스마트공장을위한 IoT 및산업네트워크동향 - 목차 - 1. 산업용통신이란? 2. 산업용유선통신 Trend 3. 산업용무선통신 Trend 4. OPC-UA 5. 구현방향 유첨1. RAPIEnet 표준화현황유첨2. 산업용통신상세기술유첨3. LS산전의 IIoT 플랫폼 SoC 유첨4. OPC-UA 상세내용 2016년 01월 29일 ( 금 ) LS산전권대현책임연구원
1. 산업용통신이란? 산업용통신구성요소의실시간통신및에러발생시결정론적인복귀시간을규정함 고가용성, 기능안전, 보안등도중요고려사항으로산업분야에적용됨 Real-time Automation Protocols for Industrial Ethernet (RAPIEnet) 등 LCD/ 반도체 공정제어, Utility 제어 선박 Utility 제어 수처리 LCD/ 반도체 선박 그린에너지 약품처리, 시설관리 태양광위치제어 수처리 그린에너지 자동차 Assembly Line 제어 자동차 자동차 화학 & 오일, 가스 화학 & 오일, 가스 공정제어, Utility 제어 빌딩자동화 제철 빌딩자동화 제철 Utility 제어, 지하철 공정제어, Utility 제어
2. 산업용유선통신 Trend 기존 Fieldbus 의강점과일반 Ethernet 의강점을고려한산업용이더넷기술확산 Fieldbus 배선의편의성 Bits and Bytes 와같은소량데이터처리능력탁월 가격경쟁력 검증된기술 강점 (Strength) 다양한회사의 Device 사용가능 Ethernet 고속의전송속도 (10M ~ 10Gbps) 통신미디어호환성 일반인에게친숙한네트워크 하나의네트워크기술 Mainstream 기술 강점 (Strength) 약점 (Weakness) 통신미디어및호환성부족 많은응용요구증가 ( 진단기능 ) 속도제약 12 ~ 16Mbps Redundancy 기능구현취약 약점 (Weakness) Topology 취약 ( 배선불편 / 비용증가 ) Non-deterministic ( 비결정론적 ) 외장스위치, 허브필요 산업용이더넷 v 고속의전송속도 v 통신미디어호환성 v 일반인에게친숙한네트워크 v 하나의네트워크기술 v Mainstream 기술 v 리니어 / 링 /Mesh 구조 Topology v 외장스위치, 허브불필요 v 강력한 Redundancy 기능 v 1ms 레벨의실시간통신 v 1us 레벨의시간동기화 v 저렴한케이블 / 커넥터
2. 산업용유선통신 Trend ARC 자료 산업용이더넷시장은 CAGR 20% 수준으로지속성장이예상되고기존네트워크들을산업용이더넷으로통합중임 기술현황 Ethernet 의 Real-time 性증대, 케이블및커넥터공용화로기존의 3 Level Network 를 1 개로통합化주도 수천만개의 Device 까지적용가능 => Impact 지대함 시장규모 ( 성장률약 20%) Device 레벨 (ARC2013) 약 4 조원 Node 數 수십만 ~ 수백만 ~ 수천만 ~ 억 경쟁사현황 _ 네트워크별 시사점 기존시리얼통신기반에서산업용이더넷기반으로확산중 개발편리성, 호환성을고려한기본이더넷기술에서성능, 이중화, Safety 를고려한기술로이동중 1 위 : Modbus/TCP( 07) -> EtherNet/IP( 10) -> Profinet( 13) 빠르게성장하던 EtherCAT 기술은모션분야에한정되어비중이소폭감소함 9.3%( 07) -> 8%( 13) 1 / 9
2. 산업용유선통신 Trend ARC 자료 Profinet 기술을활용한 Siemens 가영역을확장하고있으며, 디바이스는 HMI ->Remote I/O -> PLC 순으로적용됨 경쟁사현황 _ 회사별 지역별분포 디바이스타입별분포 산업별분포 2 / 10
2. 산업용유선통신 Trend 경쟁사동향 경쟁사별산업용제어네트워크를하위 Device 통신으로확대전개하고있음 Company Product Trend 비교 통신 Information Control Device 비고 SIEMENS Industrial Ethernet MPI Profibus-DP/PA RS-485 ProfiNET PROFINET Industrial Ethernet PROFINET Industrial Ethernet MPI PROFINET Profibus-DP Profibus-PA - PROFINET 으로통신계층 전반적으로확대 MITSUBISHI Ethernet MELSECNET/ II, 10, H,B CC-LINK IE Modus TCP CC-Link IE Control CC-Link IE Field - Control 및 Device 계층을 이더넷기반인 CC-Link IE 로 CC-Link / LT MelsecNET CC-Link 일원화네트워크추진 LSIS Enet Fnet Rnet Fenet/FDEnet RAPIEnet Modbus TCP EtherNet/IP RAPIEnet Fnet 전용통신 EtherNet/IP Rnet Profibus Devicenet Modbus BACnet/IP - 다양한통신모듈확보 - RAPIEnet 확산전략필요 Rockwell Ethernet DH+ Remote ControlNet DeviceNet EtherNet/IP EtherNet/IP EtherNet/IP ControlNet DH+ Net EtherNet/IP DeviceNet Remote I/O -상위계층은 EtherNet/IP, 하위 DeviceNet으로표준화확대 - 디바이스영역도이더넷솔루션확대
