세대가 진행될수록 자동화의 심도가 더욱 증가하면서, 전통적인 CAN 버스는 더 이상 필요한 데이터의 양을 다룰 수 없게 되었다. 다년간에 걸쳐 다양한 제조와 공정 애플리케이션의 범위에 걸쳐 성능이 입증되어 온 POWERLINK와 같은 산업용 이더넷 프로토콜은 건설과 농업 업계에서 찾고 있던 향상된 성능을 정확히 제공해준다.
GPS 내비게이션, 후방 카메라, 안전 기술 및 셀 수 없이 많은 완전 자동화된 프로세스들은 모두 오늘날의 하이테크 모바일 기기와 상업용 차량의 표준 기능이 되었으며, 이러한 차량에는 콤바인 수확기와 굴착기로부터 소방차와 다기능 도시형 차량들까지가 망라된다. 차량들은 종래의 CAN 버스의 최대 대역폭을 초과하였기 때문에 이제는 필요한 기능을 제공하기 위해 최대 10개까지의 병렬 CAN 네트워크에 의존한다.
더 넓은 대역폭
“네트워크를 하나씩 추가함에 따라 엔지니어링, 유지보수 및 진단을 위한 시간과 비용도 추가됩니다.” B&R의 모바일 자동화 제품 부장인 Stefan Taxer는 설명한다. 더욱이 안전에 긴요한 애플리케이션에 대한 성능이나 대역폭은 여전히 부족하다. “제조사들은 전통적인 버스 시스템이 발전에 방해가 되는 수준에까지 도달하였습니다.” 모바일 자동화 분야는 지속 가능한 혁신을 위한 기반의 역할을 할 수 있는 새로운 백본 버스 시스템을 찾고 있다.
“산업 자동화는 새천년이 바뀔 무렵에 비슷한 딜레마에 봉착하였습니다.” Taxer는 지적한다. 그 이후 고성능 솔루션이 명확한 승자로서 등장하였고 그것은 다름아닌 산업용 이더넷이었다. 산업용 이더넷은 더 넓은 대역폭을 제공하고, 실시간 기능을 제공하며, 비용 효율적인 이더넷 표준을 기반으로 한다. “이들 편익은 여러 가지 모바일 자동화 분야에서도 마찬가지로 성공을 거둘 것입니다.” Taxer는 확신에 차서 말한다. 공통적인 인터넷 프로토콜 TCP/IP는 옵션이 될 수 없다. 결정론적 통신을 지원하지 못하기 때문이다.
버스 시스템의 선택은 장기적 약속이기 때문에 제조업체들은 개방형이고 미래 대비형의 솔루션을 찾게 된다. “바로 그러한 점들이 정확히 POWERLINK가 설계된 요점입니다.” Taxer는 말한다. 프로토콜 스택은 BSD 라이선스 하에서 발표되었다. 마스터와 슬레이브의 구현을 위한 소스 코드는 누구에게나 개방되어 있고 어떠한 라이선스 요금도 부과되지 않는다. POWERLINK의 사용자 단체인 EPSG는 모든 제조사들이 가입하여 프로토콜의 미래를 함께 만들어나갈 것을 제안하는 바이다.
CANopen 기반의 POWERLINK
새로운 버스 시스템의 구현은 값비싼 프로세스가 될 수 있으며 여기에는 새로운 하드웨어의 구매와 재작성해야 할 많은 양의 소프트웨어가 포함된다. “성능 면의 거대한 도약에도 불구하고, 백본 버스로서의 POWERLINK로의 전환은 놀랄 만큼 손쉽습니다.” Taxer는 설명한다. POWERLINK는 CANopen 객체 사전뿐만 아니라 CANopen 프로필과 통신 메커니즘도 이용한다. 순환 프로세스 데이터는 프로세스 데이터 객체를 통해, 파라미터 데이터는 서비스 데이터 객체를 통해 교환된다. POWERLINK와 CAN은 완벽하게 협력한다.
