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[연재] 이더넷-APL 길라잡이

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이더넷-APL 길라잡이를 이번 호부터 게재코자 한다. ‘길라잡이’는 순수한 우리말로 인터넷 사전에서 길라잡이의 중심 의미를 찾아보니 “길이란 사람이나 교통수단이 다닐 수 있도록 만들어진 곳”이라고 설명 되어 있고, 오늘날 길은 “부모의 길을 걷다(도리)”, “돈 버는 길이 막막하다(방법, 수단)”, “사업의 길을 걷다(분야, 방면)”, “살아 온 길을 후회하지 않는다(역사, 이력”, “인간 해방의 길로 가자(목표, 방향)” 따위에서 여러 주변의 의미로 쓰인다고 했다. 따라서 길라잡이는 중심 의미로서의 길뿐만 아니라 방향을 잡아나가는데 도움이 되는 사물, 어떤 목적을 실현하도록 이끌어 주는 지침을 두루 이르는 말이다.

 

이더넷-APL은 PROCESS계장표준으로 세계 전문 표준개발기구 4곳과 12개의 국제 자동화 메이커에서 합의하여 IEC/IEEE 등의 국제표준기관에서 공인된 새로 나온 신기술이므로, 자세한 설명과 해설이 필요하고 이 기술의 핵심 요체를 설명하는데 자세한 안내가 필요하므로 ‘이더넷-APL 길라잡이’라는 이름이 딱 맞을 것 같기에 그 이름을 붙여 10~12회 정도로 내용을 안내 하고자 작명을 하여, 이번 호부터 연재하기로 했다.

 

 

이더넷-APL이란 용어부터 파악을 해 보기로 하자. 이더넷-APL이란 ‘Ethernet-Advanced Physical Layer’의 약어인 이더넷(Ethernet)-에이피엘(APL)로 단순한 해석은 ‘고급물리계층’이라는 의미이다. 조금 더 자세히 설명 한다면 고급사양이 가미된 물리계층인데 IEC의 OSI(Open System Interconnections Reference Model) 7Layer중 새로 편입한 통신 프로토콜로 PROCESS계장 분야에서 기존의 Analog신호체계인 공기 식[0.2~1.0kg/cm2], 전기 식[4~20mA]신호를 클라우드(Cloud)/산업사물인터넷(IIoT)/디지털트랜스포메이션(DX) 등이 가능한 이더넷으로 디지털화한 국제단일 PROCESS계장표준이다.

 

이더넷-APL프로토콜은 802.3cg(10 BASE-T1L)이며, 2020년 2월 5일 IEEE가 발표하였다. IEC 61158-2 표준은 2014년 7월 17일에 IEC에 의해 발표되었으며, IEC TS 60079-47 역시 2-WISE(2선(Wire)본질안전(IS)Ethernet의 약자) 표준이며 IEC가 발표했다.

 

이더넷-APL은 폭발위험이 있는 지역에서 사용할 수 있으며 최대 1,000m까지의 장거리를 10Mbps의 고속으로 연결되는 이더넷 배선이다. 이들 관련 3개의 표준 중 2개의 선으로 마든 SPE통신선으로 방폭을 충분히 커버하는 표준인 IEC TS 60079-47 표준이 중요하며, 방폭 개념이 들어 있기에 이 표준이 PROCESS계장표준이 될 수 있어 전 세계가 다 같이 사용하게 되며 이더넷-APL 기술사양과 엔지니어링 지침은 2021년 6월 15일 apl.org가 발표했다.

 

ODVA는 2022년 11월 23일부터 Ethernet-APL 국제 인증을 시작했다. 어떤 벤더라도 이더넷-APL 사양에 맞추어 회로를 설계하여 인증을 받으면 이더넷-APL 계측기기 메이커로 공인 될 기반도 만들어 놓은 셈이다. 2023년부터 공식적으로 제품을 출하하기로 정하고 이더넷-APL은 프로세스 기술 애플리케이션을 사용하여 기존의 4개 또는 8개의 전선이 필요했던 기술을 단순히 2개의 선(1선=이더넷(-)선, 1선=직류전압배선(+))을 사용 해 이더넷 데이터를 고속 통신으로 전송할 수가 있게 만들었다. 기존의 느린 통신 속도를 획기적으로 빠른 통신방식으로 대체함으로써 매우 효율적인 방식이 된 것이다.

