EtherNet/IP, On-Machine 센서로 이더넷-APL까지 가능한 프로토콜로 진화

2024.01.03 14:02:25

조익영 ODVA 코리아 전무

[#강추 웨비나] 제조 프로세스에서 온프레미스(on-premises)&Cloud를 활용한 외부 협업 데이터 관리 방안 (7/18)

아나로그로 운용되던 프로세스계장 분야가 바야흐로 미래의 디지털로 향하고 있다. 현장에는 CVVSB 2ㅁ × 2C 아나로그 케이블 대신, 단일 쌍(Single Pair Ethernet/SPE)케이블로 바뀌고, 클라우드가 가능한 디지털이 일상인 시대로 바뀐 것이다.

 

2019년 9월 IEEE802.3cg(EtherNet/IP=802.3) 태스크 포스가 10BASE-T1S 및 10BASE-T1L 이더넷 표준 개발을 완료한 이후 ODVA는 이러한 이더넷 기술을 자체적으로 채택한 뒤 변화하기 시작했다. 기존의 PLC 자동화 기술은 물론이고 한발 더 나아가 이제 10BASE-T1S 이더넷 기반의 캐비닛 EtherNet/IP 사용 프로파일과 10BASE-T1L 이더넷 기반의 이더넷-APL 프로세스계장 프로파일이 EtherNet/IP 사양에 플러스가 된 것이다.

 

이 글에서는 잠재적인 EtherNet/IP 사용 프로파일인 On-Machine 센서와 EtherNet/IP 사용 프로파일에 대해 연구한 결과를 해부해 보고자 한다. OMSPE 시스템 아키텍처(물리적 토폴로지, 미디어, 인프라 탭, SPE 센서), 통신아키텍처, 전력 전달아키텍처, 네트워크, 시운전, 진단 기능을 갖춘 DLR Plus(DLR+로도 표기함.) 프로토콜 등 제한된 EtherNet/IP 센서 네트워크에 대해서도 몇 가지 융합적인 차원에서 탐구해 보려고 한다.

 

 

제한된 EtherNet/IP 연결을 지원하는 센서를 통해 기존의 산업제어 사용사례에 대해 센서기술에서 컨트롤러로 통신기술을 단순화한 뒤, 센서로부터는 컴퓨팅/클라우드로 직접 통신채널을 열어, 정보 분석 사용사례에 대한 새로운 기술발전의 기회를 잡았다. 즉, 일반적인 자동화 기술은 물론이고 이 바탕 위에 온-머신 센서로 프로세스계장 분야 기술까지 진출하는 보다 광범위하게 이용 범위를 확장 발전시키는데 발 빠른 대응을 하고 있다고 보면 된다.

 

이 내용은 2023년 10월 18일 El Vendrell, Spain에서 ODVA 제22차 산업 컨퍼런스 및 연차 회의 시 발표한 논문의 요약본이다.

 

ODVA가 보유한 EtherNet/IP 프로토콜 기술이 CIP(Common Industrial Protocol)에 의해 CIP 어답션 기술로 빠르게 개방화되더니, 이제 PLC 자동화 산업은 물론 프로세스 계장기술까지 발 빠르게 수용한 뒤, Ethernet-APL 적합성 테스트를 2022년 11월부터 기기의 물리계층을 대상으로 실시하고 있다. 그 결과 자동화 분야 인증은 EtherNet/IP 적합성 테스트를, 계장분야 인증은 Ethernet-APL 적합성 테스트를 하도록 만들었다. 아마 이 두 가지 다른 분야를 동시에 인증시험 할 수 있는 프로토콜 운용기관은 아직까지 ODVA가 유일하다.

 

일부 벤더 중에는 ODVA가 자동화 기술이 아닌 프로세스 계장 분야로 기술이 바뀐 것 아닌가? 오해를 하는데, 그것은 그냥 오해에 불과하다. ‘기존의 지동화 기술 + 계장기술’로 더욱 확장된 기술의 진화를 단시간에 이룬 것으로 이해하면 된다. 자동화 기술에 대한 기존의 오해가 없기를 바란다.

 

제한 적이었던 EtherNet/IP 프로토콜이 이제는 자동화 기술은 물론 Ethernet-APL 기술까지 종합 섭렵 활용하는 길을 열어, ODVA 가입 벤더들은 손쉽게 자동화 분야와 프로세스 계장 분야 두 개를 동시에 컨포먼스 테스트(conformance test)/국제 적합성인증시험을 할 수 있게 된 것이다. ODVA가 이제 가입 벤더들에게 더욱 짐을 덜어 드리게 된 것이다.

