상세설명
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| Industrial Ethernet - EtherCAT (Ethernet for Control and
Automation Technology) | ||||||||
| 2000년대에 들어서면서 전 세계의 가정과 사무실과 공장에서 사용되고 있던 Ethernet 기술을 I/O 제어
Level에서까지 사용하고자 하는 움직임이 나타나기 시작하였다. 1990년대 부 터 I/O 제어 Level에서 사용되기 시작한 산업통신 방식인
Fielbus가 전 세계의 자동화 라인에 정착되면서 동시에 나타나기 시작한 이러한 흐름은 많은 회사들로 하여금 산업현장에서 사용할 수 있는
Ethernet 기술을 개발하도록 하였고, 이중의 한 가지가 Beckhoff에서 개발한 Industrial Ethernet인
EtherCAT이다. EtherCAT은 2002년에 독일 Beckhoff (http://www.beckhoff.com)사에서 기술을 개발한 후 2003년11월에 EtherCAT Technology Group (ETG-http://www.ethercat.org)을 결성해서 기술을 공개한 Open Industrial Ethernet Solution 이다. 현재 전 세계적으로 200여 개의 회사가 회원으로 가입되어 있으며 국내에서는 삼성전자와 LS산전이 ETG 회원으로 가입되어 있고, 특히 삼성전자에서는 EtherCAT Module을 이미 개발해서 현장에서 적용하기 위한 테스트를 하고 있는 상태이다. EtherCAT은 2005년2월에 IEC Specification으로 공인 받았고, EtherCAT Solution 개발에 필요한 모든 S/W & H/W가 완벽하게 개발자들에게 공급되고 있다. 유럽에서는 이미 양산 장비에 EtherCAT이 적용되어 판매 되고 있으며, 국내에서는 모 대기업 연구소에서 EtherCAT 기반의 초정밀 연구용 장비를 개발 중에 있다. 또한 두 곳의 LCD/반도체 장비회사에서 EtherCAT을 이용한 장비를 개발 해서 현장에 설치하였으며, 두 곳의 LCD/반도체 장비회사에서는 적용 가능성 여부를 확인하기 위한 테스트를 진행하고 있다. 그리고 ㈜트라이텍에서 8월부 터 진행할 예정인 제약회사 프로젝트에 PC Based Controller인 TwinCAT과 EtherCAT을 직접 적용할 계획으로 있다. EtheCAT의 특징에 대해서 하나씩 살펴보면 아래와 같다. | ||||||||
| 1. EtherCAT은 매우 빠르다. | ||||||||
| 1) Transmission Rate : 2 X 100 Mbaud (Full-Duplex) Mode에서 Update Times이 | ||||||||
| - 256 Digital I/O in 11 micro second - 1000 Digital I/O distributed to 100 nodes in 30 micro second = 0.03 ms - 200 analog I/O (16bit) in 50 micro second, 20 kHz sampling rate - 100 Servo Axis (each 6 Byte IN+OUT) in 100 micro second = 0.1 ms - 12000 digital I/O in 350 micro second | ||||||||
| 2) Application-Example | ||||||||
| - 40 Axis (each 6 Byte Input and Output data) - 50 I/O Station with altogether 560 EtherCAT Bus Terminals - 2000 Digital + 200 Analog I/O, Bus Length 500 m - Performance EtherCAT : Cycle Time 230 micro second at 33% Bus Load - For comparison : 1 CAN Frame (8 Byte Process Data) @ 500 kBit/S - 250 micro second | ||||||||
| 3) 국내의 모 대기업 연구소에서도 EtherCAT을 적용하기 전에 성능을 검증하기 위한 테스트를 실행하였다.
이 연구소에서 요구한 성능은 Windows OS가 탑재된 PC에서 100 micro second로 Analog
Data(0~10V) 를 일정하게 Write 할 수 있어야 한다는 것이었다. 이 테스트는 다음과 같은 환경에서 이루어졌고, 측정은 HP oscilloscope를 사용 하였으며, 테스트 결과 이 연구소에서 요구하는 성능을 만족시켰다. | ||||||||
| - Windows XP Professional Version이 탑재된 Notebook (Intel Pentium M
1.8GHz) - Notebook에 있는 LAN Card + CAT5 LAN Cable + LAN Connector - Beckhoff EtherCAT Master Solution : TwinCAT (with Real Time Kernel) - Beckhoff EtherCAT I/O Module | ||||||||
| 위의 데이터들에서 보듯이 EtherCAT은 매우 빠르다. 그것도 시중에서 쉽게 구할 수 있는 표준 LAN Card와
Cable을 사용하면서….. 어떻게 이것이 가능한 것인가? 그것은 크게 다음과 같은 세 가지 요인에 의해서 가능하게 되었다. (물론 세세하게 따지면 더 많은 요인들이 있겠지만…. 더 자세한 자료가 필요하시거나, 더 자세한 내용을 알고 싶으시면 트라이텍으로 연락을 주시기 바랍니다.) | ||||||||
| A) EtherCAT Master Software (EtherCAT Configuration & Programming) | ||||||||
| - Real Time Kernel이 포함된 Beckhoff EtherCAT Master Solution 또는 - Hard Real Time OS INtime + EtherCAT Master Driver 또는 - ETG Member 회사들에서 만들어 판매하고 있는 EtherCAT Master Software 또는 - Beckhoff에서 제공하는 EtherCAT Master Sample Code를 이용한 자신만의 EtherCAT Master Software 제작. | ||||||||
