[기고] EtherNet/IP – 과거, 현재, 그리고 미래를 위한 산업 네트워킹 기술-아이씨엔매거진

공장 자동화를 위한 통신 프로토콜로 시작된 EtherNet/IP 산업용 네트워킹 기술은 프로세스 산업에서의 요구사항을 충족함은 물론, OT를 넘어서는 상위의 IT 시스템과의 통합을 위한 미래의 기술로 성장해 나가고 있다. [편집자 주]

글_ 조익영 전무, ODVA TAG Korea

EtherNet/IP는 디스크리트(discrete), 하이브리드 및 프로세스 자동화 전반에서 단일 제어기, 기계 또는 스키드(skid)에서 전체 설비에 이르는 모든 것을 수용할 수 있는 검증된 산업 제어 네트워킹 솔루션이다.

자동차, 반도체, 포장, 식음료, 제약, 상하수도, 화학, 광산, 석유 및 가스 등 다양한 산업분야에서 EtherNet/IP 통신 및 제어 기술에 크게 의존하고 있다. EtherNet/IP는 ODVA의 CIP^TM 애플리케이션 계층을 활용하고 이더넷, Wi-Fi 또는 5G와 같은 표준 네트워킹 기술에 배포하여 애플리케이션의 유연성을 상당히 높였다.

EtherNet/IP를 통해 사용자는 프로세스 자동화 담당자가 필요로 하는 안전과 보안 그리고 유연한 애플리케이션 기능을 실시간으로 제공할 수 있다. 실시간 데이터의 경우 사용자는 산업용사물인터넷(IIoT) 디바이스가 제공하는 정보에 대한 액세스 권한으로 운영 방식에 대한 가시성과 통찰력을 즉시 얻을 수 있어, 보다 나은 비즈니스 의사 결정을 내릴 수 있다.

EtherNet/IP는 상용의 기술과 TCP/IP Suite와 결합된 IEEE 802.3 프로토콜로 구성된 수정되지 않은 표준 인터넷 프로토콜 및 이더넷(Ethernet)에 의존함으로써 업계 최고의 자동화 네트워크 솔루션으로 발전했으며, 이를 통해 원활하고 상호 연결된 네트워크를 구현할 수 있다.

초기 개발 목적은 단순한 자동화 분야의 솔루션으로 출발했지만, 지금은 여러 프로토콜 기관과 기술적 교류를 통해 난해한 문제들을 해결해 왔다. 이제 EtherNet/IP를 사용하면 사용자는 EtherNet/IP의 CIP Safety^TM 확장 기능을 통한 기능 안전성(FS), CIP Security^TM을 통한 사이버 보안, CIP Energy^TM을 통한 지속 가능성 유지와 에너지의 효율성 제고, CIP Sync^TM을 통한 시간동기화 등 다양한 애플리케이션 요구사항을 해결할 수 있게 되었다.

특히 EtherNet/IP는 병렬 이중화 프로토콜, 디바이스 레벨 링(Device Level Ring) 및 동시 연결성을 통해 결함 허용 이중화(fault tolerant redundancy)를 제공할 수 있다. 또한 EtherNet/IP는 디바이스 장치의 정보를 제공하는 방법을 정의하는 프로파일을 사용하여 상호운용성을 보장하고 자산관리를 지원한다.

프로세스를 위한 Ethernet-APL로 기술 혁신 단행

EtherNet/IP는 원래 디스크리트 제조를 위해 도입되었으나 이더넷-APL(Ethernet-Advanced Physical Layer)과 같은 프로세스 자동화를 위한 사양을 추가하여, 프로세스 자동화에서 네트워크 및 장치 상태 모니터링, 보안 및 안전 기능, 그리고 원격 장치 구성을 위해 EtherNet/IP의 장점을 활용할 수 있게 되었다.

실제로, 독일의 화학 산업을 위한 표준을 제정하는 NAMUR (Normenarbeitsgemeinschaft für Mess- und Regeltechnik in der Chemischen Industrie)는 EtherNet/IP를 프로세스 산업의 최소 바인딩 요구사항 중 하나로 지정했다.

