을 선도할 수 있는 제품으로 주목받을 것이다”라고 밝혔다.

STM32L5 시리즈 MCU에 통합된 TrustZone IP는 네트워크에 연결된 기기를 인증하기 위해 트러스트-컴퓨팅(Trusted-Computing) 원리를 구현했다. 데스크톱, 모바일, 통신 인프라와 같은 장비용으로 처음 착안된 이 하드웨어 기반 접근방식은 기기나 소프트웨어를 손상시키려는 시도를 차단하고, 암호 및 키 스토리지와 같은 중요한 코드와 사이버 보호기능을 위해 안전한 실행 환경을 구현한다. 새로운 STM32L5 시리즈 MCU는 TrustZone을 갖춘 Cortex-M33 코어를 내장하고 있어 최소형 IoT 기기를 구동하는 리소스 제한형 임베디드 시스템에서도 고도의 보호 기능에 액세스할 수 있게 해준다.

STM32L5 시리즈 사용자는 TrustZone 보호기능을 통해 플래시 또는 SRAM 영역이나 각 I/O 및 주변장치를 자유롭게 포함하거나 제외시킬 수 있기 때문에 보안을 극대화 할 수 있도록 민감한 작업을 완벽하게 격리시킬 수 있다. 또한 ST는 외부 코드 또는 데이터를 보호하기 위해 AES 128/256bit 키 하드웨어 가속, PKA(Private Key Acceleration), AES-128 OTFDEC(On-The-Fly Decryption)를 포함한 암호화 가속을 비롯해 보안 부팅과 통합 RAM 및 플래시를 위한 특수 읽기 및 쓰기 보호기능을 지원하는 TrustZone을 구현했다. 활성 위변조 감지 및 보안 펌웨어 설치 등도 지원된다.

STM32L5 시리즈는 유연한 전력 절감 동작 모드와 ST의 초저전력 기술 외에도, VDD 전압이 충분히 높고, OTF(On-the-Fly)로 전원 공급이 가능할 때 저전력 성능을 향상시키는 매우 효율적인 스위칭-모드 스텝다운 레귤레이터를 갖추고 있다.

존 론코(John Ronco) Arm의 임베디드 및 오토모티브 라인 사업부 부사장이자 사업본부장은 “IoT 기기는 인텔리전스와 기능이 계속 증가하고 있으며, 따라서 완벽한 보안 기능 구축이 반드시 필요하다”라며, “보안 구현을 위한 범용 프레임워크인 Arm의 PSA(Platform Security Architecture)는 IoT 기기의 중심에 보안을 구축하고자 한다. STM32L5 시리즈는 개발자들이 Cortex-M33 프로세서와 TrustZone 기술, 향상된 SoC 보안 기능을 통해 PSA 프레임워크 상에서 보다 손쉽게 신뢰할 수 있는 기기를 개발할 수 있도록 해준다”고 설명했다.

ST는 미국 캘리포니아 산호세에서 10월 16일부터 18일까지 진행된 Arm TechCon에서 보안 소프트웨어 전문기업인 프루브&런(Prove & Run)과 공동으로 STM32L5 시리즈 MCU를 시연했다.

보다 자세한 정보는 www.st.com/stm32l5에서 확인할 수 있다.

오승모 기자 news@icnweb.co.kr

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산업용사물인터넷

아나로그디바이스, 산업제어용 PLC 및 DCS 모듈 개발 간소화 지원

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아나로그디바이스, PLC 모듈 개발 간소화하는 ±10V, 0~20mA ADC 출시

아나로그디바이스(지사장 홍사곽: 이하 ADI)는 산업제어용 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)와 분산형 제어 시스템(DCS) 모듈 개발을 보다 간소화하는 다채널 ±10V 및 0~20mA 정밀 ADC 신제품 2종을 출시한다고 밝혔다.

