[쉽고 간단한 안내서] EtherCAT Redundancy 구성방법
장비를 사용할 때 통신 케이블에 문제가 발생하여 장비가 멈추게 되는 경우가 있습니다. 장비가 통신을 하고 있을 때 장비 내의 필드버스 통신에 이상이 발생하게 되면 데이터를 주고받을 수 없을 뿐더러 경우에 따라 갑자기 장비가 멈추게 되어 장비의 이상을 초래할 수도 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 사용되는 것이 케이블 이중화 구성(Cable Redundancy)입니다. 장비내의 모듈간 케이블을 원형으로 구성하여 하나의 케이블에 이상이 발생하여도 다른 케이블을 통해 통신이 지속되게 할 수 있습니다.
이중화 구성을 할 때에는 PC에서 두 개 이상의 이더넷 포트를 사용할 수 있어야 합니다. 만약 포트의 개수가 부족하다면 Beckhoff 제품에서는 Embedded PC는 EL6652를 추가할 수 있으며, EtherCAT으로 이중화를 구성할 경우에는 EK1110과 같은 제품을 사용할 수도 있습니다. IPC는 FC1100번대와 같은 이더넷 PCIe카드를 추가하여 사용하고, 두 제품군 모두 CU2508과 같은 Hub를 이용하여 이중화를 구성할 수도 있습니다.
이 문서에서는 EtherCAT 통신에서 Redundancy를 어떻게 구성하는지, CU2508을 사용하였을 때는 어떤 방식으로 구성해야 하는지에 대해 알아보겠습니다.
Redundancy 구성
이중화(Redundancy) 란?
이중화 구성이란 앞서 설명 드린 것과 같이 장비를 Ring Topology로 구성하여 통신에 이상이 발생하였을 때 통신 단절에 의한 문제가 야기되지 않도록 하기위해 통신포트를 추가적으로 구성하는 것을 말합니다.
일반적인 EtherCAT통신은 위와 같이 구성하며 Primary Port에서 프레임을 내보내 EtherCAT Slave를 거쳐 Secondary Port에 도착하게 됩니다.
위 그림에서 SlaveCount는 각
EtherCAT Master에서 처리중인 Slave의 개수를 표현합니다.
이때 실제로 데이터를 처리하는 포트는 한 포트에서 처리되며 위 그림처럼
SlaveCount를 통해 2번EtherCAT Master를 통해 연결된 모든 Slave의 데이터가 처리되는 것을 확인할 수 있습니다.
하지만 위와 같이 구성 중간에 통신 이상이 발생하였을 때, Primary
Port를 통해 이상이 발생한 이전까지의 데이터를 처리하며, 이상이 발생한 이후의
데이터는 Secondary Port를 통해 데이터를 처리하게 됩니다.
실제 케이블에 이상이 생겼을 경우 위 그림처럼 EtherCAT Master에서 처리하는 Slave의 개수가 달라지는 것을 확인할 수 있습니다.
위 그림에서 각 Slave 위에 표시된 녹색은 정상적인 통신이 되고 있음을 나타냅니다. 이중화 구성을 통해 실제 케이블 연결이 끊어져도 각 Slave는 정상적인 통신이 되고 있음을 확인할 수 있습니다.
케이블에 문제가 생김과 동시에 모듈 등 장비에 이상이 발생하는 경우가 있을 수 있습니다. 이런 경우 모듈 및 장비에 대한 조치보다 EtherCAT 케이블을 확인하여 정상적인 Redundancy 구성으로 되돌리는 것이 선행되어야 합니다.
TwinCAT Redundancy 기본 설정 방법
주의사항
Redundancy 구성할 때 HotConnect와 동시에 구성이 불가능하며 DC-Sync(Distributed Clocks-Sync)는 특정 Device를 Redundancy 구성에 추가함으로써 사용이 가능합니다. (DC-Sync는 레퍼런스 Slave를 기준으로 전체 네트워크내의 DC Sync 기능을 가진 모듈들 간의 동기화를 의미합니다.)
시스템 구성
테스트환경
- CX2020 + EK1100 + EK1100
- TwinCAT3 4024.7
1. Solution Explorer의 IO항목에서 Device(EtherCAT Master)의 Adapter탭에서 첫번째 EtherCAT Slave와 연결된 EtherCAT Port를 설정해주어야 합니다. 해당 화면에서 Search를 눌러줍니다.
