<PROFIBUS란?>
생산현장에서 각 생산라인을 기존의 통신시스템으로 구축하려면
숙련된 관리자는 물론이고 유지보수에 관련된 여러 문제를 직접 해결해야 합니다.
또한 고가의 시스템 일체를 구매해야 하며,
운영을 위한 총체적인 관리비용을 부담해야 합니다.
물론 PROFIBUS도 이러한 노력을 일부 필요로 하지만,
운영상의 소요비용 및 관리비용을 현저하게 낮출 수 있고
PROFIBUS를 채택하면 산업현장의 통신과 관련된 많은 문제는
더 이상 걱정할 사항이 아니게 됩니다.
PROFIBUS 시스템을 이용하여 생산현장을 효율적으로 관리할 수 있고,
생산성 향상이라는 목적에 도달할 수 있습니다.
즉, PROFIBUS는 생산현장을 통신을 이용한 자동제어를 자유롭게 함으로써
관리자는 본연의 생산업무에 전념할 수 있도록 지원하는 시스템이라고 할 수 있습니다.
이러한 PROFIBUS는 큰 틀에서 봤을 때,
필드버스 내에 속하는 여러 통신방식 중 하나인데,
그럼 필드버스부터 하나씩 알아가볼까요?
필드버스란 말 그대로 산업현장(Field)이란 말에 통신(Bus)이라는 말이 합쳐서 고유 명사화된 것입니다.
< Fieldbus ＝Field (생산현장) ＋ Bus(통신) >
과거의 각종 산업현장의 필드장치는,
50년대에는 유공압을 이용하여 제어하였으며,
80년대까지는 주로 4~20mA의 변조신호를 사용하는
Twisted pair cable에 의해 주로 일대일(1:1)로 연결되어 왔습니다.
(이 통신방식시 우리가 주로 사용하고 잘 알고있는 ‘HART통신’입니다.)
이러한 연결 방식은 전자파 노이즈에 덜 민감하고
오류의 감지가 쉬워서 제어시스템에 많이 사용되긴 하지만,
길게 연결되는 수많은 전선 다발/노이즈/열/설치비용/관리 문제
그리고 시스템 업그레이드의 어려움 등의 문제점들을 안고 있습니다.
이러한 문제점의 해결을 위해 개발된 것이
각 필드 기기간의 직렬 공통 버스 통신 시스템인 필드버스입니다.
필드버스는 배선을 획기적으로 간소화하고,
제어공정 제어나 공장자동화 등에서의
신속한 처리가 요구되는 다량의 데이터를 효과적으로 처리할 수 있으며
필드 기기의 추가나 변경이 쉽고 시스템의 형태나 배치, 구성에 유연성을 제공합니다.
< 필드버스의 특징 >
필드버스는 분산제어 또는 자동화용 디지털 직렬통신망으로서,
자동제어 분야에서 통신을 이용한 제어방식을 가능하게 하는 중요한 기반 기술입니다.
이것은 각 제어기(전송기 등의 트랜스미터)의
고속통신을 이용한 정보교환을 통하여
유기적인 결합을 이루고 멀티입력/멀티출력의 복잡한 시스템의 제어를
간단한 구성으로서 가능하게 하는 등
다음과 같은 특징을 갖습니다.
1) 디지털 데이터전송을 함으로써 강한 잡음성을 가짐.
2) 통신을 이용한 Multi-target/Multi-control이 가능.
3) 시스템 설치 및 유지보수가 용이.
4) 시스템 신뢰도, 유연성, 확장성 증가를 기대.
5) 스마트센서를 사용함으로써 센서 레벨까지 분산화가 가능.
6) 양방향 통신을 통하여 필드기기모 니터링 및 제어 가능.
7) 소프트 PLC와 같은 PC기반의 제어기법 구축을 위한 기반 기술.
8) 센서 및 액추에이터의 주기적 교정으로 시스템 유지보수비용 절감이 가능.
< 필드버스의 종류 >
필드버스는 적용분야의 요구사항에 따라 최적화되어 있으며,
각각 고유의 특징을 가지고 있습니다.