 

배경

 

IEEE802.3cg 태스크포스가 2019년 9월 10BASE-T1S 및 10BASE-T1L 이더넷 표준 개발을 완료한 이후, ODVA는 이더넷 기술을 자체적으로 채택하기 시작했다. 10BASE-T1S 이더넷 기반의 캐비닛 EtherNet/IP 사용 프로파일과 10BASE-T1L 이더넷 기반의 이더넷-APL 프로세스계장 프로파일이 EtherNet/IP 사양에 도입되었다.

 

캐비닛 내 EtherNet/IP 사용 프로파일은 SPE 하드웨어의 전력, 비용, 크기, 그리고 제한된 EtherNet/IP 스택의 메모리가 푸시 버튼, 릴레이, 컨택터 등과 같은 제한된 장치의 요구사항을 충족할 수 있음을 입증했다. 이더넷-APL 프로세스계장 프로파일은 계측기기에 스위치 기반의 스타 토폴로지를 사용하며, 전원이 공급되는 SPE 기술을 채택했다.

 

이 논문에서는 또 다른 잠재적 EtherNet/IP 사용 프로파일인 온-머신 센서 EtherNet/IP 사용 프로파일을 살펴본다. 제안된 OMSPE 센서 프로파일은 제한된 OMSPE 센서 사용사례를 해결하기 위해 캐비닛 내 T1S 네트워크(저비용 EtherNet/IP)와 APL/T1L Instrument 네트워크(전원이 공급되는 SPE, 장거리)의 장점을 결합했다. 그런 다음 OMSPE 센서 네트워크 발견, 커미셔닝, 진단 등을 단순화하기 위해 선형 네트워크 발견 및 시운전(LNDC) 기능을 갖춘 향상된 장치수준 링(DLR+) 프로토콜의 개념을 추가했다. 결국, 본 논문은 OMSPE 센서 네트워크에 대한 잠재적 협력 및 사양 개선을 요구하게 된다.

 

제한된 이더넷/IP 온-머신 SPE 센서 네트워크와 결합

 

OMSPE 센서 네트워크 아키텍처 작업의 주요 목표 중 하나는 OMSPE 센서 네트워크의 시스템 비용을 최적화하여 시장에서 비용 효율적이고 가격 경쟁력 있는 솔루션을 제공하는 것이다. 이 목표를 지원하기 위해 여러 가지 개념이 채택되었다.

 

탭 비용과 시스템 비용을 줄이기 위해 3포트 SPE 스위치 탭 대신 수동 탭을 사용하고 탭의 비용을 줄이기 위해, 인 캐비닛 EtherNet/IP 사용 프로파일에 사용되는 저비용 EtherNet/IP 개념을 OMSPE 센서에 채택하고, 드롭의 표준 2페어 이더넷 미디어를 사용키로 했다. 차폐되지 않은 케이블을 사용하고, 드롭의 전원이 공급되는 SPE 기술을 사용하였다.

 

그림1은 산업자동화 시스템에서 제한된 EtherNet/IP OMSPE 센서 네트워크를 보여준다. OMSPE 센서 네트워크는 트렁크 드롭 물리 토폴로지를 채택한다. OMSPE 센서는 드롭 미디어와 함께 탭의 드롭 포트에 연결을 한다. 캡은 탭에서 트렁크와 사용되지 않는 드롭 포트를 종료하는 데 사용된다. 전원은 Power Tap을 통해 네트워크에 제공한다. OMSPE 센서 네트워크는 Linking Device를 통해 전체 EtherNet/IP 네트워크에 연결이 된다.

 

 

그림 2는 OMSPE 센서 네트워크를 위한 시스템 아키텍처를 더 자세히 설명한 것이다. 선형 SPE 네트워크와 버스전원 네트워크가 원칙적으로 배치가 된다. 전력공급 SPE 기술은 드롭에 채택된다. 모든 OMSPE 센서는 OMSPE 센서 네트워크 인프라스트럭처(즉, 탭과 트렁크/드롭 미디어의 SPE 쌍)를 통해 선형 네트워크 토폴로지로 연결한다. 전력은 OMSPE 센서 네트워크 인프라스트럭처(즉, 트렁크의 전력 쌍과 드롭의 전력 쌍)를 통해 버스 토폴로지의 OMSPE 센서에 전원 공급장치를 통해 공급이 된다. OMSPE 센서 네트워크는 캐비닛 내 T1S 네트워크(저비용 EtherNet/IP)와 APL/T1L 계기 네트워크(전력 SPE, 장거리 SPE)의 장점을 결합하여 제한된 OMSPE 센서 사용 사례를 해결한다.

