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[TECH REPORT] EtherNet/IP(CIP)객체를 OPC UA 정보모델에 매핑하다(1편)

  • 등록 2021.04.30 11:10:01
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[헬로티]


OPC는 산업자동화 분야와 자동차, 빌딩 자동화 등과 같은 기타 산업에서 안전하고 안정적이며 플랫폼 독립적인 정보교환을 위해 가장 널리 채택된 상호운용성 표준이다.


ID, Assembly와 같은 EtherNet/IP(CIP) 객체를 OPC UA 정보 모델에 매핑하면 표준 OPC UA 서비스가 벤더 중립적인 방식으로 EtherNet/IP장치의 객체에 액세스할 수 있어야 한다.


이 백서는 주로 다음에 초점을 맞추었다.


• EtherNet/IP 기기용 OPC UA표준 지원방안-구축 시나리오

• 프로세스 자동화 산업 관련 특정 사용 사례

• 본 문서에 열거된 다양한 OPC UA 정보모델과 위의 사용 사례의 매핑 및 비교


EtherNet/IP 장치를 위한 OPC UA 표준 지원/배포시나리오


OPC UA 서비스를 통한 EtherNet/IP 객체의 액세스는 다음 세 가지 시나리오에서 가능하다.


•시나리오 1 : OPC지원 호스트/DCS 시스템(FDT/FDI/PA-DIM)

•시나리오 2 : EDS파일을 이용한 EtherNet/IP OPC UA서버 산업 게이트웨이 또는 HMI/산업 소프트웨어 응용프로그램에 내장

•시나리오 3 : EtherNet/IP기기에 OPC UA Server가 직접 내장됨


프로세스 자동화 산업별 사용 사례


일부 프로세스 자동화 산업별 사용 사례는 아래에 나열된 EtherNet/IP 장치와 관련이 있다.


• 사용 사례 1 : 기기식별

• 사용 사례 2 : 기기상태(NAMURNE107)

• 사용 사례 3 : 프로세스 모니터링 변수

• 사용 사례 4 : 파라미터화

• 사용 사례 5 : 현장장치 교정


백서의 범위


• 시나리오 1 : 위에 나열된 프로세스 자동화 업계별 사용 사례를 매핑 및 비교

 - FDT[Field Device Tool] OPC UA 정보모델

 - FDI[Field Device Integration] 정보모델

 - PA[Process Automation]-DIM[Device Information Model] 프로세스 자동화 장치정보 모델

• 시나리오 2 : 위에 나열된 사용 사례에 대해 EDS 정보를 OPC UA 정보 모델에 매핑할 수 있다.

• 시나리오 3 : EtherNet/IP 장치의 OPC UA 지원에 대한 높은 수준의 이해


참고 : 이 문서는 OP CUA 사양, FDT OPC UA 정보, FDI 정보모델 및 PA-DIM에 대한 사전 지식을 가진 사용자를 위한 것이다.


EtherNet/IP(CIP) 객체를 OPC UA 정보 모델에 매핑


이 섹션에서는 위의 세 가지 시나리오와 프로세스 자동화 산업별 사용 사례에 대해 EtherNet/IP(CIP) 객체를 OPC UA 정보모델에 매핑하는 방법에 대해 설명한다.


시나리오 1. OPC 지원 호스트/DCS 시스템(FDT/FDI/PA-DIM)

OPC UA 지원 FDT/FDI 호스트 또는 DCS 시스템은 아래의 세 가지 정보 모델이다.


• FDT OPC UA 정보 모델을 통해 EtherNet/IP(CIP) 객체를 노출할 수 있다.

• FDI 정보모델

• 프로세스 자동화-장치 정보모델(PA-DIM)


아래 섹션은 위의 세 가지 OPC UA에 대한 높은 수준의 이해 및 비교 기능을 제공한다. 정보모델을 프로세스 산업별 활용 사례에 매핑을 한다.


(1) FDT OPC UA 정보모델에 매핑 된 EtherNet/IP 객체

산업용 사물인터넷(IIoT) 인더스트리4.0 전략의 일환으로 FDT Group과 OPC Foundation은 FDTOPC Information Model Specification 문서에 공동으로 작업을 했다. O P C지원 F D T 프레임/호스트에 연결된 EtherNet/IP 장치는 OPC UA 서비스를 통해 EtherNet/IP 객체에 액세스할 수 있다. FDT 호스트/프레임 시스템의 OPC UA 서비스를 통해 EtherNet/IP(CIP)를 노출하기 위한 추가 구현은 필요하지 않다.


① FDT OPC UA 정보 모델에서 지원되는 활용 사례

다음은 FDT OPC UA Information Model에서 지원되는 사용 사례의 집합이다.


• 목록 토폴로지

• 장치식별

• 파라미터 및 해당 속성 찾아보기

• 장치상태 가져오기

• 장치진단 받기

• 오프라인 파라미터 읽기

• 온라인 데이터 읽기

• 기기 파라미터 쓰기

• (컴퓨터의)회계감사 추적(법)


그림 1. FDT 호스트에 연결된 EtherNet/IP 필드디바이스


그림 1과 같이 EtherNet/IP 필드디바이스는 FDT 호스트/프레임 애플리케이션에서 EtherNet/IP장치 DTM을 나타낸다.


FDT 호스트 애플리케이션은 FDT OPC UA 정보모델을 노출하고 OPC UA 서비스를 통해 EtherNet/IP장치 객체에 액세스할 수 있도록 한다. 일반 또는 FDT인식 OPC UA 클라이언트는 FDT OPC UA 서버에 연결하여 EtherNet/IP장치에 액세스할 수가 있다.