현재 많은 필드버스 사양들이 있지만
대부분은 적용 시스템에 부합되도록 어떤 특정한 요구 사항들을 만족시키거나
주어진 문제점의 신속한 해결책을 제시하기 위해 제안되었습니다.
(PROFIBUS, MIL1553 그리고 FIP는 각각 독일,미국, 프랑스 국가 규격입니다.)
이러한 필드버스의 규격화를 위하여
IEC, IEEE, ISA 등 국제 전기 관련 국제단체에서는
필드버스의 표준을 만들기 위하여 노력한 결과,
현재는 PROFIBUS/Interbus/Bitbus/Controlnet/Fieldbus Foundation/P-net 등이
세계표준(IEC 61158)으로 제정되어 사용자가 현장상황에 알맞게 선택하여
사용할 수 있게 복합표준으로 제정되었습니다.
이 중에서 PROFIBUS는 제어나 감시 등이 필요한 모든 부문에 적용되도록(PA, DP, FMS) 설계되었고,
광범위한 제어 및 프로세싱 영역을 갖습니다.
< 필드버스의 등장배경 >
PROFIBUS는 1987년, 다음 12개의 회사가 참여한 연구 프로젝트로 시작하였습니다.
- ABB
- Phoenix Contact
- AEG
- Rheinmetall
- Bosch
- RMP
- Honeywell
- Sauter-Cumulus
- Kloechner-Moeller
- Schleicher
- Landis & Gyr
- Siemens
낯익은 회사들도 보이시죠?
이후 추가적으로 다음 5개의 독일 협회가 이 프로젝트에 참여하였습니다.
- FZI Forschungszentrum Informatik
- IITB Fraunhofor Institut fuer Informationstechnik
- LPR Lehrstuhl fuer Prozessrechner
- LRT Laboratorium fuer Regelungstechnik
- WZL Laboratorium fuer Werkzeugmaschinen
이들이 모인 가운데 연구를 진행한 노력의 최종결과(1990년)는
FMS를 정의하는 DIN 19245, Parts 1&2였고, FMS에서 경험을 얻은 후,
마스터 및 슬레이브 장치 간에 데이터 전송을 위한
더욱 최적화된 성능 제공하기 위해 프로토콜을 확장할 필요가 있다는 결정을 하였습니다.
이러한 필요성이 인정되고부터 1993년 DP를 정의하는 DIN 19245, Part 3가 발표되었고,
여기에는 다음과 같은 회사들이 참여했습니다.
- Bosch
- Pepperl+Fuchs
- Kloechner-Moeller
- Siemens
- MBB Gelma
- Softing
- MicroSyst
- TMGitec
여기까지 필드버스 특징 및 종류,
그리고 등장배경에 대해 소개해드렸는데요,
지금부터 PROFIBUS의 기술에 대해 구체적으로 말씀드려보겠습니다.
PROFIBUS는 다음과 같이 세 가지로 분류됩니다.
1. Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)
Profibus-FMS는Cell Level의 통신에 적용하기 위해 개발된 통신 방식으로
여러 대의 Master를 가진 시스템(Multimaster-System)에서
Cell 상호간의 통신을 위한 Backbone으로 응용됩니다.
FMS는 여러 가지 응용과 폭넓은 유연성을 제공하므로
다양한 통신이 필요한 곳에 많이 사용됩니다.
2. Profibus-DP(Decentralized Peripherals)
실시간 처리의 능력을 갖는 빠른 속도 보장으로
주변장치와의 연결시에 비용 부담의 절감효과로특히 Field Level 안에서 자동화 시스템과
주변장치 사이의 통신을 위해 널리 이용되고 있으며,
이 Profibus-DP는 기존의 전압신호(24V),전류 신호(0~20mA) 전송을 대체하는데 적합합니다.
3. Profibus-PA(Process Automation)
Profibus-PA는 화공분야에 연계되어 폭발의 위험이 존재하는 영역에서
Sensor와 Transmitter의 연결이 가능한 고유 안전성 기능을 갖습니다.
Profibus-PA는 국제표준 IEC 1158-2에 준해
한 개(두 가닥)의 Cable로 장비의 전원 공급과 Data 통신이 가능합니다.