 

 

초기에는 활성 탭(즉, 3포트 스위치) 접근 방식이 고려되었다. 대상 시스템 비용[(장치 + 네트워크 + 설치)을 검토한 결과, 활성 탭이 센서에서 비용(2개의 PHY에서 1개의 PHY 및 단순화된 커넥터로)을 제거하지만 총 배치비용(단일 센서 연결을 위한 2개의 PHY에서 4개의 PHY, 더 복잡한 네트워크 시운전 및 진단)]이 증가할 것이라고 결론지었다. 따라서 우리는 활성 탭 접근 방식보다 수동 탭 접근 방식에 초점을 맞추기로 결정했다. 다른 응용프로그램은 여전히 고전적인 스타 토폴로지에 의해 서비스될 수 있다.

 

1. 네트워크 구성요소

다음 OMSPE 센서 네트워크 구성 요소에 대해 설명코자 한다.

 

(1) 연결장치

연결 장치의 주요 기능은 다음과 같다.

 

· 미디어 변환기로서 SPE와 표준 4쌍 이더넷 간 변환

· LNDC 관리자로서 네트워크 검색, 시운전, 진단 등을 수행한다.

· 프로토콜 변환기로서 TCP/TLS와 UDP/DTLS 간 변환을 위해, 센서를 대신하여 사용자 권한/액세스 권한을 부여하는 보안 프록시로서, CIP 라우터로서 두 개의 EtherNet/IP 전송 프로파일을 완벽하게 통합하려면, I/O 연결 수집기로서 컨트롤러의 I/O 연결 수를 줄이기 위해 사용한다.

 

 

(2) 전원 탭

전원 탭의 주요 기능은 전원 공급 장치의 전원을 OMSPE 센서 네트워크에 주입하는 것이다. 그림 3 (a)에 표시된 기본전원 탭에는 전원포트 1개와 트렁크 포트 2개가 있다. 전원 포트는 전원(예: 24 V DC 전원 공급 장치)에 연결된다. 24V DC 전원은 OMSPE 센서 네트워크의 트렁크 전원 쌍에 주입된다. 24V 라인의 다이오드는 OMSPE 센서 네트워크에서 여러 전원 탭이 사용되는 경우 전류 루프를 방지한다. 전원 탭의 첫 번째 트렁크 포트는 업 스트림 트렁크 케이블에 연결되고, 전원 탭의 두 번째 트렁크 포트는 다운 스트림 트렁크 케이블에 연결된다. 전원 탭은 두 개의 트렁크 포트를 통해 업 스트림 및 다운 스트림 네트워크에 전력을 전달한다. 전원 탭은 SPE 신호를 통해 첫 번째 트렁크 포트에서 두 번째 트렁크 포트로 전달된다.

 

그림 3 (b)에 표시된 고급전원 탭에는 추가 드롭 포트가 있다. 기본 전원 탭과 달리 고급전원 탭은 업 스트림 SPE 쌍(SPE1)과 다운 스트림 SPE 쌍(SPE2)을 드롭 포트에 연결하여 OMSPE 센서를 연결한다. 업 스트림 및 다운 스트림 네트워크에 전원을 공급하는 것 외에도 고급전원 탭은 전원 커플러를 통해 트렁크 전원 쌍의 전원을 드롭 SPE2 쌍에 연결한다. 전원 커플러와 두 번째(다운 스트림) 트렁크 포트 사이의 SPE2 쌍에 있는 두 개의 커패시터는 전원이 다운 스트림 네트워크로 흐르는 것을 방지한다.

