EtherCAT 및 EtherCAT I/O 20주년 기념 인터뷰 - Michael Jost
Beckhoff의 EtherCAT 기술 기반 I/O로 무한하고 다양한 어플리케이션을 가능하게 하다
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| Michael Jost, I/O 시스템 및 EtherCAT 담당 수석 제품 매니저, Beckhoff Automation © Beckhoff |
Beckhoff의 EtherCAT 및 EtherCAT I/O 제품군이 출시 20주년을 맞이했다. 이번 인터뷰에서는 Michael Jost(I/O 시스템 및 EtherCAT 담당 수석 제품 매니저)가 초고속 통신 시스템과 다양한 I/O 제품의 결합이 가져다주는 기술적 이점과 지난 20년 간 어플리케이션이 얼마나 빠르게 확장되어 왔는지 설명한다.
Beckhoff의 EtherCAT과 EtherCAT 터미널이 출시된 지 20년이 되었습니다. I/O 측면에서 이들 두 제품을 개발하게 된 동기는 무엇이었습니까?
Michael Jost: EtherCAT은 Beckhoff를 대변하는 PC 기반 제어 철학의 논리적 연장선 상에 있는 기술입니다. PLC, 모션, 기타 어플리케이션에 사용되는 최신 CPU의 성능을 최대한 활용하기 위해서는 IPC의 통신 인터페이스 또한 속도 및 동기화 측면에서 자동화 기술 환경과 보조를 맞추어야 합니다. 여기에서 결정적인 인자는 EtherCAT이 버스 커플러로서만 구현된 것이 아니라 각 터미널로도 확장되어 왔다는 점입니다. 이 덕분에 이제 모든 EtherCAT 기능을 I/O 시스템에서도 사용할 수 있게 되었습니다. 그 결과, 통신 성능 측면에서 (거의) 무제한적으로 EtherCAT 터미널을 구현할 수 있습니다.
분산형 클럭, XFC 기술, Safety over EtherCAT과 같이 순전히 기술 및 기능적인 관점에서, EtherCAT이 I/O 분야에서 제공하는 특별한 이점은 무엇입니까?
Michael Jost: 주요한 이점은 개발 단계(Beckhoff)에서나 적용 단계(고객)에서나 데이터 전송 속도에 대해 걱정할 필요가 없다는 것입니다. 간단히 얘기해서, 제품 및 어플리케이션 99% 이상에 대해서는 충분히 높은 수준입니다. EtherCAT 대역폭 또한 안전 I/O 측면에서 많은 이점을 제공하는데, 추가 안전 메커니즘으로 인해 제반 안전 프로토콜이 상당히 길고 상대적으로 느린 시스템의 대역폭이 빨리 소진되기 때문입니다. (사이클 시간이 느려지기 때문) 안전 분야의 경우는, 보호 디바이스와 위험 구역 간에 상대적으로 긴 거리가 요구되는 경우도 있기 때문에, 이러한 점이 불리하게 작용할 수 있습니다. EtherCAT 동기화 메커니즘으로서 사용되는 분산형 클럭은 모션 시퀀스와의 동기화를 통한 글루 노즐 제어에서 보간 모션 시퀀스를 통한 서보 터미널까지 출력 모듈을 동시에 작동하는 데 필요한 기본 기술을 형성합니다. 입력 측면에서 보면, 이 기능은 동기 위치 또는 측정 데이터 획득에 필수적입니다. 또한 XFC(eXtreme Fast Control) 기술을 통한 기계 시퀀스의 최적화 타이밍은 기계 변경 없이 기계 효율을 증대할 수 있게 해줍니다.
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| Beckhoff가 개발한 초고속 EtherCAT 기술은 이미 20년 동안 성공적으로 사용되어 왔으며, 실시간 이더넷 통신에 대한 오픈형 글로벌 표준으로서의 위치를 확고히 다지고 있다. © Beckhoff |
EtherCAT 터미널을 통해 기존의 버스 터미널 포트폴리오가 대폭 확대되었습니다. IP20 EtherCAT I/O 제품군이 어떻게 개발되어 왔으며 가장 중요한 개발 단계는 무엇이었습니까?
Michael Jost: Beckhoff는 항상 플랫폼 기반 솔루션을 개발하기 때문에 보통 완전 새로운 제품군이 탄생합니다. 주목할 만한 예를 들자면 다음과 같습니다.
– 타임 스탬핑, 오버샘플링 및 미소 증분을 위한 XFC 기술
– 멀티 채널 터미널을 통한 비용 효율적인 솔루션
- 서보, 스텝, DC 및 BLDC 모터용 I/O 시스템 통합 소형 드라이브 기술 분야에 사용되는 종합 솔루션
– ELM 시리즈에 사용되는 고급 측정 기술
새로운 EtherCAT 터미널을 통해 가장 빠르게 혁신을 이룬 분야는 무엇이고 시간 경과에 따른 발전 양상은 어땠습니까?
