싱글 페어 이더넷(SPE)의 5가지 장점

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산업용 SPE(Single-Pair Ethernet)는 자동화, 로봇, 철도 등 다양한 산업 응용 분야에서 이더넷 연결의 차세대 솔루션이다. SPE는 2쌍 또는 4쌍의 아닌 한 쌍의 전선을 통해 이더넷을 전송한다. SPE는 산업 시장의 요구를 충족시키기 위해 추가 표준 작업을 수행하면서 업계에 널리 알려지고 있다.

SPE는 산업용 통신을 위한 다양한 이점을 제공한다. 다른 통신 프로토콜도 이러한 요구 중에서 한 가지 또는 두 가지를 해결할 수 있을 뿐이다.

1. 간편한 IT 통합을 위한 표준화된 통신 프로토콜

이더넷은 IT 및 산업 환경 모두에서 가장 널리 사용되는 유선 데이터 전송 유형이다. 그러나 센서, 액추에이터 또는 다양한 주변 장치와 연결할 때 산업용 네트워크의 엣지와 이더넷 사용에 차이가 있다. 2쌍 또는 4쌍 이더넷은 거리 제한이 100m인 반면, 일부 필드 버스 프로토콜은 1,000m 이상의 전송 거리를 달성할 수 있기 때문에 필드 버스 시스템은 저렴한 비용과 긴 링크 범위로 인해 여전히 사용되고 있다.

그러나 필드 버스 기술을 사용하면 산업 네트워크 간에 정보를 전송할 때 몇 가지 문제가 발생한다. 추가 게이트웨이나 프로토콜 변환기를 사용하지 않고는 필드 버스와 이더넷 네트워크 간에 직접 통신을 설정할 수 없다는 점이다. 이는 비용을 추가하고 네트워크 복잡성을 증가시킨다.
SPE 기술의 개발은 긴 전송 데이터가 도달해야하는 산업 현장 네트워크의 이더넷 문제점을 해결한다. 데이터 링크가 1,000m로 확장됨에 따라 이제 하나의 통합 SPE 프로토콜을 사용하여 엔터프라이즈 수준에서 센서 네트워크까지 이더넷 통신을 설정할 수 있다.

또한 SPE 기술은 표준화된 TCP/IP 프로토콜을 기반으로 하기 때문에 HTTP(hypertext transfer protocol), SNMP(simple network management protocol) 또는 LLDP(link layer discovery protocol)와 같은 다양한 네트워크 진단 및 모니터링 프로토콜을 활용할 수 있는 가능성을 제공한다. 이러한 도구를 활용하여 엔지니어는 네트워크의 모든 장치와 구성 요소를 쉽게 모니터링하여 진단 및 문제를 해결할 수 있다.

2. 가볍고 컴팩트하며 경제적인 이더넷

케이블의 구리는 전체 케이블링 비용을 줄인다. 즉, SPE를 사용하면 케이블 배치 비용을 줄일 수 있다. 단일 쌍 연선 케이블(single-pair twisted cable)에는 접점이 두 개 뿐인 커넥터로 구성된다. 즉, SPE 잭은 PCB 기판에서 적은 공간을 필요로 하여 장치 제조업체에 상당한 공간 절약을 제공할 수 있다.

SPE는 기존의 산업용 4쌍 및 8쌍 이더넷 솔루션에 비해 비용을 낮게 유지하면서 우수한 성능을 제공할 수 있다. 산업용 SPE 커넥터는 이미 사용된고 있는 2쌍 필드 버스 케이블 링에서 종단될 수 있으므로 필드 버스 프로토콜에서 SPE로 간단하게 비용 효율적으로 전환할 수 있다.

3. 실시간 애플리케이션을 위한 고속 대역폭

기계에서 생성되는 데이터의 양이 증가하고 있다. 예를 들어 비전 시스템 카메라는 HD 비디오를 실시간으로 생성할 수 있다. 실시간으로 데이터를 송수신하는 기능은 산업 네트워크의 애플리케이션에 중요하다. 필드 버스 프로토콜은 신뢰할 수 있는 실시간 통신을 제공할 수 있지만 이더넷은 제공할 수 있는 속도와 대역폭이 부족하다. 또한 이더넷은 실시간 통신으로 어려움을 겪었으며 실시간 통신 요구 사항을 해결하는 데 있어 필드 버스 프로토콜에 비해 신뢰성이 떨어졌다.

그러나 이더넷 TSN(Time Sensitive Network) 기술의 개발로 인해 통신 플랫폼으로 바뀌었다. TSN을 사용하면 이더넷을 활용하여 자동화 네트워크에서 많은 미션 크리티컬 애플리케이션 및 프로세스를 지원할 수 있는 매우 안정적인 통신을 제공할 수 있다. 이더넷 데이터 패킷은 필드 버스 프로토콜에서 지원하는 데이터 패킷에 비해 훨씬 크기 때문에 이더넷은 우수한 데이터 보안을 제공할 수도 있다. 이더넷은 각 패킷에 많은 암호화를 포함할 수 있으므로 필드 버스 기술에 비해 우수한 데이터 보안을 제공한다.

SPE는 높은 대역폭과 속도를 포함하여 이더넷의 모든 장점을 제공한다. SPE 기술은 최대 600MHz의 대역폭을 달성하고 기가비트 이더넷(최대 1Gbit/s 속도)을 지원하므로 많은 데이터를 신속하게 처리해야하는 애플리케이션에 적합하다.

4. 설계, 구매, 설치 단순화

기계를 설계하고 제작하고 설치하는 것은 엔지니어링과 공급망의 많은 인력이 필요한 큰 작업이다. 기계는 각각 고유한 사양, 고려 사항 및 리드 타임이 있는 여러 공급 업체에서 공급한 수백 개의 구성 요소로 만들어진다. 다양한 통신 기술을 사용하면 빌드의 모든 단계에서 불필요한 복잡성이 발생한다.

• 설계 과정에서 상호 운용성을 보장하기위한 호환 장치 또는 데이터 변환을 위한 추가 장치를 찾아야 한다.
• 구매의 경우 복잡한 BOM 및 추가 구성요소를 소싱해야 하는 번거로움을 감수해야 한다.
• 설치 및 테스트 작업 수행시 문제 해결에 더 많은 구성 요소가 포함된다.

이더넷 네트워크를 배치하는 것은 필드 버스 네트워크를 배치하는 것에 비해 비용이 적게 든다. 이더넷 네트워크는 일반적으로 설정하기가 쉽고 필드 버스 기술에 비해 구성 및 문제 해결에 소요되는 시간이 단축되어 인건비를 절감한다.

5. 현재 및 미래의 네트워크 인프라와 호환

이더넷은 다양한 장치와 호환된다. IT 환경 및 빌딩 네트워킹에서 가장 보편적으로 사용되는 통신 기술이며 산업 응용 분야에서 널리 사용된다. 네트워킹 인프라의 기술 추세는 모든 장치가 서로 통신할 수 있다는 것이다. IEEE 표준에 따른 SPE는 이더넷을 대중화하여 모든 제조 현장에서 사용할 수 있다. SPE는 기술의 자연스러운 진화이며 이를 채택하면 향후 필드 버스 시스템을 변경할 위험이 줄어든다.

국제표준협회인 ISO, IEC, IEE 및 TIA의 지원을 받는 SPE는 산업용 애플리케이션에서 통신을 위한 기술이 될 것이다. 산업용 SPE기술의 배포 및 채택을 촉진하기 위해 여러 기업이 합류하여 SPE 산업 파트너 네트워크를 형성하고 있다.

자료 제공: Harting(www.HARTING.com)

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