 

(3) 패시브 탭

패시브 탭의 주요 기능은 OMSPE 센서를 OMSPE 센서 네트워크에 연결하는 것이다. 그림 4 (a)에 표시된 단일 드롭 패시브 탭에는 2개의 트렁크 포트와 1개의 드롭 포트가 있다. 패시브 탭의 첫 번째 트렁크 포트는 업 스트림 트렁크 케이블에 연결되고, 패시브 탭의 두 번째 트렁크 포트는 다운 스트림 트렁크 케이블에 연결된다. 단일 드롭 패시브 탭은 듀얼 포트 OMSPE 센서를 연결하기 위해 업 스트림 SPE 쌍(SPE1)과 다운 스트림 SPE 쌍(SPE2)을 드롭 포트에 연결한다. 단일 드롭 패시브 탭은 첫 번째 트렁크 포트에서 두 번째 트렁크 포트로 전원을 전달하고 전원 커플러를 통해 트렁크 전원 쌍의 전원을 드롭 SPE2 쌍에 연결한다. 전원 커플러와 두 번째(다운스트림) 트렁크 포트 사이의 SPE 2 쌍에 있는 두 개의 커패시터는 전원이 다 운스트림 네트워크로 흐르는 것을 방지한다.

 

 

그림 4 (b)에 표시된 다중 드롭 패시브 탭의 경우 각 개별 드롭 포트에는 드롭에서 전력 공급 SPE 작동을 위한 전원 커플러 및 관련 커패시터가 있다.

 

(4) OMSPE 센서

그림 5는 구현 예로서 OMSPE 센서의 블록다이어그램을 보여준다. 개념적으로 OMSPE 센서 회로는 MCU, SPE, 전원 및 센서 애플리케이션의 네 부분으로 구성된다. MCU, SPE 및 전원 회로는 일반적이지만 센서 애플리케이션 회로는 제품마다 다르다. 3포트 내장형 스위치, 듀얼 10BASET1L PHY 및 SPI 호스트 인터페이스를 갖춘 단일 칩은 저비용 및 작은 설치 공간 설계에 사용된다. 단일 4핀 표준 M12-D 이더넷 커넥터는 업 스트림 및 다운 스트림 SPE 신호 연결에 사용되며 이는 일반 듀얼 포트 EtherNet/IP 장치와 다르다. 전원 디커플러 모듈은 SPE 통신 신호에서 전원을 분리한다.

 

 

비용을 줄이기 위해 저렴한 비 이더넷 MCU(MII/RMII 없음)가 사용된다. MCU 칩과 스위치 PHY 칩 사이에는 표준 OPEN Alliance SPI 프로토콜이 사용된다. 그림 6과 같이 제한된 EtherNet/IP 스택이 배포되었다. 제한된 EtherNet/IP 스택은 ODVA UDP 전용 전송프로필과 제한된 CIP 보안프로필을 준수한다. 제한된 EtherNet/IP 스택은 RTOS 대신 스케줄러로 작동하여 메모리 소비를 줄일 수 있다. DLR+ 프로토콜도 스택에 포함되어 네트워크 검색, 시운전 및 진단 기능을 지원한다.

 

 

(5) 트렁크 미디어

OMSPE 센서 네트워크의 트렁크 미디어는 하이브리드 SPE 케이블과 커넥터이다. 하이브리드 SPE 케이블에는 하나의 전원 쌍과 하나의 SPE 쌍이 있다. 전원 쌍은 최소 4A DC 전류를 견뎌야 하므로 게이지가 AWG18 이상이어야 한다. SPE 쌍은 AWG18 이상이어야 한다. SPE 쌍은 케이블의 전원 쌍에서 꼬아져 분리되어야 한다. SPE 쌍의 전기적 매개변수는 IEEE PHY 링크 세그먼트 사양을 충족해야 한다. 가능하다면 트렁크 케이블은 비 차폐형을 선호하고, 트렁크 커넥터는 M12 4핀 커넥터를 선호한다.

 

(6) 미디어 삭제

OMSPE 센서 네트워크의 드롭 미디어는 표준 비 차폐 2쌍 이더넷 케이블과 4핀 M12-D 이더넷커넥터이다. 한 쌍은 SPE 통신에 사용되고 다른 쌍은 SPE 통신 및 전력공급에 사용된다.

 

(7) 트렁크 캡

트렁크 캡은 마지막 탭의 다운 스트림 트렁크 포트에 설치된다. 트렁크 캡에는 전자 종단장치가 없다.