Michael Jost: 회사에서는 처음부터 EtherCAT 터미널을 고속, 고비용의 시스템으로 홍보하지 않기로 결정했는데, 가격적인 부분에서는 기존 시스템보다 실제로 약간 낮았기 때문입니다. 그런 이유로 출시되자마자 모든 분야에 적용되었습니다. 물론 빠른 업데이트 속도가 요구되는 어플리케이션의 경우 특히 인기가 있었습니다. EtherCAT 터미널이 장착된 첫 번째 기계 중 하나가 유압 프레스였는데, EtherCAT 덕분에 위치(SSI 터미널) 및 압력(아날로그 입력 터미널)의 신속한 감지와 유압 비례 밸브(아날로그 출력 터미널)의 민첩한 제어, 그리고 TwinCAT에서의 전체적인 제어가 가능해졌습니다. 그 결과, 이 기계 제조사는 구매한 제어 어셈블리에 의존하지 않고서도 공장 성능과 제품 품질을 독립적으로 개선할 수 있었습니다.
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| EtherCAT 기반 I/O 시스템 버스를 사용하면 데이터를 빠르고 매우 효율적으로 즉시 처리할 수 있기 때문에 자동화 분야 사용자 입장에서 엄청난 편익을 볼 수 있다. © Beckhoff |
현재 EtherCAT 터미널 종류가 얼마나 다양하며 아우르는 신호 스펙트럼이 어떻게 됩니까?
Michael Jost: 현재 약 700종의 EtherCAT 터미널이 있으며 시장에서 사용되는 거의 모든 신호를 망라합니다.
지난 20년 간 IP67 보호 등급의 EP 시리즈 EtherCAT Box 모듈을 포함하여 다수의 디자인이 추가되었습니다. 이 디자인을 개발하게 된 이유는 무엇이고 시장에서 얼마나 빨리 자리 잡았습니까?
Michael Jost: Beckhoff는 컨트롤 캐비닛용 IP20 터미널이든 컨트롤 캐비닛이 필요 없는 IP67 터미널이든 해당 분야에 최적화된 I/O 솔루션을 제공하고자 합니다. 이러한 개발은 고객의 요구에 의해 촉발되는데, 이는 IP67 보호 등급 제품에 대한 수요 증가를 나타내는 것이기도 합니다. 회로 및 펌웨어는 일반적으로 동일한 기본 설계를 바탕으로 하는데, 이는 완전히 새롭게 개발할 필요 없이 입증된 솔루션의 설계를 변경할 수 있다는 의미입니다.
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| EtherCAT 터미널은 표준 디지털 I/O, TwinSAFE 터미널, ELM 측정 터미널(본 안전 디바이스에 대한 직접 연결용)을 포함한 모든 관련 어플리케이션의 결합을 가능하게 한다. © Beckhoff |
EJ 시리즈의 HD 터미널과 EtherCAT 플러그인 모듈이 추가로 개발된 배경은 무엇입니까?
Michael Jost: HD 터미널의 개발로 모듈 방식 I/O 시스템의 패킹 밀집도와 관련하여 새로운 시장 표준을 정립할 수 있었습니다. 아울러 여러 신호에 대해 채널당 단가를 낮출 수 있었는데, 이는 고객이 컨트롤 캐비닛에 소요되는 공간과 비용을 절감할 수 있다는 뜻이기도 합니다. 비교적 짧은 시간 내에 이러한 장점들을 기반으로 시장에서 성공을 거둔 이유는 명확합니다. PCB용으로 설계된 EJ 시리즈 “버스 터미널”은 노동 집약적인 포인트 간 배선을 어플리케이션별 연결 기술이 적용된 산업형 회로 기판으로 대체함으로써 특히 대량 기계 제작 분야에서 컨트롤 캐비닛 설계를 최적화했습니다. 그 결과 배선 시간이 대폭 단축되고 오류 위험도 낮아졌습니다. 일반적으로, 전자 부품 및 사전 조립 하네스를 사용하면 기계 배선도 미세 모듈 I/O 시스템 유지보수의 유연성 및 용이성을 훼손하지 않고 자동차만큼 효율적으로 할 수 있습니다.
금속 하우징에 장착되는 ELM 터미널에도 동일하게 적용됩니까?
Michael Jost: ELM 하우징을 통해 I/O 시스템 내에서 새 제품 범주를 혁신하고 도입할 수 있는 토대를 마련했습니다. 최적의 차폐 기능과 신호 최적화 커넥터가 주요 특징인 고정밀 측정 기술이 대표적인 예입니다. 적절한 회로 설계 및 정교한 교정 프로세스를 통해 업계 표준보다 30배 더 정확한 수준을 보장합니다. 이에 대해, 금속 하우징은 높은 전력 손실을 분산시킬 수 있어 소형 드라이브 기술 분야에서 완전히 새로운 성능 등급과 다축 솔루션을 가능하게 합니다.
