Kein Folientitel

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동석 필
5 years ago
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1 ETHERNET Powerlink 입문 IXXAT Automation GmbH Seite 1

2 왜필드버스로이더넷인가? 전세계표준 어디에서나이용가능 엔지니어들이이더넷에친숙 엄청나게많은소프트웨어, 툴과하드웨어들을이용가능 매우빠른데이터속도 Future-proof Seite 2

3 자동화요건과이더넷 실시간데이터전송 CSMA/CD 로인해가능하지않음 일반소프트웨어는버퍼링과대기열메커니즘을사용 일반프로토콜의경우많은프로토콜오버헤드 위상 Switches를사용하여어떤위상도가능 값비싸고더욱긴전송시간 일반이더넷의경우라인에단 2개의허브 환경 견고성, 온도 Seite 3

4 ETHERNET Powerlink 의특징 일반이더넷프로토콜과요소들이바탕 IEEE802.3u 빠른이더넷 표준이더넷컨트롤러들의사용 IEEE1588 클럭동기화 (V3 에서 ) 결정적통신 (deterministic communication) 을제공 200µs 까지의주기시간 Jitter <1µs possible ( 하드웨어 /CPU에따라가능) Seite 4

5 통신성능 CANopen: EPL: 최대전송속도 1 Mbit/s 최대메시지속도약 msgs/s ( 최소 CANopen 메시지길이 ) Non real-time 결정적! 최대전송속도 100 Mbit/s ( 향후 1 Gbit/s 가능 ) 최대메시지속도약 msgs/s (PReq/PRes) Hard real-time 결정적 Seite 5

6 ETHERNET Powerlink 애플리케이션들 모션필드버스 Hard realtime 요구 스테이션의정밀한동기화 짧은주기시간공장자동화 높은결정력 표준 IP 프로토콜들지원백본 (Backbone) 네트워크 최적화된대역폭활용 표준기반구조요소사용 Seite 6

7 ETHERNET Powerlink 의특징 CANopen 메커니즘을통신프로파일에서채택 Object Dictionary, PDO, SDO 모든 CANopen Device 와 Application Profiles 사용가능 N-to-M 통신구조 Hot Plugging / Hot Swapping 지원 표준 IP 기반프로토콜들지원 Webserver, FTP, 같은서비스들을사용가능 Seite 7

8 ETHERNET Powerlink 의역사 B&R 에의해 ETHERNET Powerlink 도입 외부에기술공개 EPSG 컨소시엄구성 Hirschmann, Kuka Roboter, Lenze, B&R, ZHW EPSG Association 설립 CANopen 에대해 CiA 와협력 ETHERNET Powerlink Specification V2 발표 EPSG 회원수약 70 Seite 8

Application PDO SDO UDP TCP Session / Present.

9 참조모델 (Reference Model) Device Device Profile Profile Device Profile NMT EPL-Layer 7 Object Dictionary HTTP FTP Application PDO SDO UDP TCP Session / Present. Transport IP Network EPL-Lower Layer SCNM-Cycle-Handler Datalink MAC PHY Physical Seite 9

10 시스템구조 Legacy Ethernet PLC Router / Bridge M M C Managing Node Controlled Node EPL segment C C C C C C I/O I/O Drive Drive Drive PLC Seite 10

11 위상 (Topology) 허브들만 sub-net 안에서사용되어야합니다. Switches 는권장되지않습니다 ( 대기열지연 ) 가능한위상들 : Tree, Star, Line 한라인에 10 개이상의허브는권장되지않습니다 Seite 11

12 통신모델 Protected 모드 - collision-free 소통의 Sub-net (EPL 세그먼트 ) - 실시간통신이중요하게요구되는경우 - 네트워크접속은마스터디바이스에의해처리됩니다 -EPL 특정메시지들은이더넷을통해전송됩니다 - Sub-net 은 bridge/router를통해접속될수있습니다 기본이더넷모드 - CSMA/CD ( 네트워크소통은비-결정적입니다 ) 를통한네트워크접속 - 별도하드웨어없이일반 PC를사용하여디바이스구성 Seite 12

13 Protected Mode 통신원리 EPL 세그먼트 (sub-net) 는 non-deterministic 노드로부터보호됩니다 메시지교환은 cyclic basis(epl 사이클 ) 에서구성된계획대로실행됩니다 Managing Device 는다른노드들 (Controlled Nodes) 의전송을요청합니다 주기적데이터전송은나뉘어집니다 노드당개별적인통신슬롯을가진등시성 (Isochronous) 통신 모든노드에공유된통신슬롯을가진비동기 (Asynchronous) 통신 Seite 13

