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리얼타임 이더넷을 위한 프로토콜 컨버터

31 Jan

Article:

자동화 기술은 지속적인 기술개발이 특징입니다. 이러한 다이내믹한 환경에서, 개별 컴포넌트들이 갑자기 더 이상 연결이 되지 않는 경우만으로도 새로운 솔루션이 필요한 상황이 비일비재하게 발생하고 있습니다.

b+m surface systems사는 부품 공급 업체가 현대화된 Real-Time-Ethernet 프로토콜에 대한 지원을 제공하지 못하고 있는 상황에 직면해 있었습니다. 프로토콜 컨버터 형태로 개발된 솔루션은 매우 효과적이었으며 많은 추가 혜택들을 제공하게 되었습니다.

b+m surface systems사는 1992년에 설립되었으며, 곧, 수성페인트용 어플리케이션 시스템 전문회사가 되었습니다. 현재 b+m surface systems사는 평범한 페인팅 시스템부터 연관된 자동화 기술을 포함하는 완전 자동 페인트 어플리케이션 솔루션까지 완벽한 기술 스펙트럼을 제공하고 있으며, 독일 Eitersfeld에 본사를 두고 폴란드와 러시아에 자회사 또한 운용하고 있습니다.

b+s surface systems 사는 페인팅 로봇과 Atomizers 및 Paint changing system을 포함한 모든 핵심 부품들을 자체 생산하고 있습니다. 프로세스 자동화용 hardware와 software 부품들 까지도 내부에서 개발하고 있으며 자동화 페인트 샾의 특정 요청사항에 맞게 제작도 하고 있습니다.

Robots in interaction

전형적인 페인팅 시스템은 순차적 운용을 위한 여러 개의 스테이션으로 이루어져 있습니다. 프로세스는 소재의 Flaming으로 시작하여 Primer, Base coat, Clear coat와 같은 여러 단계의 코팅 어플리케이션에 의해 진행됩니다. 코팅은 사람의 개입 없이 응용로봇에 의해 자체적으로 이루어집니다.

이 로봇들은 일정 두께의 코팅을 확실히 보장하는 어플리케이션으로 프로그램 되어 있습니다. 로봇의 페인트 공급은 필요한 코팅 재료뿐만 아니라 노즐을 세척하기 위한 수세식 물질까지 제공되는 중앙 페인트 준비 섹션에서 처리됩니다.

엔지니어링 스테이션 외에도, 여러 대의 산업용 PC들이 프로세스 기술과 재료 전송 기술을 모두 제어하기 위해 사용 되고 있으며, 이 PC들은 Flaming, Primer, Base coat와 Clear coat용 각 어플리케이션 스테이션으로 할당되어 있습니다.

RH04.0 Bosch-Rexroth 로봇 컨트롤러가 필드 레벨에서 사용되는 반면, b+m surface systems사는 프로세스 컨트롤 레벨에서 Beckhoff사의 IPCs를 사용하고 있습니다. 두 레벨 사이의 통신은 CAN 인터페이스를 통해 이루어집니다. 통합된 CAN/CAN 게이트웨이는 외부 CAN 버스를 개별 로봇 컨트롤러를 이용하여 내부 CAN 버스의 IPCs로 연결합니다.

Languages and protocols

일반적으로 프로세스 제어 시스템은 매우 특별한 목적과 요구사항들을 기반으로 설계되고 있습니다. 이는 가장 적합한 네트워크 테크놀로지를 통해서 서로 매칭하고 연결할 하드웨어 컴포넌트들의 선정을 포함합니다. b+m surface systems사의 자동 페인팅 어플리케이션 시스템으로 인해 다른 기능들과 연관된 특정 요청사항들을 매칭하는 다중 프로토콜의 사용이 필요하게 되었습니다.

예를 들면, 페인트 준비 섹션 내의 개별 필드 디바이스의 연결은 특정 I/O 인터페이스를 통해 이루어지는 반면, 제어센터에 있는 PC는 PROFINET을 통해 페인트 준비 섹션에 연결되어 있는 것입니다. 모든 컨트롤러들이Ethernet과 TCP/IP를 통해 통신하는데 반하여, CANopen은 컨트롤룸 내의 PC와 개별 어플리케이션 로봇들 사이의 실시간 통신용으로 사용되었습니다.

