블로그: 싱글 페어 이더넷 – 배치 및 특성
제2부: 다양한 업계의 전환 경로
Hilscher는 2021년경부터 공정 자동화 부문에서 SPE를 조기에 채택 및 투입할 것으로 예상합니다. 그 이유는 해당 설비들이 디지털 비즈니스 모델을 지원하는 확장에 당장 필요하지 않은 HART, PROFIBUS PA 및 동종 필드버스에 기반한 것이기 때문입니다. NAMUR 협회, 특히 FieldComm Group은 PROFIBUS International(PI) 및 ODVA와 함께 공정 자동화 산업용 APL로 전환하는 일을 강력하게 추진하고 있습니다. 이들 분야의 애플리케이션은 일반적으로 성능 및 주기 시간 요구사항이 낮으며, 네트워크를 통한 진단 및 매개변수화의 투입이 공장 자동화 응용분야 수준까지는 아직 진행되지 않았습니다. 반면, 공장 자동화 분야에서는 SPE 현장 배치에 시간이 조금 더 걸릴 수 있습니다. ODVA, IO-Link 그룹을 포함한 PI 등의 협회 조직은 SPE를 해당 표준에 통합하여 포지셔닝과 애플리케이션의 이점을 평가하는 활동을 개시했습니다. 이와 동시에, 상이한 설치용 플러그, 커넥터 및 케이블을 제안하는 매우 활동적인 두 그룹이 있습니다. 이렇듯 매우 생산적인 이니셔티브와 이들이 다루는 수많은 공개 질문들을 감안할 때, 공장 자동화 분야의 현장 배치는 2024년경에 시작될 것으로 보입니다.
결론적으로 상태, 진단 및 매개변수화 측면에서 장비가 여전히 상위 계층에 투명하지 않은 제조업 분야는 시스템 성능이 전반적으로 부족할 뿐만 아니라 기계 가동시간 증가, 가용성, 예측 유지보수 등 디지털화의 장점이 실현되지 않을 것으로 봅니다. 따라서, 가능한 한 빠른 대응과 진전을 이루어야 한다는 압력이 공정 산업계에서 한층 더 높아질 것으로 예상됩니다.
싱글 페어 이더넷 개관
기본 아이디어가 비교적 단순하고 잠재적 이점도 무척 분명해 보이는 까닭에, 사람들이 왜 싱글 트위스트 페어 방식으로 진작부터 이동하지 않았을까 하는 의문이 생길 수 있습니다. 그러나 기존 이더넷 네트워크에 대한 변경은 케이블 교체 정도가 아닌 만큼 그렇게 간단하지 않습니다. 뿐만 아니라, 상이한 업계에서 기대하는 이점을 구현하려면 수많은 요구사항을 추가해야 합니다.
상이한 물리 계층
업계에서 가장 많이 배치되고 채택된 표준인 현행 산업용 이더넷 10Base-T/100Base-TX는 단방향 데이터 송수신을 위해 2개의 트위스트 페어 케이블을 사용합니다. 따라서, 이를 위한 변경에는, 싱글 페어 이더넷이 동일한 트위스트 페어를 통해 송수신하므로, 상이한 물리 계층뿐만 아니라 상이한 커플링 및 트랜스듀서가 필요합니다.
다양한 SPE 관련 요구사항
장거리 전송
특히 산업 자동화의 대상인 센서, 액추에이터 및 기타 주변 장치 등의 경우, 이들 장치간 케이블 길이가 훨씬 더 연장되어야 합니다. 따라서 오늘날 100Base-TX에서 가용 거리로 지정된 100m에 비해, 스테이션 간의 케이블 거리를 최대 1000m까지 연장해야 한다는 요구가 강력하게 대두되고 있습니다.
본질 안전
또 다른 측면은 공정 자동화 분야에서 비롯된 것입니다. 장거리 요구사항 외에도, 방폭(Ex) 및 위험 지역을 지원하기 위해, 본질적으로 안전한 전송이 필요합니다.
송전
수많은 실제 센서 통신 필드버스에서, 통신 케이블을 통한 송전이 가능합니다. 따라서, 싱글 트위스트 페어 케이블은 또한 원격 센서와 액추에이터에 대한 전원 공급에 필요한 전력도 운반할 필요가 있습니다.
애플리케이션별 대역폭 수요
10Mbit 전송 속도로 대역폭 수요를 충분히 감당할 수 있는 필드 레벨 장치 및 센서 다음으로, SPE를 더 높은 대역폭의 애플리케이션으로 출시하는 것이 아이디어였습니다. 따라서, IEEE는 또한 물리 계층을 포함한 비젼, 모션 또는 HMI에 적합한 표준을 정의했습니다.
IEEE 표준화 및 관련 애플리케이션
상위 계층 호스트 시스템에 대한 PHY 연결
물리 계층이 일부 세부 사항에서 다르더라도, 상위 계층에 대한 연결은 동일합니다. IEEE는 MAC 및 MII 연결 기능이 있는 현행 시스템이 실제로 신규 PHY와 인터페이스로 연결될 수 있도록 노력하고 있는 바, 이는 주요 변경 사항이 오직 하나의 OSI 계층에서만 유지되도록 하는 것입니다. 다음 그림은 설정을 나타낸 것입니다:
배전을 통한 점대점(PTP) 연결 시스템 설정
여기에 802.3bu 표준은 데이터 라인을 통한 표준화된 전력 전송을 정의했으며 단일 엔드포인트에 최대 50W를 전송할 수 있습니다. 이 기능은 중앙 전원 컨트롤러에서 연결된 센서에 전원을 공급하는 기존의 여러 센서 네트워크 표준과의 역호환성을 제공합니다. SPE의 설정은 다음과 같습니다:
관련 링크
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SPE 관련 블로그 시리즈 제3부: 공장 자동화 네트워크는 이미 대부분 이더넷 표준을 기반으로 구축되고 있습니다. 하지만, 프로세스 자동화 분야에서 이더넷의 채택은 아직도 진행 중입니다. SPE는 이들 두 산업 분야에 어떤 영향을 미칠까요?
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