2. 산업용유선통신 Trend 기술비교 Modbus RTPS EtherNet/IP PROFINET CC-LINK IE Powerlink RAPIEnet EtherCAT Part 1 Type 15 Type 2 Type 10 Type 23 Type 13 Type 21 Type 12 국제규격 Real-time (IEC 61158-) Profile (IEC 61784-2) Part 3- X X X X Part 4- X X Part 5- Part 6- CPF 15 CPF 2 CPF 3 CPF 8 CPF 13 CPF 17 CPF 12 - CIP Safety PROFIsafe CC-Link IE Safety opensafety RAPIEnet Safety Safety Network (IEC 61784-3- Safety-over- EtherCAT Cable/Connector CPF 15 CPF 2 CPF 3 CPF 8 CPF 13 CPF 17 CPF 12 High Availability - IEC 62439-5 IEC 62439-3 - - IEC 62439-7 표준화기구 Modbus-IDA ODVA PROFIBUS CC-LINK 전송속도 100Mbps X 1Gbps X 16 년 11 월출시 X Single/Dual Port Single Single/Dual Single/Dual Single/Dual Single/Dual Single/Dual Single/Dual 지원토폴로지 Star X -> X -> X Line X X -> Ring X X -> X 기 능 PLC to System X PLC to PLC X PLC to Field I/O 16 년 4 월출시
3. 산업용무선통신 Trend 무선통신분류 공장자동화, 프로세스자동화의특성을고려한시스템애플리케이션분류 크로스플랜트, 플랜트내, 센서 / 구동기무선통신등공장계층별분류 무선통신 시스템분류 Cross-plant wireless network 정의 원거리유지보수및제어를위한무선네트워크 특징 Ø 장점 : 간단한엔지니어링, 높은유연성 Ø 대표네트워크 : GSM, GPRS, UMTS, LET, EDGE 등 Plant-wide wireless network 다양한플랜트어플리케이션을위한무선네트워크 Ø 장점 : 쉬운확장성, 다양한활용성, 안정성향상 Ø 대표네트워크 : Wi-Fi, Bluetooth 등 Sensor/actuator wireless network Gateway 를통해 field 레벨에서동작하는 sensor/actuator 노드를모니터링하는무선네트워크 Ø 장점 : 쉬운확장성, 다양한활요성, 상품의질 & 프로세스향상 Ø 대표네트워크 : WirelessHART, ISA100.11a 등
3. 산업용무선통신 Trend ARC Advisory 자료 FA 용으로는아직시장조사자료가존재하지않으며, PA 분야에서모니터링목적으로사용중 3 사 (Emerson, GE, Honeywell) 중심확대예상, 개별표준및 WirelessHART/ ISA 100.11a 위주개발 1. World Region 항목 연도 2014 년 2015 년 2016 년 2017 년 2018 년 2019 년연평균성장률 아시아 132.9 149.2 168.1 190.3 216.4 247.3 13.2% 북미 317.0 356.6 402.5 455.9 518.2 591.1 13.3% 남미 77.2 86.2 96.4 108.8 121.3 136.6 12.1% 유럽 + 중동 + 아프리카 금액단위 : 백만달러 191.9 217.3 246.2 279.4 317.4 361.0 13.5% 합계 719.1 809.3 913.3 1,033.6 1,173.3 1,335.9 13.2% Wireless devices in process manufacturing global market research study 2014 ARC 자료