스마트팩토리 및 Industry 4.0 구현은 깊은 산업 전문 지식과 전문성을 필요로 한다. 또한 산업 시스템이 더 많이 분산화되면 용량, 구성 가능성 및 효율성에 대한 요구도 더욱 커질 수 밖에 없다. ADI는 고객이 제조 및 처리 요구 사항을 충족시키기 위해 현재 필요로하는 제품을 제공 할 수있는 유연한 아날로그 I/O 솔루션을 제공하고 있다.

아나로그디바이스, PLC 모듈 개발 간소화하는 ±10V, 0~20mA ADC 출시

아나로그디바이스, PLC 모듈 개발 간소화하는 ±10V, 0~20mA ADC

ADI의 iPassives® 통합 정밀 패시브 기술을 적용한 AD4111과 AD4112 ADC는 정밀 매칭 전류 감지 저항 및 저항 분배기를 통합하고 있다. 신제품은 차원 높은 채널대채널 매칭 특성 덕분에 교정 요구사항들이 간단하며, 최대 8개의 싱글엔드 전압 입력과 4개의 전류 입력을 지원하기 때문에 재구성이 가능한 플랫폼 솔루션으로 사용하기에 이상적이다. 이와 함께 PLC (Programmable Logic Controllers) 및 DCS (Distributed Control Systems) 모듈의 크기와 복잡도, 비용을 줄일 수 있다.

AD4111및 AD4112 ADC는 성능 사양을 충족하면서 ±10V의 입력 전압을 수용할 수 있고, 일반적인 ±10V 입력에 오버레인지 마진을 더해 ±20V의 기능적 범위를 갖는다. 이들은 또한 성능 사양을 충족하면서 -0.5 ~ 24mA의 입력 전류를 수용할 수 있다. 이들 제품은 전압 핀에 ±50V, 전류 핀에 ±50mA의 절대 최대 정격(Absolute Maximum Rating)을 제공한다. AD4111은 +5V 또는 +3.3V 단일 공급전원으로 동작하면서 ±10V 전압 입력 상에서 외부 센서나 신호 소스가 시스템 입력으로부터 분리되는 것을 감지하기 위해 개방 배선 감지 기능을 고유한 방식으로 활성화한다.

Analog Input Temperature

Analog Input Temperature

ADuM5411 4채널 디지털 절연기과 함께 사용될 경우, AD4111은 IEC 61000-2, IEC 61000-3, IEC 61000-4, IEC 61000-5, IEC 61000-6 및 CISPR 11의 EMC/EMI 표준을 지원한다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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산업용사물인터넷

산업용 안전 통신 PROFIsafe, 한국 산업표준 KS 제정

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profisafe 개념

산업용 통신 PROFINET/PROFIBUS의 Functional safety (PROFIsafe) 한국 산업표준 제정

한국프로피버스협회는 산업용 통신 PROFINET/PROFIBUS의 기능 안전 통신 프로파일인 프로피세이프 (PROFIsafe)가 산업 통신 네트워크 분야 한국산업표준(KSCIEC61784-3-3)에 등재되었으며, 지난 7월 5일 KS 표준으로 제정됐다고 공식 발표했다.

이번에 한국 산업표준 KS로 제정된 KSCIEC61784-3-3(고시번호 2018-0190호)는 IEC61784-3-3으로 국제표준화단체인 IEC에 등록된 국제 표준과 합치되는 표준으로 글로벌 시장 및 국내 시장에서 산업용 이더넷 장비에서의 기능안전 표준으로 인정받았다.

profisafe 개념

profisafe 개념

PROFINET과 PROFIBUS는 Industry4.0을 구현하는 핵심 네트워크 기술로서, 산업용사물인터넷(Industrial IoT: IIoT) 통신 기술이다. 이 기술은 이미 많은 사용자가 이미 국내외 스마트 공장 구현을 위해 사용하고 있다. 특히 최근 제조 현장은 사용자 및 자산의 안전에 대한 관심이 급증하고 있으며, 기능 안전 통신을 이용한 산업용 제어 시스템의 ‘안전’ (Safety) 시스템을 도입하기 위한 한국 산업 표준이 제정되어 사용자가 믿고 쓸 수 있는 기술이다.

