I/O용 이더넷 추가:산업 자동화 설계를 위해 알아야 할 장단점

산업용 입출력(I/ O) 장치는 많은 현대 기계 및 더 나아가 산업 플랜트의 중추 신경계를 구성합니다. 지난 10년 동안 이더넷을 물리 계층으로 사용하는 것은 필드버스 I/O 장치를 위한 산업 자동화 설계에서 가장 중요한 발전 중 하나였습니다.

Modern EtherNet/IP(Ethernet Industrial Protocol)는 기존 이더넷과 산업 자동화를 목표로 하는 산업용 애플리케이션 레이어 프로토콜을 결합합니다. 두 가지 주요 문제가 있는 기존 IEEE의 단점을 극복하기 위해 만들어졌습니다.

기존 IEEE는 현대 자동화와 관련된 모든 복잡하고 데이터가 많은 프로세스를 처리하는 데 적합하지 않았습니다. I/O 유지 관리 및 사용을 어렵게 만들 수 있는 다양한 표준을 사용합니다.
과거에 필드버스 조직은 커넥터, 프로토콜 및 스택에 대한 자체 표준을 만들었습니다. 이제 물리적 계층은 산업, 사무실 및 소비자 환경을 위한 이더넷 표준을 설정하는 광범위한 국제 표준 조직에서 처리할 수 있습니다.

이더넷을 통해 I/O 장치를 연결하여 원격으로 데이터를 수집 및 분석하고 상태를 모니터링함으로써 많은 플랜트에서 안정성, 일관성 및 효율성을 개선할 수 있습니다. 그리고 I/O 이더넷은 앞으로 라인과 자동화 프로세스를 업그레이드하려는 플랜트에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

그러나 모든 기술과 마찬가지로 산업 자동화 설계 환경에 이더넷을 추가하는 데에는 장단점이 있습니다. 생산 개선을 모색할 때 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 되도록 아래에 I/O 이더넷의 주요 사항을 요약했습니다.

장점
단점
이더넷과 기타 옵션
모범 사례

I/O용 이더넷의 장점

이더넷을 사용하는 네트워크 I/O는 향상된 성능, 유연한 토폴로지, 단순한 구성 및 기타 다양한 이점을 제공합니다.

더 빠른 처리 – 이더넷 I/O를 사용하면 밀리초 이내에 실시간 업데이트를 실행할 수 있습니다. 처리 속도가 빨라지면 데이터 집약적인 산업 자동화를 위한 중요한 구성 요소인 데이터 수집 및 분석의 효율성이 높아집니다.
산업 자동화 설계를 위한 표준화된 개방형 통신 프로토콜 – 이더넷은 EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP, Powerlink 등과 같은 오픈 소스 표준 프로토콜과 함께 사용됩니다. 그리고 이들 모두는 I/O 네트워크의 드라이브, 인코더 및 산업용 제어 장치와 같은 많은 장치에 쉽게 인터페이스할 수 있습니다. 필드버스가 더 개방적이고 이더넷과 같은 알려진 물리적 기술에 의존함에 따라 I/O 네트워크 업데이트 속도는 제어 시스템의 실시간 이벤트와 보조를 맞출 수 있을 정도로 증가했습니다.
구리 감소 — 비용 절감 – 이전 IEEE 네트워킹에는 산업용 장치에 상당한 양의 구리 배선이 필요했습니다. 그러나 오늘날 I/O 장치를 컨트롤러에 연결하려면 I/O 네트워크 연결, 제어 전원 및 고에너지 장치의 경우 3상 전원만 있으면 됩니다. 이것은 접지 루프와 구리선의 혼란을 제거합니다. 대신 하나의 표준 케이블로 컨트롤러를 컨트롤러에서 멀리 떨어져 배포할 수 있는 산업용 운영 체제에 연결합니다.
플랫폼 노후화 방지 – 이더넷은 존재하는 거의 모든 하드웨어 플랫폼에서 사용할 수 있기 때문에 어느 한 제조업체나 장비 등급에 얽매이지 않습니다. 가까운 미래에도 계속 작동하여 연결성에 대한 미래 보장형 투자를 제공하고 장기적인 보안을 강화하는 이점도 있습니다.
신뢰성 – 이더넷 I/O는 태양광 발전소, 석유 및 가스 정제소, 철도, 풍력 발전소 및 해양 시설과 같은 열악한 환경에서도 안정적으로 작동합니다. 이더넷 I/O를 사용하는 산업 자동화 설계는 생산 환경의 까다로운 요구 사항을 충족할 가능성이 높습니다.
공통의 인증된 표준 및 광범위한 공급업체 지원 – 산업용 이더넷은 기존 이더넷의 전송 및 제어 프로토콜과 기성 이더넷 인터페이스 카드에서 볼 수 있는 미디어 액세스 및 신호 기술을 사용합니다. EtherNet/IP 테스트 랩에서 장치를 인증, 테스트 및 승인하여 품질과 일관성을 보장하는 동시에 장비 사용에 큰 유연성을 제공하는 강력하고 인증 가능한 표준입니다. EtherNet/IP의 핵심은 ControlNet, DeviceNet 및 CompoNet에서 사용되는 CIP(Control and Information Protocol)입니다. 이 표준은 액세스, 개체 동작 및 확장을 정의하는 개체 모음으로 네트워크 장치를 구성합니다. 이를 통해 공통 메커니즘을 사용하여 광범위한 기기에 액세스할 수 있으며, 모든 산업에서 이더넷을 사용하는 널리 사용되는 표준이기 때문에 거의 모든 유형의 I/O 기기에 대한 광범위한 공급업체 지원이 있습니다.
간단하고 빠른 설정 – 이더넷은 안전, 필드버스, 프로그래밍 감소 또는 웹 서버 등 생산자에게 더 많은 옵션을 제공합니다. 이를 통해 플랜트는 프로토콜 간에 이동하거나 처음으로 간단한 플러그인 방식으로 필드버스를 구현할 수 있습니다. 많은 제품이 마스터 프로토콜을 자동으로 인식하므로 자체 구성됩니다.
기타 혜택 – I/O용 이더넷을 사용한 산업 자동화 설계의 몇 가지 추가적인 사소한 이점은 다음과 같습니다. 네트워킹 및 스토리지 I/O를 위한 단일(또는 고가용성을 위한 쌍) 상호 연결. 전력 감소, 보다 효율적인 냉각 및 바닥 공간 사용, 보다 지속 가능한 공장 환경; 서버 성능 향상, PCI 및 메자닌 슬롯 최대화 고성능 및 클러스터된 애플리케이션 요구 사항을 처리하기 위해 I/O 용량 확장이 향상되었습니다.