3. 산업용무선통신 Trend 활용사례 6 가지활용사례중심으로무선통신필요성대두 활용사례정의중요요구사항 운송기기주변에있는작업자의안전 AGV 이동시작업자를감지하여교차지점에접근하는차량을멈추도록결정하는안전연동장치시스템 통신시스템작동이멈추는경우에도 AGV 멈춰야함 IEC 61508 SIL 레벨을만족하기위해 bit error rate 일정수준미만 통신지연중요 ( 이벤트감지로부터차량정지까지응답시간이공정안전시간보다짧아야함 ) 석유탱크집합지역에서레벨모니터링과알람 모바일무선장비필드작업자지원 석유탱크집합지역에서가연성및유독성재료등의누수를막기위한레벨모니터링과알람시스템 넓은영역의무선이필요 통신노드사이의금속에의해발생하는감쇠및경로왜곡을보완하기위해메쉬토플로지구축필요 필드작업자가순찰및유지보수진행시무선장비로 현장작업자가움직이는전체지역포함표준동작절차를지원하고음성통신, 작업자의위치, 메쉬토폴로지및넓은무선통신대역폭요구움직임, 상태등을인지하는시스템 현장작업자의유동성을고려하여무선통진장비무게를최소화 진동모니터링과회전하는기기의분석 기름유정모니터링과제어 회전기기의진동패턴을분석하여유지보수기간을결정하고유선연결에제약이있는필드의진동센서시스템을무선으로연결하는시스템 넓은지역에산재하는석유유정에설치된밸브의유동률과압력, 온도레벨을모니터링하고밸브를제어하는시스템 진동패턴데이터확보를위한넓은대역폭 알람제공을위한실시간성능필요 원거리유정을연결위해넓은영역의무선이필요 무선시스템의전원소비를최소화 넓은지역에퍼져있는시스템으로적절한보안방법필요 많은노드가있는공장자동화를위한몇몇애플리케이션 실내제조사의일반적인애플리케이션으로무선기술적용시통신시스템정비가수월해짐 무선장비의밀도가매우높아매우높은무선트래픽발생 다수무선통신시스템의공존고려필요
3. 산업용무선통신 Trend 무선통신분야는 802.11 을기반으로한 Wi-Fi 기술과 802.15.4 를기반으로기술들이있음
3. 산업용무선통신 Trend 기술비교 무선통신분야는 802.11 을기반으로한 Wi-Fi 기술과 802.15.4 를기반으로한다양한기술들이있음 IEC 에서주파수대역은산업환경을고려하여대역폭 (80MHz), 주파수 (1.4GHz ~ 6GHz) 를검토하고있음 802.11 WirelessHART ISA 100.11a WIA-PA/FA Bluetooth ZigBee 주파수 (GHz) 2.4/ 5 2.4 2.4 2.4 2.4 표준규격 Security IEEE Std 802.11n IEEE Std 802.11ac WPA(Wi-Fi Protected Access) IEEE Std 802.15.4 IEC 62591 AES-128 encryption IEEE Std 802.15.4 IEC 62734 AES-128 encryption IEEE Std 802.15.4 PA: IEC 62601 FA: IEC 62948 AES-128 encryption 868MHz 915MHz 2.4 IEEE Std 802.15.1 IEEE Std 802.15.4 AES-128 encryption, service 따른 security level 존재 AES-128 encryption 주요 application Mobile phone, PC input & output device, Industrial FA Industrial PA Industrial PA Industrial PA/FA Mobile phone, PC input & output device, Wireless bridge SmartHome, Connected lighting, Utility industry 주요특징 -Device 확장불가능 - 통신속도높음 (150/ 450Mbps) -250 m 까지통신가능 - 추가 security 개발필요 -HART 기반 - 통신속도낮음 (250kbps) - 표준 security 로사용가능 -IPv6 packet 기반 - 통신속도낮음 (250kbps) - 표준 security 로사용가능 -Physical layer 이외 PA/FA 같은규격 -PA: 통신속도낮음 (250kbps) - 표준 security 로사용가능 - 통신속도높음 (24Mbps) - 페어링필요 - 끊김현상발생 -Device 확장성우수 (65536 EA) - 여러주파수대역사용 - 통신속도낮음 (250kbps/40kbps)
3. 산업용무선통신 Trend 경쟁사동향 경쟁사비교분석을통해 WLAN/ Bluetooth 가상당한비중을차지함을확인 제어용보다는모니터링목적으로주요활용됨 SIEMENS ROCKWELL MITUSBISHI SCHNEIDER EMERSON HONEYWELL YOKOGAWA PHOENIX CONTACT Plant-wide wireless network Wi-Fi Scalance W (One Wireless) Bluetooth Sensor/actua tor wireless network 주요제품 WHART ISA100.11a Sitrans Wi-Fi: Controller, AP, Client WHART: Gateway, Adapter, Transmitter Wi-Fi: Bridge BT: Bridge, AP Wi-Fi: Adapter Wi-Fi: Repeater, Bridge, AP BT: Adapter (Smart Wireless) WHART: Gateway, Transmitter (One Wireless) Wi-Fi: AP ISA100.11a: Gateway, Adapter, Transmitter Wi-Fi: AP ISA100.11a: Gateway, Transmitter Wi-Fi/BT: AP, Adapter WHART: Gateway