 

(8) 드롭 캡

드롭 캡은 향후 사용을 위해 예약된 드롭 포트에 설치된다. 드롭 캡은 내부 커패시터를 통해 첫 번째 SPE 쌍을 드롭 포트의 두 번째 SPE 쌍에 연결하여 두 번째 SPE 쌍의 전원이 첫 번째 SPE 쌍으로 다시 흐르는 것을 방지한다.

 

2. 전력 아키텍처

그림 7에서 볼 수 있듯이 OMSPE 센서 네트워크는 트렁크 미디어의 전원 쌍에 전원을 분배하고 전원 공급 SPE 개념을 통해 각 드롭에 전원을 전달한다. 전력 공급형 SPE 개념에는 패시브 탭의 전원 커플러와 OMSPE 센서의 전원 디커플러가 필요하다. 패시브 탭의 전원 커플러는 트렁크 전원 쌍의 전원을 드롭 SPE 쌍에 연결한다. 전원은 전원 공급형 SPE 쌍을 통해 OMSPE 센서에 전달된다. OMSPE 센서의 전력 분리는 SPE 쌍의 전력을 분리하고 OMSPE 센서 회로에 전력을 제공한다. 두 개의 인접한 OMSPE 센서는 이 드롭에서 동일한 SPE 쌍을 통해 통신한다.

 

 

패시브 탭에 있는 두 개의 커패시터는 전력이 인접한 OMSPE 센서로 흐르는 것을 방지하는 데 사용된다. 전력 커플러/디커플러 회로(전력 인덕터)는 전력 커플러/디커플러가 단일 OMSPE 센서(0.5W)에 대한 전류만 통과하면 되므로 작고 가격이 싸다.

 

3. 통신 아키텍처

그림 8에서 볼 수 있듯이 SPE 센서는 SPE에서 선형 토폴로지로 연결된다. 그림 8에서 볼 수 있듯이 SPE 센서는 SPE 통신 관점에서 선형 토폴로지로 연결된다. 각 OMSPE 센서에는 이중 SPE 포트가 있다. 첫 번째 SPE 포트는 업스트림 장치와 통신하고 두 번째 SPE 포트는 다운스트림 장치와 통신한다.

 

 

두 개의 OMSPE 센서 사이의 SPE 링크 세그먼트는 트렁크 미디어, 두 개의 트렁크 탭 및 두 개의 드롭 미디어로 구성될 수 있다. 첫 번째 OMSPE 센서와 연결 장치 사이의 SPE 링크 세그먼트는 하나의 트렁크 미디어, 하나의 드롭 미디어 및 하나의 트렁크 탭으로 구성된다.

 

4. 센서-컨트롤러 통신

IO-Link는 현재 가장 널리 사용되는 센서 통신 기술이다. IO-Link 센서를 EtherNet/IP 컨트롤러와 통합하려면 IO-Link와 EtherNet/IP 프로토콜 간을 변환하고 CIP와 IO-Link 데이터 간 매핑을 위한 특수 EtherNet/IP-IO-Link 게이트웨이 기능이 필요하다. OMSPE 센서 네트워크를 사용하면 OMSPE 센서가 기본적으로 EtherNet/IP와 통신하므로 센서-컨트롤러 통신이 단순화된다. 애플리케이션 프로토콜 변환 및 데이터 매핑이 복잡하지 않다.

 

 

OMSPE 센서 네트워크를 사용하면 센서 의 ‘계산’ 통신이 IO-Link 기술에 비해 단순화 된다. OMSPE 센서는 IP 및 이더넷 통신을 사용하므로 IIOT 프로토콜(예: MQTT)을 센서에 추가하는 것이 쉽다. 또한 EtherNet/IP를 사용하여 HMI, 센서 ID, 구성, 진단 등 풍부한 센서 정보에 직접 액세스하면 새로운 데이터 분석 사용 사례가 가능해진다.

 

5. 센서와 ‘컴퓨팅’ 통신

OMSPE 센서 네트워크를 사용하면 ‘컴퓨팅’ 통신을 위한 센서가 기존 네트워크에 비해 너무단순화 된다. IO-링크 기술. OMSPE 센서는 IP 및 이더넷 통신을 사용하기 때문에 추가가 쉽다. IIoT 프로토콜을 센서에 추가한다(예: MQTT). HMI, 워크스테이션 또는 클라우드용 엣지 장치와 같은 ‘컴퓨팅 엔터티’이다. 풍부한 센서에 직접 액세스 센서 ID, 구성, 진단과 같은 정보를 통해 새로운 데이터 분석사용 사례가 가능해진다.

