산업용 EtherNet/IPTM 4.0 및 IIoT

EtherNet/IPTM는 검증된 이산형 프로세스 자동화 네트워크로 빠르게 진화하고 있으며, 객체 지향적이고, 멀티 벤더들의 상호 운용성을 보유한 기술이다. 또 EtherNet/IPTM은 표준 이더넷을 기반으로 한 리소스이며, 고도로 표준화되어 IT 친화적으로 진화 중인 프로토콜이다. EtherNet/IPTM는 자동화는 물론 수정되지 않은 IEEE의 802.3 프로토콜을 사용한다. 최근 가장 까다롭다는 제어·계측 응용 프로그램에서 탁월한 성능을 발휘하도록 재설계되었으며, 프로세스 계장까지도 가능한 프로토콜로 진화 중이다.

TCP/IP 및 상용 기성품의 하드웨어를 활용하고 HTTP, FTP, SNMP 및 DHCP를 진행 중인 OPC UA Companion 사양을 통해 MQTT를 플랫폼으로 하고, 공장 현장에서 클라우드로 연결을 가능케 한 가장 진보된 프로토콜 중 하나가 되었다. EtherNet/IPTM는 막중세로 전 세계에 가장 많이 보급되어 있고, 공급 측면에서 PROFINET과 거의 동일한 비율을 보이고 있다.

IMT-2000 3GPP-OPC UA
동반 규격 CIP 예정

CIP 디바이스와 OPC UA 디바이스, 클라우드 및 엔터프라이즈 레벨 서비스 간에 신뢰할 수 있는 안전한 통신이 가능하다. CIP 객체는 적절한 OPC UA 정보 모델 및 프로파일에 매핑되며, 반대의 경우도 마찬가지이다. EtherNet/IPTM에서 OPC UA로 클라우드와 데이터를 주고받는 것은 다음을 제공함으로써 가능하다. 즉 검색, ID, 진단, 상태 및 파라미터 등의 정보, 엔터프라이즈 및 IT 시스템에서 데이터를 적절한 컨텍스트와 의미론을 사용하여 신속한 추세 분석 및 통찰력 생성이 가능해졌다.

이더넷/IP의 TSN 추진

EtherNet/IP는 다음을 가능하게 하는 IT 친화적 L LDP(Link Layer Discovery Protocol)를 지원한다.
•근접한 위치에서 다른 장치를 탐지하는 노드 및 인프라 구축
•검색 및 시각화할 물리적 네트워크 토폴로지를 만들었다.
•LLDP는 TSN을. EtherNet/IPTM에 채택할 수 있는 기반을 마련했다

60802 TSN을 지원하는 EtherNet/IP

ODVA의 구성원들은 IEC/IEEE 60802 TSN 산업 자동화 프로파일(802.1AS)에 기여한다. ODVA는 TSN에 대한 EtherNet/IPTM 규격의 사소한 변경 및 이전 버전과의 호환성 변경만 예상한다. EtherNet/IPTM는 표준 이더넷 데이터 링크 계층과 그 위에 표준 IETF를 정의, TCP/IP/UDP 계층을 사용해 설계되었다. EtherNet/IPTM용 TSN(Time Sensitive Networking)은 IEEE 802.1Q-2018(개정), IEEE 802.1CB 및 IEC/IEEE 60802 표준에 의해 구동되어 상호 운용성이 극대화되었다.

최종 사용자는 TSN 애플리케이션 프로파일을 기본적으로 구현하거나, 게이트웨이를 활용해 TSN 네트워크를 통한 통합 통신을 가능하게 할 수 있다. 기존의 EtherNet/IPTM 장치도 서비스 품질이 저하될 수 있으나 TSN 네트워크와 연동할 수 있다. 새로운 CIP(Common Industrial Protocol) 애플리케이션 프로파일을 사용하면 60802 TSN이 활성화되고, EtherNet/IP에 대한 옵션이 된다. EtherNet/IP는 사용자가 CIP Motion을 비롯한 투자를 활용할 수 있도록 TSN에서 실행되는 핵심 네트워크이다. 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 말에 시장에 출시될 예정이며, EtherNet/IP는 60802 TSN 규격 출시 후 상용화되는(즉시 상호 운용 가능한) TSN 호환 규격을 출시할 예정이다.

EtherNet/IP를 SPE를 통해 캐비닛 내
자원 제약 장치로 확장(단일 쌍 이더넷)

캐비닛 내 리소스 제한 장치를 위한 EtherNet/IPTM의 확장은 다음을 통해 가장 간단한 패널 내 장치를 디지털 네트워크에 추가되는 ROI를 크게 향상시키는 게 가능하다.
•UDP 전용 EtherNet/IPTM 통신
•단일 쌍 이더넷(SPE 10BASE-T1S = 10Mbps의 빠른 속도로 1000m 이동 가능) 사용
•캐비닛 내 외부 전원 및 케이블 공유

낮은 수준의 패널 장치를 EtherNet/IPTM에 추가하면 원격 진단, 자산 정보 및 매개 변수화 기능, 자동 노드 토폴로지 검색, 플러그 앤 플레이 장치 교체의 귀중한 이점을 누릴 수 있다

Ethernet-APL로 확장된
EtherNet/IP네트워크

Ethernet-APL은 프로세스 업계의 요구 사항을 충족하는 10BASE-T1L(IEEE 802.3cg-2019)로, Single Pair Ethernet의 본질안전 2선으로 확장 기능을 보유하고 있다. 즉 동축 케이블 1가닥[Single]에, 가느다란 트위스티드 페어선 두 가닥(Pair)으로 구성하는 Single Pair Ethernet이 된다. Ethernet-APL의 장점이란 속도 면에서 볼 때 최대 10 Mbit/s의 고속 통신이다(IEC 61158-2). Ethernet-APL 물리 계층은 위험한 위치와 큰 지리적 설치 공간을 가진 프로세스 계장 설비를 갖는 공장에서 현장 수준에 맞추어 빠르고 높은 대역폭의 이더넷 문제를 해결해준다.

