CC-Link Safety는 국제표준의 개방형 산업용 네트워크인 CC-Link 프로토콜의 상위층에 각종의 전송 잘못을 검출하는 안전 기능층을 실현하도록 한다. 이로써 기계와 작업자의 안전을 동시에 실현하는 높은 전송 신뢰성을 갖춘 안전 네트워크이다.
글: CC-Link 협회
CC-Link Safety는 세계에 널리 보급되어 있는 오픈 필드 네트워크인 CC-Link 프로토콜의 상위 층에 각종의 전송 잘못을 검출하는 안전 기능 층을 실현하는 것으로 기계 안전 용도에 사용할 수 있는 높은 전송 신뢰성을 갖춘 안전 네트워크이다.
안전 기능 층에 의해 검출할 수 없는 통신 에러율을 극히 낮게 억제하여 IEC61508 SIL3 및 ISO13849-1 Category4에 적합한 안전 시스템을 구축할 수가 있다. 또 안전기능 층이 CC-Link 프로토콜의 상위 층에 실현되었으므로 CC-Link Safety는 CC-Link와의 호환성을 유지해 케이블 등의 현재 자산의 활용, CC-Link 대응 제품의 접속, 종래의 엔지니어링에 유용 가능할 뿐만이 아니라 안전 통신에 대해서도 CC-Link와 같은 고속 통신이나 고속 응답성을 실현하고 있다.
또한 안전 시스템의 부정 변경이나 설정 미스를 검출하는 구성 관리 기능, 트러블 원인을 신속히 분석할 수 있는 RAS 기능을 갖추어 안전 네트워크로서의 편리성이 뛰어나다.
안전 네트워크의 필요성
인간이 기계 장치나 로봇과 공동 작업을 실시하는 경우, 어느 거리 이내에 가까워지면 기계 장치에 의해 인간이 다치는 위험성이 잠복하고 있다. 이 때문에 센서 등에 의해 인간의 존재 검지를 실시해 인간이 위험 구역에 침입하면 기계 장치를 비상 정지하는 안전 시스템이 필요하다. 안전 시스템은 고장이나 노이즈에 의해 비상 정지가 부동작이 되지 않게 처리의 이중화나 진단 기능을 갖춘 설계가 특징이지만 이 때문에 통상의 제어 시스템에 비해 배선량이 증가하는 경향이 있었다.
최근 이러한 안전 시스템을 성배선화하기 위해서 안전 네트워크가 퍼지고 있다. 안전 네트워크는 비상 정지의 부동작의 원인이 되는 통신 장해를 검출하는 기능을 갖추고 있어 통신 장해 검출 시는 한층 더 신속하게 기계 장치를 안전 상태로 이행하는 fail-safe 기능을 가지고 있다. 또 라이트 커튼이나 안전 스위치 등의 안전 기기의 안전 네트워크 대응에 의해 배선 수 및 배선길이가 감소해 코스트 삭감 효과를 얻을 수 있습니다. 이 때문에 안전 네트워크는 종류와 대응 기기 수가 다양화되고 있다.
안전네트워크의 과제
안전 네트워크를 도입해 안전 시스템을 구축하는 경우, 다음과 같은 과제가 있다. 안전 네트워크는 이러한 과제를 해결할 수 있는 기능, 성능이 필요하다.
도입 코스트의 저감
현재의 공장에는 벌써 제어용의 네트워크가 부설되어 있는 경우가 많다. 공장에 신규의 안전 네트워크를 도입하는 경우, 안전 네트워크 시스템이 기존의 네트워크나 기기와의 접속 호환성을 가지고 있으면 신규 설비투자비용을 절감 할 수 있다.
또 네트워크 관리나 운용도 종래의 연장으로 대응할 수 있기 때문에 불필요하게 습득에 필요한 시간낭비가 발생하지 않는다. 따라서 안전 네트워크는 시장 점유율이 높은 FA네트워크와의 호환성을 가져 도입 비용을 절감하는 것이 바람직하다.
고속•고신뢰 통신의 실현
안전 네트워크는 오류검출부호 등의 통신 에러 검출 기능을 갖추기 때문에 통상의 네트워크에 비해 통신 메시지에 저장할 수 있는 애플리케이션 데이터량이 적고, 한편 검출 처리를 위해 통신 응답성도 악화된다.
