Beckhoff, EtherCAT P는 싱글 케이블로 초고속 통신과 파워 서플라이를 결합한다 [마쉬넨마르크트코리아 2017년 5월]

One Cable Automation – 컨트롤 캐비닛을 사용하지 않고 플러그 & 플레이 자동화로 가는 길

 Beckhoff는 EtherCAT P를 통해 세계 표준으로 자리잡은 EtherCAT 기술을 확장하였다. 이 솔루션은 시스템과 주변 장치에 초고속 EtherCAT 통신을 24V 전압과 결합하고, 선택적으로 추가적인 전원공급장치 기능을 제공한다. 즉, 24V 센서에서 600V 드라이버에 이르는 장치와 기계들을 컨트롤 캐비닛을 사용하지 않고 플러그 & 플레이 방식으로 연결하여One Cable Automation (OCA)를 필드 레벨에서 구현하였다.

EtherCAT P (오른쪽)는 4 와이어 표준 이더넷 케이블로 연결되어 있는 사용자를 위해 이전에는 별도로 사용한 파워 서플라이와 강력한 EtherCAT 통신을 결합한다. 

  EtherCAT P는 EtherCAT P 슬레이브와 연결된 센서를 위한 24V DC 파워 서플라이와 액추에이터를 싱글 4-와이어 표준 이더넷 케이블에 결합한다. US(시스템 및 센서 공급 전압)과 UP(액추에이터 주변 전압)은 서로 전기적으로 절연되어 있으며 연결된 구성 요소에 최대 3A의 전류를 공급할 수 있다.

EtherCAT P – 센서, 액추에이터 그리고 측정기술 컴포넌트를 위한 이상적인 버스

  EtherCAT P를 사용하면 US와 UP 전류를 100Mbit/s 라인의 와이어에 직접 공급할 수 있어 효율적인 비용으로 컴팩트한 연결이 가능하다. EtherCAT P는 센서, 액추에이터 및 측정기술 구성요소를 위한 이상적인 버스로 터미널 박스의 작은 I/O 스테이션과 분산 I/O 구성 요소를 연결하는 데 유리하다. Beckhoff는  EtherCAT P를 위해 특수한 M8 커넥터를 개발하였으며, 이 커넥터의 기계적 인코딩이 표준 EtherCAT 슬레이브를 위한 커넥터와 혼동되지 않도록 하였다. 높은 전압과 전류를 필요로 하는 컴포넌트를 연결할 수 있도록, 400 V AC와 600 V DC, 최대 64A 등급의 모든 드라이브까지 모든 EtherCAT P 커넥터 제품군을 설계하였다. 이 새로운 커넥터를 사용하면 모든 필드 레벨 구성 요소를 쉽게 연결할 수 있다. I/O 어플리케이션의 경우 인터페이스는 IP 20과 IP 67 등급으로 제공된다. 이 시스템은 AC와 DC 모터, 액추에이터 밸브 단자 및 근접 스위치, 라이트 배리어 또는 로터리 엔코더와 같은 센서에도 적합하다.  비전 어플리케이션의 경우 카메라와 바코드 스캐너 그리고 3D 스캐너를 연결할 수 있다.

EtherCAT P로 시스템 와이어링이 간소화된다

  EtherCAT P의 기본 아이디어는 자동화 구성 요소와 장치의 커넥터 수를 줄여 시스템 배선을 단순화하는 것이다. 개별적인 전력 수요에 맞추어 확장성이 뛰어난one-cable solution을 전체 필드레벨에 적용할 수 있다. EtherCAT P는 높은 전압과 전류의 경우 각각의 파워 서플라이 라인에 통합되어 있다. Beckhoff는 이러한 어플리케이션을 위해 광범위한 케이블과 커넥터를 제공한다.

  별도의 전력선을 제거하면 자재와 조립 비용이 절감되고 설치 오류가 발생할 위험이 줄어든다. 또한 케이블 경로, 제어 캐비닛, 기계 자체의 공간 수요도 최소화된다. 케이블 런(cable run)이 작고 깔끔하게 배열되고, 센서와 액추에이터도 더 작다는 장점이 있다. 기 제조업체는 편리한 툴 기반 시스템 레이아웃을 통해 하드웨어와 시스템 비용을 최소화하면서 더 많은 설계 옵션을 가질 수 있다.

EtherCAT P는 효율적인One-cable solution으로 전체 필드 레벨에 걸쳐서 연결성을 제공한다.

파워 서플라이 전송을 통한 유연한 토폴로지

  엔지니어는 EtherCAT과 동일하게 유연한 토폴로지를 선택하는 이점을 누릴 수 있다. 라인, 스타 및 트리 구조를 자유롭게 조합하여 가장 효율적인 비용으로 효과적인 시스템 레이아웃을 얻을 수 있다. EtherCAT P 사용자는 기존의 PoE (Power over Ethernet)와 달리 단일 피드 입력 장치를 통해 계단식으로 공급할 수 있다. EtherCAT P의 캐스캐이딩은 전압 강하에 의해서만 제한된다. 그러나 이는 추가 전원 공급 지점으로 해결할 수 있다.

