[쉽고 간단한 안내서] Beckhoff의 유연한 토폴로지 구성을 위한 제품들

 

Beckhoff에서는 유연한 토폴로지를 구성을 위한 제품들을 제공하고 있습니다. 이러한 제품에는 우리가 쉽게 접할 수 있는 이더넷 스위치 제품이 있으며, EtherCAT 컴포넌트 제품이 포함되어 있습니다. 실시간으로 포트 별 독립적인 이더넷 네트워크를 구성할 수 있는 멀티플라이어 (Multiplier) 제품 또한 확인할 수 있습니다. 이번 안내서에서는 해당 제품을 전체적으로 살펴보실 수 있습니다.

 

자동화 시스템에서는 센서, 터미널, 드라이브, 카메라와 같은 입출력장치가 서로 연결되어 있어야 합니다. 컨트롤러에 데이터를 전송하기 위해서는 통신이 필수적입니다. 통신을 구성할 때에는 통신 스트림을 할당하거나 시스템의 일부를 동적으로 분리해야 하는 경우도 있습니다. 이러한 통신 구조, 즉 네트워크 인프라를 구성하기 위해 허브 (Hub)나 스위치 (Switch) 같은 제품을 사용할 수 있습니다.

 

Beckhoff에서는 EtherCAT Terminal과 같은 I/O 제품을 제공하고 있으며, Beckhoff의 I/O 제품들은 실제 산업 현장에서 다양하게 사용되고 있습니다. I/O 제품과 더불어, Beckhoff에서는 허브 (Hub)나 스위치 (Switch) 같은 제품들도 제공하고 있습니다.

이러한 제품은 인프라 구성 제품군 (Infrastructure 제품군)으로 분류할 수 있으며, 말 그대로 인프라를 구성할 수 있는 제품입니다. 인프라 구성 제품들을 활용하여 단순한 라인 형태의 토폴로지만이 아니라 스타, 링 형태와 같은 토폴로지를 구성할 수도 있습니다.

 

이번 안내서에서는 Beckhoff의 인프라 구성 제품군에 대해서 소개하고자 합니다.

 

Beckhoff의 네트워크 인프라 구성 제품

제품 소개

Beckhoff에서 제공하는 인프라 구성 제품은 크게 EtherCAT 컴포넌트 제품군, 이더넷 스위치 및 이더넷 멀티플라이어로 나눌 수 있습니다.

 

Beckhoff 인프라 구성 제품들은 스위치, 마스터/슬레이브 카드 및 커플러와 함께 사용할 수 있는 다양한 통신 시스템을 지원하고 있습니다. 제품들은 간단하게 DIN 레일에 설치하여 사용할 수 있는 제품, I/O 박스 형태로 되어있는 EP 제품 등 다양한 플랫폼을 제공하고 있습니다. 또한 EtherCAT G와 같은 통신을 사용할 수 있도록 인프라 구성 요소의 범위는 지속적으로 확장되고 있습니다.

EtherCAT 컴포넌트 제품

일반적인 EtherCAT I/O 제품을 사용하면 단순하게 라인 형태의 토폴로지를 구성할 수 있지만, EtherCAT 컴포넌트 제품을 사용하게 되면 스타 토폴로지를 구성할 수 있습니다. EtherCAT 네트워크에 연결하였을 때, 각 포트를 통해 하위 그룹을 생성할 수도 있습니다. 또한 100m 이상의 거리를 연결하기 위해, 즉 라인 확장을 하기 위해서도 사용할 수 있습니다. 일부 제품들은 동작 중 네트워크 장치의 연결 및 분리를 할 수 있는 Hot Connect 기능을 제공하기도 합니다.

 

이러한 특징과 장점이 있는 EtherCAT 컴포넌트 제품 중에서는 광케이블을 이용하여 20km 이상 통신할 수 있도록 도와주는 제품 (CU1561 등)과 EtherCAT G 통신을 사용할 수 있는 제품 (CU1418 등)이 포함되어 있습니다. 하지만 이번 안내서에서는 EtherCAT Junction 제품인 CU1124와 CU1128을 살펴보도록 하겠습니다.