<PROFIBUS 구성도>
< PROFIBUS의 고유특성 >
Profibus는 Field Level로부터Cell Level까지의
분산된 Digital 장비를 서로 연결할 수 있도록
직렬 Fieldbus System의 기술적, 기능적인 특성을 갖습니다.
Profibus는 Master와 Slave로 구분되고
Master 장비는 Bus에서의 Data Traffic을 확정하고
Bus 접근 권한을 소유시에는 외부의 요구 없이 메시지를 송신할 수 있습니다.
Profibus Protocol에서 Master는Active Station의 역할을 수행합니다.
Slave는 주변디바이스로서 입/출력 장비, Valve, Motor Drive, Transmitter 등을 의미하고
오직 수신된 메시지를 수신하거나 Master의 요청에 따라
메시지를 전송하도록 되어 있어 Bus 접근권한은 가지지 않습니다.
Slave는 Bus Protocol의 적은 부분만을 필요로 하기 때문에
시스템을 구성하는 비용이 적게 듭니다.
Profibus는 제작자가 독립적으로 채택하여 적용 및 제작할 수 있고(Vendor-independence),
공정자동화에 광범위하게 사용되는 개방형 필드버스입니다.
(Vendor-independence와 개방형 특성은 유럽표준 EN 50170과 EN 50254 및 IEC61158에 명시되어 있음)
Profibus는 서로 다른 제작사에서 만들어진 디바이스간의 통신 시
특별한 인터페이스 없이도 통신을 가능하게 합니다.
Profibus는 민감할 정도의 고속통신과 복합적인 통신에 모두 사용할 수 있고,
향후 앞선 관련기술이 개발된다 하더라도 Profibus는
미래를 준비하는 산업통신 시스템이 될 것입니다.
Profibus는 기능별, 적용단계별 통신프로토콜(Communication Profiles)인 DP와 FMS가 있고,
응용되는 전송기반기술(Physical Profiles)은
RS-485와 IEC 1158-2 또는 광통신 기능이 있습니다.
<PROFIBUS란?>
생산현장에서 각 생산라인을 기존의 통신시스템으로 구축하려면
숙련된 관리자는 물론이고 유지보수에 관련된 여러 문제를 직접 해결해야 합니다.
또한 고가의 시스템 일체를 구매해야 하며,
운영을 위한 총체적인 관리비용을 부담해야 합니다.
물론 PROFIBUS도 이러한 노력을 일부 필요로 하지만,
운영상의 소요비용 및 관리비용을 현저하게 낮출 수 있고
PROFIBUS를 채택하면 산업현장의 통신과 관련된 많은 문제는
더 이상 걱정할 사항이 아니게 됩니다.
PROFIBUS 시스템을 이용하여 생산현장을 효율적으로 관리할 수 있고,
생산성 향상이라는 목적에 도달할 수 있습니다.
즉, PROFIBUS는 생산현장을 통신을 이용한 자동제어를 자유롭게 함으로써
관리자는 본연의 생산업무에 전념할 수 있도록 지원하는 시스템이라고 할 수 있습니다.
이러한 PROFIBUS는 큰 틀에서 봤을 때,
필드버스 내에 속하는 여러 통신방식 중 하나인데,
그럼 필드버스부터 하나씩 알아가볼까요?
필드버스란 말 그대로 산업현장(Field)이란 말에 통신(Bus)이라는 말이 합쳐서 고유 명사화된 것입니다.
< Fieldbus ＝Field (생산현장) ＋ Bus(통신) >
과거의 각종 산업현장의 필드장치는,
50년대에는 유공압을 이용하여 제어하였으며,
80년대까지는 주로 4~20mA의 변조신호를 사용하는
Twisted pair cable에 의해 주로 일대일(1:1)로 연결되어 왔습니다.
(이 통신방식시 우리가 주로 사용하고 잘 알고있는 ‘HART통신’입니다.)
이러한 연결 방식은 전자파 노이즈에 덜 민감하고
오류의 감지가 쉬워서 제어시스템에 많이 사용되긴 하지만,
길게 연결되는 수많은 전선 다발/노이즈/열/설치비용/관리 문제
그리고 시스템 업그레이드의 어려움 등의 문제점들을 안고 있습니다.
