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기술정보 (연재)CIP 안전 네트워킹의 현재와 그 이후 <최종>

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 124회 작성일 22-01-13 16:39

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통신 네트워크는 프로세싱, 센서, 액추에이터를 필요한 곳에 분산시킴으로써 오늘날 자동화 시스템의 외형을 크게 변화시켰다. CIP Safety™는 안전 시스템에 있어서 동일하고 좋은 장점을 제공한다.
CIP Safety는 높은 무결성을 지닌 EtherNet/IP™와 같은 CIP 기반 네트워크의 데이터 전송에 CIPSafety의 고유 서비스를 추가하여 업계에 표준 CIP™ 기반 서비스를 확장해 나가고 있다. 본 백서에서는 안전 네트워킹에 대해서 확장 가능하고, 네트워크 독립적인 접근 방식을 제시하며, 나아가 안전 서비스에 대해 다음과 같이 설명하고 있다. 즉, 잘 정의된 계층으로 기본 네트워크 서비스를 변경할 수 있으며, 이 접근 방식은 안전 데이터의 원활한 라우팅(Routing)을 가능하게 하여 사용자가 여러 링크에 걸쳐 엔드 투 엔드 안전 체인을 만들 수 있다.

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12. 메시지 패킷 세션

CIP Safety에는 다음 네 가지 메시지 섹션 유형이 있다.
1. 데이터 섹션
2. 타임스탬프 섹션
3. 시간 보정 부분
4. 시간 조정 구간

CIP Safety는 데이터 섹션에 서로 다른 두 가지 크기의 범위를 지원한다. 그림 8에 표시된 짧은 데이터 크기는 최대 2바이트의 안전 데이터에 대해 높은 무결성 전송을 제공한다. 전체 메시지에 대한 안전 데이터의 사례, 타임스탬프 및 24비트 안전 CRC(Cyclic Redundancy Check : 시리얼 전송 – 데이터/신뢰성/에러검출)를 포함한다. 안전 CRC의 3바이트는 연속적이지 못하다.

그림 9에 표시된 긴 데이터의 크기는 최대 250바이트의 안전 데이터에 대해 높은 무결성 전송을 제공한다. 긴 데이터 크기에서는 원본 안전 데이터가 16비트 안전 CRC, 반전된 안전 데이터 복사본, 타임스탬프 및 24비트 안전 CRC와 함께 전송되어 보완된 데이터와 타임스탬프를 커버한다. 또 짧은 데이터 섹션과 마찬가지로 24비트 안전 CRC의 3바이트는 연속적이지 못하다.
 
프로토콜의 타임스탬프 섹션은 모든 안전 제품의 생산시간을 표시하는 데 사용된다. 그림 10에 표시된 시간 보정 섹션은 멀티캐스트 메시지에만 사용한다. 이것은 멀티캐스트 연결을 위한 개별소비자의 시간 수를 조정하기 위해 사용된다. 유니 캐스트 메시지에서는 각 프로듀서가 하나의 소비자와만 연결되기 때문에 이 섹션이 필요하지 않다. 유니 캐스트 메시지에서는 각 프로듀서가 하나의 소비자와만 연결되기 때문에 이 섹션이 필요하지 않다.
그림 11에 표시된 시간 조정 섹션은 시간 값을 수정하기 위해 소비자가 생산자에게 보낸 정보를 포함한다. 또 데이터 섹션과 타임스탬프 섹션은 단일 패킷으로 결합되며, 시간 조정 섹션과 시간 보정 섹션은 각각 자체 패킷으로 전송된다.


13. 연결 설정

EtherNet/IP 네트워크는 전방 열림(Forward Open) 서비스를 사용하는 연결 설정 메커니즘을 제공하는데, 서비스를 통해서 생산자는 중간 라우터(Router : Network)에서 데이터의 전달을 촉진하는 중계 장치를 통해 소비자 연결이 로컬 또는 여러 링크에 걸쳐서 설정할 수 있다. 다음에 대해 동일한 다중 연결(Multilink)을 허용하기 위해 안전 열림(Safety Open) 서비스라고 하는 전방 열림(Forward Open)의 확장성이 생성된다.

안전 열림 요청에는 두 가지 유형이 있다.
•유형 1 : 구성도 포함
•유형 2 : 구성도 없음

Type 1 안전 열림 서비스를 사용하면 구성과 연결이 동시에 설정된다. 따라서, 간단하고 비교적 작은 구성 데이터로 장치를 신속하게 구성할 수 있다.