Ethernet-APL 토폴로지 — Ethernet-APL의 물리적 구성도

EtherNet/IP 통신 네트워크는 프로세스 플랜트에서 이더넷-APL(E-APL) 물리 계층을 활용할 수 있도록 한다. 이더넷-APL은 싱글 페어 이더넷(SPE), 엔지니어링 전력, 본질 안전 및 A형 필드버스(fieldbus) 케이블의 조합이다. 따라서 이더넷-APL은 트렁크 길이당 최대 1,000미터의 장거리 케이블 설치, 전력 인프라 및 클래스1 위험 구역과 모든 구역에서의 본질 안전 보호에 대한 프로세스 업계의 요구 사항을 충족한다.

본질 안전 보호를 정의하기 위해 2-WISE를 사용하면, 계산없이 간단한 검증 단계를 수행할 수 있고, 10BASE-T1L은 고속의 시운전을 위해 10Mbit/s 속도를 지원한다. 이는 기존 아날로그 통신에서는 상상할 수 없는 고속의 통신이다.

프로세스 자산 관리 통합 및 IT 시스템과의 상호교환성 제공

EtherNet/IP는 NE107 진단, HART 프로토콜 통합, IO-Link 통합을 통해 프로세스 자동화를 지원한다. 프로세스 자동화에서 EtherNet/IP를 광범위하게 사용함으로써 HART와 EtherNet/IP 간에, 그리고 IO-Link와 EtherNet/IP 장치간의 통신을 향상시키는 원활한 정보공유와 함께 보다 효율적이고 상호 연결된 인프라가 제공된다.

ODVA는 프로세스 자산 관리 도구에 대한 통합을 단순화하기 위해 FDT(Field Device Tool) 및 FDI(Field Device Integration)를 포함한 차세대 디지털화된 장치 설명 파일로 EtherNet/IP 생태계를 지속적으로 확장해 나가고 있다.

또한 ODVA는 통신 프로토콜간 통합이 가능한 PA-DIM(Process Automation – Device Information Model) 프로세스 자동화 디바이스 정보 모델 사양을 지원하고, NOA(NAMUR Open Architecture)의 요구사항을 충족한다. 이에 최종사용자가 플랜트 전반에서 디바이스 장치 데이터를 더 잘 사용할 수 있도록 한다. 추가로 EtherNet/IP는 향상된 디바이스 장치간 상호교환성(interchangeability)을 위해 프로세스 장치 프로파일을 지원한다.

EtherNet/IP는 이더넷-APL, PA-DIM, NE107 및 이중화를 포함하여 프로세스 자동화 사용자가 요구하는 강력한 네트워크 솔루션을 제공한다. [참조: www.odva.org/processautomation]

[편집자 주]
1) NE 107은 독일의 프로세스 산업을 위한 국제 표준화 단체인 NAMUR가 제시한 프로세스 자동화를 위한 필드 디바이스 자가 진단 표준이다.
2) HART는 산업 현장내의 DCS나 PLC, 제어서버 측과 현장 계기들을 연결하는 통신하는 필드버스 통신 프로토콜로 현장의 고전적인 4-20mA 아날로그 신호를 FSK 변조를 통해 디지털 신호로 통신한다. 다른 필드버스 프로토콜 대비 통신 속도가 1,200bps로 느리다.
3) IO-Link는 기존의 필드버스 표준을 모두 지원하는 센서-액추에이터를 위해 개발된 표준 커넥터와 케이블 프로토콜 기반의 1:1(poing-to-point) 형태의 간단한 통신 인터페이스 기술이다. IO-Link는 산업용 시스템의 센서와 액츄에이터가 컨트롤러와 어떻게 연동해야 하는지에 대해 규정하고 있는 글로벌 표준 기술(IEC 61131-9)이다.
4) PA-DIM은 프로세스 산업에서의 다양한 필드버스 프로토콜에서 제공하는 정보들을 IT 레벨에서도 확인할 수 있도록 개발된 공통 정보 모델(공통 언어)이다. 프로세스 산업에서 활용되고 있는 HART, FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS PA, EtherNet/IP 등의 필드버스 표준 기반 자동화 프로토콜에서 필드 계측 정보는 각각 독자적인 방식으로 표시되기 때문에, 상위 수준의 IT 시스템으로 통합하는 데에 어려움을 겪었다. 이에 각 프로토콜 협회들의 공통의 정보 모델을 마련해 디바이스 장치 정보에 대한 상호운용성과 원활한 접속을 보장하기 위해 특정 프로토콜에 관계없이 특정 장치 클래스에 대한 정보 모델 형식과 기본 내용을 표준화해 제공한다는 개념이다.