[글 ODVA Steve Fales 이사] EtherNet/IP가 검증된 이산형 프로세스 자동화 네트워크로 빠르게 진화하고 있다. 표준 이더넷을 기반으로 한 리소스로, 고도로 표준화돼 있어 IT 친화적으로 진화중인 프로토콜이다. 자동화는 물론 수정되지 않은 IEEE의 802.3 프로토콜을 사용하고 있다. EtherNet/IP는 최근 가장 까다롭다는 제어계측 응용 프로그램에서 탁월한 성능을 발휘하도록 재설계됐으며, 프로세스계장까지도 가능한 프로토콜로 진화중이다. TCP/IP 및 상용적인 기존 하드웨어를 활용하고, 현재 진행 중인 OPC UA Companion 사양을 통해 공장 현장에서 클라우드로 연결을 가능케 한 가장 진보된 프로토콜 중 하나가 됐다. 현재 EtherNet/IP는 전세계에 가장 많이 보급되고 있고, PROFINET과 공급량 측면에서는 거의 동일한 비율을 보이고 있다.

ODVA는 EtherNet/IP를 프로세스 산업 요구사항의 전체 스펙트럼에 계속 적용하고 있다. [사진=gettyimage]

EtherNet/IP, 60802 TSN 지원

차세대 네트워크로 TSN(Time Sensitive Networking) 표준이 적용되고 있는 가운데, ODVA는 TSN에 대해 EtherNet/IP 규격은 사소한 변경 및 이전 버전과의 호환성 변경만 예상하고 있다. EtherNet/IP는 표준 이더넷 데이터 링크 계층과 그 위에 표준 IETF를 정의, TCP/IP/UDP 계층을 사용해 설계됐다. EtherNet/IP 용 TSN[Time Sensitive Networking]은 IEEE 802.1Q-2018(개정), IEEE802.1CB 및 IEC/IEEE 60802 표준에 의해 구동돼 상호운용성을 극대화한다.

최종 사용자는 TSN 애플리케이션 프로파일을 기본적으로 구현하거나 게이트웨이를 활용해 TSN 네트워크를 통한 통합통신을 가능하게 할 수 있다. 기존의 EtherNet/IP 장치도 서비스 품질이 저하될 수 있으나 TSN 네트워크와 연동할 수 있다. 새로운 CIP(Common Industrial Protocole) 애플리케이션 프로파일을 사용하면 60802 활성화 TSN이 EtherNet/IP에 대한 옵션이 된다. EtherNet/IP는 현재 사용자가 CIP Motion을 비롯한 현재 투자를 활용할 수 있도록 TSN에서 실행되는 핵심 네트워크다. 또한 신규 사용자는 주요 IEEE 이더넷 표준을 철저히 준수하고 상용화 기술을 최대한 활용하며 UDP와 IP 기술을 사용하는 등 EtherNet/IP의 낮은 오버헤드 특성을 활용할 수 있다. 60802 TSN 규격의 1차 개정판은 2023년 말 시장에 출시될 예정이며, EtherNet/IP는 60802 TSN 규격 출시 후 상용화되는 즉시 상호 운용 가능한 TSN 호환 규격을 출시할 예정이다.

EtherNet-APL로 확장된 EtherNet/IP 네트워크

Ethernet-APL은 프로세스 업계의 요구사항을 충족하는 10BASE-T1L(IEEE 802.3cg-2019), Single Pair Ethernet의 본질안전 2선으로 확장기능을 보유하고 있다. 즉 동축케이블 1가닥에, 가느다란 트위스티드 페어 선 두 가닥으로 구성하는 Single Pair Ethernet이 된다. 이더넷-APL 장점은 우선 속도면에서 최대 10Mbit/s의 고속통신이다. Ethernet-APL 물리계층은 위험한 위치와 큰 지리적 설치공간을 가진 프로세스계장 설비를 갖는 공장에서 현장 수준에 맞춰 빠르고 높은 대역폭의 이더넷 문제를 해결해 준다.

