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PROFInet
1. 개요
오늘날 두 가지 측면이 신 자동화 개념을 결정한다. 하나는 분산과 컴포넌트 지향적 제어 구조를 이루고, 다른 하나는 산업 자동화와 고차원적 경영 분야인 IT 모두가 함께 성장하고 있다(수직 통합)는 것이다. PROFInet은 이런 새로운 추세를 고려하여 새로운 자동화 구조의 두 가지의 측면을 단일 기술을 이용하여 통합하는 비용절감 솔루션을 제시한다.
PROFInet을 판매업자 간 커뮤니케이션, 자동화, 엔지니어링 등의 모델로 디자인하여, 분산 인텔리전트로 자동화 시스템이 요하는 사항들을 최적화한다. 이로 인해 기계 및 공업단지 구성과 작동에 상당한 비용절감을 거둘 수 있다. PROFlnet 시스템은 PROFIBUS 기초 시스템을 통합해서 기존 시스템에서 이루어진 투자효과들을 포괄적으로 보장한다.또한, PROFlnet을 이용하여 사무세계 IT의 수직적 통합과 모든 자동화 세계의 수평적 통합으로 완벽한 개방 시스템을 구축할 수 있다.
수백만 PROFIBUS 사용자들의 투자효과를 보호하기 위해, 기존 PROFIBUS 세그먼트를 PROFInet 자동화 프로젝트로 통합해서 소위 프록시 방법으로 변형 없이 그대로 사용하기에 모든 범위의 PROFIBUS 장비를 그대로 사용할 수 있도록 PROFInet 프로토콜은 구성되어 있다. 이런 식으로 PROFInet의 장점을 motion control application(PROFIdrive)과 fail-safe application (PROFIsafe)을 PROFInet 응용프로그램에서 사용할 수 있다.
PROFInet은 조립식 컴포넌트와 하부 시스템을 기초로 해서 분산 자동 솔루션을 만든다. 조립식 컴포넌트의 제공과 기존 컴포넌트를 재 활용함으로써 시스템 작동 시 엔지니어링 수고를 현격히 줄일 수 있다.
PROFInet은 컴퓨터 처리능력의 분산보다는 오히려 응용프로그램의 자연 분산된 자동화 객체들의 조합을 주 목적으로 한다. 주로 매개변수 값을 지정 받는 고정 기능 컴포넌트(드라이브, 치수단위, 컨트롤 스테이션, 모니터 장비 등)가 이 과정에 관련된다. 그 다음, PLC와 PC같은 자동화 기기의 자유 컴퓨터 처리능력은 상위 순서 논리(레서피 처리), 상위 오류 방지(가드, 에너지 공급), 또는 외부 세계와의 인터페이스(사무 응용프로그램, 접속 제어)로 축소된다.
2. PROFInet 아키텍처
자동화 시스템이 강력한 아키텍처로 변화되고 다양한 수준의 IT 성장으로, PROFIBUS International은 이런 발전 경향을 지원하고 신세대 통신 시스템인 PROFInet을 개발하기 위해 이미 1999년부터 활동을 시작하였다. 다음 주요 측면들은 PROFInet의 특징을 설명하고 있다.
- 개방적 : 일상적으로 통용되는 표준들을 사용한다는 것과 명확히 정의된 인터페이스를 매개로 한다는 점에서 개방적이다.
- 유사한 메커니즘을 매개로 모든 단계에서 장비들의 일관성 있는 커뮤니케이션 및 협력이 가능하다.
= 프로그램 가능 컨트롤러 간의 수평적 협력(자동화 통합)
= 사무, 제어, 필드 단계 간의 수직적 협력(비즈니스 통합)
- 동일한 엔지니어링 관점을 갖고서 기존의 PROFIBUS 필드 시스템을 통합한다.
- 직관적 유용성(사용하기 편리하고, 응용프로그램 모델이 단순화되고 일관성 있으며, 다른 사용자 그룹들을 고려한다).
- PROFIBUS와 기존 엔지니어링 툴(PLC 프로그램밍, DP 구성)과 상향 호환이 가능 가능하다.
- 일정한 엔지니어링 데이터 모델로 동일한 툴 및 시퀀스, 일상적인 데이터 베이스를 사용할 수 있다.
- 객체들을 그래픽, 텍스트, 또는 스크립트로 상호 연결해서 .컴포넌트 객체 지향적 응용프로그램을 만들 수 있다.
