AS-Interface는 필드 레벨 이하의 수준을 위한 지능형 자동화 솔루션이다. 이 시스템으로써 상이한 제조업체의 센서 및 액추에이터는 단 하나의 케이블을 통해 네트워크로 연결될 수 있다. 다른 레벨로 개방된 구조는 전문적이고 트랜드를 설정하는 솔루션의 기반을 구축한다.
1994년 도입된 이래, AS-Interface라고도 알려진 액추에이터/센서 인터페이스 (Actuator/ Sensor Interface)는 최하층 필드 레벨에서 폭넓게 쓰이는 버스 시스템이 되어, 이진 단말장치 네트워킹, 센서, 액추에이터 등은 물론, 자동화 부문의 아날로그 센서에도 사용되고 있다. 따라서, 이것은 산업 자동화에 쓰이는 여타의 필드버스 시스템으로는 통상 합리적인 비용으로 네트워크화 하기 어려운 분야에도 유용할 수 있다.
AS-Interface는 단순성, 비용 효율성 및 투명성을 주요 특징으로 개발되었다. ‘필드버스’라는 용어는 의도적으로 피했는데, 왜냐하면 이 말이 보다 문자 그대로 정보, 전자 및 전기기계 등을 사용하는 인터페이스에 해당되기 때문이다. 사용자에게 미치는 결과로 말하자면, 시스템상의 주요 비용 수익을 선사하는 전혀 새로운 테크놀로지가 출현한 셈이다. AS-Interface는 개방형 시스템이며, 따라서 보편적으로 사용될 수 있다. 이는 프로그램형 로직 컨트롤러 (PLC) 또는 상위 필드버스 등에 직접 연결될 수 있다. 해당 컴포넌트들이 제조사에 구애되지 않고 독립적이면서도, 서로간에 신뢰성 있게 안정적으로 통신할 수 있도록 하는 데 역점이 놓여졌다.
1999년 이후 AS-Interface는 EN 50295 및 IEC 62026-2 규격으로 표준화되었다. AS-Interface 시스템이 도입된 이래, 수백만 개의 슬레이브들이 마스터에 연결되고, 현장에 설치되면서 운용 공정에 투입되었다. 시스템은 지속적인 개발을 거듭하여, 현재는 하나의 마스터 장치에 연결되는 슬레이브 수를 두 배로 늘릴 수 있다. 게다가, 특수 프로파일을 사용하여 아날로그 디바이스들을 연결하는 것도 가능하게 되었다.
AS-Interface의 특징
AS-Interface에 필요한 특별 기능을 부여하기 위해, 일련의 상충되는 아이디어가 일정한 컨셉 안에서 해결되어야만 했다. 주요 데이터들은 그림 1의 표에 제시된다. 시스템 솔루션인 AS-Interface의 탁월한 특징들은 다음과 같다.
AS-Interface는 주기적으로 폴링되는 마스터-슬레이브 시스템이며, 네트워크당 하나의 마스터(Master)를 사용하며, 이는 주기적으로 이들 주소에 의해 주변장치(슬레이브)들의 모든 기기(participant)들을 폴링한다. 이 폴링 과정(주기적 폴링)는 엄격히 결정되어 있기 때문에, 예측이 용이하다.
AS-Interface 텔레그램들은 짧고, 간단한 구조로 되어 있으며, 특히 길이가 고정되어 있다. 각 주기 동안, 마스터와 각 슬레이브 사이에 4가지 유효 데이터 비트가 교환된다. 이는 마스터와 슬레이브 양쪽 모두에서, 현재 데이터가 각 주기 이후의 실행 공정에 유용하다는 것을 의미한다. 보다 긴 정보(예: 아날로그 데이터 또는 파라미터 데이터)는 특정 프로파일에 대응하는 다중 주기에서 분산 방식으로 자동으로 전송된다. 현재 공정 상태는 마스터에서 관리되고, 호스트 컨트롤러에 사용할 수 있도록 제작된다.
31 또는 62개의 슬레이브를 갖춘 전체 시스템에서, AS-Interface 주기는 약 5ms이다. 이는 새로운 현 센서 데이터가 제공되거나, 혹은 새로운 데이터가 매 5ms마다 컨트롤러에서 액추에이터로 전송되는 AS-Interface를 의미한다. 이는 실시간 처리가 필요한 대부분 제어 시스템의 필요를 충족시킨다.
AS-Interface는 PELV(초저전압 보호)시스템의 규격을 따르며, 이로써 기존의 PE 라인은 없어도 된다.