| B) DMA (Direct Memory Access) | ||||||||
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| C) EtherCAT Slave Controller (Include FMMU - Fieldbus Memory Management Unit) | ||||||||
 Fieldbus Memory Mapping과 EtherCAT Mapping 방법을 비교해 보면 좀 더 이해가 쉬울 것 같아서 아래에 Fieldbus Memory Mapping 방법에 대한 그림을 추가하였다. 이와 같은 큰 세 가지 요인에 의해서 EtherCAT은 일반 Ethernet이 제공하지 못하는 실시간성과 90% 이상의 Ethernet 대역폭 사용이 가능하게 되었다. | ||||||||
| 2. EtherCAT은 Industrial Ethernet 이다. | ||||||||
| EtherCAT은 IEEE 802.3 Standard Ethernet Frames을 그대로 사용하였다. 따라서 다양한
Ethernet Device들을 EtherCAT Device들과 함께 사용할 수 있을 뿐만 아니라 기존에 개발된 다양한 Ethernet S/W
Solution도 EtherCAT과 함께 사용할 수 있다. 아래의 두 그림은 EtherCAT Frame과 EtherCAT + Ethernet
Device 구성 예를 보여주고 있다. | ||||||||
그림 1) EtherCAT Frame | ||||||||
그림 2) EtherCAT Device + Ethernet Device 구성 예 | ||||||||
| 3. EtherCAT은 현장의 엔지니어들이 빠르고 쉽게 EtherCAT Device들을 연결할
수 있도록 다음과 같은 다양한 종류의 Cable 결선 방법을 제공한다. | ||||||||
| 1) Star Topology 2) Line Topology 3) Topology Variant : Daisy Chain, Daisy Chain with Drop Line, tree structures | ||||||||
| 또한 EtherCAT은 Cable 이중화 기능을 제공한다. 이 기능에 의해, 연결된 EtherCAT Slave 중의
어느 하나가 고장이 나더라도 나머지 EtherCAT Slave들은 계속 EtherCAT Master와 통신을 할 수 있다. 이러한 Cable
이중화를 구현하는데 드는 비용은 단순히 LAN Card를 하나만 더 추가하면 될 뿐이다. 뿐만 아니라 EtherCAT은 필드버스를 사용하던 고객들이 쉽게 EtherCAT을 사용할 수 있도록 하기 위해서 필드버스 to EtherCAT Solution도 제공한다. 현재 제공하고 있는 필드버스는 DeviceNet, Profibus, CANOpen 이며, 이러한 필드버스를 사용하던 고객들은 기존에 투자된 비용은 보호를 받으면서 손쉽게 EtherCAT 환경으로 옮겨갈 수가 있다. | ||||||||
| 4. EtherCAT은 사용하기가 쉽고 유지보수가 편리하며 가격이 저렴하다. | ||||||||
| - EtherCAT은 Master와 Slave 모두 Manual address setting을 요구하지 않는다. EtherCAT
사용자들은 단순하게 EtherCAT Device들을 현장에 설치한 후 Category 5 or 6 Cable을 이용해서 단순하게 연결만 하면 된다. 연결 후 EtherCAT Master Software를 이용해서 단순하게 연결된 I/O들을 찾으면 된다. | ||||||||
| - EtherCAT은 특별한 Master Card를 요구하지 않는다. 시중에서 손쉽게 구할 수 있는 일반 LAN Card를
그대로 사용하면 된다. 또한 EtherCAT은 별도의 Cable과 Connector도 필요로 하지 않는다. 현재 여러분들이 사용하고 있는 LAN Cable이면 된다. 다만 안정성을 위해서 Category 6 STP Cable의 사용을 권장하는 바이다. | ||||||||
| - EtherCAT은 Switch를 사용할 수도 있는 사용하지 않을 수도 있다. 이것은 고객의 환경에 따른 선택 사항이다. | ||||||||
| 5. EtherCAT은 Open Industrial Ethernet이며, 이미 현장에서 적용되어 성능이 입증된 기술이다. | ||||||||
| - EtherCAT은 Beckhoff에서 개발 후 ETG (EtherCAT Technology Group)를 통해서 모든 기술을 공개한
Open Industrial Ethernet 이다. ETG에는 EtherCAT에 관심이 있는 회사라면 누구나 가입할 수 있으며 별도의 가입비를 받지 않는다. 또한 ETG에 가입한 회사에는 모든 EtherCAT Spec이 무상으로 제공되며, EtherCAT 관련 제품을 개발할 수 있는 H/W와 S/W가 저렴하게 제공된다. | ||||||||
| - EtherCAT은 산업 현장에 적용되어 그 성능이 이미 입증된 기술이다. 한국에서도 이미 세 곳의 회사에서 제품을 개발하고 있고, 두 곳의 회사에서 성능테스트 중이다. 또한 트라이텍도 2005년7월에 직접 EtherCAT을 이용한 프로젝트를 진행 할 예정으로 있다. | ||||||||
| 6. EtherCAT은 개발에 필요한 다양한 솔루션을 고객들에게 제공하고 있다. | ||||||||
| - 이 글을 읽고 있는 여러분들이 원천 기술을 이용한 새로운 솔루션을 개발하는 개발자 이고, EtherCAT을 이용한 새로운 제품을 개발하고 싶다면 방법은 간단하다. EtherAT Technology Group에 가입해서 도움을 받으면 된다. | ||||||||
| - 이 글을 읽고 있는 여러분들이 이미 개발된 EtherCAT H/W & S/W를 이용해서, 어떤 EtherCAT 솔루션을
개발하고자 하는 Application Engineer라면 트라이텍은 다음과 같은 세 가지 개발방법론을 여러분에게 제공할 수 있다. | ||||||||
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