이러한 문제점의 해결을 위해 개발된 것이
각 필드 기기간의 직렬 공통 버스 통신 시스템인 필드버스입니다.
필드버스는 배선을 획기적으로 간소화하고,
제어공정 제어나 공장자동화 등에서의
신속한 처리가 요구되는 다량의 데이터를 효과적으로 처리할 수 있으며
필드 기기의 추가나 변경이 쉽고 시스템의 형태나 배치, 구성에 유연성을 제공합니다.
< 필드버스의 특징 >
필드버스는 분산제어 또는 자동화용 디지털 직렬통신망으로서,
자동제어 분야에서 통신을 이용한 제어방식을 가능하게 하는 중요한 기반 기술입니다.
이것은 각 제어기(전송기 등의 트랜스미터)의
고속통신을 이용한 정보교환을 통하여
유기적인 결합을 이루고 멀티입력/멀티출력의 복잡한 시스템의 제어를
간단한 구성으로서 가능하게 하는 등
다음과 같은 특징을 갖습니다.
1) 디지털 데이터전송을 함으로써 강한 잡음성을 가짐.
2) 통신을 이용한 Multi-target/Multi-control이 가능.
3) 시스템 설치 및 유지보수가 용이.
4) 시스템 신뢰도, 유연성, 확장성 증가를 기대.
5) 스마트센서를 사용함으로써 센서 레벨까지 분산화가 가능.
6) 양방향 통신을 통하여 필드기기모 니터링 및 제어 가능.
7) 소프트 PLC와 같은 PC기반의 제어기법 구축을 위한 기반 기술.
8) 센서 및 액추에이터의 주기적 교정으로 시스템 유지보수비용 절감이 가능.
< 필드버스의 종류 >
필드버스는 적용분야의 요구사항에 따라 최적화되어 있으며,
각각 고유의 특징을 가지고 있습니다.
현재 많은 필드버스 사양들이 있지만
대부분은 적용 시스템에 부합되도록 어떤 특정한 요구 사항들을 만족시키거나
주어진 문제점의 신속한 해결책을 제시하기 위해 제안되었습니다.
(PROFIBUS, MIL1553 그리고 FIP는 각각 독일,미국, 프랑스 국가 규격입니다.)
이러한 필드버스의 규격화를 위하여
IEC, IEEE, ISA 등 국제 전기 관련 국제단체에서는
필드버스의 표준을 만들기 위하여 노력한 결과,
현재는 PROFIBUS/Interbus/Bitbus/Controlnet/Fieldbus Foundation/P-net 등이
세계표준(IEC 61158)으로 제정되어 사용자가 현장상황에 알맞게 선택하여
사용할 수 있게 복합표준으로 제정되었습니다.
이 중에서 PROFIBUS는 제어나 감시 등이 필요한 모든 부문에 적용되도록(PA, DP, FMS) 설계되었고,
광범위한 제어 및 프로세싱 영역을 갖습니다.
< 필드버스의 등장배경 >
PROFIBUS는 1987년, 다음 12개의 회사가 참여한 연구 프로젝트로 시작하였습니다.
- ABB
- Phoenix Contact
- AEG
- Rheinmetall
- Bosch
- RMP
- Honeywell
- Sauter-Cumulus
- Kloechner-Moeller
- Schleicher
- Landis & Gyr
- Siemens
낯익은 회사들도 보이시죠?
이후 추가적으로 다음 5개의 독일 협회가 이 프로젝트에 참여하였습니다.
- FZI Forschungszentrum Informatik
- IITB Fraunhofor Institut fuer Informationstechnik
- LPR Lehrstuhl fuer Prozessrechner
- LRT Laboratorium fuer Regelungstechnik
- WZL Laboratorium fuer Werkzeugmaschinen
이들이 모인 가운데 연구를 진행한 노력의 최종결과(1990년)는
FMS를 정의하는 DIN 19245, Parts 1&2였고, FMS에서 경험을 얻은 후,
마스터 및 슬레이브 장치 간에 데이터 전송을 위한
더욱 최적화된 성능 제공하기 위해 프로토콜을 확장할 필요가 있다는 결정을 하였습니다.