 

 

DLR+(LNDC 기능 포함)

 

OMSPE 센서 네트워크 발견, 시운전 및 진단을 단순화하는 프로토콜은 “사용 편의성” 사용자 경험을 제공하기 위한 목적을 지원하기 위해 연구되었다. LLDP는 링크계층 발견 프로토콜로 네트워크 토폴로지 및 디바이스 기능 발견에 사용된다. DHCP는 동적 호스트 구성 프로토콜로 디바이스 IP 및 네트워크 구성에 사용된다.

 

· LLDP는 링크 계층 프로토콜이다. OMSPE 센서 네트워크는 LLDP 메시지가 센서 위치 발견을 위해 스위치를 통과하는 것이 허용되지 않는 스위치 기반 선형 네트워크이기 때문에 LLDP 메시지에 의해 네트워크상에서 센서의 위치를 발견하는 것은 상당히 복잡하다.

· 연결 장치를 통해 전체 토폴로지를 파악하려면 센서의 모든 Data Table 개체를 읽어야 한다. 이것은 센서에 IP 주소가 할당되어 있다고 가정하지만, 이 단계에서는 IP 주소가 결정되지 않는다.

· 네트워크가 변경(센서 삽입, 제거, 교체)될 때, 그 장치로부터의 LLDP 메시지가 링크 장치에 달할 수 없기 때문에 링크 장치에 의해 이러한 변경을 감지하는 것은 상당히 어렵다. 이는 네트워크 진단 및 네트워크 업그레이드에 대한 사용자 경험을 복잡하게 만든다.

 

DLR은 선형 및 링 네트워크 동작을 위한 링크 계층 프로토콜이다. OMSPE 센서 네트워크 사용사례를 해결하기 위해 선형 네트워크 발견 및 시운전(LNDC) 기능으로 DLR을 향상시키는 것이 제안되었다. 특히, LNDC는 다음과 같은 기능을 제공한다.

 

· 네트워크 토폴로지를 검색하여 참조 토폴로지로 적용한다,

· 초기 네트워크 구성 및 네트워크 장치 교체를 포함하여 네트워크를 쉽게 커미션 한다.

· 특정 위치에서 기기 삽입, 제거, 변경을 감지하여 네트워크를 빠르게 진단한다. 향상된 DLR 프로토콜(DLR+)은 일반 선형 EtherNet/IP 네트워크에도 적용 가능하다.

 

EtherNet/IP 캐비닛 내 사용 프로파일은 10BASE-T1S 다중드롭 EtherNet/IP 네트워크에 대한 네트워크 토폴로지 검색 및 시운전 프로토콜을 이미 지정했다. 캐비닛 내 실제 토폴로지 객체(현재 네트워크 토폴로지, 마지막으로 발견된 토폴로지의 변경사항 감지)와 인 커미션 객체(참조 토폴로지 동기화, 디바이스에 대한 IP 주소 할당, 토폴로지 변경 감지)의 주요 개념이 OMSPE 센서 네트워크에 재사용 된다. 그림 11과 같이 OMSPE 센서 네트워크에는 소프트웨어 도구, CIP 객체, LNDC 관리자 및 LNDC End Node의 4가지 기본 LNDC 엔티티가 있다.

 

 

다음 표에 표시된 대로 LNDC 기능에 대해 새로운 DLR 메시지 검색 토폴로지 및 커미셔닝이 정의 된다. 모든 메시지는 링 Ether Type(0x80E1) 및 링 프로토콜 하위 유형(0x02)을 사용한다. 검색 토폴로지 요청은 멀티캐스트 메시지이다. 모든 LNDC 엔드 노드는 이 메시지를 수신하고 처리해야 한다. 다른 세 개의 메시지는 모두 유니캐스트 메시지이다.

 

 

1. 네트워크 발견

그림 12는 네트워크 검색 프로세스를 위한 LNDC 엔터티 간의 메시지 시퀀스를 보여준다.

 

(1) LNDC 소프트웨어 도구는 연결 장치의 실제 토폴로지 개체에 CIP Discover 토폴로지 요청을 보낸다.

 

(2) 실제 토폴로지 개체는 CIP Discover Topology 응답으로 LNDC 소프트웨어 도구에 응답한다.