3. Adapter탭에서 EtherCAT탭으로 이동한 뒤, Advanced Settings에서 Redundancy 설정을 하게 됩니다. 이 과정에서 앞서 진행한 설정과 마찬가지로 마지막 EtherCAT Slave에 연결된 포트를 지정하게 됩니다. [Advanced Settings] 버튼을 클릭합니다.
4. [Advanced Settings] 버튼을 클릭하면 좌측 항목에서 Redundancy항목을 확인할 수 있습니다. Second Adapter를 선택하고, 앞선 설정과 마찬가지로 Search버튼을 누릅니다.
5. 마지막 EtherCAT Slave에 연결된 EtherCAT Port를 선택한 후, OK버튼을 누릅니다.
6. 아래와 같이 표시된다면 Redundancy 설정이 완료되었으며, OK버튼을 눌러 적용합니다.
TwinCAT Redundancy Hub(CU2508)를 통한 설정 방법
시스템 구성
테스트환경
- CX2020 + CU2508 + EK1100 + EK1100
- TwinCAT3 4024.7
앞서 서술한대로 Redundancy 구성에서 Distributed Clock Sync를 사용하기 위해서는 특정 Device를 추가하여 Redundancy를 구성해야 합니다. CU2508을 추가함으로써 DC-Sync와 Redundancy를 동시에 구성할 수 있습니다.
CU2508을 이용한 구성은 기본 Redundancy 구성방법과 비슷하지만, 몇 가지 주의사항이 요구됩니다.
Redundancy 구성을 위해 위와 같이 구성한 후, IO를 스캔하게 되면, EtherCAT 항목과 같이 RT-Ethernet Adapter를 추가해주어야 합니다. 해당 항목을 추가하지 않으면 CU2508을 연결해도 사용할 수 없으므로 주의가 필요합니다.
또한 PC – CU2508사이의 연결은 “Gigabit” 케이블을 사용해야 하며, CU2508에 Redundancy 구성을 할 경우, In-Out 포트를 ‘(1, 2번)’ 포트 또는 ‘(3, 4번)’, ‘(5, 6번)’, ‘(7, 8번)’ 포트로 정해진 포트에 연결하여 구성하여야 합니다.
지정된 포트에 연결하지 않을 경우 아래와 같이 Redundancy를 적용하지 못하는 것을 확인할 수 있습니다.
(Ex 1번 – 3번 포트 Redundancy Setting)
CU2508을 통한 설정 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.
1. Solution Explorer의 IO항목에서 Device(EtherCAT Master)의 Adapter탭에서 첫번째 EtherCAT Slave와 연결된 CU2508의 포트를 설정해주어야 합니다. 해당 화면에서 [Adapter Reference]를 선택하여 CU2508(RT-Ethernet Adapter)의 포트를 지정해 줍니다.
2. Adapter탭에서 EtherCAT탭으로 이동한 뒤, Advanced Settings에서 Redundancy 설정을 하게 됩니다. 이 과정에서 앞서 진행한 설정과 마찬가지로 마지막 EtherCAT Slave에 연결된 포트를 지정하게 됩니다. [Advanced Settings] 버튼을 클릭합니다.
3. [Advanced Settings] 버튼을 클릭하면 좌측 항목에서 Redundancy항목을 확인할 수 있습니다. [Adapter Reference]에서 마지막 EtherCAT Slave에 연결된 CU2508 Port를 선택합니다.
4. CU2508에서의 Redundancy 구성을 적용하기 위해 OK 버튼을 클릭합니다.
마치며
TwinCAT에서 EtherCAT 이중화(Redundancy)를 구성하는 방법에 대해 살펴보았습니다. 이중화 구성을 통해 통신 이상으로 인한 안전사고, 장비파손 등이 일어날 가능성을 낮춰줄 수 있습니다. 몇번의 클릭으로 간단하게 설정할 수 있으며, EtherCAT Port가 부족하여 구성이 불가능할 때에도 Hub나 추가 EtherCAT Port를 장착하여 구성할 수 있습니다.
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참고자료
EtherCAT cable Redundancy Configuration [https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/cx51x0_hw/3674859659.html&id=]
CU2508 EtherCAT cable Redundancy [https://infosys.beckhoff.com/english.php?content=../content/1033/cu2508/2129824139.html&id=]
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2021. 01. 19
작성자: Beckhoff Korea / Evan Kim
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