4. OPC-UA IEC 62541 OPC-UA는과거여러표준으로나눠져있던 OPC의세부규격을하나로통합해 IEC 62541 (2010) 산업자동화상호운용성국제표준으로채택됨 10년 IEC 표준으로반영된이후 15년규격을업데이트하고확장함 ID 1st release date Last release date Title 비고 IEC/TR 62541-1 02/2010 - OPC Unified Architecture - Part 1: Overview and Concepts IEC/TR 62541-2 02/2010 - OPC Unified Architecture - Part 2: Security Model IEC 62541-3 07/2010 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 3: Address Space Model IEC 62541-4 10/2011 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 4: Services Core Specification Parts IEC 62541-5 10/2011 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 5: Information Model IEC 62541-6 10/2011 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 6: Mappings IEC 62541-7 07/2012 03/2015 OPC unified architecture - Part 7: Profiles IEC 62541-8 10/2011 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 8: Data Access IEC 62541-9 07/2012 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 9: Alarms and conditions IEC 62541-10 07/2012 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 10: Programs Access Type Specification Parts IEC 62541-11 03/2015 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 11: Historical Access IEC 62541-12?? IEC 62541-13 03/2015 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 13: Aggregates Utility Type Specification Parts IEC 62541-1-100 03/2015 03/2015 OPC Unified Architecture - Part 100: Device Interface
4. OPC-UA OPC 의진화 초기벤더에의존적인 Proprietary 에서벤더독립적인 OPC-UA 로기술흐름변화진행중 특히 OPC-UA 는모바일디바이스를포함한 Embedded 디바이스에도구현이가능함 OPC-UA 클라이언트와서버구간은상호인증, 암호화를통한보안서비스가가능함 Evolution of Open Data Connectivity Security
4. OPC-UA 플랫폼독립성 플랫폼에독립적인기술로엔터프라이즈, PC, PLC 뿐만아니라스마트폰에도적용가능 보안을기초로한상호운용성표준기술로모바일디바이스와연계를고려한방향성검토필요 Real-time 이필요한 Factory Floor 영역은 Industrial Ethernet 기술을유지할것으로판단됨 Platform Independence & Scalability Example
5. 구현방안 H/W 플랫폼공용화를통하여사업전략상필요한네트워크를적은개발및운용비용으로개발대응필요 FEnet/FDEnet Ethernet RAPIEnet EtherNet/IP BACnet 전개전략 현재개별모듈로다수의통신제공 표준 SoC 로플랫폼 (H/W, O/S) 공용화 전개전략에따른기존모듈의순차적통합 통신 S/W( 프로토콜 ) 추가만으로타산업용이더넷탑재 사업전략에따른선택적제공 RS-232/RS485 DeviceNet Serial Profibus Rnet Fnet CANopen 전개전략 다양한기기, 업체와의 Connectivity 를위하여가능한많은통신수단을제공 산업용이더넷으로의대체속도가빨라지고있음 산업용이더넷으로의전환을유도 전략적으로필요한 Application 은 Serial 지원
