산업 분야에 진출한 이더넷

산업용 통신 프로토콜로 이더넷 채택이 확대된 것은 스마트 팩토리의 발전에 중요한 역할을 했습니다. 처음에는 공장 내 제어 및 정보를 위한 수준으로 국한되었지만, IEEE가 기존 IEEE 802.3 프로토콜에 대한 수많은 확장을 승인하면서 이더넷이 산업 공정의 결정론적 요구 사항을 충족할 수 있게 되었습니다. 이후 이러한 확장 기능은 개방형 표준으로 자리잡아 산업계에서 널리 배포되고 있으며, 산업 환경에서 이더넷 배포가 기하급수적으로 증가할 수 있게 되었습니다.

산업용 이더넷을 위한 설계 고려 사항

이더넷은 산업 환경에서 가장 널리 쓰이는 네트워킹 기술로 빠르게 자리잡고 있으며, 최신 IEEE 802 이더넷 하위 표준에는 실시간 통신을 지원하는 데 필요한 메커니즘을 다루는 내용이 많이 포함되어 있습니다. 이더넷 장비를 사용하는 공장 시스템이 증가함에 따라, 설계자는 네트워킹 모듈이 공장 환경의 혹독한 조건을 견딜 수 있는지 확인해야 합니다. 구성 요소를 선택할 때는 견고성, 작동 온도 범위, 먼지, 전기적 소음, 진동과 같은 요소를 고려해야 합니다. 수년 동안 네트워크 케이블의 주요 요소였던 보편적인 RJ45 커넥터는 여전히 공장 환경에서 가장 선호되는 커넥터 솔루션입니다. 본 문서에서는 이러한 커넥터를 공장 시스템에 통합할 때 고려해야 할 몇 가지 요소를 살펴봅니다.

산업 환경에서의 이더넷 변화

생산성과 자산 대비 수익률을 향상하려는 지속적인 노력으로 공장 자동화 수준이 매년 높아지고 연결된 장치의 수가 급증했습니다. 로봇 시스템은 더 빠르게 배치되고 있으며, 전통적인 조립 라인에서부터 인간 작업자와 로봇이 함께 작업하는 협업 작업 공간을 포함한 더 작고 유동적인 응용 분야로 사용 분야를 옮겨가고 있습니다. 수많은 공통 표준의 개발, 개방형 시스템 개발 촉진, 다양한 제조업체의 다양한 장치 간 상호 운용성 보장을 통해 자동화 수준이 더욱 빠르게 향상되었습니다.

산업용 통신 프로토콜로 이더넷 채택이 확대된 것은 스마트 팩토리의 발전에 중요한 역할을 했습니다. 처음에는 공장 내 제어 및 정보를 위한 수준으로 국한되었지만, IEEE가 기존 IEEE 802.3 프로토콜에 대한 수많은 확장을 승인하면서 이더넷이 산업 공정의 결정론적 요구 사항을 충족할 수 있게 되었습니다. 이후 이러한 확장 기능은 개방형 표준으로 자리잡아 산업계에서 널리 배포되고 있으며, 산업 환경에서 이더넷 배포가 기하급수적으로 증가할 수 있게 되었습니다.

이더넷의 지속적인 진화

이더넷 프로토콜은 OSI 계층 모델의 1계층(물리적)과 2계층(데이터 링크)을 포괄하며, 네트워크 장치가 데이터를 형식화하여 동일한 네트워크 세그먼트에 있는 다른 네트워크 장치로 전송하는 방법과 네트워크를 연결하여 해당 데이터를 내보내는 방법을 설명합니다. 원래는 동축 케이블을 사용하도록 설계된 일반적인 이더넷 LAN은 이제 특수 등급의 꼬인 쌍 케이블이나 광섬유 케이블을 사용합니다. 이더넷 표준은 새로운 미디어, 더 높은 전송 속도, 프레임 콘텐츠의 변화, 802.3af와 같은 기능적 요구 사항을 수용하기 위해 꾸준히 발전하고 있으며 이더넷 전력(POE)을 정의합니다.

산업 환경에 가장 일반적으로 설치되는 이더넷 시스템은 100 BASE-T(BASE-T는 꼬인 쌍 케이블 사용을 의미)로, 초당 최대 100메가비트(Mbps)의 전송 속도를 제공합니다. 기가비트 이더넷은 1000Mbps(초당 1기가비트 또는 10억 비트)의 속도를 제공하고, 10GbE 또는 10기가비트 이더넷은 최대 10Gbps의 속도를 제공합니다. 더 높은 속도는 표준화를 위해 끊임없이 개발되고 있습니다.

PHY는 OSI 모델의 물리 계층을 뜻하는 약어로, 물리 계층 기능을 구현하는 데 필요한 회로를 말합니다. 이더넷 PHY는 1000BASE-T, 100BASE-TX 및 10BASE-T 표준의 이더넷 물리 계층 부분을 구현하는 구성 요소이며, PHY 기능은 일반적으로 이더넷 라인 변조의 아날로그 도메인과 링크 계층 패킷 신호의 디지털 도메인 사이를 인터페이스하는 칩에 구현됩니다. 그림 1은 PHY 장치가 구현하는 기능의 개요를 보여줍니다.