NAMUR/HART/IO-Link와 이더넷-APL구성도 [자료=ODVA]

EtherNet/IP 프로세스에 대한 지속적인 적응

ODVA는 EtherNet/IP를 프로세스 산업 요구사항의 전체 스펙트럼에 계속 적용하고 있다. HART 장치, NAMUR NE 107 프로세스 진단, IO-Link, Ethernet-APL, EtherNet/IP는 HART 장치에 이미 통합돼 있고 NAMURNE 107 진단이 추가됨에 따라 공정산업의 요구사항에 적응하는데 상당한 진전을 보이고 있다. ODVA는 앞으로도 현장장치 및 포괄적인 장치 구성 방법에 대한 프로파일을 지속적으로 추진할 예정이다. EtherNet/IP를 사용하면 NAMURNE 107 진단 정보를 작업자의 검토를 위해 DCS로 쉽게 전송하거나 예측 유지보수를 위해 에지 장치 매핑으로 쉽게 전송할 수 있다.

IO-Link to CIP 연결은 다음과 같은 가치를 제공한다. 엔지니어링 작업감소에 더 이상 최종사용자 데이터변환이 불필요하다. 또 수정되지 않은 IEC IO-Link 사양사용 표준을 계속 사용할 수 있다. Ethernet-APL은 공정상 EtherNet/IP를 가능하게 하는 매우 중요한 도구가 될 것이다. Ethernet-APL은 1,000m까지의 두 개의 유선 케이블 길이, 기존 인프라의 재사용 및 위험지역에서의 사용을 가능하게 해 공정산업을 Ethernet에 완전히 개방할 예정이다.

10BASE-T1L 단일 쌍 이더넷, 본질적인 안전 보호 및 유형 A 필드버스 케이블의 조합을 통해 이더넷-APL을 위험 지역에 있는 대규모 프로세스 플랜트 내에서 사용할 수 있다. 특히 최대 1,000m의 케이블을 통한 전력공급 최대 10Mbit/s의 속도로 프로세스 플랜트 분야의 이더넷을 현실화한다. 기존의 4~20mA 및 필드버스 솔루션에 비해 속도가 빨라지면 몇분 몇초가 아쉬운 시운전에 특히 유용하며, 대역폭이 늘어나면 공장 전반에 걸쳐 더 뛰어난 진단 및 예측 모니터링이 가능해진다.

EtherNet/IP 통신망 이더넷-APL로 확장

EtherNet/IP에는 CIP Safety를 통한 기능적 안전, CIP Security를 통한 장치방어, CIP Sync와의 시간동기화, 병렬 이중화 프로토콜(PRP) 및 DLR(Device Level Ring)을 통한 내결함성 이중화 등이 포함된다. EtherNet/IP를 사용하면 네트워크 및 장치상태 모니터링이 가능하며, 보안 및 안전을 기본으로 하며, 프로세스 자동화 시 원격장치 구성이 가능하다.

EtherNet/IP를 지원하는 최초의 Ethernet-APL 인프라스트럭처 및 현장장치는 적합성 테스트 인증 프로세스가 완료됨에 따라 ODVA가 곧 출시할 예정이다. EtherNet/IP는 프로세스 자동화 내에서 핵심적인 안전, 보안 및 이중화 요구를 충족 시키도록 설계됐으며. EtherNet/IP 물리계층은 IEC 61508 및 ISA/IEC 62443과 같은 표준을 각각 활용하는 애플리케이션 레이어 CIP Safety 및 CIP Security의 전송을 가능하게 한다. 이중화는 병렬 이중화 프로토콜 및 디바이스 레벨링을 통해 가능하다. EtherNet/IP는 주요 공정변수와 진단을 공장과 그 너머로 전송해 네트워크 및 기기 상태 모니터링을 가능하게 하고, 원격으로 기기를 구성하는 것도 가능하게 해 귀중한 시간을 절약할 수 있다.

[최종윤 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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