14 관리 / 제어노드 관리노드 (Managing Node;MN) - 메시지를개별적으로보낼수있음 - 제어노드 (Controlled Nodes) 에전송을요청 - 한개의 MN 은반드시 Protected Mode 에서동작하는 EPL 세그먼트에존재해야합니다 제어노드 (Controlled Node;CN) - Protected Mode 에서요청시에만데이터를전송 -CN 의두가지종류 : - 등시성 CN ( 등시적그리고비동기기간에도데이터전송 ) - Async-only CN ( 비동기기간에만데이터전송 ) Seite 14

15 EPL Cycle EPL 사이클의구성 시작 (Start) 주기 동기화 등시 (Isochronous) 주기 PDO / SDO 통신 비동기 (Asynchronous) 주기 SDO 통신 NMT IP 통신 ( 구형이더넷 ) 유휴 (Idle) 주기 통신없음 Seite 15

16 EPL Cycle Start Isochronous Async. Idle SoC PReq PReq... PRes SoA SoC CN1 CN1 PRes Time Slot CN1 CN2 CN2... PRes Cycle Time MN ASend IP etc. Controlled Node Seite 16

17 EPL Cycle 연속타임슬롯 이 CN 의타임슬롯은모든 EPL 사이클에존재합니다 다중송신 (Multiplexed) 타임슬롯 모든 EPL 사이클에서전송하는 CN 들의그룹은다중송신타임슬롯에배정됩니다 CN 의수가다중송신타임슬롯의수보다더커야합니다 Cycle i Cycle i+1 Cycle i+2 Cycle i A A A A Nodes Example: 8 CNs in 3 multiplexed timeslots Seite 17

18 EPL 메시지프레임 이더넷헤더 소스 / 목적지 MAC 주소 ETHERNET Powerlink EtherType: 0x88AB EPL 헤더 메시지유형 목적지 (EPL Node ID) 소스 (EPL Node ID) 플래그, NMT 상태 데이터 필요한경우공백으로메꿔짐 Ethernet header 14 EPL Header 3 Data Ethernet CRC 4 Seite 18

19 EPL 프로토콜 주기시작 (Start of Cyclic;SoC) - 주기의시작알림, 디바이스들을동기화, Nettime (4-byte value in µs) 전송 폴요청 (Poll Request;PReq) - 단일전송메시지로 MN 에서하나의 CN 으로, 최대총 1490 bytes, PDO 와 SDO 데이터전송, 폴응답 (Poll Response;PRes) - 멀티캐스트메시지로하나의 CN 에서또는 MN 에서, 최대총 1490 bytes, POD 와 SDO 데이터전송 비동기시작 (Start of Asynchronous; SoA) - 전용 CN 에서특정 NMT 서비스를요청하기위해또는 CN 이불특정데이터를전송하도록요구하기위해 MN 에의해사용 ( 비동기슬롯의액세스를위해 CN 에의한이전의요청에대한응답으로 ) Seite 19

20 EPL 프로토콜 비동기전송 (ASend) EPL-Format - NMT 서비스를전송하기위해사용됨 - IdentResponse - StatusResponse - NMTRequest (MN에서 NMT 서비스를요청하기위해 CN에의해사용될뿐임 ) - NMTCommand (MN에의해사용될뿐임) - EPL-Frame 내에서 SDO를전송하기위해사용됨 TCP/UDP/IP-Format - TCP 와 UDP 기반서비스들을전송하기위해사용됨 - UDP를통해SDO 서비스를전송하기위해사용됨 Seite 20

21 EPL Node-ID 노드를어드레스하기위해 EPL 프레임내에서사용됨 EPL Node-ID Description 0 Invalid EPL CNs 240 EPL MN Reserved 253 Diagnostic Device 254 EPL to Legacy Ethernet Router 255 Broadcast Seite 21

22 EPL 디바이스모델 Communication Interface Object Dictionary Application Process EPL Network Server SDOs Client SDOs Rx PDOs Tx PDOs Start-of-Cycle, NMT, Asend, Emergency, TCP/IP, 논리적주소지정주소지정을위한구성통신파라매터와애플리케이션 Parameters, Data 와 Functions 디바이스기능 - Functions -Data - Parameters I / O Signals Process Seite 22