When protocols represent a disadvantage

기술 개발은 지속되고 있습니다. 페인팅 솔루션은 많은 나라에서 사용되고 있으며 업체들 또한 모든 종류의 최신Ethernet 기반 통신 표준을 다루기를 원함에 따라, b+m surface systems사는 자체 로봇 컨트롤러로의 연결에 직면하게 되었습니다.

하지만, Bosch-Rexroth는 EtherCAT, PROFINET IO나 미국 시장에서의 주 표준인 EtherNet/IP같은 최신 Real-Time-Ethernet 프로토콜이 아닌 CANOpen만 제공하고 있었고, 이는 업체로 하여금 대체 솔루션을 찾도록 만들었습니다. 나중에 알고 보니, 이 경험이 현재 보유하고 있는 솔루션의 여러 가지 단점을 보여줬기 때문에 이러한 상황이 기회가 될 수 있었습니다.

예를 들어, CAN/CAN 게이트웨이는 스위칭 캐비닛 내에서 꽤 많은 공간을 요구할 뿐만 아니라 게이트웨이를 동작시키려면 네트워크 configuration에 대해 자세히 알고 있는 전문가가 필요하기 때문에 시스템을 시동하는데 다소 어렵게 만들었습니다.

Real-Time-Ethernet 프로토콜은 원래 필드버스 프로토콜 기반으로 개발되었고 데이터 통신 기능을 제공할 뿐만 아니라 slave 컴포넌트들의 논리적 구조를 반영하기 때문에, 통신 표준에 따라, 이는 상당히 복잡해 질 수 있습니다.

그러나, 실생활에서의 상황은 또 다릅니다. 예를 들어, 페인팅 어플리케이션용 제어 시스템을 시동하는 동안에도 안정적인 페인팅 프로세스의 보장은 매우 중요하고, 이는 게이트웨이가 종합적인 configuration 지식을 갖고 있어야 하는 현장 직원 없이 쉽고 신속한 시동이 필요함을 의미합니다.

b+m surface systems 사는 많은 투자와 기존 시스템 구조의 광범위한 변경 없이 대체 솔루션을 찾기로 결정하게 되었고, 결국 독일의 Hattersheim에 있는 Hilscher사와 협력하게 되었습니다.

Hilscher는 자동화 시스템용 기반 컴포넌트에 특화되어 있으며 다른 네트워크 통신 프로토콜에 대한 심층적인 지식을 보유하고 있었고, 결국, b+m surface systems사와 Hattersheim에 있는 본사의 전문가들은 단시간 안에 통신 문제를 해결하기 위한 이상적인 솔루션을 찾을 수 있었습니다.

Mediator in the jungle of protocols

이 솔루션은 netTAP이라고 불리며, 다소 작은 감이 있지만 매우 컴팩트한 컴포넌트입니다. 이전의 게이트웨이와는 달리 스위칭 캐비닛 내에 아주 작은 공간만 확보되면 됩니다. netTAP은 프로토콜 컨버터로 서로 전혀 다른 통신 네트워크를 연결하기 위해 제공됩니다.

데이터 양과 전송속도가 고려되는 한, 각 레벨에는 특정 요청사항들이 있기 때문에, 프로세스 제어를 통한 ERP부터 필드레벨까지 다양한 네트워크 프로토콜들이 사용되고 있다는 것을 확인한 후에 개발되었습니다.

netTAP은 두 네트워크 사이에서 게이트웨이로 동작합니다. 디바이스는 두 개의 다른 네트워크 프로토콜들 사이에서의 변환을 자동으로 처리함으로써 정보의 원활하고 투명한 흐름을 가능케 합니다.

현대의 자동화 기술에서, netTAP은 기존 필드 디바이스들의 교체 없이 시스템의 현대화를 위한 간단한 방법을 제공하고 있습니다. 이는 시스템 성능의 개선과 함께 자체 투자를 보호하기 위해서 업체가 원하는 반가운 소식입니다.

컨버터의 구현은 매우 간단한데, 각 프로토콜을 선택하고 configuration 인터페이스를 통해 네트워크 파라메터의 설정과 각 프로토콜에 대한 데이터 할당만 해주면 됩니다. 이를 위해, 컨버터에는 노트북으로의 간단한 연결을 통해 쉽게 configuration할 수 있도록 해주는 USB 인터페이스가 장착되어 있습니다.