아래 나열된 FDT OPC UA 정보모델에서 EtherNet/IP 필드 장치를 지원하는 데 필요한 구성요소는


• OPC UA 서버를 지원하는 FDT 호스트

• EtherNet/IP통신 DTM

• FDT EtherNet/IP(CIP) 부록 사양문서

• FDT EtherNet/IP장치 DTM 등이다.


(2) FDI(Field Device Integration)에 매핑된 EtherNet/IP객체

FDI 사양은 FDI 일반 프로토콜 확장 사양을 사용하여 EtherNet/IP장치를 지원할 수 있다. FDI 정보모델을 지원하는 FDI 호스트에 연결된 EtherNet/IP장치는 OPC UA 서비스를 통해 EtherNet/IP 장치 객체에 액세스할 수 있다. FDI 정보모델에서 EtherNet/IP장치를 지원하기 위해 추가 구현은 필요하지 않다. 이 주제는 ODVA 2018 연례 컨퍼런스에서 제시된 이전 백서 “EtherNet/IP + FDI = 프로세스 자동화 가치”에서 다루었다.


① 정보모델에서 지원되는 활용 사례


• 자산관리

• EtherNet/IP FDI Device Package에 정의된 모든 방법 지원(예: 레벨 트랜스미터 등에 대한 교정, 장치설정, Echo 곡선)

• EtherNet/IP 장치패키지에 정의된 모든 기능 지원(예: 구성, 경보, 진단, 동향 등)

• 복합기기 기능 지원을 위한 UIP 호스팅

• 오프라인 구성용 업로드/다운로드

• 오딧트레일(Audit Trail)


그림 2. 일반 프로토콜 확장을 지원하는 FDI 호스트에 연결된 EtherNet/IP 장치


그림2와 같이 EtherNet/IP FDI 장치 패키지는 FDI 호스트 시스템의 EtherNet/IP장치를 나타낸다. FDI 서버는 다음을 사용하여 이더넷/IP장치와 통신한다. EtherNet/IPFDI 통신서버 FDI 정보모델에서 EtherNet/IP장치 객체를 표시한다.


모든 일반 OPC UA 클라이언트 또는 FDI 클라이언트 애플리케이션은 FDI서버( OPC UA 서버)에 연결하여 EtherNet/IP 디바이스에 액세스할 수 있다. 다음 나열된 FDI 정보 모델에서 EtherNet/IP 필드장치를 지원하는 데 필요한 구성 요소는


• 범용 프로토콜 확장을 지원하는 FDI 서버

• EtherNet/IP FDI 통신서버

• EtherNet/IP FDI PSD 부록 사양문서

• EtherNet/IP FDI 장치 패키지


(3) PA-DIM에 매핑 된 EtherNet/IP 객체

화학, 석유 및 가스, 제약, 식품과 같은 공정산업(Process Industry)에서 주로 사용되는 장치와 식음료, 발전, 물 및 폐수 등의 분야에는 프로세스 자동화가 적용되고 있다.


이들 장치들에는 유량, 밀도, 레벨, 온도 등과 같은 측정장치와 밸브, 액추에이터 및 포지셔너와 같은 제어장치가 포함이 된다. 이런 장치의 효과적인 시운전, 작동과 유지보수를 위해 장치의 공통적인 매개변수 및 기능 세트에 접근할 필요가 있다. 이 정보는 이런 장치의 구매단계 중에도 필요할 수가 있다.


공통 데이터 사전(CDD) – IEC 61987 및 eCl@ass와 같은 IEC 표준은 표준 고유식별 자를 사용하여 장치의 매개변수를 식별하는 고유한 방법을 가지고 있다. 단, 통신 프로토콜과는 무관하게 기기의 전체 수명주기를 관리하기 위해서 정보모델이 필요하다. OPC Foundation과 FieldComm Group은 PA-DIM 사양문서를 공동으로 작성하고 있다.


① PA-DIM에서 지원되는 사용 사례

PA-DIM의 첫 번째 릴리스는 주로 압력, 온도, 유량, 레벨, 밀도, 제어 액추에이터/포지셔너 장치의 NAMUR 장치코어 파라미터 NE131 및 NAMUR OPEN 아키텍처(NOA) 사용 사례에 초점을 다음과 같이 맞춘다.


• 식별

• 진단

• 프로세스 값

• 구성


그림 3. PA-DIM 서버에 연결된 EtherNet/IP 장치


그림 3과 같이 EtherNet/IP장치는 EtherNet/IP FDI 통신서버를 사용하여 FDI 서버에 연결한다. FDI 서버는 PA-DIM 서버를 표시한다. EtherNet/IP 필드디바이스를 나타내는 EtherNet/IPFDI 장치패키지는 SIMANIT_MAP 정보를 지원한다. PA-DIM 서버는 EtherNet/IP 장치정보를 표시한다. 모든 일반 OPC UA 클라이언트는 PA-DIM 서버에 연결하여 액세스할 수 있다.


표 1. FDTOPCUA 정보모델, FDI 정보모델, PA-DIM 비교


아래 나열된 PA-DIM 서버에서 EtherNet/IP 필드장치를 지원하는 데 필요한 구성요소는 다음을 참조한다.


• 범용 프로토콜 확장을 지원하는 FDI 서버

• EtherNet/IP FDI 통신서버

• EtherNet/IP FDI PSD Annex 사양문서

• 시맨틱_맵을 지원하는 EtherNet/IP 장치패키지


(4) FDT OPC UA 정보모델, FDI 정보모델 및 PA-DIM 비교

FDTOPCUA 정보모델, FDI 정보모델, PA-DIM 비교는 표 1과 같다.


조익영, ODVA Activity Manager

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