 

이더넷-APL은 결국 SPE(Single Pair Ethernet)선으로 설명이 되는데 이것은 이더넷-APL의 핵심기술이며 한글로는 단일 쌍 이더넷이라고도 표기한다. 사실은 이미 PLC를 통해 자동화에 많이 쓰는 (“A” Type) 산업용 인터넷 배선을 사용하는 것인데, 이미 사용하던 기존의 (“A” Type) 배선은 길이가 최대 700m이나, APL 배선은 길이에서 차이가 나는데, 길이가 300m가 늘어난 최대 1,000m인 점이 기존의 (“A” Type) 배선과 구별되는 점이다.

 

이 배선은 기존의 필드버스 배선이나 4~20mA+Hart 배선과는 달리 게이트웨이가 전혀 필요 없다는 점이 차이점이다. 그리고 기존에 사용하던 방식들을 없애는 방향이 아니라 그대로 보전하며, 배선도 그대로 사용할 수 있도록 통신의 호환성을 배려하며 개발되었다. 이더넷-APL을 기존 시스템과 호환이 되도록 PLC 등 자동화 분야에서 현재 사용하고 있는 필드버스 배선이나 산업용 통신망에서 사용하는 700m용 (“A”Type) 배선이 사용 가능하도록 배려했다. 아울러 클라우드(Cloud)/산업사물인터넷(IIoT)/디지털트랜스포메이션(DX) 등이 가능하게 만들어 기존 기능과 호환이 되면서도 차별화된 새로운 개념의 고급사양을 갖는 물리계층이라고 말할 수 있으며 본 길라잡이에서 그 내용을 자세히 설명할 것이다.

 

이 기술은 향후 이더넷이 소멸되는 날까지 이더넷과 함께 발전해나갈 새로운 기술이며, 이 기술의 개발을 위해 세계 4대 SDO(Standard Development Organization)인 ODVA, OPC FOUNDATION, PI(PROFIBUS & PROFINET International), FieldComm Group이 공동협력을 하였고, 12개 세계 자동화 기업인 SIEMENS, ABB, Rockwell Automation, EMERSON, ENDRESS+HAUSER, YOKOGAWA, PHOENIXCONTACT, VEGA, STHAL, SAMSON, KROHNE, PEPPERL+FUCHS가 협력을 하여 만든 우수한 국제표준기술이라고 보면 된다.

 

관리 요약 : 이더넷-APL의 범위

 

이 장에서는 문서의 개념과 대상 사용자에 대해 이해를 돕기 위해서 독자에게 제1장으로 시작 하는 진입점이 바로 이곳 이라는 점을 알린다.

 

1. 관리의 요약

이 문서는 이더넷 고급물리계층인 이더넷-APL의 네트워크 기술을 사용하는 사용자를 지원하기 위해 만든 것이다. 이더넷-APL은 온도/압력/유량/레벨 프로세스 계장 장치에 통신과 전원을 둘 다 제공하는 소위 2선식 이더넷 기술을 사용한다. 물리계층으로 엄격하게 정의된 이더넷-APL은 실시간 기능이 포함된 모든 이더넷 기반 프로토콜을 지원한다. 따라서 FieldComm Group, ODVA Inc, OPC Foundation 및 PROFIBUS & PROFINET International(PI)은 APL 기술개발과 본 문서의 설계에 공동협력을 하기로 했다.

 

첫 번째 섹션에서는 이더넷 APL에 대한 계획작업을 수행해야 하는 개인에 대해서 설명코자 한다. 다음 장에서는 설치(installation), 본딩(bonding/전기·전자 보호용) 및 차폐(shielding)와 네트워크 커미셔닝(network commissioning)의 첫 번째 단계인 설치의 수용 테스트에 대해 설명코자 한다.

