산업 기기에서의 통합 네트워크 시스템을 위한 필드버스의 방향(1)

산업 자동화 시스템이 광범위하게 통합화되면서 필드 네트워크에 대한 요구가 크게 증가하고 있다. 필드버스는 간편한 배선, 고장 진단의 편리성, 더욱 강력한 통신 기능 등으로 인해 그 중요성이 부각되고 있다. 최근에는 필드버스가 산업용 이더넷과 광통신을 적극 채용해 나가고 있기도 하다. 이에 CC-Link에 대한 특징과 통신방식을 알아본다. 

글_ 정덕영 / CC-Link협회 한국지부 (jeongdy@meak.co.kr) 

필드버스란 지능형 현장 기기들과 자동화 시스템 사이에서 이를 서로 연결시켜 주는 디지털, 양방향성 및 멀티 드롭 형태의 통신 링크 시스템을 말한다. 필드버스의 종류는 세계적으로 여러 종류가 개발 되었다. 

주로 미국, 유럽의 메이커들을 중심으로 개발 되었으며, 특히 유명한 것은 지멘스의 ProfiBus, 로크웰 오토메이션의 DeviceNet, Fieldbus Foundation의 FOUNDATION 필드버스, 미쓰비시의 CC-Link, 그 외에 Interbus, JPCN-1등의 필드버스가 개발되었다. 

현재는 비교적 일찍 필드버스 기술을 상품화한 ProfiBus 및DeviceNet의 시장 점유율이 높은편이지만 후발 주자인 CC-Link도 시장을 크게 확장하고 있는 추세에 있다. 국내의 경우 96년 이후 크게 성장할 것으로 예상되었던 필드버스 시장이 예기치 못했던 금융 위기 이후 침체되어 온 것이 사실이다. 그러나 간편한 배선, 고장 진단의 편리성, 더욱 강력한 통신 기능 등으로 인해 필드버스의 중요성이 재인식되고 있는 상황이다. 더구나 중앙 제어 시스템의 확산과 함께 필드 기기의 상황을 모니터 할 수 있고 제어 할 수 있다는 것은 대단한 매력이 아닐 수 없다. 

더욱 더 고도화, 정보화 되는 산업 현장의 요구에 따라 필드 버스는 미래의 산업 기기로서 빠르게 확산될 것으로 전망된다. 본 고에서는 미쓰비시의 필드버스 네트워크인 CC-Link의 특징을 중심으로 필드버스의 정의, 특징과 통신 방식에 대해 알아 보겠다. 

CC-Link의 개발 배경 

FA분야에서 '제어와 정보의 융합'은 피할 수 없는 대세가 되었다. 종전에 상품화한 Field Network의 경우 대부분 단순 비트 제어 신호를 전달하는 수준에 머물러 있었기에 정보 전달 기능은 물론이고 고기능 기기의 제어 조차도 어려운 상황이었다. 

필드버스의 초기 형태는 전용의 리모트 I/O 네트워크로서 주로 PLC 등의 자동화 시스템에서의 I/O 연결 모듈을 현장 기기 가까이에 배치하기 위해 개발되었다. 그러나 전용 네트워크로서 폐쇄적인 구조를 가지고 있으며, 단순한 비트 제어만이 가능하다는 단점을 가지고 있었다. 각종 제어기기의 고기능화에 의해, 향후의 Field Network에서는 단순한 비트 제어 뿐만 아니라 데이터 제어와 메시지 송수신 등의 기능이 더해진 Intelligent한 네트워크가 요구되고 있다. 

미쓰비시가 개발한 CC-Link는 이러한 조건을 만족시키는 차세대 Field Network로서, PLC 시스템에서 사용되며 입출력 기기 뿐만 아니라 워드 데이터를 다루거나 스스로의 CPU를 통한 복잡한 연산을 수행하는 기기의 분산화, 간편한 배선 절감 효과를 얻을 수 있다.

CC-Link의 구성 

CC-Link 시스템은 그림1에서와 같이 PLC 시스템에 장착한 1대의 마스터 국에서 리모트 입출력은 물론 여러 가지 특수 기능을 수행하는 리모트 디바이스/인텔리전트 디바이스들과 연결하여PLC 시퀀스 프로그램에 의해 각종 제어를 수행하는 시스템이다. 1대의 PLC 시스템에는 최대 4장의 마스터 국 장착이 가능하므로 대규모의 시스템 구축도 가능하다. 

구성 기기 

리모트 국은 전송 데이터 종류와 기능에 따라 리모트 입출력, 리모트 디바이스, 인텔리전트 디바이스의 3가지 형태로 구분된다. 

리모트 입출력으로는 미쓰비시의 리모트 입력, 출력, 입출력 혼합 기기와 파트너 메이커의 솔레노이드, 액추에이터, 밸브, 센서 등 다양한 기기 중에서 선택이 가능하다. 리모트 디바이스로 사용이 가능한 제품으로는 당사의 리모트 기기(예; A/D변환, 온도입력, 고속 카운터, 시리얼 통신, SERVO 제어 유니트 등) 및 다양한 파트너 제품의 접속이 가능하다. 인텔리전트 디바이스국은 마스터국/로컬국, 표시기, PC용 인터페이스 보드 등 다양한 제품이 있다. 