그림 1: MAC 및 물리적 매체를 사용한 이더넷 PHY 연결

그림 1에서 이더넷 PHY 기능을 구성하는 두 가지 다른 중요한 구성 요소가 있음을 알 수 있습니다. '마그네틱'은 IEEE 802.3 10/100/1000BASE-T 사양의 전기적 인터페이싱 요구 사항을 충족하도록 설계된 아날로그 회로로, 이더넷 네트워크의 여러 노드를 통해 장거리에서도 연결할 수 있습니다. 마그네틱은 절연, 신호 밸런싱, 공통 모드 거부, 임피던스 매칭, EMC 개선을 포함한 주요 전기 인터페이스 요구 사항을 처리합니다. 저렴한 8핀 8P8C 커넥터인 RJ45 커넥터는 오랫동안 이더넷 연결의 주축이었으며, 현재 사용되는 모든 이더넷 케이블에 사용됩니다. 따라서 모든 PHY 보드에는 적합한 RJ45 커넥터가 포함되어야 합니다.

산업용 이더넷 시장에서 ICM에 대한 수요 지원

오늘날 많은 커넥터 제조업체가 RJ45 유형 커넥터 블록에 자기 회로가 내장된 통합 커넥터 모듈(ICM)을 공급하고 있습니다. PHY 보드 설계 시 ICM을 사용하면 구성 요소 수가 줄어들어 생산/조립 비용이 낮아지고, 금속 차폐를 통해 민감한 케이블 측 신호의 EMC 차폐가 개선되고, PCB 설치 공간이 줄어드는 등 여러 가지 이점이 있습니다. ICM을 사용하면 아날로그 회로가 커넥터 내부에 패키징되어 PHY 모듈 설계가 완전히 디지털 영역에 포함될 수 있습니다.

Bel 그룹 계열사인 Bel Magnetic Solutions는 통합 커넥터 모듈(ICM)의 발명자이자 최대 공급업체로서, 통신, 산업, 상업 분야에 다양한 마그네틱을 제공합니다. Bel의 광범위한 포트폴리오에는 산업용 이더넷 시장을 특별히 겨냥한 ICM 제품 3개가 포함되어, 작동 온도가 -40°C에서 +85°C 사이인 극한 환경에서도 안정적이고 비용 효율적으로 연결할 수 있습니다. 산업용 이더넷 컨트롤러, 기계 제어 보드, 이더넷 조명 제어, 산업용 무선 액세스 포인트, 산업용 비디오 디스플레이 장치 등 다양한 응용 분야에 적합한 ICM은 아래 표 1에 요약되어 있습니다.

모든 주요 10/100Base-T 및 1GBase-T PHY와 호환되는 이러한 ICM은 작고 사용하기 쉬우며 공장 생활의 스트레스와 부담을 처리하도록 설계되었습니다. 커넥터는 내구성이 뛰어나고 작동 수명이 길어 고장률이 매우 낮으며 -40°C~85°C에서 작동합니다. IR 리플로우 호환성 및 테이프 앤 릴 패키징 옵션은 PCB에 자동으로 삽입할 수 있어 모듈 생산 비용을 더욱 절감할 수 있습니다.

그림 2: BEL MagJack® ICM

ICM 솔루션의 선두주자

이더넷이 공장에서 주요 통신 프로토콜이 되면서, 로봇 시스템을 포함한 다양한 산업용 기계를 이더넷 네트워크에 연결해야 하는 경우가 점점 늘어나고 있습니다. 산업용 이더넷 제어기, 기계 제어 보드와 같은 산업용 사양의 네트워킹 장치를 설계하는 사람은 부품을 신중하게 선택해야 하며 내구성, 수명 주기, 비용을 주로 고려해야 합니다. ICM 모듈은 적대적인 환경에서도 내구성 있고 안정적인 연결성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 커넥터는 필요한 기계적 내구성을 제공해야 할 뿐만 아니라 적대적이고 시끄러운 공장 환경에서 전기적 성능도 중요합니다.

Bel의 다양한 이더넷 솔루션을 살펴보세요

Bel Magnetic Solutions는 이더넷 마그네틱 솔루션이 커넥터 패키지에 통합되어 있는 광범위한 통합 커넥터 모듈(ICM) 제품을 제공합니다. ICM 제품 라인은 오늘날 시장의 모든 이더넷 애플리케이션을 포함합니다. 당사의 제품은 고속 네트워킹 및 컴퓨터 응용 분야에 적용할 수 있는 가장 방대한 마그네틱 기반 솔루션을 포함합니다. ICM은 10/100Base-T, 1GBase-T, 10GBase-T, 이더넷 전력(PoE)을 포함하여 다양한 이더넷 속도와 기술을 지원합니다.