“Safety at Work”기능을 갖춘 AS-Interface는 표준 데이터를 안전관련 데이터와 함께 하나의 케이블로 전송할 수 있는 가능성을 제공한다. 즉, 고객은 AS-Interface에서 기계 또는 시스템의 E-STOP 배선을 구현할 수 있다는 것을 의미한다. 이로써 설치 복잡성과 비용을 보다 줄일 수 있게 되었다.
AS-Interface는 “황색 케이블”을 통해 아날로그 데이터를 전송할 수 있게 한다. 즉 쉴딩 처리된(shielded) 케이블을 제거하여 비용을 절감할 수 있다는 것을 의미한다.
AS-Interface 케이블은 쉴딩 처리되지 않은 꼬임없는 두선과, 데이터와 전력을 전송하는 종단처리 없는 2-도체 케이블이다. 이 케이블이 차폐되지 않았다 하더라도, 산업 환경에서 데이터 통합성은 대칭적 디자인 및 효율적인 점검 메커니즘에 의해 보장된다. 통신 오류는 거의 발생하지 않으며, 발생하더라도 감지 후 그 텔레그램을 반복함으로써 수정된다. 이때 주기는 단지 0.15ms 증가된다. 즉 이 시스템은 노이즈가 많은 환경에서도 유용하게 사용될 수 있다. 플랫 케이블은 배선 및 연결을 위해 독특한 전기기계 시스템을 사용할 수 있게 한다.
AS-Interface 컴포넌트들은 시스템에서도 상호운용 가능하다. 이는 사양의 일부이며, 특히 슬레이브에 적용된다. 이 규격에 부합하는 어떤 AS-Interface 슬레이브도 네트워크 안의 어떤 다른 AS-Interface 슬레이브와도 통신할 수 있다. 이러한 원리는 시스템의 모든 확장 및 강화시에 지켜져 왔다. 1992년에 제작된 초기 AS-Interface 슬레이브가 현재 제작된 어떤 AS-Interface 마스터에도 연결될 수 있으며, 신형 컴포넌트만큼의 동일한 신뢰성으로 작업한다.
AS-Interface에서 고급 네트워크 구조로의 통합
제어 부문에서, AS-Interface는 다음 상위 레벨로 두 가지 유형의 커플링이 가능하다. Master는 컨트롤러의 컴포넌트가 될 수 있으며, 이 경우 슬레이브는 데이터를 컨트롤러와 직접 교환한다(그림 3.2). 이 구성은 가장 빈번하게 사용되고 있다.
또한, 전체 AS-Interface 네트워크는 상위 필드버스 아래에 존재한다. 이후, 네트워크 연결된 마스터는 보다 높은 단계의 필드버스 네트워크 안의 참여 장치가 되며, 게이트웨이 역할을 한다. 비교적 많은 복합 시그널이 분산처리장치 없이 호스트 컨트롤러에서 처리될 필요가 있을 때, 이러한 시스템 구성은 의미를 갖는다. 또한 이는 다중 AS-Interface 네트워크를 조합하거나, 보다 멀리 떨어진 거리를 이어주는 것을 가능하게 한다.
이로써, AS-Interface는 어떤 상위 필드버스 시스템의 보충 버스 또는 서브 시스템도 될 수 있다. 이 구조는 그림 3.2에 제시되어 있다. 게이트웨이 또는 커플러들은 모든 중요한 필드버스들에 대해 유용하게 사용된다. 이들은 구현된 애플리케이션의 약 3분의 1 가량에서 사용된다. 따라서, AS-Interface는 Profibus, InterBus, DeviceNet, CANopen 등과 같은 필드버스 아래에 확실하게 위치된다.
이는 디바이스 레벨 아래에 위치하며, 필드 또는 시스템 버스들을 사용하여 네트워킹될 수 있다. 따라서, AS-Interface는 필드버스에 대한 경쟁자가 아니며, 오히려 기술적으로나 경제적으로나 필요한 실제 보완장치이다. 이는 최상위에 개방되어 있으며, 컨트롤러, 필드버스 또는 인터넷을 향해서도 개방되어 있다.
AS-Interface의 장점
AS-Interface 사용자는 순수한 기술적인 부문의 우수성과는 관계없이, 항상 시스템의 특별한 장점을 고려하게 된다. 이를 위해, 앞의 리스트가 중요하며, 여기서 다양한 키워드를 찾을 수 있다.
