필드 네트워크를 위한 AS-Interface 통신 시스템(3)

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 표준을 인증받았다. < 편집자 주>
애플리케이션 레이어
1. AS-Interface 마스터 요청
마스터는 각각의 슬레이브를 자세히 파악하고 있기 때문에 슬레이브를 구체적으로 폴링할 수 있고 명령을 내릴 수 있다.
그림 12. 표준 슬레이브에 대한 마스터 요청의 개관
그림 12는 표준 슬레이브에 대한, 동의된 AS-Interface 마스터 요청을 요약한 것이다. 다음 섹션에서 이에 대한 사항과 슬레이브 응답에 대한 사항이 자세히 기술될 것이다.
I/O 구성 읽기 (Read I/O configuration)
마스터는“I/O 구성 읽기”를 요청함으로써 슬레이브의 설정된 I/O 구성을 읽을 수 있다. 이 구성은 이 요청에 대한 슬레이브 응답을 통해 전송되고, 슬레이브의 분명한 식별을 위한“ID-Code 읽기”요청과 더불어 함께 사용된다. I/O 구성은 슬레이브 인터페이스 1 상의 데이터 포트를 말하며, 그림 12에 정의된 바와 같다. 이 정의에서 IN은 프로세스 입력, OUT은 프로세스 출력, I/O는 포트의 양방향 거동, TRI는 기능 없는 tri-state 출력을 의미한다. TRI 상태는 리셋 동안 슬레이브의 판독 오류로 인해 슬레이브 자체의 데이터 메모리로부터 어떠한 데이터 메모리의 판독 오류가 분명한 I/O 구성을 찾을 수 없음을 의미할 때 발생하는 것으로 간주한다.
그림 13. I/O 구성
출력 OUT(그리고 양방향 거동이 없는 경우)이 정의된 경우, 슬레이브 응답에서의 대응하는 정보 비트가 정의되지 않았다는 의미이다. 마찬가지로 마스터 요청의 정보 비트는 그 비트가 전송되더라도 입력 IN이 정의된 지점에서는 의미없이 그대로 유지된다.
이 I/O 구성은 불필요한 정보를 감출 수 있다. 동시에 I/O 구성은 슬레이브의 식별을 위한 ID 코드와 함께 사용된다. 이것들이 슬레이브 프로파일의 기준이 된다. I/O 구성은 제조자에 의해 4 비트 길이로 고정되고 슬레이브 내에 저장되어 변경시킬 수 없다.
ID 코드 읽기 (Read ID Code)
명령 요청“Read ID Code”는 슬레이브의 식별과 관련된다. 이 명령 요청은 슬레이브를 확실하게 식별하기 위해 I/O 구성과 함께 사용된다.
슬레이브의 ID 코드는 세 부분으로 구성된다.
실제 ID 코드
이 코드는 서로 다른 종류의 슬레이브들을 식별하는 데에 사용된다. 예를 들어 ID 코드“AHEX”는 슬레이브가“확장형 주소지정 모드”에서 동작 중임을 의미하고, 어떤 경우 마스터 요청을 다르게 해석하기도 한다. ID 코드“BHEX”는 안전관련 신호를 전송하기 위해 구성된“Safety at Work 슬레이브”를 가리킨다. ID코드는 구성은 제조자에 의해 4 비트 길이로 고정되고 슬레이브 내에서 변경할 수 없다.
확장형 ID 코드 1
사용자는 ID 코드의 이 부분을 변경시킬 수 있다. 이 코드는 제조자에게는 동일하지만 사용자의 입장에서는 서로 다른 슬레이브들을 식별하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어 가변 과전류 한계값을 가지는 모터 스타터에 서로 다른 ID 코드 값들을 할당함으로써 필드에서 이들을 교체할 때 혼동되지 않도록 할 수 있다.
코드는 표준 슬레이브의 경우 4 비트 길이이고 확장된 주소지정 모드의 슬레이브의 경우 3 비트 길이이다.
확장형 ID 코드 2
ID 코드의 이 부분은 AS-Interface 슬레이브의 식별 가능성을 확장하기 위해 사용된다. 실제 ID 코드와 마찬가지로 이 코드 역시 제조자에 의해 4 비트 길이로 고정되고 슬레이브 내에서 변경할 수 없다.
I/O 구성과 ID 코드가 결합되어 슬레이브 프로파일을 구성한다. 이 슬레이브 프로파일에는 슬레이브가 받거나 전송하는 데이터 및 파라미터 비트의 의미, 슬레이브의 거동, 그리고 동일한 기능의 다른 제조사 슬레이브들 사이의 상호 교환성을 지원하는 추가적인 기능에 대한 규격이 포함된다.