Type 2 안전 열림 서비스를 사용하면 먼저 안전장치를 구성하고, 안전 열림 서비스를 통해 안전연결을 설정해야만 한다. 이러한 구성 및 연결 설정의 분리를 통해 크고 복잡한 구성 데이터를 가진 장치를 구성할 수 있다.

두 개의 경우 모두, 안전 열림 서비스는 중간 링크와 라우터뿐만 아니라 로컬 링크 전반에 걸쳐 모든 기본 링크 계층의 연결을 설정한다.

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14. 구 성

안전 시스템에서 안전장치를 사용하려면 먼저 장치를 구성하고, 연결을 설정해야 한다. 구성 프로세스를 수행하려면 구성 도구의 구성 데이터를 안전장치에 배치해야 한다. 구성에 사용할 수 있는 두 가지 시퀀스(Sequences)가 있다.

•장치 또는 장치에 직접 연결된 구성 도구
•중간 장치를 통해 그림 12와 같이 구성 도구에서
장치 케이스로, 구성 도구는 (1) (2)를 구성할 장치에 직접 기록한다. 연결 장치는 형식 2 안전 열림(3)이어야 한다.

그림 13과 같은 중간 장치 구성의 경우, 도구는 먼저 발신자(1)에 기록한다. 적당한 크기의 구성의 경우 형식1 안전 열림(Type 1 Safety Open)을 사용하여 연결 설정(2)와 동시에 장치를 구성할 수 있다. 매우 큰 구성의 경우 별도의 구성 다운로드(3) 및 형식 2 안전 열림을 연결 설정(4)에 사용할 수가 있다.

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15. 구성 구현

CIP Safety는 구성의 무결성을 보장하기 위한 다음과 같은 보호조치를 제공한다.
•안전망 번호(SNN/Safety Network Number)
•암호 보호(Password protection)
•구성 소유권(Configuration ownership)
•구성 잠금(Configuration locking)


16. 안전망 번호

모든 안전장치는 선택적 암호 사용을 지원한다. 암호 메커니즘은 올바른 암호 없이 장치를 재구성할 수 없도록 하는 추가 보호조치를 제공한다.


17. 구성 소유권

CIP 안전장치의 소유자를 지정하고 시행할 수 있다. 각 안전장치는 해당 구성이 선택한 마스터(Originator)에 의해 구성되거나, 구성 도구에만 의해 구성되도록 지정할 수 있다.


18. 구성 잠금

구성 잠금은 안전 응용프로그램에 사용하기 전에 모든 장치가 검증 및 시험되었는지 확인하는 메커니즘을 사용자에게 제공한다

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19. 안전장치

안전장치 내 물체의 관계는 그림 14와 같다. CIP Safety는 Safety I/O 어셈블리, 안전 검사기 및 안전감독자(Safety Supervisor) 객체를 추가하여 CIP 객체 모델을 확장한다.


20. 안전 감독관

안전 감독관 객체(Supervisor object)는 안전장치를 위한 공통 구성(Common configuration) 인터페이스를 제공한다. 응용프로그램 객체의 상태, 동작 및 관련 상태 정보, 예외 상태 표시(경보 및 경고)를 중앙 집중화하고 조정하며, 안전장치에 속하는 것으로 확인된 객체로 가정하는 행동 모델을 정의한다.


21. 무 선

CIP 안전성은 TUV 라인랜드(TÜV Rheinland)에 의해 “블랙채널(Black channel)” 프로토콜로 인증되었으며, 이는 안전 무결성이 물리적 매체에 의존하지 않음을 의미한다. 블랙 채널 프로토콜로서 CIP Safety는 다양한 유선 이더넷 플랫폼(10, 100Mbps 및 1Gbps), 광섬유 및 WiFi (802.11a/b/g/n/ac)와 같은 무선 시스템과 통신할 수 있다. CIP Safety는 WiFi6(802.11ax) 및 5G와 같은 표준과 정 방향으로 호환될 것으로 예상된다.


22. 요 약

통신 네트워크는 처리, 센서 및 액추에이터를 필요한 곳에 분산시킴으로써 오늘날 자동화 시스템의 작동 방식을 크게 변화시키고 있다. CIP Safety는 확장이 가능하고, 라우팅이 가능한 네트워크 독립적인 안전통신을 제공하여 안전시스템에 동일한 이점을 제공한다. 멀티캐스트 메시징과 같은 기능은 사용자가 안전 거리를 개선하는 빠른 응답을 안겨주는 로컬 셀(Local cell) 제작이 가능한 강력한 기초를 제공하는 한편, 멀티링크 라우팅과 같은 고급 기능은 미래의 확장 요구를 충족시키기 위해 원격 셀(Remote cell)과의 원활한 상호 연결을 허용하고 있다.