 

(3) 실제 토폴로지 개체는 LNDC 관리자에게 네트워크 검색을 시작하라고 알린다.

 

(4) LNDC 관리자는 멀티캐스트 MAC 주소(01-21-6C-00-00-02)와 초기 위치 ID(1)를 사용하여 Discover Topology Request 메시지를 생성하고 첫 번째 OMSPE 센서로 Discover Topology Request를 보낸다. OMSPE 센서 네트워크. 위치 ID는 논리적 선형 SPE 네트워크에서 OMSPE 센서의 위치를 나타낸다. 연결 장치의 위치 ID는 항상 0이고, 링크 장치 다음의 첫 번째 센서의 위치 ID는 1이며, 첫 번째 센서 다음의 두 번째 센서의 위치 ID는 2이다. LNDC 관리자도 검색을 시작한다. LNDC Manager는 또한 500ms 시간 초과 값으로 검색 타이머를 시작한다. 검색 타이머는 검색 프로세스의 완료를 확인하는 데 사용된다.

 

 

(5) 첫 번째 OMSPE 센서의 LNDC End Node는 수신된 Discover Topology Request 메시지에 대한 응답으로 OMSPE 센서의 위치 ID, MAC 주소, IP 주소, CIP 제품키를 포함하는 Discover Topology Response 메시지를 생성하고 Discover Topology Response 메시지를 전송한다. 그런 다음 위치 ID를 증가시키고 Discover Topology Request 메시지를 두 번째 OMSPE 센서로 전달한다.

 

(6) 두 번째 OMSPE 센서의 LNDC End Node는 수신된 Discover Topology Request 메시지에 대한 응답으로 OMSPE 센서의 위치 ID, MAC 주소, IP 주소, CIP 제품키를 포함하는 Discover Topology Response 메시지를 생성하고 Discover Topology Response 메시지를 전송한다. 그런 다음 위치 ID를 증가시키고 Discover Topology Request 메시지를 세 번째 OMSPE 센서로 전달한다.

 

(7) 마지막 OMSPE 센서가 검색될 때까지 6단계가 하나씩 반복된다.

 

(8) 500ms 검색 타이머가 만료되면 LNDC 관리자는 네트워크 검색을 완료한다. 탐색 타이머는 탐색 토폴로지 응답 메시지가 수신될 때마다 재설정된다. 따라서 마지막 OMSPE 센서가 검색될 때까지 검색 타이머가 만료되지 않는다.

 

(9) LNDC 관리자는 검색된 토폴로지 정보의 무결성을 확인한다. 실제 토폴로지 테이블에 간격이 있거나 노드 수가 실제 토폴로지 테이블 크기와 같지 않으면 오류가 보고된다.

 

 

2. 시운전 네트워크

그림 13은 네트워크 커미셔닝 프로세스를 위한 LNDC 엔티티 간의 메시지 시퀀스를 보여준다.

 

(1) LNDC 소프트웨어 도구는 연결 장치의 작동 객체에 CIP동기화 토폴로지 요청을 보낸다.

 

(2) 커미셔닝 객체는 CIP Sync Topology 응답으로 LNDC 소프트웨어 도구에 응답하고 실제 토폴로지 객체에서 실제 토폴로지 정보를 검색하여 이를 참조 토폴로지로 설정한다. 커미셔닝 객체의 참조 토폴로지는 검색된 실제 토폴로지 대신 사용자 구성에 의해 생성될 수 있다.

 

(3) LNDC 소프트웨어 도구는 연결 장치의 작동 객체에 CIP 적용 참조 토폴로지 요청을 보낸다.

 

(4) 커미셔닝 객체는 CIP 적용 참조 토폴로지 응답으로 LNDC 소프트웨어 도구에 응답한다.

 

(5) 커미셔닝 객체는 IP 주소가 구성되지 않은 엔드 노드에 대해 자동으로 IP 주소를 할당하고 LNDC 매니저에 네트워크 커미셔닝을 시작하도록 알린다.

 

(6) LNDC 매니저는 마지막 OMSPE 센서에 대한 커미셔닝 객체에 할당된 IP 주소를 사용하여 커미셔닝 요청 메시지를 생성하고 OMSPE 센서 네트워크의 마지막 OMSPE 센서로 커미셔닝 요청 메시지를 보낸다.