5. 구현방안 IIoT 플랫폼을기반으로다양한네트워크솔루션을확보하고제품에따라적합한솔루션제공 IIoT 플랫폼 Communication Architecure Computer Level network Ethernet (OPC-UA, Http) Information Communication Controller Level network Distributed control One Chip Solution으로개발 - 제어와통신동시제공 사용자플랫폼에 Add-On 되는경우 - 다양한 I/F 제공 (CAN, Memory, SPI ) Device Level network Safety - 원가민감분야등 - 특수목적 CPU 가필요한분야등 I/O control Safety control Motion control * IIoT: Industrial Internet of Thing Global Standard Ethernet
5. 구현방안 Factory Automation, Process Automation 에대한효율적인네트워크솔루션을제공하며모션 / 로봇, Safety, 무선 및빌딩제어등에필요한통신솔루션도전략에따라제공을준비하고있음. Host Computer < Server system 솔루션 > 0 OPC <OPC-UA 솔루션 > Ethernet <Gateway 솔루션 > ERP, MES, PLM. < Mobile 솔루션 > Factory Automation Ethernet BEMS < 웹서버솔루션 > Building Automation RTU CCS TM Master TM Slave RCS EWS Field Device 이기종 Controller HART Device Smart I/O is7 Ethernet XGR < 리모트솔루션 > Smart I/O RAPIEnet, Modbus TCP, Ethernet/IP Smart I/O < 이중화솔루션 > XGK/XGI 타사 PLC/ 장비 XGK/XGI <Motion 솔루션 > < 고성능 PLC 솔루션 > <Servo 솔루션 > EtherCAT XGT Servo, motor, Encoder XGT-InfoU <Wireless 솔루션 > EtherCAT <HMI 솔루션 > XGB XGT Panel Ethernet < Soft PLC > <Safety 솔루션 > RAPIEnet, Modbus, CANopen, Profibus. <Gateway 솔루션 > <PLC 전문화솔루션 > CNC VISION Robot control XGT-InfoU XGB BACnet BAS SCADA DDC Smart I/O <PLC BAS 솔루션 > Field Device Process Automation is7 축조합 Robot, Robot system <Robot 솔루션 > is5 XGB Smart I/O 디바이스기기 IT RCS : Remote Control System, CCS : Central Control Station, EWS : Engineering Work Station, CNC : Computerized Numeriacl Control
참고 1. RAPIEnet 표준화현황 v Global 경쟁력강화를위해국내최초로네트워크분야 IEC 규격추진 v IEC PAS 1 종, IEC/IS 10 종획득, 2 종진행중, KS 규격 10 종진행완료 구분규격제 / 개정규격번호상태 KS Fieldbus specifications Part 1: Overview and guidance for the IEC 61158 and IEC 61784 series 제정 (2014) IEC 61158-1 IS Service Protocol Fieldbus specifications Part 3-21: Data-link layer service definition 제정 (2010) IEC 61158-3-21 IS Fieldbus specifications Part 4-21: Data-link layer protocol specification 제정 (2010) IEC 61158-4-21 IS Fieldbus specifications Part 5-21: Application Layer service definition 제정 (2010) IEC 61158-5-21 IS Fieldbus specifications Part 6-21: Application Layer protocol specification 제정 (2010) IEC 61158-6-21 IS Profile High availability Cabling Functional Safety Profiles - Part 2: Additional fieldbus profiles for real-time networks based on ISO/IEC 8802-3 개정 (2010) IEC 61784-2 (CPF17) High availability automation networks - Part 1: General concepts and calculation methods 개정 (2012) IEC 62439-1 IS High availability automation networks Part 7: Ring-based Redundancy Protocol (RRP) 제정 (2011) IEC 62439-7 