필드버스 선택과 인터버스(INTERBUS)

[산업일보]
90년대 중반 필드버스가 국내에 소개되기 시작한 이후 최근 몇 년 전부터는 그 수요가 가히 폭발적으로 증가하고 있으며 점차 많은 응용 분야에서 다양한 형태의 필드버스 시스템이 주요 제어 시스템으로 자리잡아 가고 있다. 그리고 이러한 경향은 향후에도 지속될 것으로 보이며, 제어 시스템에 대한 기존의 개념 또한 많이 바뀔 것으로 보인다. 하지만 아직도 많은 사람들이 필드버스를 적용시 많이 혼란스러워 하고 있으며, 이는 필드버스에 대한 이해 부족도 이유가 될 수 있겠으나 너무도 다양한 필드버스 프로토콜이 시장에 혼재해 있다는 것도 큰 이유가 될 수 있을 것이다. 따라서 이 글에서는 사용자들의 이해를 돕고자 먼저 필드버스의 역사에 대해 살펴보고 다양한 필드버스 프로토콜 중 특히 인터버스(INTERBUS)에 대해 살펴보도록 하겠다.

필드버스 역사
필드버스 시스템을 기존의 전통적인 제어시스템과 비교하여 전혀 다른 시스템으로 생각하는 사람도 있다. 하지만 필드버스는 제어기가 각 현장 디바이스와 데이터를 주고 받는 개념 및 방식이 전통적인 제어시스템과 다를 뿐 전통적인 제어시스템과 별개의 시스템이라 볼 수 없다. 필드버스를 이용하여 디바이스를 제어하고자 하는 개념은 80년대 초 유럽에서 먼저 시작되었으며 80년대 중반 이후 증가하기 시작하여 90년대 초부터는 구미 지역을 중심으로 그 수요가 가히 폭발적이라 할 정도로 그 증가세가 두드러졌다. 특히, 90년대 초부터는 각 주요 시스템 제조사와 단체를 중심으로 너무도 다양한 형태의 필드버스 프로토콜이 나타나 필드버스의 춘추전국 시대라 할 수 있었다. 이러한 각 필드버스 간의 논쟁은 90년대 말까지 지속되다가 1999년 말에 필드버스에 대한 투표를 통해서 IEC 61158 Part 3,4,5,6에 대한 표준이 제정된 이후에 논쟁이 일단락 되었다고 볼 수 있다.
국내의 상황을 살펴보면, 국내에는 90년대 중반부터 점차 필드버스가 소개되었으나 각 산업계로의 확산은 그다지 크게 증가하지 못했었다. 그러한 이유로는 필드버스에 대한 사용자들의 이해 부족도 한 원인일 수 있으나 필드버스가 확산되기 시작할 시점에서 IMF 여파 등으로 인하여 산업계의 투자가 미진했던 것도 필드버스가 크게 확산되지 못했던 주요 원인으로 볼 수 있다. 그러나 필드버스가 가지는 다양한 장점 및 각 주요 필드버스 프로토콜을 개발하고 공급하고 있는 주요 제조사와 여러 단체들의 꾸준한 노력 등으로 인하여 최근 몇 년 전부터는 각 산업계의 다양한 응용에 있어서 필드버스의 수요가 크게 증가하고 있는 추세다.

필드버스의 선택과 INTERBUS
INTERBUS는 1980년대 초에 독일의 피닉스컨택트(Phoenix Contact)사에 의해 개발되어 세계적으로 널리 사용되고 있는 주요 필드버스 프로토콜 중에서 그 역사가 가장 오래된 프로토콜 중 하나이며, 산업용 필드버스로는 세계 최초로 개발 되어졌다. 개발 초창기부터 기본적인 개념을 개방화에 두었다.



이에 따라 지금은 세계적으로 1,000개 이상의 제조 업체에서 다양한 종류의 INTER BUS용 디바이스를 생산 및 공급하고 있어 그만큼 사용자의 선택의 폭이 다른 필드버스에 비해 넓다고 하겠다.<그림 1>

INTERBUS 전송 매체
INTERBUS 역시 다른 필드버스 프로토콜과 마찬가지로 통신 케이블을 통하여 현장의 디바이스를 제어하므로 케이블 주변에 대용량의 모터 등이 있을 경우 전자기파의 영향을 받을 수 있다. 하지만 통신 매체를 일반 동선뿐 아니라 광케이블 및 IR 등 다양한 매체를 이용하여 전송할 수 있으므로 현장의 조건에 맞는 매체를 이용하여 제어 시스템을 꾸밀 경우 이러한 노이즈의 영향을 최소화할 수 있다.
(1) 동축 케이블
● RS-485를 이용한 차분 신호 전송
● 차폐되고 꼬인 한선 케이블
● 리피터(증폭기)없이 최대 400[m]까지 연결
(2) 광 케이블
● 이중 광 케이블
● Polymer Fiber, 660nm
max. 50m, F-SMA
● HCS-Fiber, 660nm
max. 300m, F-SMA
● Glass fiber, 850nm
max. 3000m, BFOC