확장형 ID 코드는 규격 2에 따른 슬레이브에는 구현되지 않는다. 그러한 슬레이브에 대해서는 마스터가 그 없는 코드를 FHEX에 부가한다.
데이터 요청
마스터 요청“Data Exchange”는 가장 중요하고 자주 사용되는 ASInterface 요청이다. 이 요청은 연결된 슬레이브의 인터페이스 1에서 데이터 출력을 위한 비트 패턴을 전송하고 입력 레벨을 읽고 슬레이브 응답으로 이를 전송하는 데에 사용된다.
데이터 포트는 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 즉 요청에 의해 설정되고 취소되는 프로세스를 위한 출력점 및 요청에 의해 개시된 상태가 판독되는 프로세스로부터의 입력점 등으로 사용된다. 그 기반은 슬레이브 프로파일이며, 이는 I/O 구성과 ID 코드에 의해 정의된다.
만약 데이터 포트가 출력점으로 구성되면, 최종 전송된 값은 새로운 값에 의해 재기록되거나 리셋될 때까지 슬레이브 내에 저장된다. 또한 슬레이브는 마스터와의 통신이 50ms 이상 중단될 때 출력을 리셋하는 워치독 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 공급 전압을 켬으로써 트리거될 수 있는 리셋 후, 슬레이브는 유효한 파라미터 요청을 최초로 수신할 때까지 데이터 교환 요청에 응답을 보내지 않는다.
주소 00HEX에 대한 데이터 교환 요청은 불가능하다. 슬레이브가 이 요청을 주소요청으로 해석하기 때문이다.
파라미터 요청 (parameter request)
마스터 호출“파라미터 요청”은 인터페이스 1의 파라미터 출력점을 위한 비주기적 비트 패턴을 전송하는 데에 사용된다. 이 파라미터 포트는 슬레이브 내의 일정 기능을 원격 제어할 수 있다. 예를 들어 타이밍 기능의 활성화, 센서의 스위칭 거리 변경, 다중 센서 시스템 내에서 측정 절차를 변경하는 기능 등을 원격제어할 수 있다. 마지막으로 전송된 파라미터 값은 새로운 값에 의해 재기록되거나 리셋될 때까지 슬레이브 내에 저장된다.
리셋 후, 파라미터 포트는 사전 정의된 상태로 설정된다. 파라미터 포트는 오류없이 수신된“파라미터 요청”후에만 이에 따라 설정된다. 그 후에“데이터 요청”메시지가 정상적으로 수행된다.
표준 슬레이브의 경우 4 비트의 파라미터 데이터가, 확장된 주소지정 모드의 슬레이브에서는 3 비트가 사용된다. 주소 00HEX에 대한 파라미터 요청은 불가능하다. 슬레이브가 이 요청을 주소 요청으로 해석하기 때문이다.
주소 지정 (address assignment)
이 명령은 마스터가 슬레이브의 기존 주소 00HEX를 새로운 값으로 영구 설정할 수 있도록 한다.
먼저 슬레이브가 명령의 무오류 수신을 응답 6HEX로 확인하면 이 때부터 슬레이브는 새로운 주소로 접촉된다. 이와 동시에 슬레이브는 불휘활성 메모리에 새로운 주소를 내부 저장하기 시작한다. 이 과정은 500ms까지 소요될 수 있다. 이과정은 전력 손실, 리셋 명령, 또는 새로운 주소 요청에 의해 중단될 수 없다.
주소 지정 디바이스는 이 요청을 사용해 AS-Interface 케이블을 통해 새로운 주소를 슬레이브로 보낸다. 마스터는 또한 이 요청을 사용해 결함 있는 슬레이브의 교체를 지원할 수 있다.
슬레이브 리셋 (Reset Slave)
“Reset AS-Interface Slave”명령은 슬레이브를 그 기본 상태로 설정하는 데에 사용될 수 있다. 이 명령은 공급 전압을 가한 후의 리셋이나 인터페이스 1의 리셋 입력점 상의 리셋과 동일한 효과를 갖는다. 슬레이브는 6HEX 응답으로 이 명령의 무오류 수신을 확인한다. 리셋 과정은 최대 2ms 소요될 수 있다.
동작 주소 삭제 (Delete operating address)
“Delete address”(주소 삭제) 명령은 슬레이브의 동작 주소를 일시적으로 삭제하는 데에 사용된다. 또한 이 명령은“addressing request”(주소 요청) 명령이 동작주소 00HEX를 가지는 슬레이브에 의해서만 수행될 수 있기 때문에 주소 지정과 관련하여 필요하다. 예를 들어 기존에 15HEX 주소를 가졌던 슬레이브에서 주소 09HEX를 설정하기 위해서는 다음의 명령 시퀀스만이 사용될 수 있다.