두 제품은 EtherCAT 제품의 토폴로지를 라인, 트리, 스타 형태로 구성할 수 있도록 도와줍니다. 이 제품들은 DIN 레일에 장착하여 이용할 수 있으며 전원은 24V를 사용합니다. 또한 두 제품 모두 네트워크가 동작하는 동안 EtherCAT 모듈을 연결 해제 및 연결을 할 수 있는 Hot Connect 기능을 사용할 수 있습니다. 하지만, 이 제품들은 표준 이더넷 스위치로는 사용할 수 없습니다.

 

CU1124와 CU1128의 구조는 아래와 같습니다. CU1128로 설명 드리면, 직렬 형태로 연결된 내부 통신 IC (ESC)를 갖고 있습니다. 때문에 CU1128은 3개의 개별 슬레이브가 하나의 제품 안에 있다고도 볼 수 있습니다. CU1128의 1번 포트는 EtherCAT 트래픽에 관한 입력 포트이며, 2~8번 포트는 출력으로 이용해야 합니다.

TwinCAT 3에서 CU1128과 다른 EtherCAT 모듈들을 연결하여, 기본적으로 왼쪽과 같은 형태로 이용할 수 있습니다. 그림을 보시면, CU1128 하나의 제품에 3개의 슬레이브가 있는 것처럼 보이며, 3개의 슬레이브에 각각 EtherCAT 모듈들을 연결한 모습을 확인할 수 있습니다. 

이더넷 스위치 제품

네트워크 리소스 공유를 위해 많은 기기들을 하나로 연결해야 할 때, 우리는 흔히 스위치(Switch)나 허브(Hub)를 사용하고 있습니다. 간단하게 허브와 스위치를 살펴보면, 허브는 연결된 기기 중 하나에서 전송된 패킷이 다른 연결된 모든 기기로 브로드 캐스팅되는 것이 특징입니다. 스위치는 패킷의 목적지 주소로 지정된 기기로만 해당 포트를 이용하여 패킷이 전달되는 것이 특징입니다.

 

Beckhoff에서는 산업용 이더넷 스위치를 제공하고 있습니다. 이 이더넷 스위치를 이용하여 자동화 산업뿐만 아니라, 사무실의 네트워크에서도 단순한 네트워크 인프라를 구성할 수가 있게 됩니다. 이 제품들은 이더넷 케이블을 통하여 이더넷 포트에 연결하면서 장치 간의 통신을 이루어지게 합니다. 전송 방식으로는 반이중 (Half-duplex) 및 전이중 (Full-duplex) 둘 다 가능합니다. 또한 이더넷 스위치 제품들은 DIN 레일에 간단하게 설치하여 이용할 수도 있습니다.

 

이더넷 스위치 제품으로는 광케이블을 이용하는 제품 (CU1521 등)이 포함되어 있지만 이번 안내서에서는 CU2016, CU2208 제품을 살펴보겠습니다. CU2016과 CU2208 각각 16포트, 8포트 스위치이며CU2208은 1Gbit/s까지 속도를 지원하는 것을 확인하실 수 있습니다. 

이더넷 포트 멀티플라이어

실시간 이더넷 포트 멀티플라이어는 광범위한 자동화 기기 설치를 위한 중앙 인프라 장치입니다. Beckhoff에서는 CU2508이라는 제품을 제공하고 있으며, 이 멀티플라이어는 1Gbit 포트를 여러 개의 100Mbit 이더넷 포트로 확장할 수 있습니다. 이 포트들을 이용하여 일반 이더넷 및 EtherCAT 프레임을 전달할 수 있습니다.

 

CU2508, 즉 이더넷 포트 멀티플라이어는 많은 수의 장치가 있거나 100Mbit/s의 데이터 처리를 필요로 하는 EtherCAT 시스템에 이용할 수 있습니다. 또한 EtherCAT 케이블 이중화 (Redundancy)를 구성할 수도 있습니다.

CU2508은 PC와 따로 분리해서 구성되어야 하는 여러 개의 이더넷 포트가 필요한 어플리케이션에 사용됩니다. TwinCAT에서 CU2508을 사용하여 이더넷 (TCP/IP), EtherCAT은 물론이고 PROFINET과 같은 통신에 대한 포트로 활용할 수 있으므로, PC 자체에 내장된 LAN 카드가 추가적으로 필요 하지 않게 됩니다.