 

(7) 마지막 OMSPE 센서의 LNDC End Node는 커미셔닝 요청 메시지에 대한 응답으로 상태 코드와 함께 커미셔닝 응답 메시지를 생성한 후 내부적으로 IP 주소 및 기타 구성을 적용한다.

 

(8) LNDC 관리자는 커미셔닝 응답을 받은 후, 두 번째 OMSPE 센서 노드에 대한 커미셔닝 객체에 할당된 IP 주소를 사용하여 또 다른 시운전 요청 메시지를 생성하고 OMSPE 센서 네트워크의 두 번째 OMSPE 센서에 커미셔닝 요청을 보낸다.

 

(9) 두 번째 OMSPE 센서의 LNDC End Node는 Commissioning Request 메시지에 대한 응답으로 상태 코드와 함께 커미셔닝 응답 메시지를 생성한 다음 내부적으로 IP 주소 및 기타 구성을 적용한다.

 

(10) 첫 번째 OMSPE 센서가 시운전될 때까지 6~7단계를 역순으로 하나씩 반복한다.

 

3. 네트워크 진단

LNDC 관리자는 참조 토폴로지를 현재 실제 토폴로지와 비교하여 네트워크 변경(노드제거, 삽입, 변경)을 감지할 수 있다(그림 14). 참조 토폴로지와 실제 토폴로지를 비교하고 해당 네트워크의 진단 결과를 도출한다. 장치교체 사례(노드 변경)의 경우 키 일치 기준에 따라 기존장치의 제품키와 새 장치의 제품키를 비교하여 네트워크 일치/불일치를 보고한다. 사용자는 노드 제거, 삽입, 변경 위치를 쉽게 확인할 수 있다.

 

 

4. LNDC 소프트웨어 프로토 타입

그림 15는 LNDC 소프트웨어 프로토 타입을 보여준다. 네트워크검색 영역에서 사용자는 “토폴로지 검색” 버튼을 클릭하여 네트워크검색 프로세스를 시작할 수 있다. 검색 결과가 표에 표시된다. 각 노드에는 위치, MAC ID, IP 주소, CIP 제품키가 한 줄로 표시된다. 장치가 시운전되지 않은 경우 IP 주소 0 또는 기본 IP 주소 값이 표시된다.

 

 

네트워크 시운전 영역에서 사용자는 먼저 현재 네트워크 토폴로지를 검색한 후 “동기화” 버튼을 클릭하여 참조 토폴로지를 실제 토폴로지로 동기화한다. IP 주소가 할당되지 않은 장치에는 IP 주소가 자동으로 할당된다. 그런 다음 사용자는 “토폴로지 적용” 버튼을 클릭하여 참조 토폴로지를 네트워크에 적용한다. 이 과정에서 IP 주소가 장치에 위임된다. 사용자는 “재설정” 또는 “읽기” 버튼을 클릭하여 참조네트워크 토폴로지를 재설정하거나 검색할 수도 있다. 작업 중에 LNDC 관리자는 네트워크 변경을 주기적으로 모니터링 하거나 감지할 수 있다. 네트워크 진단정보(네트워크 불일치, 노드 변경, 노드 삽입, 노드 제거 및 관련 위치 ID)가 네트워크진단 영역에 표시된다.

 

요약 및 전망

 

이 글에서 센서에서 컨트롤러 및 컴퓨팅까지 EtherNet/IP 연결을 가능하게 하는 OMSPE 센서 네트워크 개념을 소개했다. 또한 OMSPE센서 네트워크검색, 시운전 및 진단을 단순화하기 위해 새로운 선형네트워크 검색 및 시운전 기능을 갖춘 현재 DLR 프로토콜의 향상에 대해 설명했다. 대부분의 개념은 연구 프로토 타입의 범위 내에서 작동하는 것으로 입증되었다.

 

제품 설계를 위한 개념 최적화, 온-머신 센서 EtherNet/IP사용 프로필의 사양 향상 및 전체 생태계 개발 분야에서 ODVA 커뮤니티 내의 이 주제에 대한 추가 협력이 예상된다. 최적화 및 개선은 비 차폐 케이블과의 안정적인 통신의 달성, 고집적 저가형 듀얼 포트 T1L SPE 칩 개발 등 시스템 비용 최적화 및 사용 편의성에 중점을 두어야 한다. 네트워크 등의 사용자 구성을 최소화하여 유저의 편의성에 보탬이 되도록 노력했다.

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