이더넷 기반의 개방형 실시간 모션 네트워크, SERCOS III
차세대 실시간 모션 네트워크로 발표된 SERCOS III는 다른 산업용 네트워크에 비해서 개방성과 실시간성의 실현을 최대의 무기로 디바이스와 서보간의 오픈 네트워크를 위한 강력한 프로토콜로 부상하고 있다.
1080년대에 처음 발표된 SERCOS의 전송속도는 초당 2~4Mbit였으며, 주로 공작기계의 애플리케이션에 사용되었다. 이후 지속적인 연구개발과 여타 산업으로의 적용이 활발하게 이루어지면서 사용자층이 확대되고 1995년에는 IEC 61491 국제 표준으로 자리잡았다.
1999년에는 2세대 프로토콜이 발표되었으며, 전송속도도 초당 8~16Mbit로 발전하였으며, 비동기 데이터를 전송할 수 있는 서비스 채널로 확대되었다. 이 기술은 2001년부터 본격적으로 적용되기 시작했다.
2003년 10월에는 차세대 SERCOS III 프로토콜이 발표되었다. 이로써 완전 개방형의 오픈 네트워크에 대한 제조설비에서의 응용이 가능해 진 것이다. SERCOS III는 최소 사이클 타임을 기존 62us에서 31.25us으로 절반이나 줄였다. 이렇게 짧은 사이클 타임에도 불구하고 운용에 필요한 많은 수의 슬레이브를 인터페이스하는데에 아무런 문제가 없다. 이는 이더넷의 광대역을 활용함에 따른 것이다.
SERCOS의 특징
지금까지 SERCOS는 SERCOS 그룹에서 표준칩을 만들어 왔다. 그러나 새로운 표준에서는 FPGA(Field Programmable Gate Array)나 통신 컨트롤러를 사용할 수 있게 되어 기존대비 50%이상의 비용절감이 가능하다는 분석이다. 또한 배선과 전용 컨넥터에 소요되던 비용도 광 커넥터와 광 커플링을 통해서 절감이 가능하다.
이더넷을 사용하는 또 다른 이유는 프로그래밍에서 IP 레이어 사용이 가능하다는 것이다. 이는 결국 개별 시스템의 사양에 맞는 SERCOS용 임베디드 카드를 사용자 PC에 꽂아서 프로그램을 진행하는 임베디드 시스템을 구성할 필요 없이, 엔지니어들은 이제 셋업된 드라이브의 이더넷 포트를 이용함으로써 이더넷 포트로 연결된 PC에서 간단하게 프로그래밍이 가능하게 된 것이다.
LCD PDP 등의 디스플레이 설비 및 반도체 설비, 핸드폰 제조라인 등은 생산 제품에 대한 기술의 진보와 라이프 사이클이 무척 빠르게 진행되고 있다. 개별 소비자를 위한 소량 생산과 소비계층 개개인의 다양성을 만족시키기 위한 다품종의 제품생산이 일반화되고 있는 것이다. 이와 같은 소량 다품종 생산의 일반화에 따른 생산 라인의 변화가 빠른 제조설비는 개방형 네트워크가 필수적이다.
기존의 하위 디바이스와 서보간의 네트워크 통합만으로도 제조 모델 변경에 따른 생산설비의 변동을 한결 수월하고 저렴하게 수행할 수 있기 때문이다. 또한 제조라인의 변경을 위해서 감수해야만 했던 라인 가동에서의 준비기간을 크게 단축시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 다품종 소량생산에 가장 적합하게 생산 시스템 자체도 생산 모델의 변경에 따라서 간단하고 빠른 시간 안에 변경시킬 수 있는 진정한 의미의 유연생산시스템(FMS)의 실현이 가능한 것이다.
이는 원자재와 인건비의 절감이 최소화된 현재의 제조 현장에서 제조원가의 절감을 위한 가장 기초적이고 핵심적인 사항이 될 것으로 전망된다.
물론 임베디드 시스템이 무조건 구식이라는 의미는 아니다. 자동차 라인에서의 용접로봇과 같이 다수의 동일 제품이 한 라인에 소요됨에 따른 일종의 양산이 가능한 설비에 있어서는 오히려 임베디드 타입이 더욱 강력한 효과를 가져다 줄 수도 있다. 임베디드 시스템과 오픈 네트워크 시스템은 모두 나름대로의 장단점을 가지고 있기 때문이다.