CU2508은 PC와 같은 컨트롤러와 연결되어 TwinCAT을 이용해 시스템을 구성할 수 있습니다. X9 포트에는 컨트롤러를 연결하여 이용합니다. X1 ~ X8 포트는 필드버스 마스터와 슬레이브들을 연결하여 이용합니다. 위에서 언급하였듯, 포트 별로 EtherCAT, PROFINET, Ethernet TCP/IP 등을 구성할 수 있습니다. 다만 EtherCAT 시스템에서 좀 더 강력한 성능을 발휘하게 됩니다.

 

EtherCAT 시스템에서의 CU2508을 기준 시간 (Reference Clock)으로 지정하게 되면 EtherCAT 시스템들은 같은 시간을 갖고 동기화 되면서 통신을 진행할 수 있습니다. 또한 Real-time이 아닌 단순한 이더넷 포트로 구성할 수도 있습니다. 물론 EoE (Ethernet over EtherCAT)으로 구성하여 EtherCAT 시스템에서 TCP/IP 프레임을 전달할 수도 있습니다.

 

케이블 이중화 또한 가능하며, 아래와 같은 이미지로 구성할 수 있습니다. 이런 이중화 구성을 이용하면 I/O를 Ring 형태의 토폴로지로 만들어, 하나의 I/O에서 예상치 못한 통신 중단이 발생하더라도 다른 I/O들은 그대로 작동할 수 있도록 합니다.

간단하게 CU2508에 EtherCAT I/O를 구성한 예시를 살펴보겠습니다. 아래 그림을 통해 CU2508을 이용한 하드웨어 구성에 대해 TwinCAT에서는 어떻게 I/O들이 스캔 되고 잡히는지를 확인하실 수 있습니다. 오른쪽 I/O 하위 그룹들이 TwinCAT에서 스캔하였을 때의 모습입니다.

이 때 EtherCAT Master 뿐만이 아니라 CU2508을 위한 RT-Ethernet Adaptor가 함께 잡히게 되며, RT-Ethernet Adaptor에서는 포트를 몇 개나 사용할 건지, EtherCAT을 사용할 것인지에 대한 설정이 가능합니다. 또한 CU2508을 통한 통신 진단도 가능합니다. 

마치며

이번에는 Beckhoff에서 지원하는 인프라 구성 제품들에 대하여 살펴보았습니다. Beckhoff에서는 필드버스의 발전을 지속적으로 추구하고 있으며, 현대적이고 고성능인 인프라 구성 제품들을 개발하고 생산하고 있습니다. 네트워크를 어떻게 구성할 것인지, I/O들을 어떻게 구성할 것인지에 따라 다양하게 제품들을 활용할 수 있습니다. 단순하게 스위치 역할만 하는 것이 아니라 멀티플라이어와 같은 제품도 있으므로, 산업현장에서 더욱 효율적으로 구성할 수 있게 됩니다.

위에서 소개한 제품들 이외에도 광통신을 지원하는 제품, 포트의 개수가 적은 제품들 등 여러 제품들도 홈페이지[링크]에서 확인하실 수 있습니다. 빠르고 지속 가능하며 안정적인 통신을 위해서 인프라 구성 제품들을 살펴보고 실제로 활용하는 것을 추천 드립니다.

 

위 내용에 대해 심화 내용이 필요하신 경우, 해당 내용을 댓글로 적어 주시면 다음 연재 시 반영하도록 하겠습니다.   문의사항은 아래 연락처로 연락 부탁드립니다. 전화 : 02-2107-3242 (대표전화, 내선번호 1번: 영업 및 마케팅, 내선번호 2번: 기술) 홈페이지 : https://www.beckhoff.com/kr/ 제품문의 : Info-KR@beckhoff.com 기술문의 : support-kr@beckhoff.com

 

참고자료

CU112x | EtherCAT junctions and EtherCAT hub [링크]

CU20xx, CU22xx – Ethernet switch [링크]

CU2508 | Real-time Ethernet port multiplier [링크]

 

 

 

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2022.02.15

Beckhoff Korea / Lisa Kim