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필드 네트워크를 위한 AS-Interface 슬레이브(1) – 센서/액추에이터로의 커플링

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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. < 편집자 주>
센서 및 액추에이터에 직접 연결되어 있든지 모듈에 연결되어 있든지, AS-Interface 슬레이브 IC는 모든 간단한 센서와 액추에이터에 사용될 수 있다.
1. AS-Interface 슬레이브
각 주기에서, 4 비트의 데이터는 각 슬레이브와 마스터 사이에 상호 전송된다.
AS-Interface 슬레이브 IC의 포트 상의 전압 수준은 이에 상응한다. 이들 포트는 입출력점으로서 또는 양방향 포트로 개별적으로 각 IC에 대해 구성될 수 있다.
포트의 구성은 IC가 슬레이브에 설치될 때, “I/O 구성”으로 명기된다. 이는 동일한 AS-Interface 슬레이브 IC가 센서 및 액추에이터 양자를 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, AS-Interface는 4비트 이상의 정보를 갖고 있는 주변장치 요소, 아날로그 디바이스 또는, 제어용으로 정보 교환이 그다지 필요하지 않는 분산 지능형 디바이스 등에까지 폭넓게 사용될 수 있다. 양방향 모드에서 슬레이브는 요청 당 4 비트의 출력 데이터를 수신하고 4 비트의 입력 데이터를 전송할 수 있다. 다중 비트 전송은 여러 주기에 걸쳐 정보들을 분산시킴으로써 실현될 수 있다. 이로써, AS-Interface는 이진 주변장치로 한정되지 않고 모든 간단한 센서 및 액추에이터에 대해 사용될 수 있다.
또한“파라미터 기록(Write Parameter)”도 요청될 수 있다. 이때는 4 비트의 파라미터 값이 슬레이브로 전송된다. 이는 광학 센서에 대한 스위칭 감지 거리(switching sensing distance) 변경 또는 필터 기능과 같은 슬레이브의 특별한 기능들을 제어하는 데에 사용될 수 있다. 파라미터 요청은 비주기적이며, 이는 단 하나의 슬레이브가 각 AS-Interface 주기에서 새로운 파라미터 값을 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
이제 두 가지로 분류되는 AS-Interface 슬레이브에 대해 알아보자:
AS-Interface 슬레이브 IC는 센서 및 액추에이터에 직접 통합될 수 있다.
이로써“AS-Interface 통합 센서 또는 액추에이터”가 제작되었다.(그림 1 참조) 모든 데이터 및 파라미터 비트는 이 디바이스에서 사용 가능하다.
이 통신 구조 – AS-Interface 네트워크 – 는 단지 이진 스위칭 비트를 전송하기 위해서뿐만 아니라, 부가 정보의 전송을 위해서도 사용된다. 이로써 점진적인 고장(예, 광학 렌즈의 오염), 갑작스런 고장(예, 단락), 전원공급장치의 과부하 및 이와 유사한 경우들은 제어장치에 보고되며, ASInterface를 통해 이를 보호한다. 특정 유형의 오류가 도구 및 기계설비를 보호하고, 다운타임이 길어지는 것을 예방하기 위해 즉각적인 셧오프를 작동하도록 사용자 시스템을 구축할 수 있다. 다른 오류 유형들은 임의의 다운타임을 예방하기 위해 유지보수를 요청하고 다운타임을 절감시킬 수 있는 목표 진단기능을 제공하기 위해 제공할 수 있다.
이러한 전망에 비추어 보면, 지능형 주변기기의 사용은 사용자에게 특별히 효율적이다. 단지 이것만이 센서 또는 액추에이터를 포함하는 진단기능을 가능하게 할 것이다.