취급 데이터 종류 

다음과 같이 크게 4가지 데이터를 가집니다. 

①리모트 입력(RX) 

각 리모트 국에서 마스터 국으로의 입력 데이터 전송용의 비트 데이터를 말한다. 

②리모트 출력(RY) 

마스터 국에서 각 리모트 국으로의 출력 데이터 전송용의 비트 데이터를 말한다. 

③리모트 레지스터(RWr) 

입력용 리모트 레지스터라고도 하며 각 리모트 국에서 마스터 국으로의 워드 데이터 전송용의 데이터를 말한다. 

④리모트 레지스터(RWw) 

출력용 리모트 레지스터라고도 하며 마스터 국에서 각 리모트 국으로의 워드 데이터 전송용의 데이터를 말한다. 또한 메시지 데이터라고 하여, 인텔리전트 국 2개 국간에 전용 명령을 통한 비트 및 워드 데이터 교신도 가능하다. 

데이터 크기 

각 국은 1개의 국으로써 점유하게 되는데 1개 네트워크 시스템에서는 최대 64개의 국까지 연결할 수 있다. 1개의 시스템에서 사용할 수 있는 데이터 개수가 미리 정해져 있고 각 국은 데이터를 나눠 가지게 된다. 이때 1개 국은 최소 1국 점유부터 4국 점유까지 가능하며 점유 국수에 따라 사용할 수 있는 데이터 개수를 더 확보하게 된다. 표2는 점유 국수에 따라 확보되는 데이터 개수를 나타낸다.

CC-Link의 주요 특징 

CC-Link를 이용함으로써 생(省)배선, 생(省)공간에 의한 시스템의 Cost절약은 물론 Intelligent한 기기의 활용에 의한 생산성 향상을 실현할 수 있다. 

전용 LSI 칩을 사용한 간편한 접속을 실현 

① 리모트 입출력용 LSI(MFP2) 

통신을 의식하지 않고 CPU없이 On/Off정보를 다루는 기기에서 사용하는 통신용 LSI이다. 단순히 입출력 정보를 MFP2에 데이터 라인을 통해 전송만 해주면 이후의 모든 통신은 MFP2칩이 알아서 수행한다. 대응 기기는 솔레노이드 밸브, 센서 등이다. 

② 리모트 디바이스용 LSI(MFP3) 

통신을 의식하지 않고 비트나 워드 데이터를 다루는 기기를 개발할 수 있게 해주는 통신용LSI이다. 대응 기기는 인버터, 서보, 아날로그 입력 기기, 아날로그 출력 기기, 표시기 등이다. 

다루기 쉬운 업계 초고속 버스형 네트워크 

- 통신 속도 10Mbps(총 연장 거리 100m이내일 때)에 의해 고속 응답성을 필요로 하는 제어에도 사용할 수 있다. 

- 시스템의 전체 거리에 따라서 최적의 통신 속도를 Flexible하게 선택하는 통신속도/거리 가변 방식을 사용한다. 

- Broadcast Polling 방식을 채택함으로써 링크 스캔을 최적화하여 10Mbps 통신 시 3.9~6.7ms정도의 빠른 링크 스캔 시간을 실현하였다. 

워드 데이터와 비트 데이터를 간단히 다룰 수 있다 

워드 데이터 및 비트 데이터의 Cyclic 전송에 의해, 리모트 입출력 기기뿐만 아니라 인버터와 표시기 등 워드 데이터를 사용하는 Intelligent기기의 정보가 리모트 레지스터를 통해 항상 리프레쉬 되므로 간단하게 교신할 수 있다. 

충실한 RAS 기능 

①자국(子局) 분리 기능 

이상이 발생한 국을 네트워크에서 자동으로 탈락시켜, 정상적인 국들로만 데이터 링크를 하는 기능이다. 

②자동 복렬(復列) 기능 

다시 정상 상태로 돌아온 국을 자동으로 네트워크에 복귀시키는 기능입니다. 마스터 국을 리셋 할 필요가 없으며, 매우 빠른 속도로 복귀를 시켜 주므로 리모트과 연결이 정기적으 로 끊어졌다가 이어지는 대차 시스템등에도 무리 없이 적용할 수 있다. 

③링크 상태 확인 기능/진단 기능 

데이터 링크의 상태를 표시해 줌으로써 통신상의 이상 유무를 파악하고 이상을 제거하기 쉽도록 해 주는 기능으로써 신뢰성 있는 시스템을 실현할 수 있다. 

제어 대상에 따른 기기 선택 

- 파트너 메이커의 제품에는 동일 사양의 통신용 LSI(MFP2 혹은 MFP3)가 장착되어 있으며, 협회에서 완성품을 조합한 통신 테스트를 실시한다. 따라서 여러 회사의 제품과 조합하여 사용 하더라도 통신에는 전혀 문제가 없다. 

- 2004년 9월말 현재 CC-Link 협회에 가입한 회원사는 605사로서 폭 넓게 기기를 선택할 수 있다. 

2005년 기사 작성