전세계 비영리 협회 조직인 PROFIBUS 협회의 PROSIsafe 기술은 별도의 제조회사에 종속된 기술이 아닌 개방형 기술이다. 이미 다양한 협회 회원사가 많은 제품을 시장에 공급하고 있으며, 특히 제조사에 종속 되지 않고, 여러 회사의 제품을 하나의 라인 시스템에 사용자의 요구에 맞추어 융합 적용이 가능한 산업용 네트워크 기능 안전 통신 표준이다.

개방형 기능 안전 네트워크 기술 … 국내 제조 산업계 기술 확대 적용 기대

한국프로피버스협회 차영식 협회장은 “PROFIsafe가 KS표준으로 제정됨에 따라, 국제 표준 개방형 기능 안전 시스템 및 솔루션에 대한 국내 사용자의 기술 도입이 큰 진전을 보일 것이다.”고 말하고, “산업 환경에서 중요한 주제인 안전의 확보 방안을 산업용사물인터넷(IIoT)에서도 적용하여 안전한 스마트 공장을 추구할 수 있는 기반이 되었다.”고 밝혔다.

한국프로피버스협회의 부회장사인 지멘스 장희돈 부장은 “PROFIsafe는 자동차, 철강, 발전, 전자 등 다양한 국내 사용자가 이미 사용하고 있는 대표 기능 안전(FS) 통신 방법이며, 산업용사물인터넷(IIoT)의 주요 특징중 하나인 기능 안전 통신망 통한 스마트 제조 및 스마트 공장 구축을 본격적으로 확대 적용하는데 기초를 다지게 됐다.”고 말했다.

프로피넷/프로피버스 시스템구성

프로피넷/프로피버스 시스템구성

산업용 이더넷 PROFINET은 자동화 기술에 있어 혁신적인 글로벌 공개 표준으로서 PI(PROFIBUS & PROFINET international)에 의해 지정 발표된 산업용 이더넷 기술이다. PI는 기존의 PROFIBUS의 성공과 축적된 기술에 힘입어 근래의 표준기술인 이더넷을 근간으로 보다 많은 양의 데이터를 고속의 실시간통신으로 보다 확실하고 안전하게 데이터 교환이 이루어 지도록 산업용 표준 프로토콜 PROFINET을 개발했다. PROFINET은 표준 이더넷 기술을 가미하여 개발되었기 때문에 산업용 이더넷인 고속의 실시간 데이터 통신은 물론 차세대 스마트공장이나 Industry 4.0에서의 요구기능 구현에도 적합한 산업용 이더넷이다.

협회측은 “PROFINET 및 PROFIBUS는 전세계에서 가장 많이 사용되고 있는 대표적인 자동화 산업용 통신 기술이다. 2017년말 기준으로 전 세계에 PROFIBUS는 육천만 노드 (60,000,000 node) 그리고 PROFINET은 약 이천일백만개(21,000,000 node) 이상의 노드가 설치되었다.”고 밝히고, “이중에서 PROFIsafe 기술이 탑재된 산업 제어 디바이스가 구백만 노드(9,000,000 node) 이상으로 다양한 산업군에 설치 운영 되며, 글로벌 시장에서 가장 많은 사용자 및 설치 수를 가지고 있다.”고 강조했다.

한편, 한국프로피버스협회는 전세계 프로피버스/프로피넷의 총괄 기구인 PI(PROFIBUS/PROFINET International)의 한국지역 대표지부로서 전세계에는 25개 이상의 국가에서 지역별 지부가 운영되어 이른바 프로피버스/프로피넷의 글로벌화를 위한 지원을 도모하고 있다. 한국에는 한국프로피버스협회가 국내의 프로피버스 및 프로피넷의 보급을 위한 지원을 담당하고 있으며, 실질적인 지원을 위해 PICC (PROFIBUS/PROFINET International Competence Center) Korea와 함께 운영중이다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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