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“주소 삭제(Delete address)”및
“주소 지정(Address assignment)”(09HEX)
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슬레이브가“동작 주소 삭제(Delete operating address)”의 오류없음 수신을 0HEX 응답으로 확인하면 이 때부터 슬레이브는 그 새로운 주소 00HEX 로 접촉된다.
이런 방식의 동작 주소 삭제는 비영구적이다. 이 명령을 실행한 후 비휘발성 메모리에 저장된 원래의 주소를 복구하기 위해서는“AS-Interface 슬레이브 리셋”명령을 사용한다.
상태 읽기(Read status)
“상태 읽기”명령 요청 은 대응하는 슬레이브의 상태 레지스터를 판독하기 위해 사용된다. 그 내용은 이 요청에 대한 슬레이브 응답을 통해 전송된다. 슬레이브의 상태 레지스터에는 3개의 플래그가 포함되어 있으며 그 각각의 의미는 다음과 같다.
플래그 의미
S0 “휘발성 주소”(Address volatile)
이 플래그는 슬레이브 주소를 영구적으로 저장하기 위한 슬레이브 내부의 루틴이 실행되는 동안 설정된다.
S1 “주변 장치 오류”(Peripheral error)
이 플래그는 그 주변 장치에서 오류를 검출했을 때 설정된다. 예를 들어 센서 공급 전원 상의 과부하를 신호할 수 있다.
S3 “비휘발성 메모리 판독 오류”(Read error non-volatile memory)이 플래그는 리셋 동안 비휘발성 메모리를 읽으면서 판독 오류가 발생했을 때 설정된다.
비트 S2는 아직 사용되지 않으며 향후 개선 시를 위해 유보된다. 주소 비교는 비휘발성 메모리에 질문을 가짐으로써 요청에 대한 응답과 동시에 수행된다. 만약 주소 레지스터 내의 주소가 비휘발성 메모리 내의 것과 동일하지 않으면 플래그 S0이 설정된다. 마스터는 진단 목적으로 상태 레지스터의 정보를 사용할 수 있다. 규격 2.0에 따른 슬레이브는“주변 장치 오류”플래그를 지원하지 않는다. 마스터는 확장형 ID 코드 2=FHEX를 가진 슬레이브와 통신 중일 때 플래그 S1을 무시한다.
동보 통신 (Broadcast)
15HEX이 포함된 명령 요청은“동보 통신”명령으로 정의된다. 이 명령은 슬레이브의 응답이 필요 없다는 점이 특징이다. 이 점에 한해 이 명령은 AS-Interface 데이터 통신의 일반적인 특징과 다르다. 현재 동보 통신 명령으로는“Reset”만이 정의되어 있다. 추가적인 동보 통신 명령은 향후 규격에 포함될 것이다. 규격 2.0에 따른 슬레이브는“동보 통신”기능을 지원하지 않는다.
다음의 그림 14는 확장된 주소지정 모드를 가진 슬레이브에 유효한 마스터 요청들을 보여준다.
그림 14. 확장된 주소지정 모드를 가진 슬레이브에 대한 마스터 요청 개요
앞에서 볼 수 있는 바와 같이, 정보 비트는 다양한 요청에서 A 슬레이브와 B 슬레이브를 구분하기 위한“셀렉트 비트”(Select-Bit)로 사용된다. 셀렉트 비트의 정의는 A 슬레이브가 표준 슬레이브와 똑같이 거동한다는 사실에서 도출된 것이다.
이로 인해“구형”마스터에 연결된 AS-Interface 네트워크에서도“신형”슬레이브를 동작시키는 것이 가능하다.
2. 데이터 규약
상기 기술된 메시지 포맷 외에도 그림 3.18과 같이 AS-Interface를 위한 데이터 규약이 마련되었다. 호스트 시스템 즉 인터페이스 3의 관점에서, 데이터 비트값 0은 슬레이브의 센서와 액추에이터 기능의“꺼짐”혹은“비활성”을, 값 1은 “켜짐”또는“활성”을 의미한다.
그림 15. 데이터 전송을 위한 규약
이 규약은 인터페이스 2에서는 동일한 방식으로 적용되지 않으므로, 마스터는 출력 시 (반드시 이때에만) 데이터 비트를 반전시켜야 한다. 또한 이 정의는 파라미터 출력에는 적용되지 않음을 유의해야 한다. 파라미터는 시스템 내부의 데이터이므로 마스터는 이를 역변환하지 않는다.
< 자료제공: AS-International Association>
아이씨엔 매거진 2007년 09월호