23 EPL Object Dictionary Index 0000H Object not used 0001H- 025FH Data Type 0260H- 0FFFH Reserved 1000H- 1FFFH Communication Profile Area Common to any Device 2000H- 5FFFH Manufacturer Specific Profile Area 6000H- 9FFFH Standardized Device Profile Area A000H- BFFFH Standardized Interface Profile Area Device specific C000H- FFFFH Reserved Seite 23

24 Service Data Object (SDO) 두노드간에지점대지점 (point-to-point) 통신을위해사용됨 노드의객체사전 (Object Dictionary) 에서모든엔트리들에대한 read/write 액세스들을제공 읽히고 / 기록되는데이터는 index/subindex 에의해확인 모든길이의데이터전송을지원 ( 예. 프로그램다운로드 ) 확인된통신 ( 수용은애플리케이션수신에의해확인됩니다 ) Seite 24

25 Service Data Object (SDO) SDO 는다음을통해전송될수있습니다 UDP/IP 메시지 ( 선호방법 ) Poll Response 메시지 (PDO 에 map 된함유된 SDO, 단시간내에많은 SDO 전송들허용 ) 비동기전송메시지 (UDP/IP 이용보다적은오버헤드 ) SDO 모듈은 2 개의하위계층들로구성됩니다 Command Layer Sequence Layer Seite 25

26 Service Data Object (SDO) Sequence Layer 세그먼트의무손실을보증합니다 세그먼트의정확한순서를보증합니다 세그먼트의크기는 Command Layer 에따라달라집니다 Command Layer SDO 명령들을제공하고처리합니다 전송유형은 expedited 와 segmented 입니다 최대세그먼트크기를지정합니다 ( 적어도 256 bytes 세그먼트크기가지원되어야합니다 ) Seite 26

27 Service Data Object (SDO) 명령어 인덱스에의한 Read/Write 인덱스에의한 Read/Write All 이름에의한 Read/Write 인덱스에의한 Read/Write multiple parameter Read/Write File Seite 27

28 Process Data Object (PDO) 처리데이터의실시간전송을위해사용됨 모델에따라데이터의효율적인전송을제공 등시 (Isochronous) 슬롯안의 PollResponse 프레임에의한주기적전송 비확인전송 정확한수용은주기적전송과이더넷프레임의 CRC checksum 에의해보장됩니다 PDO 와같이전송될처리데이터의어셈블리는정적으로또는실행동안 (PDO mapping) 설정될수있습니다 Seite 28

29 Process Data Object (PDO) CN 에서는단한개의 Transmit PDO MN 에서는최대 253 개의 Transmit PDO 이용가능 MN/CN 에서는최대 253 개의 Receive PDO 이용가능 Map 된오브젝트들의최대수는 253 ( 하위인덱스의개수한도로인하여 ) 입니다 최대길이 1490 bytes PDO 의일관된재구성지원 ( 버전제어, 유효성 ) Seite 29

30 NMT CN 통신상태 네트워크의제어된 Boot-Up 은모든디바이스들의동기화를보증합니다 Initialisation Power-On Basic Ethernet Not Active Pre-Operational 1 EPL Protected Mode Stopped Pre-Operational 2 Ready to Operate Operational Seite 30

31 EPL V2 에서의추가정의들 오류처리 - 오류데이터는 Status Response 메시지안으로전송됩니다 Bootup- 절차 프로그램다운로드 구성매니저 (Configuration Manager) 프로그램가능디바이스의 Input/Output XML 파일로서의 EDS/DCF 데이터유형과암호규칙 커넥터 지시기 (Indicators) Seite 31

32 기반구조요소들 : Router Router Type 1 - 구형이더넷라우터에대한 EPL - 다음용도에사용 원격접속 EPL 세그먼트간의통신 Router Type 2 - CANopen Router에대한EPL - SDO 액세스들의경로지정 (routing) - PDO 데이터의경로지정 Seite 32

33 EPL 확장 EPLsafety Layer EPLsafety 는 regular EPL 의상위에있는프로토콜독립적 safety layer 입니다 한개네트워크에서의 Regular 와 safe messages 100µs cycle time 에서 IEC SIL3 데이터양이감소된 SIL4 ETHERNET Powerlink 의장점유지 Regular PDO 내에포함된 EPLsafety messages Seite 33

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론

이도경, 최덕재 Dokyeong Lee, Deokjai Choi 1. 서론 2. 관련연구 2.1 MQTT 프로토콜 Fig. 1. Topic-based Publish/Subscribe Communication Model. Table 1. Delivery and Guarantee by MQTT QoS Level 2.1 MQTT-SN 프로토콜 Fig. 2. MQTT-SN