 

이 문서는 여러 조직의 구성원들이 작성을 했기 때문에 특정 이더넷 프로토콜을 참조하지는 않는다. 만약 구체적인 프로토콜이 언급된다면, 그것은 이해를 위한 것이다. 독자는 이름이나 이름 순서에서 어떤 선호도를 도출해서도 안 된다. 이 문서에서는 서로 다른 대상 그룹을 다루므로 필요에 따라서는 독자의 관심에 따라 섹션별로 읽을 수가 있다. 다음 장에서는 어떤 장이 대상 고객과 관련이 있는지에 대한 지침을 제공한다고 보면 된다.

 

2. 문서의 범위 및 대상 독자

이 문서에서는 이더넷-APL(Ethernet-Advanced Physical Layer)을 사용한 이더넷 네트워크의 계획, 프로세스 설치, 프로세스 및 수용 테스트를 다룬다. 세 가지 활동 중 하나에 관련된 사람은 이 문서의 각 장에서 정보를 찾을 수가 있다. 표 1은 문서의 주요 목표와 대상 독자에 대한 개요를 제공한다.

 

 

이더넷-APL 포트 프로파일 사양(APS 2021)은 추가적인 기술 정보를 제공한다. 자세한 기술정보에 관심이 있는 사용자는 이 문서를 읽어보기 바란다. 본질안전을 위한 APL 개념((2-WISE=Wire) Intrinsic Safety Ethernet)에 관심이 있는 유저는 IEC 60079-47 표준을 따로 참조하기 바란다.

 

3. 문구

이 문서에서는 다음과 같은 용어를 사용하여 조치가 강제적인지의 여부를 나타낸다.

 

· Shall : 단어 “must”, “should” 또는 “required”는 절대적인 필수 요건을 나타낸다.

· Should : 단어 “should” 또는 “recommended”는 적절한 원인/이유가 주어지면 무시할 수 있는 요구사항을 나타낸다. 그러나 요구사항을 무시한 결과는 이에 앞서 충분히 이해되고 정당화되어야 한다.

· May : “가능” 또는 “선택적”이라는 단어는 완전히 선택적이며 구현의 재량에 따라 지원될 수 있는 요구사항을 식별한다. 읽기 쉽도록 이 문서의 나머지 부분에서는 “이더넷-APL” 대신 “APL”이라는 단어를 사용할 예정이다.

 

4. 안전에 관한 힌트

이 문서에는 안전 관련 정보가 포함되어 있다. 이 정보는 그림 1에 표시된 기호로 표시된다. 가령 발전소 및 발전소에서 작업하는 직원의 안전을 보장하기 위해서는 안전관련 정보를 따라야 한다.

 

계획 및 설치 작업을 수행할 때는 다음과 같은 안전 힌트를 준수해야 한다. 폭발성이 존재하는 대기가 있는 지역에서 사용할 경우 전기 장비를 인증해야 가능할 수가 있다. 자세한 내용은 방폭 전문가 또는 공급업체에 문의를 바란다. (이더넷-APL 엔지니어링 가이드라인 Karl-Heinz Niemann | 버전 1.14 | 19. 2022년 9월 13일)

 

폭발지역에 전기 장비 설치 계획과 전기 장비 설치 계획에는 자격을 갖춘 계전 기술자가 이를 시행해야 한다. 또 현장에 맞는 규격이 적용되어야 한다.

 

이 문서에서는 APL에 대한 특별한 계획 측면만 설명한다. 방폭 설치에 대한 전체 계획 범위는 표시되지 않는다.

 

사용되는 APL 장치는 의도된 위험지역에서 사용할 수 있도록 인증이 되어야 한다. 방폭 인증서 제조업체 선언을 사용할 수 있어야 하며 계획 프로세스 중에 확인을 해야 한다. 위험지역의 위험 분석을 실행하고 이를 문서화해야 한다.

 

국가 법률에 따른 계획 과정에서. 본딩 시스템 계획은 프로세스 중에 설치를 수행하는 국가에서 적용되는 규칙과 규정을 준수해야 한다.

 

폭발성 분위기 존재하는 지역에서 양쪽 끝의 케이블 실드를 접지하는 것은 회로의 각 끝 사이에 전위 균등이 존재하는 것이 크게 보장되는 경우에만 허용이 된다. 다음에서 방폭/비유도형의 설치재료를 사용해 메시본딩 네트워크(meshed bonding network)와 결합하는 것은 이를 시행하기 위한 좋은 기술 기반이라 할 수 있다.