ODVA는 EtherNet/IPTM를 프로세스 산업 요구 사항의 전체 스펙트럼에 지속적으로 적용해 나간다.

EtherNet/IP 프로세스에 대한
지속적인 적응

ODVA는 EtherNet/IPTM를 프로세스 산업 요구 사항의 전체 스펙트럼에 계속 적용하고 있다. HART 장치, NAMUR NE 107 프로세스 진단, IO-Link, Ethernet-APL, EtherNet/IPTM는 HART 장치가 통합되어 있고, NAMURNE 107 진단이 추가됨에 따라 공정 산업의 요구 사항에 적응하는데 있어 상당한 진전을 보이고 있다. ODVA는 앞으로도 현장 장치 및 포괄적인 장치 구성 방법에 대한 프로파일을 지속적으로 추진할 예정이다.

EtherNet/IPTM를 사용하면 NAMURNE 107 진단 정보를 작업자의 검토를 위해 DCS로 쉽게 전송하거나, 예측 유지 보수를 위해 에지 장치 매핑으로 쉽게 전송할 수 있다. IO-Link to CIPTM 연결은 다음과 같은 가치를 제공한다. 엔지니어링 작업 감소에 더 이상 최종 사용자 데이터 변환은 불필요하다. 데이터 및 정보를 쉽게 얻을 수 있어 Industry 4.0에 더 잘 대비할 수 있다. 수정되지 않은 IEC IO-Link 사양 사용 표준에 계속 의존한다. Ethernet-APL은 공정상 EtherNet/IPTM를 가능하게 하는 매우 중요한 도구가 될 것이다. Ethernet-APL은 1,000미터까지의 두 개의 유선 케이블 길이, 기존 인프라의 재사용 및 위험 지역에서의 사용을 가능케 하여 공정(프로세스 계장) 산업을 Ethernet에 완전히 개방할 예정이다.

10BASE-T1L 단일 쌍 이더넷, 본질안전 보호 및 유형 A 필드버스 케이블의 조합을 통해 Ethernet-APL을 위험 지역에 있는 대규모 프로세스 플랜트 내에서 사용할 수 있다. 특히 최대 1,000미터의 케이블 길이(IEC 61158-2), 계산 없이 “본질적으로 안전한” 점화 보호를 보장하는 2선 본질안전 이더넷 또는 2-WISE(IEC TS 60079-47), 케이블을 통한 전력공급 최대 10 Mbit/s의 속도로 프로세스 플랜트 분야의 이더넷을 현실화한다. 기존의 4~20mA 및 필드버스 솔루션에 비해 속도가 빨라지면 몇 분 몇 초가 아쉬운 시운전에 특히 유용하며, 대역폭이 늘어나면 공장 전반에 걸쳐 더 뛰어난 진단 및 예측 모니터링이 가능해진다. 위의 SPE Cable은 Ethernet-APL에 유형 A 2선 케이블, 최대 10Mbit/s의 속도, 케이블을 통한 전원 공급 및 위험 지역에 대한 본질안전 보호가 포함되어 있음을 보여준다.

EtherNet/IP 통신망
Ethernet-APL로 확장

EtherNet/IPTM에는 CIP Safety™를 통한 기능적 안전, CIP Security™를 통한 장치 방어, CIP Sync™ 와의 시간 동기화, 병렬 이중화 프로토콜(PRP) 및 DLR(Device Level Ring)을 통한 내결함성 이중화 등이 포함된다. EtherNet/IPTM를 사용하면 네트워크 및 장치 상태 모니터링이 가능하며, 보안 및 안전을 기본으로 하며, 프로세스 자동화 시 원격 장치 구성이 가능하다.

EtherNet/IPTM를 지원하는 최초의 Ethernet-APL 인프라 스트럭처 및 현장 장치는 적합성 테스트 인증 프로세스가 완료됨에 따라 ODVA가 곧 출시할 예정이다. EtherNet/IPTM는 프로세스 자동화 내에서 핵심적인 안전, 보안 및 이중화 요구를 충족시키도록 설계되었고, EtherNet/IPTM 물리 계층은 IEC 61508 및 ISA/IEC 62443과 같은 표준을 각각 활용하는 어플리케이션 레이어 CIP Safety 및 CIP Security의 전송을 가능케 한다.

이중화는 병렬 이중화 프로토콜 및 디바이스 레벨 링을 통해 가능하다. EtherNet/IPTM는 주요 공정 변수와 진단을 공장과 그 너머로 전송하여 네트워크 및 기기 상태 모니터링을 가능케 하고, 원격으로 기기를 구성하는 것도 가능하여 귀중한 시간을 절약할 수 있다. ODVA 적합성 테스트 인증 절차가 완료되었으므로 EtherNet/IPTM를 지원하는 Ethernet-APL 인증 제품을 조만간 확인해보기 바란다. 아울러 2022년 11월부터 시작한 ODVA Ethernet-APL 인증을 주목하기 바란다.

EtherNet/IPTM는 ISO/OSI 모델의 응용 계층에서 CIP™(Common Industrial Protocol)을 사용하여 데이터를 통신한다. 전송, 네트워크, 데이터 링크 또는 물리적 계층에 관계없이 CIP를 통해 데이터 통신 접근 방식은 다양한 전송 매체를 사용할 수 있다.