INTERBUS 전송 속도



INTERBUS는 500Kbit/s의 일정한 전송 속도를 가지므로 현장 디바이스의 수에 따라 일정한 사이클 타임을 가지며 요즘은 2Mbit/s까지 지원하고 있다. 전송속도와 관련하여 흔히 많은 사람들이 범하는 오류 중 하나는 단순히 각 프로토콜이 가지는 전송속도 자체의 수치만 가지고 각 프로토콜의 우위를 정하는 경향이 있으나 이는 잘못된 것이라 할 수 있겠다. 물론 전송속도가 빠르면 좋은 것은 사실이나, 속도 자체 이외에도 아래에도 설명을 했듯이 어떤 방식으로 데이터를 주고 받는가가 보다 중요하며 이는 데이터를 주고 받는 방식에 따라 사이클 주기 및 효율이 많이 달라지기 때문이다. <그림 2>

INTERBUS 데이터 전송 방법





데이터 전송 방법에는 <그림 3, 4>와 같이 크게 메시지 기반 전송 방법(Message Oriented Transmission) 및 통합 프레임 전송 방법(Summation Frame Method)으로 나눌 수 있으며, 이를 간단히 설명하자면 메시지 기반 방법<그림 3>은, 입력(Input) 디바이스의 경우 ‘요청->응답->확인’ 이라는 절차를 거치며, 출력(Output) 디바이스의 경우 ‘명령->응답->확인’ 이라는 절차를 거친다. 각 절차마다 데이터의 전송이 제대로 됐는지 확인하기 위한 부가적인 데이터가 항시 붙어 다닌다. 이에 반하여 통합 프레임 전송 방법<그림 4>는 입력(Input) 및 출력(Out put)에 상관 없이 모든 디바이스의 데이터를 한번에 전송하고 데이터 전송을 확인하는 부가 데이터의 양도 극히 적으므로 보다 효율적인 전송 방법이라 하겠다. INTERBUS는 이 중에서 통합 프레임 전송 방법(Summation Frame Method)을 사용하므로 메시지 기반 전송 방법(Message Oriented Transmission)을 사용하는 다른 프로토콜에 비하여 보다 효율적으로 데이터 전송을 하고 있다고 볼 수 있다.

INTERBUS 구조
시스템 설치 및 확장과 관련하여, 모든 INTER BUS 디바이스는 제조 업체와 상관없이 ID 코드 및 각 모듈에 대한 기본 사항을 내장하고 있으므로 설치 시 별도로 Hardware에 대한 Configu ration이 필요 없는 Plug & Play 기능을 구현할 수 있으며, 기존 버스 시스템의 확장 시에도 이 기능을 이용하여 간단히 확장할 수 있다.
아울러, INTERBUS의 구조와 관련하여 INTERBUS는 링(Ring) 구조로 되어 있으므로 자기진단(Diagnostic) 측면에서 매우 강하며 Trouble 발생 시 위치 및 원인과 조치 사항까지 나타내준다. 그러므로 제어 시스템 구축 후 운영 및 보전(Maintenance) 측면에서 사용자에게 가장 편리한 시스템 중 하나로 볼 수 있다.<그림 5>




현장에서의 필드버스
상기에서도 언급했듯이 이젠 많은 산업 현장에서 필드버스가 응용되고 있으며, 이런 경향은 향후에도 지속될 것으로 보인다. 인터버스(INTERBUS) 또한 상기에 기술한 다양한 장점을 바탕으로 세계 곳곳의 다양한 응용 분야에서 주요 제어 시스템으로 자리잡아 가고 있다. 하지만, 아직도 많은 사용자들이 필드버스를 적용함에 있어 많이 혼란스러워 하고 있는 것도 사실이다.



이는 현재 시장에 너무도 다양한 필드버스 프로토콜이 혼재해 있다는 것도 큰 이유가 될 수 있으나 필드버스에 대한 사용자들의 이해 부족도 이유가 될 수 있을 것이다. 한 가지 분명한 것은 다양한 필드버스 간에 좋고 나쁜 프로토콜이 있는 것은 아니라는 사실을 인식해야 한다. 각 개별 산업 현장에서 보다 적합한 프로토콜을 적용하여 경제적이고 효율적인 제어 시스템을 구축하는 것이 사용자들의 과제일 것이다. 이런 점에서 한 가지 프로토콜만 고집하기 보다는 각 현장에 맞는 다양한 프로토콜을 적용하는 것이 보다 효율적이며, 과거 다양한 프로토콜을 적용 시 문제는 각 프로토콜 별로 다른 하드웨어가 필요했으나, 다양한 프로토콜 지원이 가능한 개방형 I/O 모듈을 적용시 이런 문제도 해결될 것으로 보인다.
문의: (031)740-9900

김 정 한 / 피닉스컨택트(주)

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