IS Installation of communication networks in industrial premises 개정 (2013) IEC 61918 IS Profiles - Part 5-17: Installation of fieldbuses-installation profiles for CPF 17 제정 (2013) IEC 61784-5-17 IS Part 3: Functional safety fieldbuses - General rules and profile definitions 진행중 IEC 61784-3 FDIS Profiles - Part 3-17: Functional safety fieldbuses - Additional specification for CPF 17 진행중 IEC 61784-3-17 FDIS IS IEC 규격추진이력 07.01 10.07 10.08 11.12 12.03 13.05 16.05 기술발표 62439-7 NP 통과 61158 IS 등록 62439-7 IS 등록 61784-3-17 NP 61784-5-17 IS 등록 61784-3-17 IS 등록
참고 2. 산업용통신응용상세 실시간통신
참고 2. 산업용통신응용상세 실시간통신 시멘트 10s Chemical 1s Tilting Train 100ms Printing 20ms X-by-Wire 10ms 변전소 5ms
참고 2. 산업용통신응용상세 실시간통신 Audio & Video Traffic Control Rolling stock Train Control Wind turbine Power Utility Power Utility Automation
참고 2. 산업용통신응용상세 실시간통신 발전 ( 원자력, 화력 ) 분야네트워크적용방안 차세대로봇시스템적용방안
참고 2. 산업용통신응용상세 실시간통신 v 기존르네사스의 SH7712(200MHz) 를이용하여 100Mbps 를구현 (2007 년 ) v NGPx (5, 7, A: 800MHz) 를새로제작하여 1Gbps/100Mbps 구현 (2015 년 ) 성능지표 SH7712 사용성능 (100Mbps, 72Octets Frame 기준 ) NGP 사용성능 (1Gbps, 72Octets Frame 기준 ) 값제약조건값제약조건 전달시간 (TDELAY) 210us ~ 4,100 us 전달실패없음 22us ~ 240 us 전달실패없음 종단수 256 256 종단간스위치수 0 각 RAPIEnet 노드는 2 포트스위치를포함함 0 각 RAPIEnet 노드는 2 포트스위치를포함함 처리량 RTE 0~ 5.55x10 6 ( 바이트 /s) 100 Mbps ( 전이중방식 ) 0 ~55.5x10 6 ( 바이트 /s) 1,000 Mbps ( 전이중방식 ) 비 RTE 대역폭 0% ~ 100% 0% ~ 100% 시간동기정밀도 < 200 us 1:1 기준 < 50ns 1:1 기준, IEEE 1588 사용 리던던시 복구시간 없음 < 160 ms < 8 ms 선형구조 100BASE-TX 100BASE-FX 없음 < 10 ms < 4 ms 선형구조 1,000BASE-TX 1,000BASE-FX 매개변수정의 SH 7712 NGP TSND Phy 와 MAC 을포함하는송신측스택지연 50 us 10 us TRCV Phy 와 MAC 을포함하는수신스택전달시간 50 us 10 us APDUsize 응용프로그램프로토콜데이터단위크기 32 바이트 32 바이트 LDR 데이터전송속도 100 Mbps 1Gbps POsize 프로토콜오버헤드크기 40 바이트 40 바이트 TCPD/M 케이블길이당케이블전송지연시간, 케이블의특성에따라달라짐 5 ns/m 5 ns/m LTC 케이블길이 100 m 100 m TNPD 노드전파지연시간 7.4 us 0.274us N 송신과수신종단노드사이노드수최소 : 0, 최대 : 254 최소 : 0, 최대 : 254
참고 2. 산업용통신응용상세 고가용성통신 - Ring 형 Topology 도입을통한통신선로이중화및 Fault Tolerant system 구현 - IEC 62439 규격에서표준화진행중이며대한민국의 RRP 기술은 2011 년 IS 로등록完 - 미등록된기술은기술적인검증을공식적으로받지않은것임
참고 2. 산업용통신응용상세 고가용성통신 end node end node leaf link LAN edge ports switch interswitch link inter-switch link inter-switch ports switch switch switch edge port switch leaf links end node end node end node end node end node end node end node end node