AS-Interface IC는 모듈에 통합되어 일반적인 센서 및 액추에이터를 연결할 수 있다. “외장형 AS-Interface와 센서 또는 액추에이터”에 대하여 그림 2를 참고하라. 시장에 최근 출시된 대부분의 센서 및 액추에이터는 모듈을 통해 어떤 AS-Interface 네트워크에도 손쉽게 연결될 수 있다. 이들 모듈은 소켓 또는 터미널을 통해 디바이스에 데이터와 전원을 공급한다. 2개의 이진 센서와 2개의 이진 액추에이터가 연결되는 2I/2O 모듈이 바로 이와 같다. 선택사양인 워치독은 파라미터 0을 사용하여 활성화되고, 비활성화된다. 이는 통신을 모니터링하고 통신 고장 발생 시에 액추에이터를 전원으로부터 차단한다.
2. AS-Interface 슬레이브의 구조
슬레이브는 센서 및 액추에이터의 전원공급을 담당하고 있으며, 이들 장치와 마스터 사이의 원활한 통신을 관장한다.
그림 3에 나타낸 바와 같이, AS-Interface 슬레이브는 AS-Interface 전송 시스템과 인터페이스 1 사이의 링크를 나타내며, 여기에 센서 및 액추에이터가 연결된다. 슬레이브는 센서/액추에이터에 전원을 공급하고 이들과 마스터 간의 통신을 관장한다. 개발 초기부터 슬레이브가 센서 또는 액추에이터에 직접 통합되어야 하는 경우, 극히 저렴할 뿐만 아니라 콤팩트한 소형 슬레이브가 요구되었다. 이는 고집적 회로를 사용함으로써만 가능하며, 이 장의 끝에 설명되어 있다.
슬레이브가 집적 회로 또는 여타의 다른 방식을 사용하여 구현되건, 이는 그림 3에서 보는 구조를 가지며, 이로써 인터페이스 1에 대한 연결은 물리적 또는 논리적일 수 있으나, 인터페이스 2의 연결은 물리적으로 존재해야 한다.
공급 전압에서, 데이터 경로는 인덕턴스에 의해 전압경로와 분리된다. 이를 IC에 구현하기 위해, 이들 인덕턴스는 전자적으로 실현된다. 공급 전압은 Vout 터미널에서 센서 또는 액추에이터를 위한 전원을 공급하며, 슬레이브가 데이터 통신 주파수대에서 충분히 높은 저항을 유지하도록 보장한다.
수신기에서, AS-Interface 케이블에서 감지되는 전압 펄스는 선별되고, 디지털화되어 수신 레지스터에 기록된다. 이와 동시에 수신된 신호는 다양한 개연성 검사를 담당하여 어떠한 노이즈 펄스도 마스터 요청을 와전시키지 않을 것을 보장한다. 신호폭이 상당히 큰 폭으로 요동칠 수 있기 때문에, 수신기는 수신 완성도를 향상시키기 위해 트리거 레벨에 상응하는 응답을 갖는다.
송신기에서, 송신 레지스터에서 보내오는 정보는 인코딩되어, 지난번 AS-Interface 통신시스템에 기술된 변조 과정에 따라 전류 펄스 시퀀스로서 AS-Interface 케이블을 통해 전송된다. 보안상의 이유로, 송신기는“jabber inhibit”로직에 의해 모니터링되며, 이는 손상된 슬레이브 때문에 연속 전송과 이로 인한 AS-Interface 네트워크가 중단되는 것을 방지한다.
마지막으로 시퀀스 컨트롤러는 마스터 요청을 디코딩하고, 오류 여부를 점검하고 인코딩된 명령들을 실행하고, 적합할 경우 응답이 전송되게 한다. 또한 이 시퀀스 컨트롤러는 슬레이브 주소를 기록하는데에 사용되고, 전원이 차단된 상태에서도 제한시간 동안 이를 저장할 수 있는 기억장소가 장착되어 있다(비휘발성).
해당 슬레이브에는 다음의 레지스터와 플래그들이 구비되어 있다.
주소 레지스터(Address register)
5 bit 폭의 레지스터는 현재 슬레이브 주소를 갖고 있다. 마스터 요청 시에 전송된 주소가 이 레지스터에 들어있는 주소와 동일할 경우, 슬레이브가 응답한다.
