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RAPIEnet 표준화 현황과 상세기술

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LS산전에서 국내 최초로 개발한 리얼타임 산업용 이더넷 프로토콜인 RAPIEnet(Real-time Automation Protocols for Industrial Ethernet)이 IEC 국제 표준규격을 적극 추진중에 있다. RAPIEnet은 기존의 산업용 이더넷 표준규격과 호환되면서도 실시간성, 선로 안정성 등 여러가지 특성을 한차원 높인 산업통신망 기술로 특히 통신 선로에 문제 발생시 기존 기술보다 30배나 빠른 통신 복원이 특징이다. < 편집자 주>
글_ 권대현 선임연구원, LS산전 daehyunka@lsis.biz
RAPIEnet은 대한민국의 산업 강화와 해외 진출 교두보 마련을 위하여 Topology, Performance, Maintenance에 대해 산업분야의 요구 사항을 수렴하여 개발되었으며, 지명도 확보, 기술 우수성 검증 및 통합 Network 기반 조성을 위해 IEC 규격으로 추진 중입니다. IEC 국제 표준은 각 국가의 이익 및 한 시대의 기술을 대변한다는 측면에서 철저한 절차를 통해 제정됩니다.
국제 표준화 추진 현황
RAPIEnet은 2008년 1월 국내 최초로 산업용 통신망 분야에서 IEC/PAS 62573으로 채택되었고, IEC 61158/61784 Series에 5종의 규격으로 제정되기 위해 사전 준비기간을 포함하여 약 5년간 기술 개발이 추진되어 왔습니다.
2006년 국내 산업통신망 기술 발표, 2007년 1월 IEC 전문가 그룹 기술 발표, 20009년 1월 위원회 초안(CD: Committee Draft), 20009년 6월 질의안(CDV: Committee Draft for Voting) 단계를 100% 찬성으로 통과하여 2010년 2월 현재 최종 국제 규격안(FDIS: Final Draft International Standard)이 심사 중이며, 2010년 3월까지 IEC에서 검토된 후 2010년 9월 5종의 국제 규격에 등재될 예정입니다.
또한 RAPIEnet의 Ring 제어 기술은 독창성을 인정 받아 고가용성 자동화 통신 기술 분야에서IEC 62439-7 Ring-based Redundancy Protocol(RRP) 표준 규격으로 추가 진행 중입니다. 그림 1은 IEC 표준화 규격의 주요 이력을 정리한 것입니다.
RAPIEnet 개발 및 적용 현황
제품화 측면에서는 RAPIEnet기술을 응용한 제품군(이중화 PLC XGR, 중대형 PLC XGK/XGI 통신모듈, 소형 PLC XGB 통신모듈, HMI Option Card, PC Card 등)이 기 개발되어 13개국의 공장자동화, 수처리, 발전, 석유 화학 제어 분야 등에서 운용되고 있습니다. 2010년 리모트I/O, 인버터 등 자사 제품 위주로 추가 제품을 개발 중이며, RAPIEnet device 개발을 원하는 제조사를 위해 Single Chip Solution을 준비 중입니다.
그림 2는 RAPIEnet 기반 시스템 구성도로서 2010년 2월 현재 개발이 이루어진 제품 및 추가 개발 예정인 디바이스를 도식화 하였습니다.
Third Party 제품군도 RAPIEnet을 손쉽게 개발할 수 있도록 진행 중인 Single Chip Solution은 FPGA와 ASIC으로 구성되며, 1Gbps의 통신이 가능합니다. FPGA는 Altera와 Xilinx 디바이스로 검증이 완료 되었고 ASIC은 ARM7 CPU, 16Mb NOR Flash, 160KB SRAM을 내장하여 추가 부품 없이 RAPIEnet device의 설계가 가능하도록 하였습니다. 현재 ASIC은 올해 3분기 첫 시제품이 입고될 예정입니다.
RAPIEnet 상세 기술
그림 3는 RAPIEnet의 FPGA와 ASIC에 적용되는 Core Logic Block Diagram 입니다. Core Logic은 크게 MAC, 스위칭 유닛, Protocol Machine, DMA로 구성되어 있습니다. MAC은 2Channel을 내장하고 각 MAC은 최대 1Gbps 통신 속도를 제공합니다. 스위칭 유닛은 MAC과 MAC 간의 데이터를 전달하기 위한 기능으로 4KB의 FIFO를 내장하고 있습니다. RAPIEnet은 Daisy Chained 방식의 Ring/Line 구성을 갖는 네트워크입니다. 따라서 각 노드의 스위칭 속도는 전체 네트워크 전송 지연에 영향을 주게 됩니다.
RAPIEnet Core Logic 은 빠른 전송을 위해 Cut Through 방식의 스위칭 기능을 제공합니다. 또한 전송 지연이나 상위 데이터 전송과의 충돌 시 자동으로 Store & Forward 방식으로 전환되어 동작합니다.
