장비 제어에 최적화된 EtherCAT I/O 모듈, XIO Series

알에스오토메이션

수년간 가장 뚜렷한 상승세를 타고 있는 산업용 네트워크가 있다면, EtherCAT Network 라고 이야기 할 수 있다. 기존 CCLink를 표준으로 사용하고 있었던 반도체, 디스플레이, 자동차 업계에서도 EtherCAT의 적용이 가시적으로 증가되고 있는 추세다.

알에스오토메이션에서 기존에 집중했던, DeviceNet, EtherNet/IP 네트워크와 더불어 Servo Drive, MMC(Multi Motion Controller), PLC, DIO(Distributed IO)등의 제품에 EtherCAT을 채용하여 많은 장비의 적용에 성공했다.

ETHERCAT NETWORK란?

EtherCAT(이더캣, Ethernet for Control Automation Technology)은 벡호프 오토메이션(Beckhoff Automation)에서 개발한 이더넷 기반의 네트워크로써 IEC 61158 규약으로 정의되어 있으며, 표준 이더넷 패킷을 사용하고 약간 변형된 프레임 구조를 가지고 있다.(EtherCAT Telegram(이더캣 텔레그램)이라고 표현)

ETHERCAT NETWORK 특징

• 적은 Jitter(1µs 이하), 매우 빠른 업데이트 속도(Cycle time 100 µs 이하)

• 유연한 토폴로지

- EtherCAT 네트워크는 토폴로지에 제한을 받지 않으면서 최대 65,535개의 디바이스들을 연결 가능(라인, 버스, 트리, 스타)

- EtherCAT에서 이용하는 고속 이더넷 방식의 물리적 연결은 두 개의 디바이스들 사이의 거리를 최대100m(330 ft.)까지 허용하며, 더 먼 거리는 광섬유의 사용 가능

- 디바이스들에 대한 Hot Connect와 Hot Swap 기능 그리고 링 토폴로지를 통한 이중화 지원 등

• 사용의 편리성- 전통적인 필드버스 시스템과 비교했을 때, 노드 어드레스가 자동적으로 설정할 수 있고, 네트워크 설정이 필요 없으며, 진단 및 빠른 고장 위치 확인 및 오류를 찾아낼 수 있다. 네트워크를 구성할 때 스위치를 사용하지 않고, MAC 또는IP 어드레스의 간단한 설정만으로 사용 가능하다.

• 저비용- EtherCAT은 기존의 필드버스 비용으로 산업용 이더넷의 모든 장점을 제공한다. 마스터 디바이스는 특별한 인터페이스카드를 필요하지 않는다.

• 산업용 이더넷- EtherCAT은 네트워크의 실시간 기능을 저해하지 않고 일반적인 인터넷 기술을 함께 사용할 수 있다. ‘Ethernet over EtherCAT’ 프로토콜을 통해 FTP, HTTP, TCP/IP 등 사용 가능하다.

• Safety– FSoE(Functional Safety over EtherCAT) 지원한다.

• 개방형 기술– IEC 61158 로 등재된 국제적으로 표준화된 개방형 기술로 누구나 자유롭게, 호환 가능한 형태로 사용할 수 있다.

XIO SERIES

알에스오토메이션의 EtherCAT I/O는 크게 2종류로 나눌 수 있다. 그 중 XIO Series를 소개하고자 한다.

XIO Series는 Slice 형태의 확장 I/O(Discrete/Analog)로 타사 동급모델 대비 높이가 5~10mm 콤팩트함에 따라 장비 설계시 공간확보에 용이하다. 최대 100Mbps 속도가 지원되어 고속 I/O 처리가 가능한 장점을 가지고 있다. 또한 EtherCAT 뿐만이 아닌 Modbus TCP/IP 및 DeviceNet 통신 프로토콜도 론칭을 앞두고 있다.
  

발열 억제 설계 및 탑재된 자가 진단 기능으로 오류에 대한 신속한 대응이 가능하여 반도체, 디스플레이, 스마트폰, 자동차 산업뿐만 아닌 전반적인 자동화 장비 등 다양한 산업 군에서 필요한 I/O 제품이다.

<현재까지 론칭된 XIO Series의 세부모델>

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알에스오토메이션의 또 다른 EtherCAT I/O 모듈인 Brick Style IO, EC60 Series와 더불어, 최근 Foot-Print의 이점 및 확장성을 장점으로 다양한 장비에 적용됐고, 점점 사용 애플리케이션이 증가하는 추세이다.