= PROFInet는 세가지 특징을 가지고 있다.
일상 객체 모델에 근거한 분산 자동화 시스템들의 아키텍처를 정의한다. 게다가, 세계적으로 IT 표준으로 인정 받는 Ethernet과 PROFIBUS사이의 개방적이고 신뢰성있는 통신을 규정한다. 마지막으로 제조업자는 시스템 단계뿐만 아니라 장비단계까지 포함하는 독립된 폭 넓은 시스템 엔지니어링을 갖는다. 이 모든 특징들은 기존 PROFIBUS에서 생기는 필요 조건 사항들을 고려해서 PFOFIBUS기초 솔루션과 PROFInet 기초 솔루션사이에 최상의 신뢰성을 보장한다. PROFInet은 소비자들의 기업 개방과 기업 사무 환경의 수평적 및 수직적 투명성 요구 사항들을 충족시키고, 마지막으로 투자 보호를 보장한다.
요약하면, PROFInet은 Ethernet에 적합한 복합 상업 커뮤니케이션을 정의하고, 또한 폭 넓은 시스템 엔지니어링 능력을 갖춘 분산 자동화 솔루션에 적합한 신 제조업자 독립 객체 지향적 아키텍처이다.
3. Components and Objects
PROFInet은 컴포넌트 기술을 기초 개념으로 이용한다. 소프트웨어 컴포넌트 기술은 컴포넌트 기초 자동화에 결정적 기여를 한다. 이미 IT 응용프로그램에서 성공적으로 입증되었고 자동화 기능에서도 이용되고 있다. 컴포넌트 모델은 벽돌 쌓기 원리로 서로 다른 기원을 둔 응용프로그램들을 조합하고, 커뮤니케이션 프로그램밍 작업을 현격히 단순화 시킨다. 소프트웨어 컴포넌트는 특정 기술 기능에 상응하는 개별적으로 재 사용가능 한 소프트웨어 기기이다.
예를 들면, 컨베이어 기술을 이용한 엘리베이팅 플랫폼 또는 롤러 컨베이어 등이다. 각 인텔리전트 장비에는 관련 소프트웨어 컴포넌트가 있다. 이 과정에서 인텔리전트 장비 기능은 특정 응용프로그램에 통합된다. 자동화 시스템에서 상호작용에 필수적인 기술적 인터페이스 형태로 외부로부터 그런 변수들만 사용할 수 있다.
고정기능을 가진 자동화 컴포넌트와 프로그램 로드 기능을 가진 컴포넌트 사이에는 차이점이 있다. 고정기능 자동 컴포넌트는 제조업자에 의해 작동한다 (예를 들면, 밸브, 드라이브, 센스). 프로그램 가능 자동화 컴포넌트(예 PLC, PC)는 응용프로그램의 요구사항에 따라서 사용자가 프로그램 구성한다. 두 컴포넌트 종류들은 개별 상품의 특정 내부 구조(아키텍처, 실행 시스템, 프로그래밍 등)를 가질 수 있지만, 외부적으로는 동일하게 작동한다. PROFInet에서 COM 인터페이스를 갖춘 자동화 객체들의 집합체로 볼 수 있다. 특히 하위 비PROFInet 시스템(예를 들면, 프록시를 매체로 하는 PROFIBUS의 기존 DP 슬레이브)에도 그렇다.
다른 장비의 경우, 프로그램 가능한 컨트롤러에서 클라이언트 자동화 객체들(AUTO)을 볼 수 있다. 이 객체들은 자동화 엔지니어링에 필요한 사항들에 맞게 제작된 COM 객체들이다. 이들은 잘 정의된 COM 인터페이스를 매체로 수행한다. AUTO에서 수행되어왔던 인터페이스를 정하기 위해 DCOM메커니즘을 이용한다. 자동화 객체들은 DCOM 객체 버스 매체로 연결되어 다른 자동화 객체들과 또는 모든 COM 객체들과 DCOM wire protocol 매체로 상호작용 한다.
통신 라인에서 DCOM은 각 객체의 ID를 정의하고 매개 변수들을 가지고 인터페이스에 트리거 할 방식을 결정한다. 라인으로 전송된 표준화된 DCOM 패키지를 클라이언트에서 유발시키고, 서버에서 평가 해석한다. 유발과 해석 방식은 DCOM 객체 버스 규칙을 준수 하는 한 개별 시스템들에 달려있다.