또한 통신 속도가 고속화하면 시간당의 통신 에러 발생율도 비례해 높아지므로 고속 네트워크의 안전 대응은 기술적으로 어렵다고 여겨져 왔다. 그러나 안전 시스템의 대규모•고속화를 향해 안전 네트워크에 새롭게 고속, 고신뢰화가 요구되고 있다.
구성 관리 기능의 충실
안전 시스템이 확실히 동작하기 위해서는 안전 네트워크의 구성 관리가 필요하다. 즉 안전 네트워크에 접속되고 있는 기기의 정보를 관리하고 안전 네트워크의 안전성에 저촉되는 개조나 의도하지 않는 변경을 방지해 개수 공사에 있어서의 설정 실수를 예방할 수 있는 기능이 요구된다.
RAS 기능의 충실
안전 네트워크 시스템은 고장이나 비정상에 민감하게 반응해 fail-safe 동작 즉 기계 장치를 정지한다. 이 상태로부터 신속히 생산 설비를 재기동시키기 위해서는 fail-safe 동작의 원인이 수리를 필요로 하는 고장인가 또는 일시적인 비정상인가를 판단하기 위한 충실한 RAS 기능이 필요하다.
또 네트워크 접속 기기 상태나 설정을 집중관리 할 수 있는 엔지니어링 툴도 생산 설비의 신속한 복구에 중요한 역할을 담당한다.
CC-Link Safety 시스템의 구성
CC-Link Safety는 이러한 새로운 과제의 해결을 향해 설계, 개발되었다.
우선 FA용 네트워크로서 일본 내에서는 물론 세계에서도 시장점유율이 높은 CC-Link를 기반으로 하여 프로토콜 호환성을 가지면서 안전 대응을 실시했다. CC-Link와는 데이터 링크 층 호환을 위해 기존 CC-Link 케이블의 이용 뿐만 아니라 CC-Link 대응 제품과의 혼재도 가능하다.
따라서 CC-Link 도입이 끝난 공장에 있어 안전 시스템 도입의 설비투자액을 억제할 수 있다. CC-Link Safety에 접속할 수 있는 기기로서 CC-Link Safety 대응 마스터 국(이하, 안전 마스터 국) 및 CC-Link Safety 대응 슬레이브 국(이하, 안전 슬레이브 국)이 있다. 안전 슬레이브 국은 안전 마스터 국 이외의 CC-Link Safety 대응 제품을 가리키며 안전 리모트 입출력 국, 안전 리모트 디바이스 국으로 구성된다.
CC-Link Safety 및 CC-Link의 주된 사양을 표 1에 나타내었다. 양자는 물리 층과 데이터 링크 층이 공통되므로 통신 속도와 전송 거리에 차이는 없지만 CC-Link Safety의 안전 국의 대수와 안전 리모트 레지스터 점수가 CC-Link에 비해 제약을 받고 있다. 그러나 안전 리모트 레지스터는 아날로그값 등 기계 안전 애플리케이션에서는 거의 사용하지 않기 때문에 실질적인 제약은 되지 않는다.
이 통신 성능과 점수가 있으면 단위기계의 기계 장치는 물론이고 자동차 조립 라인 등 다수의 공정으로 구성되는 대규모 안전 시스템도 충분히 구축할 수 있다.
안전 기능 층
안전 기능 층의 실현을 위해서 CC-Link Safety의 안전 데이터에는 런닝 번호와 CRC32를 포함한다. 브로드캐스트 폴링 방식의 경우, 폴링과 응답 메시지의 메시지길이가 커지면 통신 시간이 길어지고 폴링의 주기도 길어진다.
CC-Link Safety는 안전 애플리케이션으로 사용하지 않는 안전 워드 데이터의 영역에 CRC32등을 격납하기 때문에 안전 슬레이브 국 통신 데이터도 일반 슬레이브 국 통신 데이터와 같은 메시지 길이가 된다. 따라서 안전 통신에 의해 폴링 주기가 길어지지 않고 CC-Link와 같은 고속 통신, 응답성을 달성하고 있다.