Hilscher는 b+m surface systems 사의 페인트 응용프로그램 시스템을 위해서 EtherCAT에서 CANopen으로 링크가 가능함으로써 양쪽 프로토콜 사이에서 무제한의 Real-Time 통신이 가능한 자사의 netTAP100 RE-CO 모델을 제안했습니다.

이 모델은 두 개의 터미널이 장착된 프로토콜 컨버터이며 firmware와 configuration data의 간단한 로딩으로 configuration이 가능합니다. X2 터미널은 Ethernet이나 필드버스 인터페이스로, X3 터미널은 필드버스, Ethernet이나 시리얼 인터페이스로 사용 가능합니다. 두 터미널 모두 제품의 전면에 위치해 있습니다.

추가로, 이 제품은 USB 인터페이스도 제공하고 있습니다. USB 인터페이스는 디바이스의 configuration과 진단을 위해서 노트북과 연결하는데 사용되는데, 이를 위해 Hilscher에서는 configuration과 진단용 software인 SYCON.net을 제공하고 있습니다.

Simple solution with added value

CANopen 표준이 보유하고 있는 고수준의 적합성으로 인해 제품 인증 동안에 발생한 첫 번째 난관은 신속하게 극복할 수 있었습니다. b+m surface systems 사는 과거 Bosch RH04.0 컨트롤러로 작업을 한 적이 있기 때문에, 원래 기능 중 일부는 여전이 사용되고 있었습니다.

이러한 측면에서, netTAP 100-RE-CO로의 CANopen 표준의 완벽한 구현이 큰 도움이 되었습니다. 또한, Hilscher 기술지원팀은 새로운 솔루션으로의 변화를 촉진하기 위해 필요한 지속적인 지원을 약속했습니다.

결국, b+m surface systems사는 새롭게 구현된 솔루션에 매우 만족하게 되었고, netTAP 덕분에, 완전히 새로운 솔루션을 개발할 필요도 없었을 뿐만 아니라 기존의 H/W와 S/W 기반을 지속적으로 사용할 수 있었습니다. netTAP의 또 다른 이점은 Hilscher 프로토콜 컨버터가 기존의 CAN/CAN 게이트웨이와 비교했을 때 캐비닛 공간의 일 부분만 필요로 한다는 것입니다.

추가적으로, 시동작업의 단순화로 인해 로봇 프로그래머들을 위한 유료 교육과정이 불필요하게 되었으며, 현장 직원이 어플리케이션 자체뿐만 아니라 시스템의 전반적인 기능에 집중할 수 있게 되었습니다.

제어 가능한 수많은 프로토콜들이 미래에 적합한 솔루션을 만들어 가고 있습니다. Hilscher 프로토콜 컨버터 netTAP은 유럽 외의 많은 나라들이 선호하고 있는 표준을 포함하고 있기 때문에 초기 문제를 해결하기 위한 명쾌한 솔루션이 될 뿐만 아니라 미래를 위한 준비가 될 수 있습니다.

실제 응용프로그램을 하는 동안 매우 짧은 대기시간이라는 netTAP의 또 하나의 장점이 확실해 졌습니다. 이로 인해 로봇 스위칭 캐비닛과 컨트롤 캐비닛 간의 통신 속도를 높이는 것이 가능케 되었고, 이는 페인팅 프로세스의 제어를 향상시키는 또 다른 측면이 되었습니다.

이 예가 보여주는 바와 같이, 정기적인 기술 개발이 항상 전혀 새로운 솔루션을 필요로 하는 것은 아닙니다. 때로는, 서로 다른 프로토콜의 연결을 위한 매우 작은 컴포넌트 하나가 프로세스 제어의 단순화와 동시에 비용 절감을 위해 필요한 전부가 되기도 합니다.

저자

이름: Dipl.-Ing. Armin Pühringer
소속: Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH
이메일: apuehringer@hilscher.com
문의처: 힐셔코리아 031-695-5515, info@hilscher.kr

아이씨엔 매거진 2013년 02월호

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Posted by on January 31, 2016 in Automation

 

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