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| Beckhoff의 EtherCAT I/O는 각기 다른 디자인으로 사실상 모든 어플리케이션 요구 사항을 충족할 수 있다. 위 사진은 EJ 플러그인 모듈, EP 박스 모듈, IP 터미널로 구성된 기본적인 폼 팩터이다. © Beckhoff |
I/O 분야에서는 연결성 주제가 특히 중요합니다. EtherCAT P 및 Beckhoff 하이브리드 커넥터와 같은 개발품의 차별화 요소는 무엇입니까?
Michael Jost: 출시 시점은 기계 제조사뿐 아니라 여러 혁신적인 최종 고객에게도 중요한 사안입니다. 이러한 측면에서 Beckhoff의 OCA(One Cable Automation)가 최적의 조건을 만들어 냅니다. Beckhoff의 확장형 하이브리드 커넥터는 거의 모든 어플리케이션의 요구에 부합하는 통신 및 전력의 통합 송신을 구현합니다. 또한 높은 수준의 모듈성이라는 추가적인 이점을 제공하기 때문에 다양한 어플리케이션에 맞는 광범위한 버전을 구현하는 동시에 기계적 코딩 및 연결 보안성을 제공합니다. 이에 더해, 네 개 커넥터 크기(B12, B17, B23, B40) 전반에 걸쳐 데이터 코어가 균일합니다. Beckhoff의 하이브리드 커넥터의 경우 이와 같은 모든 기능 및 특징이 기본으로 제공되기 때문에 분산형 자동화에 이상적인 솔루션(OCA)으로서 성공적으로 자리 잡은 것입니다. 또 다른 핵심적인 셀링 포인트는 Beckhoff의 하이브리드 커넥터가 미래의 IEC 61076-2-118 표준을 충족하는 최초의 제품 중 하나라는 사실입니다.
EtherCAT 터미널의 출시 20 주년도 기념할 만하지만, 소형 드라이브 기술도 10 주년을 맞이했습니다. 이 기술이 2013년에 개발된 배경은 무엇이었습니까?
Michael Jost: 몇몇 다른 제품도 마찬가지이지만, 대답은 간단합니다. “가능했기에” 개발한 것입니다. 반도체 전력 효율이 점점 더 좋아짐에 따라 전력 출력단을 단일 터미널에 통합할 수 있게 되었습니다. 결국, 자동화 기술에 활용 가능한 반도체 기술을 발전시키는 것이 우리의 사명이라고 할 수 있습니다. 물론, 아날로그 설정점 제어 또는 펄스 트레인 입력을 수반하는 외부 전력 출력단을 사용하는 대신 이미 최적으로 시스템에 통합된 솔루션을 사용자들이 훨씬 더 선호할 것이라는 정확한 시장 평가 또한 성공의 요인이었습니다.
전력 출력이 증가된 ELM 서보모터 터미널의 경우 어플리케이션 및 포트폴리오 확장 측면에서 생각해 볼 수 있는 개발의 주안점은 무엇입니까?
Michael Jost: 이제 소형 드라이브 기술은 대형 드라이브 기술(서보 드라이브 AX8000/AX5000)의 성능을 거의 무리 없이 따라잡고 있습니다. 브레이크 초퍼 기능과 안전 모션의 통합 측면에서도 이제 기능 세트가 매우 일관적입니다. 전적으로 전력 요건을 기준으로 하여 선택할 수 있고 공급 전압에 상관없이(48 V DC 또는 400 V AC) 구현 가능한 속성이 거의 동일하기 때문에 사용자 입장에서도 편리합니다. 따라서 오늘날에는 Beckhoff의 모션 포트폴리오에서 소형 드라이브 기술이 핵심적인 역할을 담당한다고 말할 수 있습니다.
새로운 터미널 측면에서, 새로운 시스템 버스로서의 EtherCAT과 관련하여 EtherCAT I/O 분야에서 예상되는 향후의 개발에 대해 얘기해 주실 수 있습니까?
Michael Jost: 시장에서 사용되는 모든 신호를 지원하고, 모든 개별 분야에서 경쟁력을 확보하며, New Automation Technology라는 Beckhoff의 슬로건에 걸맞게 PC 및 EtherCAT 기반 제어 기술을 지속적으로 발전시키는 것이 우리의 사명이자 목표입니다. 예를 들어, 아날로그 분야의 경우 기능이 강화되고 합리적인 가격의 여러 제품들을 개발하고 있습니다. 아울러 다른 디자인을 채택한 입증된 EtherCAT 터미널도 계속하여 개발함으로써 모든 기계에 적용 가능한 최적의 배선 옵션을 제공할 계획입니다. 이에 대한 추가적인 세부 정보는 다가오는 전시회에서 공개할 예정입니다.
[출처] 월간컨트롤 23년도 11월호
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