구성 관리 기능과 안전화
CC-Link Safety에서는 각 안전 국에 고유의 제품 정보를 이용해 안전 네트워크의 구성 관리를 실시한다. 제품 정보는 CC-Link 협회가 관리하는 기종마다의 제품번호나 제조 시리얼 번호 등으로 정의된 제품 개별의 다른 정보이다. 최초로 네트워크 시스템을 구축했을 때에 네트워크 접속 기기의 제품 정보를 안전 마스터 국에 등록해 두어 그 이후의 안전 마스터 및 안전 슬레이브 국의 기동 시에 자신의 제품 정보와 안전 마스터 국에 등록되어 있는 제품 정보를 조합하는 것으로 안전 네트워크 시스템의 변경이나 수리 후의 공사 잘못을 검출을 할 수 있다.
게다가 제품 정보 뿐만이 아니라 각 안전 슬레이브 국의 파라미터도 안전 마스터로부터 전송되어 각 안전 슬레이브 국이 조합 체크한다. 제품 정보 및 파라미터의 불일치 혹은 미비가 검출되었을 경우 안전 슬레이브 국은 데이터 링크 층에서의 통신을 정지한다. 즉 fail-safe 상태가 된다.
이러한 것들에 의해, 예를 들면 국번의 설정 미스나 국번 스위치의 고장 혹은 네트워크의 설계자가 의도하고 있지 않는 안전 시스템이었을 경우의 오작동을 막을 수가 있어 부정한 개조•변경을 억제할 수가 있다. 이 기능에 의해 안전 시스템을 정확히 동작시키는 것이 가능하다.
CC-Link는 슬레이브 국의 파라미터 설정을 용이하게 하기 위해서 CC-Link 모니터 툴과 파라미터의 표준 기술 형식인 CSP(CC-Link System Profile)를 제공하고 있다. 슬레이브 국의 기기 고유 정보나 파라미터를 CSP 파일에 기술하면 CC-Link 모니터 툴로부터 파라미터 설정이나 열람이 가능해진다. CC-Link Safety에서는 CC-Link 모니터 툴 호환의 모니터 툴과 안전 슬레이브 국 전용으로 기능확장 한 CSP를 제공합니다. 이러한 툴에 의해 설정 항목이 많은 안전 슬레이브 국의 파라미터 설정이나 열람이 용이해진다.
안전 기기의 메인트넌스와 RAS 기능
안전 네트워크는 기기의 고장이나 통신 장해를 적극적으로 진단, 검출해 fail-safe 정지하기 때문에 통상의 네트워크 시스템에 비해 예기치 못한 정지가 발생하기 쉽다. 정지가 수리를 수반하는 고장에 의한 것일까, 노이즈나 우발적인 장해로 재기동 할까를 신속히 판단해 안전 네트워크의 복구를 실시하기 위해서 CC-Link Safety는 RAS 기능을 강화하고 있다.
CC-Link의 RAS 기능은 리모트 국의 동작 상태, 진단 결과, 에러 코드 등을 메시지로서 안전 마스터에 송신해 안전 마스터 국에서 이력 관리하는 기능이다. 안전 슬레이브 국이 통신 장해 등으로 RAS 정보를 안전 마스터에 송신할 수 없는 경우 안전 슬레이브 국의 재기동시에 송신하게 된다.
향후 CC-Link Safety의 방향
는 CC-Link와의 호환성, 고속•고신뢰 전송, 안전 기능의 확실한 실현, 용이한 메인트넌스를 가능하게 한 안전 네트워크이다. 기존의 CC-Link 자산을 활용해 IEC61508 SIL3 및 ISO13849-1 Category4의 안전 시스템을 구축할 수가 있다. 현재 CC-Link Safety는 안전 인증 기관 TUV에 의해 안전심사 중이다.
CC-Link Safety 기능 확충으로서 에러 정보 외, 안전 슬레이브 국의 각종 정보(파라미터, 스위치 상태 등)를 수집해 모니터 툴을 이용해 시스템 이용자가 간단하게 체크 할 수 있는 기능을 계획하고 있다.
향후 CC-Link 협회는 안전 기기 메이커에 대해서 CC-Link Safety 대응 제품의 개발 및 확충을 부탁함과 함께 일반 사용자에 대해서는 CC-Link Safety의 이점의 계몽과 사례 소개를 추진해 CC-Link Safety가 사용자 또는 파트너메이커에 있어 보다 매력적인 존재가 되도록 노력하겠다.
아이씨엔 매거진 2007년 02월호