PROFInet은 이들 인터페이스 내부 수행에 관해 어떤 가정을 두지 않는다. PROFInet객체 효과를 외부로 유지하는 한 어떤 일도 수행할 수 있다. 예를 들면, SIMATIC 컨트롤러로 7단계 언어에서 객체들을 만들고 블록으로 수행한다.
4. Runtime communication
PROFInet은 모든 PROFInet 장비에서 수행해야 하는 런타임 객체를 정의한다. 이는 각 장비에 존재하는 객체들이고, 이 객체들의 인터페이스 및 방식은 OLE 자동화를 통해 외부에서 접근할 수 있다. 모델 또한 개별 객체들 사이의 상호 연관성을 뜻한다.
(1) Runtime Object Model
런타임 객체 모델에서 물리적 장치는 물리적 컴포넌트 즉 하드웨어를 말한다. 이 물리적 장치는 한 개 이상의 IP네트워크에 네트워크접속을 제공한다. 각 물리적 장치는 논리적 장치를 하나이상 담고 있다. 논리적 장치는 자치적 독립적 단위로 소프트웨어 패키지나 firmware 패키지를 뜻한다.
이 논리적 장치는 분산 자동화 임무를 해결하는데 actuator, 센서, 컨트롤러, CNC로 이용된다. ACCO(Active Control Connection Object)객체는 RT Auto(runtime automation objects)들을 상호 연결한다. 게다가, 확장 논리적 장비 객체(Extended Logical Device object)와 특정 객체들은 부가적인 서비스를 수행하도록 정의 될 수 있다.
응용프로그램에 이용 가능한 기능은 고정 기능과 loadable 기능으로 분류된다. 고정 기능(fixed functionality)은 논리적 장비가 변동 없이 수행하는 기능이고, 로드 가능 기능은 시스템 엔지니어링(ES)에서 프로그램화 되어 각 단계별로 논리적 장비에 로드 되는 기능을 말한다.
오직RT Auto프로그래머 RT Auto인터페이스를 정의할 수 있다. 각 RT Auto는 엔지니어링 프록시로 하나의 ES Auto를 갖는다. 논리적 장비의 다른 모든 객체들은 엔지니어링 프록시로 하나의 ES 장비를 갖는다. 이 프록시는 내부 객체 구조와 엔지니어링면에서 향상된 논리적 장비의 특징을 가지고 있다. PROFInet에서 중앙 가까이에 또는 원거리에 사용되는 비 PROFInet 모듈들은 PROFInet 시스템에서는 프록시를 뜻한다. 이 프록시들은 런타임 모델에서 RT Auto로 통합된다.
(2) Runtime Communication
PROFInet 노드들 사이의 커뮤니케이션은 RPC/DCOM을 매개로 응용프로그램 수준에서 발생한다. 일반적으로 전 세계에서 통용되는 DCE RPC를 포함한 TCP(UDP)/IP프로토콜이 전송 및 주소화(addressing)에 사용된다.
하부의 버스 시스템과 관계없이, PROFInet은 TCP(UDP)/IP를 일반 커뮤니케이션 인터페이스로 사용된다. 어떤 버스 시스템도 기본적으로 사용가능하지만 Ethernet을 기반으로 한다. AS 인터페이스나 변형되지않은 기존의 PROFIBUS 같은 하부 커뮤니케이션 시스템들은 런타임 프록시나 엔지니어링 프록시를 매개로 한 PROFInet 응용프로그램에 비유될 수 있다.
PROFInet은 자동화 임무 목적으로 Ethernet을 사용할 시 생기는 잦은 비난인 비 결정적 반응(non-deterministic response)을 보완하는 기능을 갖고 있다. Ethernet으로는 데이터 전송을 보장하는 시간범위를 결정하기 불가능 하기 때문이다.
높은 임계시간 작업 시(highly time-critical task) 이들 장비들은 접속을 시작할 때 실시간 작동이 가능한 최적화 커뮤니케이션 프로토콜과 접속한다. 이런 방법으로 PROFInet은 또한 개방적인 작업상태를 방해하지않고 커뮤니케이션 시스템상의 실시간 처리 요구를 수행할 수 있다. 런타임 소프트웨어는 운영체계와는 엄격하게 독립되도록 개발되어서 개별 응용을 사용하는 다양한 컨트롤과 시스템에 PROFInet 커널을 싶게 통합할 수 있다. WINDOWS 2000, NT, CE와 같은 특정 운영체계가 꼭 필요한 것은 아니다.