이러한 필요성이 인정되고부터 1993년 DP를 정의하는 DIN 19245, Part 3가 발표되었고,
여기에는 다음과 같은 회사들이 참여했습니다.
- Bosch
- Pepperl+Fuchs
- Kloechner-Moeller
- Siemens
- MBB Gelma
- Softing
- MicroSyst
- TMGitec
여기까지 필드버스 특징 및 종류,
그리고 등장배경에 대해 소개해드렸는데요,
지금부터 PROFIBUS의 기술에 대해 구체적으로 말씀드려보겠습니다.
PROFIBUS는 다음과 같이 세 가지로 분류됩니다.
1. Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification)
Profibus-FMS는Cell Level의 통신에 적용하기 위해 개발된 통신 방식으로
여러 대의 Master를 가진 시스템(Multimaster-System)에서
Cell 상호간의 통신을 위한 Backbone으로 응용됩니다.
FMS는 여러 가지 응용과 폭넓은 유연성을 제공하므로
다양한 통신이 필요한 곳에 많이 사용됩니다.
2. Profibus-DP(Decentralized Peripherals)
실시간 처리의 능력을 갖는 빠른 속도 보장으로
주변장치와의 연결시에 비용 부담의 절감효과로특히 Field Level 안에서 자동화 시스템과
주변장치 사이의 통신을 위해 널리 이용되고 있으며,
이 Profibus-DP는 기존의 전압신호(24V),전류 신호(0~20mA) 전송을 대체하는데 적합합니다.
3. Profibus-PA(Process Automation)
Profibus-PA는 화공분야에 연계되어 폭발의 위험이 존재하는 영역에서
Sensor와 Transmitter의 연결이 가능한 고유 안전성 기능을 갖습니다.
Profibus-PA는 국제표준 IEC 1158-2에 준해
한 개(두 가닥)의 Cable로 장비의 전원 공급과 Data 통신이 가능합니다.
<PROFIBUS 구성도>
< PROFIBUS의 고유특성 >
Profibus는 Field Level로부터Cell Level까지의
분산된 Digital 장비를 서로 연결할 수 있도록
직렬 Fieldbus System의 기술적, 기능적인 특성을 갖습니다.
Profibus는 Master와 Slave로 구분되고
Master 장비는 Bus에서의 Data Traffic을 확정하고
Bus 접근 권한을 소유시에는 외부의 요구 없이 메시지를 송신할 수 있습니다.
Profibus Protocol에서 Master는Active Station의 역할을 수행합니다.
Slave는 주변디바이스로서 입/출력 장비, Valve, Motor Drive, Transmitter 등을 의미하고
오직 수신된 메시지를 수신하거나 Master의 요청에 따라
메시지를 전송하도록 되어 있어 Bus 접근권한은 가지지 않습니다.
Slave는 Bus Protocol의 적은 부분만을 필요로 하기 때문에
시스템을 구성하는 비용이 적게 듭니다.
Profibus는 제작자가 독립적으로 채택하여 적용 및 제작할 수 있고(Vendor-independence),
공정자동화에 광범위하게 사용되는 개방형 필드버스입니다.
(Vendor-independence와 개방형 특성은 유럽표준 EN 50170과 EN 50254 및 IEC61158에 명시되어 있음)
Profibus는 서로 다른 제작사에서 만들어진 디바이스간의 통신 시
특별한 인터페이스 없이도 통신을 가능하게 합니다.
Profibus는 민감할 정도의 고속통신과 복합적인 통신에 모두 사용할 수 있고,
향후 앞선 관련기술이 개발된다 하더라도 Profibus는
미래를 준비하는 산업통신 시스템이 될 것입니다.
Profibus는 기능별, 적용단계별 통신프로토콜(Communication Profiles)인 DP와 FMS가 있고,
응용되는 전송기반기술(Physical Profiles)은
RS-485와 IEC 1158-2 또는 광통신 기능이 있습니다.