  맞춤형 EtherCAT P 토폴로지를 구축하기 위해 IP 20와 IP 67 등급을 갖춘 많은 인프라와 I/O 구성 요소를 사용할 수 있다. EtherCAT P로  50미터 이상의 거리를 연결할 수 있고 더 먼 거리도 가능하기 때문에 널리 분산된 기계 모듈을 쉽게 연결할 수 있다. EtherCAT에서 EtherCAT P 네트워크로 완벽하게 전환할 수도 있다. 반대로 EtherCAT P 네트워크의 시스템 및 주변 장치 전압을 간단한 어댑터로 차단하여 자체 전원 공급 장치로 EtherCAT 장치를 실행할 수 있다.

  기계를 설계하거나 계획하기 위해서는 특별한 TwinCAT 설계 도구를 사용하여 개별 사용자와 케이블 길이를 구성할 수 있다. 이 시스템은 모든 사용자의 데이터를 알고 있기 때문에 개별 장치의 전력 소비량을 시간별로 계산할 수 있다. 예를 들어, 논리적인 이유로 2개의 액추에이터가 동시에 전환되지 않으면 동시에 최대 전력을 필요로 하지 않는다. 필요한 전원공급장치와 관련하여 추가적인 잠재적 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

이미 IP 20 및 IP 67 보호 등급으로 다수의 EtherCAT P 구성 요소를 사용할 수 있기 때문에 사용자는 자신의 응용 사례에 가장 적합한 네트워크 토폴로지를 구현할 수 있다.

필드 레벨을 위한 One Cable Automation

  EtherCAT P는 필드 레벨에서One Cable Automation이 가능하도록 개발되었다. 시스템 케이블링이 간단하여 기계설계가 훨씬 덜 복잡하고 에지니어링과 생산비용이 크게 절감된다. 자동화 구성요소, 분산 터미널 박스, 개별 기계 모듈 및 로봇까지도 단일 케이블을 통해 전원 및 제어 신호를 수신한다. 이전에는 피할 수 없었던 컨트롤 캐비닛의 크기를 줄이거나 없앨 수 있다. 결과적으로 모듈식 기계 및 시스템 컨셉트를 훨씬 적은 어셈블리와 절감된 스타트업 비용으로 구현할 수 있으며, 설치 공간이 줄어들고 유연성이 극대화된다.

  플러그형 자동화는 앞으로 최대 효율을 제공할 것이다. 다양한 전력 요구사항에 대한 EtherCAT P 커넥터가 표준으로 확립됨에 따라 24V 이상의 고전력 산업용 커넥터 스트립의 아이디어는 실행 가능한 솔루션이 되었다. 기계 설계자는 개별 응용 프로그램 요구사항에 따라 기계 또는 설비에 뛰어난 유연성과 저렴한 비용으로 이러한 스트립을 배포할 수 있다. 일치하는 EtherCAT  케이블을 삽입하기만 하면 되는 플러그 & 플레이 설계로 필요한 모든 센서와 액추에이터는 물론 배전함과 독립형 기계 모듈을 쉽게 연결할 수 있다. 

One Cable Automation는 다양한 성능 등급의 자동화 구성 요소에 대한 EtherCAT P 케이블링을 통해 모듈식 플랜트 및 기계 설계에 최적의 토대를 제공한다.

EtherCAT P: 주요 특징 및 이점

  EtherCAT은 Beckhoff가 개발한 개방형 산업용 이더넷 기술로, 2007년부터 국제 IEC 및 SEMI 표준이 되었다. ETG (EtherCAT Technology Group)를 통해 입증된 첨단 EtherCAT P 기술은 최근에 소개되었으며, 기존의 EtherCAT과 완벽하게 호환된다. 결과적으로 센서 또는 액추에이터에 이르는 100Mbit/s 전이중 통신, On the fly 데이터 처리, Distributed clocks과의 고정밀 동기화, 100ms 미만의 사이클 시간과 같은 EtherCAT 의 뛰어난 특성은 계속해서 제한없이 사용할 수 있다. 추가적인 EtherCAT P의 이점은 다음과 같다. 

   – 단일 4 와이어 케이블을 통한 EtherCAT + 2 x 24 V DC/3 A

   – 연결된 장치에 전원 공급

   – 24 V DC부터 600 V DC 및 64 A로 확장 가능한 커넥터 패밀리

   – 캐스케이드 기능을 통한 토폴로지 선택의 자유와 유연성

   – 저렴한 연결 비용에 뛰어난 EtherCAT 퍼포먼스

   – 하드웨어 및 설치 비용 감소

   – 오류 원인이 보다 줄어들고 배선 비용 최소화됨

   – 케이블 트랙, 컨트롤 캐비닛 및 기계의 공간 활용률 극대화됨

   – 별도의 전원 공급 라인이 필요하지 않아서 더 작은 센서와 액추에이터를 사용할 수 있음

작성자: 토마스 레티히(Thomas Rettig), Beckhoff Automation, EtherCAT Technology 시니어 제품 매니저

[출처] 마쉬넨마르크트코리아 2017 MAY

[원본] https://drive.google.com/open?id=0B-SG_UFWUcoxRXJRSWRjSzV3T3c