더 빠른 통신 – 100 Mbit/s
CANopen과 마찬가지로, POWERLINK도 직접 교차 통신을 제공한다. 모든 CANopen 애플리케이션과 장치 프로필은 POWERLINK 환경에서 직접 구현될 수 있고, 애플리케이션에 관한 한 두 프로토콜 사이에는 차이가 없다. 그러나 속도의 차이는 현저하다. POWERLINK의 전송 속도는 100 Mbit/s에 달한다. 더 넓은 대역폭이 요구되는 경우에, 기가비트 이더넷으로 전환하는 것도 문제가 되지 않는다.
“오늘날의 모바일 기기는 자그마치 10개의 네트워크에 3,000미터까지의 네트워크 케이블을 가질 수 있습니다.” Taxer는 말한다. 이것은 설치와 유지보수를 위한 높은 비용으로 귀착될 뿐만 아니라 오류 가능성도 증가시킨다.
모든 것을 한 개의 케이블로
POWERLINK를 이용하면, 모바일 기계의 데이터나, 혹은 트랙터, 잔디 깎는 기계 및 트레일러를 모두 합한 데이터라도, 한 개의 케이블로 전송할 수 있다. 네트워크는 또한 실시간 프로세스 데이터 이외에도 HMI 데이터, 안전 데이터 및 후방 감시 카메라로부터의 비디오 신호도 전송할 수 있다. POWERLINK의 멀티마스터 기능은, 어떠한 설정이나 시스템의 재기동도 없이, 자율 주행 기기가 자체 제어와 견인 차량으로부터의 피제어(被制御) 운전 사이에서 전환될 수 있도록 한다.
POWERLINK 네트워크는 완전한 토폴로지의 자유를 제공한다. “어떠한 네트워크 설정도 없이, 스타, 트리형, 버스나 원형 구조 혹은 이들의 조합이 모두 가능합니다.” Taxer는 설명한다. 결과적인 모듈화는 사용자로 하여금 운전 중에 네트워크 구간을 추가하거나 제거하는 것을 허용한다. 특히 모듈형 기계 설계에 관한 한, POWERLINK는 최적의 사용성과 짝을 이루어 최대한의 유연성을 제공한다.
보다 복잡한 자동화 솔루션은 전통적으로 복수의 네트워크와 각각 자체의 소프트웨어를 갖춘 복수의 컨트롤러를 요구한다. 물론 이것은 모두 조정되고 유지, 보수되어야 한다. POWERLINK의 높은 데이터 전송 속도와 실시간 기능을 갖추면, 사용자에게 필요한 것은 하나의 애플리케이션을 위한 하나의 컨트롤러뿐이다. 센서와 액추에이터로부터의 데이터는 실시간으로 컨트롤러에 전달되고, 데이터는 컨트롤러에서 처리되어 필요에 따라 되돌려 보내진다. 중앙집중식 제어 구조와 분산식 제어 구조가 모두 가능하다.
높은 기계 가동률
“다른 이더넷 기반의 필드버스와 비교하여, POWERLINK 구현 비용은 매우 낮습니다.” Taxer는 말한다. 라이선스 요금도 없고 특수 하드웨어도 없다. 비용 절감은 품질을 희생하여 얻어지는 것이 아니라, 실제로 기계 가동률의 증가와 함께 수반된다. 넓은 대역폭은 사용자로 하여금 상세한 진단 기능의 구현이나 네트워크를 통한 신속하고 신뢰할 수 있는 소프트웨어 업데이트의 수행과 같은 일을 할 수 있도록 허용한다. POWERLINK는 단일 프레임 프로토콜을 이용하기 때문에 실질적으로 EMC 외란에 대해 내성을 갖는다.
안전성 포함
모바일 기기는 또한 EU 기계 지침의 적용을 받기 때문에, 흔히 자체의 안전 애플리케이션을 필요로 한다. “openSAFETY는 여기에 대해 완벽합니다.” Taxer는 말한다. POWERLINK와 연계하여 오픈 소스 안전 프로토콜을 시행할 수 있고 이러한 프로토콜에는 자체의 네트워크가 요구되지 않는다. 안전 관련 데이터는 다른 트래픽과 무관하게 POWERLINK 네트워크를 통해 전송된다. SIL 3 / PL e까지의 사전 인증은 openSAFETY의 구현을 특히 빠르고 단순하게 해준다.