안전을 고려한 장치
AS-Interface의 사용자는 PE 라인을 제거할 수 있다. 이는 비용 면에서 바람직한 효과이며, 전기 쇼크뿐만 아니라 의도하지 않은 위험한 이동에 대해서 보호할 수 있다는 면에서 안전 관점에서 효과적인 솔루션이다. 표준규격은 모든 AS-Interface 네트워크가 IEC 60364-4-41(Protective Extra Low Voltage)에 부합하는 PELV(초저전압 보호)시스템으로 구성되어 있다는 특징을 가진다. 25V AC 또는 60V DC 이상의 전압을 갖는 AS-Interface 네트워크 에서의 각 연결은 이 조건을 충족시켜야 한다.
이는 실제 상황에서, AS-Interface 컴포넌트에서 소위“안전 절연(safe isolation)”을 실행하거나, 또는 자체적으로 이 조건을 충족시키는 디바이스들을 사용자가 선택하도록 요청함으로써 구현된다. 예컨대, 만약 모듈이 2차 전원 공급 장치를 갖춘 시스템에서 사용된다면, 모듈 자체가 “안전 절연”방식을 제공하는 한, 사용자는 원하는 어떠한 전원공급장치도 사용 가능하다. 반면에, 모듈이 이러한 “안전 절연”방식을 제공하지 않는다면, PELV(초저전압 보호)전원공급장치는 2차 전원공급장치로 사용되어야 한다. 결과적으로, AS-Interface는 위험한 전압과의 직/간접적 접촉으로부터 보호하는 기능을 한다.
관련 안전 표준(가령 EN 60204)에는 아주 상이한 경우들이 기술되어 있다. 작동 결과가 위험을 초래할 수 있다면, 제어 회로 상의 접지 단락시 기계는 예정에 없이 결코 기동하지 않아야 한다. AS-Interface뿐만 아니라, 종래의 배선을 사용하더라도, 이러한 오작동을 야기시키는 것은 네트워크 상의 일차 접지 단락이라기 보다는 오히려 이차단락일 가능성이 있다. AS-Interface 상에서 이러한 일이 발생하는 것을 방지하기 위해, 지락 모니터를 사용하기를 권장한다.이는 접지회로의 일차 단락을 감지할 것이며, 액추에이터 회로를 종결하는 데에 사용될 수 있으므로, 양자 모두 안전 요건에 부합되는 것이다.
사용자 숙지사항
AS-Interface는 앞에서 설명한 필드버스 시스템 하에서 사용하기 위해 구상되고 최적화되었다. 상위 필드버스 시스템의 일부 기능은 AS-Interface와 연계하여 구현되지 않을 수도 있고, 몇몇 한계를 가진 채 구현될 수도 있다.
다음은 사용자가 알아야 할 사항을 정리한 것이다.
– AS-Interface를 이용한 데이터 전송량은 제한된다. 한 주기에 슬레이브 당 4비트가 통신될 수 있다. 더 긴 메시지는 여러 번의 주기에 걸쳐 분할되어 전송될 수 있다. 이러한 점은 온도나 레벨과 같은 느리게 변화되는 파라미터의 경우에는 적합하지만, AS-Interface를 고도로 동적인 제어 루프에서 사용할 수 없다는 단점이 있다. AS-Interface를 통해 여러 바이트의 진단 및 파라미터 데이터를 통신하는 것은 전혀 문제되지 않으나, 프로그램 다운로드나 그와 유사한 작업을 수행하는 것은 실용적이지 않다.
– 액세스 과정은 주기적으로 슬레이브를 폴링하는 싱글 마스터 시스템으로 규정된다. 이벤트 제어식 데이터 전송 혹은 슬레이브 간의 데이터 상호 통신에 대한 준비는 없다.
– AS-Interface 네트워크의 길이는 리피터를 사용하지 않고 최대 100m까지될 수 있다. 이것은 물리적인 한계로서 개발 과정 중에 타협된 것이다. 즉 요구되는 케이블 구조(쉴딩 처리되지 않은 2-도체 케이블), 토폴로지 유연성, 목표 주기 및 스테이션의 수뿐만 아니라 케이블 말단에서 종단 저항이 없다는 사실에 바탕을 둔 결과이다. 이 거리는 AS-Interface의 주된 목표 애플리케이션에 사용하기는 충분하며, 필요한 경우 리피터를 사용하여 훨씬 더 연장시킬 수 있다.
< 제공: AS-Interface Association>
아이씨엔 매거진 2007년 02월호
AS-Interface 기술, 솔루션 구현을 위한 주요 데이터