참고 2. 산업용통신응용상세 고가용성통신 leaf link end node end node LAN edge ports inter-switch link switch ring ports switch switch edge ports end node end node leaf link end node end end end node node node switching end nodes internal leaf link
참고 2. 산업용통신응용상세 고가용성통신 QAN QAN QAN. LAN A LAN B
참고 2. 산업용통신응용상세 고가용성통신 Plant Network / Intranet Firewall Client/server Network Workplaces (clients) Enterprise Optimization (clients) 3rd party application server Mobile Operator connectivity server db server application server engineering workplace Control Network Field Bus Redundant PLC Programmable Logic Controller Field Bus touch-screen We consider networks for automation systems, consisting of nodes, bridges and links.
참고 2. 산업용통신기술상세 기능안전통신 능동적안전시스템으로서의 Functional Safety
참고 2. 산업용통신기술상세 기능안전통신 정의 기능적안전시스템의정보전달과정에서전달되는정보의무결성을보장하는통신시스템 배경 IEC 61508의기능적안전요구사항을만족하는통신기능제공 (IEC 61784-3 series 로규정 ) ISO 26262는 IEC 61508을기반으로차량용안전규격을정리함 ( 별도안전통신규격없음 ) < 안전관련규격간상관관계 : IEC 61784-3 > < 단순화한안전시스템의모델 >
참고 2. 산업용통신기술상세 기능안전통신 HARM : 물리적상해또는물리적손실 HAZARD : HARM 을야기할수있는위험원 RISK : 위험의수준과발생확률의곱 < 시간당발생확률로나타낸 RISK 의범주 >
참고 2. 산업용통신기술상세 기능안전통신 기능적안전관련시스템의구현을위해서는 IEC 61508 에따라제품개발이되어야함 <IEC 61508 의개발프로세스 >
참고 2. 산업용통신기술상세 기능안전통신 기능적안전통신망의구조 기능적안전통신망요구사항 61784 Functional Safety Communications Profile 61784 Functional Safety Communications Profile IEC 61508 의개발규정준수 Device Safety Safety Communication Communication Layer Layer Application Application Layer Layer (optional) (optional) Data Data Link Link Layer Layer Physical Physical Layer Layer Other protocol Internal communication link Gateway Gateway Application Application Layer Layer (optional) (optional) Data Data Link Link Layer Layer Physical Physical Layer Layer 61158 communications layers FAL FAL DLL DLL PhL PhL Fieldbus network e. g. repeater, switches, wireless < safety communication model> Safety Safety Communication Communication Layer Layer Fieldbus network FAL FAL DLL DLL PhL PhL 규정된통신에러해결 Corruption Unintended repetition Incorrect sequence Loss Unacceptable delay Insertion Masquerade Addressing 기능적안전통신망의무결성요건 정량적 : 시간당통신에러발생확률 10-9 정성적 : 규정된통신에러를모두검출
참고 3. LS 산전의 IIoT 플랫폼 SoC 산업자동화및자동차통신에적용가능한 SoC 개발, 삼성전자 45nm 공정 2014 년 8 월 1 차샘플입고, 2015 년 12 월 AEC-Q100 3 rd 인증 SoC 주요기능 v Cortex-A8 core 800MHz (-40~85 ) L1 32KB I/D Cache, L2 256KB Cache 64bits 400MHz AXI System Bus v Key Features 1Gbps Ethernet (with RAPIEnet Switch) Ethernet Processing Unit (EPU) USB, PWM, ADC, LCDC, SD I/F MJPEG & H.264 CODEC, Camera, CAN I/F Image Signal Processor (ISP) v Low-End (NGP 5) 16bits 800MHz 128MB DDR3 RAM 16bits 8MB NOR Flash v High-End (NGP 7) 32bits 800MHz 256MB DDR3 RAM 16bits 16MB NOR Flash