5. 엔지니어링
PROFInet은 또한 엔지니어링 모델을 정의한다. 이 모델을 기초한 구성 툴들은 서로 다른 밴드들로부터 컴포넌트를 사용할 수 있다(개방형 플랜트 엔지니어링). 이 엔지니어링 모델은 밴드나 밴드/사용자 기관이 정의하는 특정 기능들을 통합할 수 있게 하는 확장 메커니즘을 제공한다.
자동화 컴포넌트 엔지니어링은
- 생성(creating) 컴포넌트(프로그래밍, 인터페이스 정의)
- 사용(using) 컴포넌트 (application configuration)
위와 같이 두 가지로 구분한다.
런타임 동안 가시적인 AUTO는 엔지니어링 프록시를 소유한다. 각 자동화 컴포넌트의 엔지니어링 프록시는 이 객체에 연결된 모든 정보와 툴 데이터의 anchor이다. 이 프록시는 엔지니어링 시스템의 AUTO에서 view를 수행한다. 그래서 이 프록시는 매개변수 설정 마스크, 상호접속 가능 데이터/이벤트 설명 또는 예를 들어 객체상에 허브관리 인터페이스 원근법(HMI perspective)을 가지고 있다.
ES AUTO(엔지니어링 automation object)는 컴포넌트 제조업자가 공급하거나, 응용 프로그래머가 프로그램화하고 그 다음 프로그램 툴 라이브러리에 연결된다. 제조업자는 고정기능 프로그래밍 장비에 맞는 펌웨어 프로그래밍 툴을 이용한다. 장비 공급자는 프로그래밍 로드가능 AUTO에 맞는 툴을 공급한다.구성 툴을 사용하여 컴포넌트들로 각 응용프로그램을 생성된다. 이를 위해, 컴포넌트들은 매개변수를 지정 받아 검색되고 상호접속 된다. 필요한 인터페이스들은 표준화하였기 때문에 조립식 컴포넌트로 응용프로그램을 조립하는 데 필요한 툴을 시스템 공급자로부터 구입할 수 있다.
6. Specification
설명한 컴포넌트 기술로 간편하게 된 플랜트 확장 및 통합뿐만 아니고 플랜트 소유자들은 경영자 수준의 프로세스 데이터에 접속하기를 원한다. 사무환경에서와 똑같은 커뮤니케이션 메커니즘이 자동화 환경에서도 사용되기 때문에, PROFInet의 IT표준을 사용하여 수직적 통합을 구축할 수 있다.
플랜트 시운전 이후에도, 즉 자동화 시스템 설치한지 오랜 후에도, 사무환경에서 PROFInet 데이터로 투명한 접속이 가능하다. 그래서 PROFInet을 갖춘 자동화 구조들은 생산 실행 시스템(MES : Manufacturing Execution System)에 개방 플랫폼을 제공한다.
PROFInet 접근법의 수평적 개방형뿐만 아니고 수직적 개방형도 다음과 같은 기존의 시장 표준들에 근거한다
- Microsoft COM/DCOM 표준에 따른 자동화 객체 모델
- 커뮤니케이션: TCP(UDP)/IP 와 DCOM wire protocol
- 엔지니어링 객체 취급과 허브관리 인터페이스(HMI): Microsoft OLE, ActiveX
- 기존의 변형되지 않은 PROFIBUS버스와 PROFIBUS 기초 장비들의 통합
PROFInet spec은 두 가지 세부사항으로 이루어져 있다. PROFInet의 아키텍처와 기능명세는 문서양식으로 제공된다. 이 문서들은 커뮤니케이션과 엔지니어링 부분의 인터페이스 설명을 담고 있다. 소프트웨어 참고 실행(software reference implementation)에 상태 기계들의 동작을 설명하고 있다.
이 문서들은 일상적인 방법으로 발간되어 누구나 이용할 수 있다. 참고 실행은 PROFIBUS International 회원들에게 개방 소스(Open Source)로 공급된다. 이런 Spec 방법은 PROFInet 제품을 사용자 노력으로 개발하여 산업을 촉진시키고 정보처리상호운용상에서 보다 개선된 신뢰도를 구축한다. Open Source는 PROFInet의 개방적 접속을 모든 회원에게 보장하기 위해 PROFIBUS International에 의해 항시 유지된다.
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IP : 211.104.180.132
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