Protocol Machine은 3가지 목적으로 제공됩니다. 첫째, 편의성입니다. 사용자가 프로토콜에 대하여 상세한 내용을 몰라도 구현이 가능하게 합니다. 둘째, 빠른 처리 속도입니다 chip level에서 Logic으로 프레임을 처리하므로 빠른 응답 속도를 가능하게 합니다. 셋째, 비용 절감입니다. 통신 프레임을 처리하기 위한 프로세스의 부하를 줄여주어 별도의 통신 전용 프로세스를 이용하지 않아도 되므로 비용 절감이 가능합니다. 마지막으로 DMA는 RAPIEnet 이외의 프레임, 예를 들어 TCP/IP나 다른 실시간 네트워크 프레임도 처리할 수 있도록 유저에게 데이터를 전달하는 기능입니다.
그림 4는 RAPIEnet 의 성능을 측정한 시뮬레이션 결과 입니다. 마스터는 슬레이브의 데이터를 모아서 한번에 전송하고 슬레이브는 전달 받은 데이터를 로직으로 처리하고 응답하는 방식입니다. 마스터가 중간에 위치할 경우 경로가 짧아져 10us 이내 데이터 전송이 가능합니다.
그림 5 는 개발중인 RAPIEnet I/O ASIC의 Block Diagram입니다. ARM7 CPU, 16Mb NOR Flash, 160KB SRAM, RAPIEnet Core Logic을 내장하여 별도의 부품 없이 Single Chip으로 디바이스를 개발할 수 있는 기능을 제공합니다. I/O ASIC은 2010년 3분기에 시제품이 입고될 예정으로 가격은 $10 내외가 될 것으로 예정됩니다.
RAPIEnet의 성능은 이미 국제 규격을 제정하는 단계에서 다른 프로토콜에 비해 월등한 성능지표를 제시함으로써 입증하였습니다. 향후 단일 ASIC 솔루션과 같은 다양한 개발방법 및 RAPIEnet이 적용된 다양한 제품군을 통해 산업용 통신망에서 선두가 되도록 노력할 것입니다.
참고사항
그림 6은 RAPIEnet 개요를 정리한 것입니다. 확장성을 위한 TCP/IP 통신과 실시간성을 위한 실시간 통신 데이터가 동시 존재 가능합니다. 그리고 Dual-Port 스위치를 디바이스에 내장하여 H/W기반 결정론적 통신을 제공하며 현장에 적합한 Daisy-Chain을 기본으로 한 링 구조를 지원하여 외장 시스템 없이 시스템 구성을 지원합니다. 또한 다양한 통신 미디어(전기, 광, 혼합)를 지원하여 외장 디바이스 없이 다양한 환경에서 적용이 가능합니다.
RAPIEnet 기술을 좀더 상세하게 살펴보면 기본적으로 Full-Duplex 환경을 제공하여 H/W 접근 권한을 얻기 위한 별도의 복잡한 알고리즘이 필요 없습니다. 데이터 특성에 따라 동시에 공유할 수 있으며 1:1 통신 시에는 수신 받은 디바이스가 해당 내용을 전달하지 않아 통신 선로에 불필요한 트래픽을 발생시키지 않습니다. 배선 구조는 라인 구조를 기본적으로 제공하며 외부에서 특별한 설정 없이 케이블을 연결하기만 하면 링 구조를 형성할 수 있습니다. 특히 일부만 장거리 구간이 필요하거나 Noise가 심한 구간이 있는 경우 그 부분만 광 케이블을 적용할 수 있으므로 효율적인 시스템 구성이 가능합니다.
이와 같은 우수한 기술력과 제품력을 바탕으로 RAPIEnet 기술로 개발된 제품이 2009년 지식경제부 산하 기술표준원으로부터 신제품(NEP: New Excellent Product) 인증을 받았으며 2010년에는 한국산업기술진흥협회와 매일경제신문사가 주관하는 IR52 장영실상(교육과학기술부 장관상)을 수상하는 영예를 얻기도 하였습니다.
그림 8 은 RAPIEnet 기술을 기반으로 하여 개발된 이중화 제어 시스템 XGR이 받은 신제품인증서 입니다.
그림 9는 RAPIEnet 기술을 기반으로 하여 개발된 이중화 제어 시스템 XGR이 받은 IR52 장영실상 상패 및 트로피 입니다.
산업용 네트워크 기술인 RAPIEnet 기술을 이용하면 심각한 에너지 고갈 및 환경오염으로부터 그린(Green) 제품 대응이 가능하여 보다 깨끗하고 윤택한 생활을 앞당길 수 있을 것입니다.
[문의: 권대현 LS산전 선임연구원, daehyunka@lsis.biz]
아이씨엔 매거진 2010년 03월호

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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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