참고 3. LS 산전의 IIoT 플랫폼 SoC PLC 모듈개발 29 종진행중 ( 단계별적용분야확대 ) ㅏㅛㅇ
참고 3. LS 산전의 IIoT 플랫폼 SoC 경제성분석 주요회사 LSIS Hilscher SIEMENS RENESAS 모델명 NGP 5 NGP 7 netx 10 netx 500 ERTEC200 ERTEC200P ERTEC400 R-IN32M3-EC R-IN32M3-CL 예상가격 미정 미정 약 $35 약 $40 $20 Enclosure size (mm) 17 * 17 27 * 27 13 * 13 22 * 22 19 * 19 17 * 17 19 * 19 19 * 19 Ball pitch (mm) 0.65 1 0.8 1 0.8 1 Pro cessor M e m o r y Back plane P E R I P H E R A L S Core Cortex-A8 Core ARM966E-S ARM926EJ-S ARM946 ARM926EJ-S ARM946E-S Cortex M3 DMIPS 1,600 110 220 165 275 165 125 Core Speed (MHz) 800 100 200 150 250 150 100 Voltage (V) 1.2 1.5 1.5 1.2 1.5 1 Cache L1 I/D 32 I/D 16 I/D 24 I/D 12 I/D 32 I/D 12 - (KB) L2 I/D 256 X D 8 D 4 I/D 256 D 4-8, SRAM (KB) 256 256 296 144 64-192 1,300 (Switch 전용 ) DDR3 (MB) 128 256 - - - - - - Non-volatile memory 마스터슬레이브 8MB NOR Flash 16MB NOR Flash 내장내장공용램 128KB (SRAM 분할사용 ) Ethernet 100/1000 2Ch (Mbps) IEEE 1588 100/1000 4Ch IEEE 1588 64Kbytes 32 kbytes 8 kbytes - 128 KB (SRAM 분할 ) 10/100 IEEE 1588 10/100 IEEE 1588 10/100 IRT Switch 2ch 10/100 IRT Switch 4ch 100 EtherCAT MAC 2 4 1 2 2 4 2-1000 CC-Link IE Phy 외장 1 2 2 외장 2 외장 UART 5 2 3 1 4 2 2 480 OTG 1ch 480 OTG 2ch 48 48 USB (Mbps) - - - - PHY 내장 PHY 내장 Device 1ch Host/Device CAN 1 2 - - - 2 기타 SDIO, I2C, SPI, PWM, ADC 등 I2C, SPI, PWM, ADC 등 SPI 등 SPI, I2C 등 SPI, PCI 등 I2C, CSI, CC-Link 등
참고 4. OPC-UA DA: Data Access AC: Alarms and Conditions HA: Historical Access Prg: Programs Information Model Basics Communication Architecture UA TCP with UA Binary: 성능과사이즈최적화 HTTP + Soap: firewall-friendly 서비스및 Architecture
참고 4. OPC-UA Implementation PC/Server Platform vs Embedded Platform Embedded Platform 고려하여 15KB RAM, 저전력 Core 를이용하여구현가능한솔루션도있음 Challenges Embedded Platform 의제약조건검토 MatrikonOPC Server Requirements Minimum RAM: 100KB (OPC-UA Server only) Minimum Flash: 300KB (ARM Thumb2) Minimum CPU: 50MHz ARM Cortex-M3 (or similar) Minimum system requirements allow: - single OPC-UA Session, - small number of items Fraunhofer Lemgo Server Requirements Minimum RAM: 15KB, ROM 10KB (OPC-UA Server only) RTOS Support OPC-UA Development Toolkit for VxWorks OPC-UA Development Toolkit for Nucleus (3 rd Q 2015 예정 ) Mobile Support prosys OPC: Android Unified Automation: Android, ios, Meego, QNX 등