하위 슬레이브와 서보간
직접 통신 가능
차세대 실시간 SERCOS로 발표된 SERCOS III는 다른 산업용 네트워크에 비해서 개방성과 실시간성의 실현을 최대의 무기로 디바이스와 서보간의 오픈 네트워크를 위한 강력한 프로토콜로 부상하고 있다.
SERCOS III 프로토콜은 초기의 SERCOS 인터페이스로부터 링 구조를 채택하고 있다. 또한 이더넷 계층에서 싱글 링 구조 뿐만 아니라 더블 링 구조를 채택할 수 있다. 더블 링 구조를 채택할 경우에는 링의 어느 한 곳에서 배선에 이상이 발생하더라도 에러의 발생없이 실시간으로 데이터 전송을 가능하게 하는 이중화 시스템의 효과를 실현할 수 있도록 업그레이드 하였다. 설비가 가동되는 동안에 네트워크로 연결된 기기간의 신호가 끊어지더라도 설비 가동에는 전혀 지장을 주지 않고 복구할 수 있도록 한 것이다.
또한 링 구조에서 이중화 시스템이 필요없는 설비에서는 배선의 리니어 구성도 가능하며, 배선비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. SERCOS III는 또한 더 이상 허브나 스위치가 필요하지 않기 때문에 표준 이더넷의 스타 토폴로기를 사용할 필요도 없다. 하위의 슬레이브와 서보간의 통신을 허브의 사용없이 직접 연결하여 통신을 하도록 한 것이다.
하위에 있는 슬레이브간의 직접적인 통신은 현재 불가능했다. 그러나 이것이 바로 모션 컨트롤 애플리케이션에 있어서의 중요한 특징이다. 이더넷 계층은 슬레이브와 슬레이브간 데이터 전송을 가능하게 하며, 차세대 개방형 시스템인 SERCOS III는 이더넷을 기반으로 채용함으로써 이러한 하위 슬레이브간의 통신을 지원한다.
SERCOS 인터페이스는 파라미터나 개별 데이터와 같은 통신 데이터의 전송도 가능하게 한다. SERCOS III 프로토콜에서는 서비스 채널을 제공한다. 표준 이더넷 프레임에 의한 실시간 데이터 전송을 가능하게 하는 IP 채널도 추가할 수 있다. 사이클 채널과 IP 채널이 자연스럽게 연결되어 구성되는 것이다.
각 디바이스에 있어서의 모듈화에 대한 엔지니어들의 요구는 모션 컨트롤에 있어서도 다수의 동기 모듈을 탄생시켰다. 일부의 제조설비를 지원하기 위한 솔루션들은 이미 SERCOS 인터페이스 프로토콜을 채용하기 시작했다.
SERCOS III의 주요 목표중에 다른 하나는 통신 타입에 있어서의 표준화를 들 수 있다. 완전 오픈화된 개방형 통신 시스템을 기반으로 누구나 어떤 산업에서나 쉽게 애플리케이션 할 수 있도록 하고 있는 것이다.
이와 같이 SERCOS III는 모션 컨트롤 네트워크에 있어서 동기성과 실시간 통신을 동시에 추구하고 실현할 수 있다는 산업용 네트워크에서의 최대 장점을 모두 갖추고 있는 것이다.
기존의 SERCOS 인터페이스는 SERCON 816이라는 통신 ASIC의 지원을 기본으로 하지만,차세대 프로토콜인 SERCOS III는 더욱 유연한 하드웨어 솔루션을 제공한다. 그래서 SERCOS III IP라는 SERCOS 코어의 개발이 필요하다.
이것으로 디바이스나 시스템 개발자들은 SERCOS III 하드웨어와 FPGA로 된 자체적인 로직 콤포넌트를 결합할 수 있는 것이다.
2003년 SERCOS III의 사양 규격 설정이 완료된 데 이어, 지난 11월에는 이 SERCOS III를 기반으로 하는 첫번째 프로토 타입 제품이 유럽에서 발표되었으며, 금년중에는 사양 규격이 완전 공개되고 첫번째 상용제품도 출시될 것으로 전망된다.■