I/O용 이더넷 추가의 단점

이더넷 I/O의 이점을 광범위하게 다루었으므로 이제 가장 큰 몇 가지 단점에 대해 논의하겠습니다.

대역폭 제한 – 이더넷 I/O는 대역폭이 제한되어 있습니다. 많은 PLC는 약 500바이트의 패킷 크기만 이동할 수 있으며, 이는 때때로 상당한 장애물이 되어 잠재적으로 작업 속도를 저하시킬 수 있습니다.
처리가 TCP/IP 계층에 의해 소모됨 – EtherNet/IP는 TCP/IP 패킷 내부에서 전송되는 애플리케이션 계층 프로토콜입니다. 즉, 상당한 프로세서 대역폭이 TCP/IP 계층 처리에 사용되어 다시 성능이 저하됩니다.
정보 모델링 없음 – 이더넷에는 진정한 정보 모델링이 없습니다. 속성이 있는 개체를 만들 수 있지만 개체를 어떤 종류의 계층 구조에도 연결할 수는 없습니다. 이로 인해 산업 자동화 설계의 실제 구현에서 몇 가지 문제가 발생할 수 있습니다.
장비 변형 – 특정 컨트롤러의 이더넷에는 기능이 제한되어 있으므로 최상의 장비를 선택하는 데 여전히 주의를 기울여야 합니다.
압도적인 – 많은 경우 이더넷은 개별 제어 애플리케이션에 가장 잘 사용됩니다. 프로세스 제어, 시나리오에서 작동할 수 있지만 불필요하게 너무 많은 예산을 소모하는 과도한 솔루션이 될 수 있습니다. 경우에 따라 보다 실용적이고 비용이 적게 드는 솔루션이 존재합니다.
진단 – 일반 진단은 모든 이더넷 장치에 내장되어 있지 않습니다. 각 기기에는 자체 맞춤형 진단이 설계 및 구현되어야 할 수 있으며, 이는 상당한 시간이 소요될 수 있습니다.

이더넷과 다른 기술의 비교

속성	I/O 전략
속성	호스트 거주자	RS-232	RS-485/422	이더넷
접지 루프 허용 오차	나쁨	공정	공정	훌륭합니다
표준화된 ISO 프로토콜 계층	없음	레이어 1	레이어 1	레이어 1-3
통신 데이터 속도	훌륭합니다	115Kbps	10Mbps	10-1000Mbps
플랫폼 기대 수명	나쁨	좋음	좋음	좋음
확장성	나쁨	나쁨	공정	훌륭합니다
표준화된 커넥터	없음	DB9 또는 DB25	없음	RJ-45
호스트 컴퓨터의 케이블 혼잡	나쁨	공정	좋음	좋음
호스트-I/O 시스템 거리	나쁨	공정	훌륭합니다	훌륭합니다

알아야 할 중요한 사항

이더넷 I/O로 전환할 때 올바른 종류의 이더넷을 얻기 위해 다양한 기능을 평가하는 것이 중요합니다. 다음 이더넷 IOS 아키텍처를 고려하십시오.

모듈 시스템당 이더넷
모듈 캐리어 시스템
스타 클러스터 시스템

필수 기능

아키텍처 외에도 모든 이더넷 IOS에는 평가해야 하는 중요한 기능 기능이 있습니다. 모든 산업용 IOS는 다음과 같은 공통 기능에 대해 일정 수준의 지원을 제공해야 합니다.

전력 모니터링
배전
인터록 지원
환경 보호

도와드릴 수 있습니다

이더넷 프로토콜의 선택은 많은 요인에 따라 달라집니다. 그러나 대부분의 경우 시설에 사용되는 PLC와 고객 요구가 결정을 주도합니다. Siemens를 사용하는 경우 Profibus DP 또는 ProfiNet IO가 최선의 옵션일 수 있습니다. Rockwell ControlLogix 또는 CompactLogix를 사용하는 경우 EtherNet/IP 또는 DeviceNet이 최선의 선택입니다. 애플리케이션 요구 사항과 현재 인프라가 의사 결정을 주도할 것입니다.

EPIC에서 우리는 광범위한 시스템과 기술에 대한 깊은 전문 지식을 보유하고 있으며 전 세계 공장을 도왔습니다. 플랜트 산업 자동화 설계를 위한 최고의 기술을 선택하는 데 전문가의 도움이 필요하시면 저희가 도와드리겠습니다.

도움이 필요하면 여기로 연락하거나 314-714-1580으로 전화하십시오.

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