 

설치 프로세스 중에 설치를 수행하는 국가에서 적용되는 규칙 및 규정을 준수한다. 특히 폭발적인 대기가 존재하는 환경에서 설치할 경우 IEC 60079-14 또는 해당지역 규칙 및 규정의 요건을 준수해야 한다.

설치하는 동안에 데이터 및 전원 케이블에 대한 문제는 해당 국가 안전 및 설치 규정을 준수해야 한다. 이 지침서에 제공된 사양은 해당 IEC 표준에 기초를 한다.

 

소개

 

이 문서에서는 이더넷-APL 시스템의 엔지니어링 프로세스를 설명한다. 이더넷-APL은 IEEE 및 IEC 표준을 기반으로 하며 현장에 2선 이더넷-APL 연결을 제공한다. 이더넷-APL은 주로 현장장치(온도/압력/유량/레벨센서 및 액추에이터)를 제어네트워크에 연결하기 위한 기술이다. 2-와이어 연결은 10Mbit/s 이더넷 통신과 장치전원을 제공한다. 이더넷-APL은 폭발성이 존재하는 대기 환경에서 작동하도록 설계가 되어있다. 이 문서는 이더넷-APL의 계획, 설치 및 시운전 프로세스에 대한 지침을 제공한다.

 

1. 서문

이 문서는 이더넷-APL 기술(3장)에 대한 간략한 소개로 시작된다. 이 문서는 계획 프로세스(4장 참조)에서 일반적인 사용사례와 설치프로세스(6장)에서 일반적인 작업에 대해 설명한다.

 

본 문서는 이더넷-APL 네트워크의 수용 테스트(7장)와 기능접합 및 차폐(5장)의 전자기 호환성에 대해 계속 설명한다. 기존 필드버스 기술의 사용자는 8장에서 마이그레이션[이동]정보를 찾을 수 있다. 독자가 다음과 같은 경우 설치와 같은 한 가지 특별한 측면에만 관심이 있다면 각 장으로 바로 이동하기 바란다. 이 문서는 이전 장을 검토할 필요 없이 각 장으로 직접 이동할 수 있도록 하기 위한 것이다.

 

이 문서의 정보는 가능한 한 간략하고 이해하기 쉽게 표시된다. 그럼에도 불구하고 사용자들은 폭발성 분위기와 EMC, 접지 및 차폐와 관련된 기본적인 계획을 가지고 있는 영역에서 이더넷 및 산업 이더넷 기술, 전기 엔지니어링, 네트워크 기술, 계획 및 설치에 대한 기본 지식을 가지고 있다고 가정한다. 이 지침은 이더넷-APL 부록으로 작성된 것이 아니다. 위의 각 프로토콜 계층과 함께 이더넷-APL 애플리케이션에 대한 자세한정보가 필요한 경우 각 SDO(Standard Development Organization)에서 발행한 해당문서 또는 이와 유사한 기술문서를 사용한다.

 

2. 책임 배재

이더넷-APL 프로젝트(FieldComm Group, ODVA Inc, OPC Foundation, PROFIBUS 및 PROFINET International) 내에서 협력하는 표준개발조직(SDO)은 본 문서를 작성하는 데 최대한 주의를 기울였으며 모든 정보를 수집했다. 그럼에도 불구하고 이 문서는 현재의 지식을 기반으로 하며, 유용한 특성을 가지고 있고, 책임 배제에 근거하여 제공된다. 따라서 본 문서는 향후 참조 없이 변경, 개선 또는 수정될 수 있다.

 

협력표준 개발조직(SDO)은 결함에 대한 보증 및 특정 사용 속성의 보장을 포함하여 본 문서에 대한 모든 유형의 계약 또는 법적 책임을 명시적으로 거부한다. 어떠한 경우에도 협력 표준 개발 조직(SDO)은 본 문서의 결함, 오류 또는 누락으로 인한 손실 또는 손상에 대해 책임을 지지 않는다.

 

<다음 호에 계속>



















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