고객의 NEEDS(사용 배경)

• MMC-E(Multi Motion Controller– EtherCAT)와 호환 가능한 RSA EtherCAT I/O 제품

• 협소한 공간 및 간편한 전장작업에 알맞은 제품

• 장비 유지보수 및 기술대응 요구

- 장비 이슈발생 시 Back-up필요

- 횡 전개를 위한 통신 및 Analog Data의 저장

• 타사 제어기와의 구성 가능

- S사, B사 등 글로벌기업의 제어기와 구성 필요

- Fault action, SDO Save 등 특수 기능 제공

제공 솔루션

• 전장설계를 고려한 디자인

- 타사 동급모델 사용 대비 높이 10mm 공간 확보 가능

- Push in type 배선으로 손쉬운 전장작업 가능

• 다양한 기능 탑재

- Fault action 기능을 통한 디지털 출력 값 Back-up

- SDO 설정 저장으로 간편한 유지보수

- 산업표준 프로토콜(EtherCAT) 제공

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RSA ETHERCAT 적용 사례_핸들러

빠른 Tact Time과 제한된 공간을 요구하는 핸들러 장비에서 알에스오토메이션 제품들의 강점이 크게 드러났다. 스마트 튜닝을 통한 간편한 셋업으로 정밀 모션을 제공하는 RSA의 서보 드라이브와 모터는 타사 제품의 Tact Time과 비교해도 손색이 없었다.

또한 XIO는 Slice Type으로 이루어져 있음에 따라 여러 개의 확장모듈을 연결하여도 설치에 부담이 없었으며, Push-In Type 배선으로 배선 시간 절감 등 간편한 전장 구성이 가능했다.

추가적으로 증설, 변경 등을 이유로 설치 공간 추가 확보가 어려운 상황에서는 Din-rail 설치 뿐 만이 아닌 Panel 취부가 가능한 EtherCAT I/O EC60 Series를 설치하여 사용했다. 성공적인 핸들러 장비 적용 사례를 통해 다양한 반도체 공정에 RSA EtherCAT 시스템을 적용 중에 있으며, 그에 따른 경험과 노하우로 고객사들의 만족을 이끌어내고 있다.

RSA ETHERCAT 제공 솔루션

ETHERCAT 시스템 연결도

알에스오토메이션에서 개발, 판매 중인 제품들로 구성된 EtherCAT 기반 자동화 시스템 구성도 이다.

• MMCE

- PCI Express 방식으로 PC에 장착되어 운용하며 알에스오토메이션 제품만이 아닌 EtherCAT을 지원하는 타사의 Slave 또한 연결 가능하여 향상된 Flexibility를 제공한다.

- EtherCAT Master인 MMCE와 직접적으로 연결이 불가능 한 Stepper와 Pulse/Analog형 Servo와도 Function Module을 통해 연결이 가능하다.

- EtherCAT Slave I/O를 사용하여 외부 장치와의 연결도 가능하다.

- PCI Express 버스 방식 지원으로 기존 PCI 방식보다 빠른 통신 속도를 지원하며, PC 자원을 최소로 이용함으로써 효율적인 시스템 운용이 가능하다.

- 다양한 유저 라이브러리 추가가 가능하여 폭 넓은 프로그램 인터페이스(Visual C++, Visual Basic, C#)를 지원한다.

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- EtherCAT Conformance Tested 인증을 취득하여 EtherCAT을 지원하는 모든 상위 제어기와 연결 가능하다.

- 속도 응답 주파수 2kHz와 전류/속도 제어기 알고리즘 개선을 통해 향상된 기본 성능을 제공한다.

- 23bit의 고분해능 엔코더를 지원하여 부드러운 모션 동작, 빠른 위치 결정과 안정적인 시스템 운용이 가능하다.

- 스마트 튜닝 기능으로 관성 추정, 공진 및 진동 억제 제어, 궤적 추종 제어가 가능하여 사용자 편의성과 장비 셋업 시간 단축이 가능하다.

- STO(Safe Torque Off), CE, NRTL/C 등의 안전 규격 취득

• XIO

- EtherCAT Master와 XIO를 연결하여 데이터 송/수신이 가능하다.

- 탑재된 자가진단 기능을 통하여 Master의 소프트웨어에서 EtherCAT 진단 확인이 가능하다.

- EtherCAT I/O Master의 정보 확인

- XIO의 상태 및 네트워크 연결 상태 확인

- Error 발생 여부 및 Error Code 내용 확인

- 입/출력 값의 Monitoring 정보 확인

결론

알에스오토메이션에서 제공하는 EtherCAT I/O 모듈인 XIO Series는 다양한 산업군에서 필요한 최적화된 I/O 제품이다. 장비 제어에 최적화된 솔루션 제공, Flexible Expansion 구성 및 고속 DATA Bus(16개 확장 모듈 연결 시 응답속도 1ms) 등으로 다수의 고객으로부터 탁월한 성능과 기능을 이미 검증받았다.

자료 제공: 알에스오토메이션(www.rsautomation.co.kr)