RESET 이후, 레지스터는 비휘발성 메모리에 포함된 주소를 로딩한다. 이의 내용은 “주소 삭제(Delete address)” 또는 “주소 할당(Address assignment)” 명령을 사용함으로써 마스터에 의해 변경될 수 있다.
식별 레지스터(Identification register)
이들 4비트 폭 레지스터는 그림 3.16에 제시된 I/O 구성을 따른다. 이들 레지스터는 영구적으로 저장되고, RESET 이후 비휘발성 메모리로부터 로딩된다. 이들은 슬레이브가 제작됨과 동시에 고정되어(ID 코드 1은 제외), 수정할 수 없다.
데이터 출력 레지스터(Data output register)
“데이터 출력(Data output)” 레지스터는 폭이 4비트이며, 슬레이브에 의해 오류 없이 수신된 마지막“데이터 요청”으로부터 얻은 데이터를 포함한다. I/O 구성에 따라 출력에 할당된 이 비트들은 각 데이터 포트 상에서의 출력이며, 다른 비트들로부터의 정보는 무시된다. RESET 이후 레지스터는 초기값 FHEX와 함께 로딩된다.
파라미터 출력 레지스터(Parameter output register)
이들 4 bit 폭의 레지스터는 슬레이브에 의해 오류없이 수신된 마스터로부터의 마지막 “파라미터 쓰기” 요청으로부터 얻은 파라미터를 포함한다. 이 비트는 상응하는 파라미터 포트 상에서의 출력이다.
수신 레지스터(Receive register)
12비트 폭 수신 레지스터는 시퀀트 컨트롤러에서의 후속 프로세스를 위해 마스터에 의해 전송된 마지막 메시지를 포함한다.
송신 레지스터(Send register)
5비트 폭 송신 레지스터는 전송된 슬레이브 응답을 갖춘 시퀀스 컨트롤러에 의해 로딩된다.
상태 레지스터(Status register)
상태 레지스터는 특정 상태 또는 오류 표기용 3가지 플래그를 나타낸다:
(1) 플래그 S0은 새로운 주소가 아직 영구적으로 저장되지 않은 주소 저장 기간 동안 설정된다.
(2) 플래그 S1은 입력 FID가 주변장치 고장을 보고할 경우 설정된다.
(3) 플래그 S3은 영구 메모리에서 주소를 읽어오는 동안 오류가 발생할 경우 설정된다.
상태 레지스터는 오류 상태 조건 분석을 목적으로 마스터에 의해 평가될 수 있다.
“동기화” 플래그(“Synchronization” flag)
슬레이브가 마스터 요청을 정확히 받고, 디코딩하여, (적합할 경우) 응답을 승인한다면, “동기화” 플래그가 설정된다. 동가화된 상태에서, 마스터 휴지기는 마스터 요청 이후 1 비트 시간 동안 모니터링되기 때문에, 슬레이브 응답은 단지 2비트 시간 이후에 개시될 수 있다.
“데이터 교환 차단” 플래그(“Data exchange blocked” flag)
이 플래그는 RESET에 의해 설정되며, 최초 파라미터 요청의 오류없는 사용에 의해 리셋된다. 이는 파라미터 포트가 공칭 파라미터에 의해 로딩되지 않는 한, 데이터 요청이 수용되는 것을 방지한다.
이러한 과정은 마스터와 슬레이브 간의“오해”를 예방하는 데에 반드시 필요하다. 가령, AS-Interface 케이블 상의 전기적 접촉의 부실로 인해 슬레이브 – 이를 아는 마스터 없이 – 가 잠깐 동안 공급 전압을 받지 못하면, RESET이 실행되는 일이 발생할 수 있다. 이후, 파라미터 포트는 리셋되고 슬레이브의 모든 관련 기능들도 초기 상태로 되돌아간다. 결과적으로 슬레이브는 마스터가 기대하는 것과는 전혀 다르게 반응하게 된다.
< 자료제공: AS-International Association>
아이씨엔 매거진 2007년 12월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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