이더넷

Jun 12, 2023

2022년 8월 1일 | 작성자: Gerd Niedermayer(BASF) 및 Benedikt Spielmann(Endress + Hauser)

오늘날 공정 플랜트는 스마트 장치를 통해 현장 수준에서 사용할 수 있는 방대한 양의 데이터를 보유하고 있습니다. 그러나 현장 수준의 장치와 기업 수준의 이더넷 아키텍처 간의 통신 기술이 다르기 때문에 이러한 데이터는 조직의 다른 수준에서 거의 액세스할 수 없습니다. 이러한 데이터 액세스 부족은 디지털화 프로젝트의 구현을 방해하고 프로세스 공장이 디지털 트윈 또는 예측 유지 관리 모델 사용과 같은 데이터 기반 접근 방식의 최대 이점을 달성하는 것을 방해합니다.

이더넷-APL(Advanced Physical Layer)은 더 높은 수준의 애플리케이션에 필요한 속도와 대역폭으로 현장 데이터와 엔터프라이즈 시스템 간의 연결을 제공함으로써 이러한 문제를 극복합니다. 이 문서에서는 이더넷 APL이 어떻게 사용되는지 설명하고 해당 기능과 이점을 자세히 설명합니다.

Ethernet-APL은 2선 케이블을 통해 전력과 데이터를 전송하며 긴 케이블 길이로 10Mbit/s의 데이터 속도를 달성할 수 있습니다. Ethernet-APL은 본질 안전 요구 사항을 준수하며 기능 안전 솔루션이 개발 중입니다. 네트워크의 토폴로지 설계에 따라 이더넷-APL 세그먼트에는 최대 50개의 APL 장치 또는 심지어 200개 이상의 APL 장치가 존재할 수 있습니다.

이 기술은 2021년 Achema Pulse Conference(독일 프랑크푸르트, www.achema.de)에서 출시되었으며[1] BASF(독일 루트비히스하펜, www.basf.de) 실험실에서 테스트되었습니다. 이번 평가를 통해 많은 이점이 입증되었습니다. 이 기술은 이미 사용 가능하거나 곧 사용 가능하게 될 APL 인터페이스를 갖춘 많은 현장 장치를 통해 빠르게 확장될 것으로 예상됩니다.

산업용 계측은 원래의 공압 기술에서 아날로그 장치로, 더 나아가 HART, Profibus PA 또는 Foundation Fieldbus와 같은 디지털 기술로 발전했습니다. 각각의 새로운 기술은 이전 세대에 비해 이점을 제공했지만 여전히 각각의 한계가 있습니다.

HART 프로토콜은 매우 느립니다. 문제 해결 및 매개변수화는 장치에서 로컬로 수행되어야 합니다. 배선 비용이 많이 들고 원격 액세스를 위해 시스템에 복잡한 프로토콜 변환이 필요합니다. HART 기술자는 초기 장치 설정 및 장치 교체 중에 수동으로 측정 크기를 조정해야 합니다. 이 기술은 주로 매개변수화 및 문제 해결에 사용되며 프로세스 제어에는 거의 사용되지 않습니다.

Fieldbus 기술은 HART 프로토콜보다 빠르지만 데이터 전송 속도도 느립니다. 그러나 Fieldbus 시스템은 원격 액세스를 위한 프로토콜 변환, 세그먼트 엔지니어링 및 문제 해결 측면에서 복잡합니다. Fieldbus 기술의 사용과 관련된 복잡성으로 인해 Fieldbus 기술의 광범위한 채택에 대해 업계에서는 일부 저항이 있습니다.

기존 산업 아키텍처에는 현장 장치용 전자 또는 필드버스 계층, 감독 및 제어 계층용 플랜트 이더넷 네트워크, 관리 및 계획용 엔터프라이즈 이더넷이 있습니다. 그러나 모든 계층에서 원활한 데이터 액세스를 활성화하려면 단일 네트워크 기술이 필요합니다. 공정 플랜트의 열악한 환경 요구 사항을 충족하면서 최적화 및 분석 모델을 위해 실시간으로 방대한 양의 데이터를 사용할 수 있도록 하는 것이 Ethernet-APL 개발을 이끄는 주요 동인 중 하나였습니다. (그림 1).

그림 1. 현장 장치 수준에 이더넷 "간격"이 존재합니다.

그림 1. 현장 장치 수준에 이더넷 "간격"이 존재합니다.

그림 1. 현장 장치 수준에 이더넷 "간격"이 존재합니다.

표준 이더넷은 차세대 산업 현장 계측에 필요한 많은 기능을 제공하는 것으로 보입니다. 그러나 산업 환경에 직접 구현하는 것이 불가능하다는 몇 가지 단점이 있습니다. 예를 들어, 100BASE-TX 이더넷의 데이터 속도는 100Mbit/s 전이중이지만 케이블 길이는 100m로 제한됩니다.

표준 이더넷은 4개의 내부 와이어가 있는 CAT5/6 케이블을 사용합니다. 이는 현장 계측을 위한 2선 솔루션이 필요한 산업 설비와 호환되지 않습니다. 재정적으로 타당하지 않은 전체 플랜트의 배선을 변경해야 하는 필요성을 방지하려면 산업용 이더넷 솔루션을 기존 2선 인프라와 통합하는 것이 중요합니다.