지난 호에 이어 이번 호에서는 캐비닛 내 I/O장치, 제어선의 동향과 발전상황, 제어 반 내의 제어배선 방법의 이점과 EtherNet/IP가 인-캐비닛 솔루션에 어떤 영향을 주는가에 대하여 고찰 해 보고자 한다.

 

캐비닛 내부 I/O 장치용 제어 배선의 트렌드 및 진보

 

산업 자동화 분야는 급격한 변화를 겪고 있으며, 이에 따라 캐비닛 내부 I/O 장치의 제어 배선과 관련된 기존 방식에 대한 재평가가 필요해지고 있다.

 

시운전(Commissioning) 워크플로우에서는 정밀함이 핵심이다. 시스템의 기초를 구축하는 과정에서는 구성 요소들을 면밀하게 설정하여 설계 사양 및 운전 조건과 정렬되도록 해야 하며, 이는 이후 전체 시스템 구현의 전 단계로서 향후 발생할 수 있는 문제를 예방하는 데 매우 중요하다.

 

설계(Design) 워크플로우에서는 효율성 향상이 뚜렷하게 나타난다. 최근의 실무에서는 배선 번호와 I/O 포인트를 체계적으로 할당하고, 오류를 최소화하는 포괄적 방식을 채택하고 있다. 시각적 명확성을 위해 전통적인 배선 방식과 최신 배선 방식을 비교한 도식도도 제공된다.

 

 

현대 제어 배선의 특성을 살펴보면, EtherNet/IP 기반 캐비닛 내부 솔루션과 같은 혁신의 중요성이 부각된다. 이러한 방식은 푸시 버튼이나 모터 스타터 같은 장치의 단자 노드와 통합되어 기존의 PLC 컨트롤러를 대체하는 대안이 된다. 이를 통해 “PLC 소프트 로직” 배선에 대한 의존도를 줄이고 전통적인 I/O 배선을 현저히 감소시킬 수 있어, 시스템 간소화와 신뢰성 향상에 기여한다. 이러한 전환의 효과는 그림 1~3에서의 ‘이전과 이후’ 시각 자료로 명확하게 나타난다.

 

 

마지막으로 PLC 기반 접근법의 평가가 필요하다. 이 방법은 I/O 포인트 사용량은 증가시키지만 설정이 간단하다는 장점이 있다. 기술이 급변하는 산업 환경에서는 시스템을 신속하게 수정·적용할 수 있는 능력이 무엇보다 중요하다.

 

결론적으로, 산업 자동화가 진보함에 따라 제어 배선에서 이러한 진보된 방식을 채택하는 것은 단순히 이점이 있는 수준이 아니라 필수적인 선택이다. 캐비닛 내부 장치에서의 적응성과 효율성 확보는 산업의 미래 방향성에 중요한 영향을 미칠 것이다.

 

 

미래 전망: 제어 패널 배선 방식의 이점

 

산업 자동화의 미래를 고려할 때, 패널 제작자 및 기계 제조업체들이 직면한 변화하는 요구와 도전과제를 이해하는 것이 중요하다. 이들은 자동화 시스템 구현의 핵심 주체로, 이들이 사용하는 도구와 방법론은 전체 운영의 효율성과 신뢰성에 직접적인 영향을 미친다.

 

가장 중요한 이슈 중 하나는 효율성과 정확성이다. 앞서 언급한 바와 같이 제어 배선 기술의 급속한 발전은 패널 제작 속도와 정확성을 획기적으로 개선할 기회를 제공한다. 간소화된 배선 기술과 직관적인 장치 인터페이스는 오류 발생 가능성을 줄이고 빠른 패널 조립을 가능하게 하여 품질을 유지하면서도 생산성을 높인다.

 

그러나 업계는 인력 문제에도 직면해 있다. 숙련된 인력을 확보하기 어렵고, 특히 래더 로직 해석이나 전기 회로도 해독이 가능한 특화 인력을 찾는 데 어려움이 크다. 단순히 인원 부족을 넘어서, 전문성 부족도 심각한 문제다. 조립뿐 아니라 문제를 추적하고 해결할 수 있는 역량을 갖춘 인재는 점점 귀해지고 있으며, 시스템이 복잡해질수록 이들의 가치는 더욱 커진다.

 

향후에는 미래 세대 인력(Future Workforce)에 대한 고민도 필요하다. 차세대 인력은 기존 세대와는 다른 방식으로 시스템을 이해할 것이다. 이들은 시스템 구성 요소를 단순히 네트워크상의 또 다른 노드로 인식할 수 있으며, 이러한 인식 변화는 교육 방법에도 큰 변화를 요구하게 된다. 기술 진화 속도에 맞춰 기초 지식을 효과적으로 전달하는 교육 방식이 필요하다.

 

이러한 현대화는 패널 제작자와 기계 제조업체에게 실질적인 가치를 제공하며, 사이버 보안, 데이터 마이닝과 같은 단일 페어 이더넷(SPE) 기반 기술의 이점으로 이어져 탄소 발자국 절감 및 사이버 회복력 강화를 포함한 자동화 산업의 주요 트렌드를 해결할 수 있게 한다.

 

요약하자면, 산업 자동화에서 패널 제작의 미래는 대전환을 앞두고 있으며, 이러한 과제를 선제적으로 해결하고 최신 기술을 적극 수용함으로써 효율성 향상뿐만 아니라 미래 인력 변화에 대비할 수 있다.

