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자유 조합형부터 일체형까지 다양하게 구성되어 있습니다.
무선네트워크 WirelessHART와 ISA100을 비교하며 무선네트워크 기술을 소개합니다.
공장 내의 필드기기용 무선네트워크는 현재 WirelessHART*1와 ISA100.11a*2가 시장을 양분하고 있습니다. 이번에 이 두 가지 무선네트워크를 비교해 나가면서 공장내 필드기기용 무선네트워크의 최신 기술을 소개하고자 합니다.
표 1에 WirelessHART와 ISA100.11a(이하, ISA100으로 표기)를 비교하여 정리합니다.
IEC(International Electrotechnical Commission)는 전기공학, 전자공학 및 관련된 기술을 취급하는 국제적인 표준 단체입니다.
WirelessHART는 IEC 62591:2010:2016로서, 또는 ISA100은 IEC 62734:2014로서 국제표준규격으로 지정되어 있습니다.
WirelessHART, ISA100 모두 IEEE802.15.4-2006 규격에 정하는 2.4GHz의 ISM대를 사용합니다. ISM대란, Industry-Science-Medical band로서 산업ㆍ과학ㆍ의학용 기기에 사용되며, 면허 없이 이용할 수 있도록 개방되어 있는 주파수대를 말합니다. 일본에서는 출력이 10mW 이하로 되어 있습니다. 2.4GHz대를 사용하는 경우, 83.5MHz 폭의 밴드 내에 채널 폭 5MHz의 16개의 채널이 있으며 DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum) 변조방식에 의해 250kbps의 데이터 전송 속도를 실현하는 사양입니다.
데이터링크층에서는 IEEE802.15.4e에 정하는 TDMA를 채용하고 있습니다. TDMA(Time Division Multiple Access)란, 동일한 통신로를 복수의 통신 주체에서 혼신되지 않게 공용하기 위한 다중 액세스 기술의 한 가지로 시간적으로 전송로를 복수의 디바이스가 동시에 통신하는 방식을 말합니다. 주로 전파를 사용한 무선통신에 사용되는 방식으로 전송로 이용권을 밀리초 단위의 극히 짧은 시간으로 균등하게 분할하여 복수의 디바이스에 순서에 따라 할당합니다. 이 분할된 단위시간을 타임슬롯(time slot)이라고 합니다. 이에 의해 복수의 디바이스가 동시에 동일한 주파수대를 사용하여 통신할 수 있습니다.
WirelessHART의 경우, Time slot은 10ms로 고정되어 있지만 ISA100의 경우는 설정 변경이 가능하게 되어 있습니다. 그리고 ISA100에서는 대량의 데이터 전송이 효율적으로 이루어지도록 하기 위해 CSMA/CA 모드도 지원하고 있습니다. CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)도 무선LAN에 채용되고 있는 매체 액세스 제어방식으로 동일 채널에 복수의 사용자가 액세스할 때 경합을 회피하는 방식의 한 가지입니다.
고접속 신뢰성 구조
산업용에 무선기술을 이용하는 경우, 접속 불능이 있어서는 안 됩니다. 접속의 신뢰성을 높이는 기술로 메시 토폴로지와 채널 호핑 기술을 채용하고 있습니다.
메시 토폴로지
복수의 통신 경로를 지원하지 않으면 통신 경로에 전파 장애 등이 발생하여 그 경로가 차단된 경우에 대상 디바이스로부터의 데이터를 상위에 전달할 수 없게 됩니다. 메시 토폴로지 네트워크에 의하면 각각의 디바이스는 2개 이상의 경로를 가질 수 있게 됩니다. 따라서 하나의 경로에서 전파 장애에 의한 오류가 발생하더라도 다른 경로를 경유하여 상위에 도달할 수 있게 됩니다.
채널 호핑
2.4GHz대의 16채널 중 한 개의 채널이 연결되지 않은 경우에 다른 15채널 중에서 안정된 채널을 선택하여 사용하는 기능을 채널 호핑(주파수 용장성)이라 합니다. 채널 호핑 통신방식을 채용하는 네트워크에서는 특정 주파수 채널에서 전파 간섭이 발생하여도 다른 주파수 채널에 의한 재전송으로 오류에 대응할 수 있기 때문에 간섭 전파에 대한 내장애성을 높일 수 있습니다. ISA100에서는 Time slot 단위로 채널 호핑하는 Slot 호핑에 더하여 느린 주기로 채널 호핑하는 Slow 호핑을 지원하고 있습니다. Slot 호핑은 고신뢰성ㆍ정시제가 필요한 정주기(定周期) 데이터의 통신에 사용됩니다. 한편, Slow 호핑은 정시성은 필요하지 않지만 대량의 데이터를 고효율로 전송하는 용도(예를 들어, 파라미터 등의 업로드/다운로드나 펌웨어 갱신 등)에 사용됩니다.
ISA100은 IPv6/6LoWPAN을 지원하고 있습니다. 6LoWPAN이란, IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks의 약자로서 IPv6(Internet Protocol Version 6)을 IEEE802.15.4 무선상에서 실현시키기 위한 규격을 말합니다.
WirelessHART는 통신프로토콜로서 Wired HART의 프로토콜을 그 상태에서 확장하여 HART7이라 정의하고 있습니다. 따라서 자산관리 등 상위 소프트웨어는 종래의 HART시스템을 용이하여 확장하여 사용할 수 있습니다.
한편, ISA100은 ISA100.11a의 Native & Legacy 프로토콜(터널링: 종래부터 있는 기존 통신프로토콜을 그 상태에서 통신하게 하는 프로토콜)을 기준으로 하고 있습니다. 이것은 기존의 각종 프로토콜(PROFIBUS, Foundation Fieldbus, Modbus, HART 등)을 지원할 수 있게 하기 위한 기술입니다. 여기에 의해 기존 호스트 시스템과의 유연한 접속을 실현할 수 있습니다. Publish & Subscribe 프로토콜이나 Peer to Peer 통신 등의 지원에 의해 Foundation Fieldbus에서의 로컬 제어 기능도 실현할 수 있습니다.
● 분리가 간단한 플러그인 구조입니다.
● 앞면 패널에 현재값을 표시합니다(실제 각도값 표시와 %표시를 선택할 수 있습니다).
● 제로 스팬 조정이나 출력의 종류 또는 레인지 변경을 앞면 패널에서 간단하게 설정할 수 있습니다.
● 입출력 신호 간의 꺾은선 리니어 라이즈 기능을 탑재하고 있습니다(최대 32점 꺾은선).
● 이동평균 기능을 탑재하고 있습니다(150ms/회 횟수는 0회, 4회, 8회, 16회, 32회 중에서 선택).
● 입력값에 관계없이 출력값을 자유롭게 변화시키는 루프테스트 기능을 탑재하고 있습니다.
어플리케이션으로서는 아래와 같은 사례가 많이 있습니다.
이미 설치되어 있는 설비에 Selsyn이 사용되고 있어 이러한 신호를 컴퓨터에 입력하거나 멀리 떨어진 사무실에서 감시하고자 하는 경우에는 설치와 설정이 간단한 Selsyn 변환기 사용을 검토하여 주십시오.