 

 

EtherNet/IP 캐비닛 내부 솔루션

 

이 솔루션은 장치 간 하드와이어 배선을 복합 네트워크 케이블로 대체하는 것을 목표로 한다. 이를 통해 빠른 조립, 프로그래밍 기능, 유지보수 및 공정 최적화를 위한 정보 제공 능력 향상 등 다양한 이점을 제공한다.

 

멀티드롭 버스 시스템을 활용하여 장치 인터페이스의 복잡성을 줄이고, 장치당 평균 인터페이스 수를 줄임으로써 시스템 복잡도를 낮춘다.

 

네트워크 전원(NP)은 통신 전자장치에 4암페어 전류를 공급하며, 스위칭 전원(SP)은 접촉기 코일과 같은 큰 부하를 스위칭하는 데 사용된다. 이때 순간 전류 상승을 감안하여 최대 100밀리초 동안 8암페어까지 부하 수용이 가능하다.

 

NP는 버스상의 모든 노드에 공급되며, 첫 번째 전원 탭(First Power Tap)은 SP를 첫 번째 세그먼트에 공급한다. SP는 노드 그룹별로 세그먼트화될 수 있다. 보조 전원 탭(Supplemental Power Tap)은 상위 세그먼트에서 NP를 하위 세그먼트로 전달하지만 SP는 전달하지 않고 별도로 공급한다.

 

이 전원 탭들은 동일한 24V 전원 공급원을 사용할 수 있다. 전체 네트워크 길이는 25미터이며 최대 노드 수는 40개다.

 

노드에 탑재된 10BASE-T1S 트랜시버는 IEEE 802.3cg-2019 표준을 준수한다. 해당 표준의 주요 사양은 다음과 같다.

 

· 반이중 멀티드롭(8노드, 25m)

· 반이중 또는 전이중 점대점 통신

· 10Mb/s, 1Vpp

 

ODVA 사양에 따르면 PHY는 노드 수가 8에서 40개까지 지원 가능해야 하며, IEEE 147.8 규격의 믹싱 세그먼트 요구사항을 충족해야 한다.

 

 

EtherNet/IP 캐비닛 내부 플랫 케이블

 

이 7-컨덕터 플랫 케이블은 통신, 전원, 디지털 신호를 버스 내 장치 간 연결한다.

 

· NP 및 SP 도체: 20 AWG (19가닥)

· SPE+, SPE-, Select 도체: 24 AWG (7가닥)

 

NP와 SP 라인은 4암페어로 정격되며, 잘못된 방향으로 커넥터가 연결되는 것을 방지하기 위해 비대칭 도체 구조로 설계되어 방향 오류를 막는다.

 

EtherNet/IP 캐비닛 내부 커넥터

 

플러그 커넥터는 버스 케이블과 장치의 잭 커넥터(Jack Connector) 사이의 신호를 상호 연결한다. 이 커넥터는 특수 공구 없이 일반 펜치만으로도 설치할 수 있으며, 커넥터 하우징을 닫는 방식으로 플랫 케이블에 적용된다. 이 과정에서 절연 변위/관통 연결(Insulation Displacement/Piercing Connection)이 케이블의 절연을 뚫고 들어가 모든 신호에 전기적 연결을 제공한다.

 

커넥터가 설치되면, SPE(단일 페어 이더넷) 라인과 Select 라인을 절단하게 되며, 노드의 정전 용량을 보정하기 위해 인라인 인덕터가 사용된다(그림 5 참조).

 

 

통신 전자장치용 NP 전원

 

그림 6에 표시된 첫 번째 전원 탭은 그림 5의 잭 커넥터를 통해 플랫 케이블에 연결된다. 이 잭 커넥터는 케이블 상의 모든 신호 집합에 연결되며, NP(Network Power)와 SP(Switched Power)를 공급한다. 외부 전원(24VDC, SELV 또는 PELV 규격 준수)은 필터링 및 보호 과정을 거쳐 NP와 SP로 변환된다. 이 과정에는 EMI 필터링, 역극성 보호, 과전압 보호가 포함될 수 있다.

 

 

NP와 SP는 각각 전류 제한 회로를 통해 보호되며, SP는 부하에 대한 순차 제어를 위한 셧다운 회로도 포함한다. 첫 번째 전원 탭은 버스의 끝에 설치되므로, 케이블 상 모든 신호에 대한 종단 회로(Termination Circuit)를 제공해야 한다.

 

 

첫 번째 전원 탭은 선택적으로 버스 통신 기능을 포함할 수 있다. 통신이 구현되지 않은 경우, SEL, SPE+, SPE- 신호는 잭 커넥터에서 해당 종단 회로로만 연결된다. 반면, 통신 기능이 구현된 경우에는 미디어 종속 인터페이스(MDI)의 정전 용량을 보상하기 위한 추가 인덕터가 포함된다.

 

또한 버스 통신 회로가 구현되는 경우에는 Select Line 송수신 회로도 포함되어야 하며, 이 회로는 SEL 라인을 구동하는 데만 사용된다.

 

각 종단 노드 장치는 최대 100mA까지 전류를 사용할 수 있으므로, 하나의 첫 번째 전원 탭으로 네트워크의 모든 40개 노드에 전원을 공급할 수 있다. 이로 인해 모든 종단 노드는 동일한 전원 버스를 통해 네트워크 전원을 공급받을 수 있다.

 

 

네트워크 출력 전력은 최대 100VA로 제한되며, 이는 NEC Class 2 표준을 준수한다. 덕분에 종단 노드 장치의 회로는 감전 또는 화재 위험에 대한 추가 보호 장치 없이도 간소화가 가능하다. 표 3은 연속 버스 전원의 장점과 단점을 나열한 것이다.