새로운 10BASE-T1L 표준

이더넷22 6월 2022

네트워크 서버 랙의 클로즈업 뷰에는 흰색 및 주황색 이더넷 케이블로 연결된 여러 줄의 패치 패널이 특징입니다.

다양한 장치 간의 데이터 통신은 일상 생활의 많은 측면에서 필수적입니다. 장치의 급증과 디지털화 및 Industry 4.0에 의해 추진되는 데이터 양의 급증은 통신 환경의 변화를 강요하고 있습니다. 이 기사에서는 산업용 2-선 이더넷을 위한 10BASE-T1L 표준에 대해 연결성, 하드웨어, 전원 등 자세히 알아보세요.

소개

데이터 통신은 산업 부문뿐만 아니라 공정 자동화에서도 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 기존의 4 mA에서 20 mA 또는 Fieldbus 응용 프로그램은 증가하는 데이터 양으로 인해 한계에 도달하고 있으며, 이더넷은 따라서 통신 표준으로 자리 잡고 있습니다. 표준 이더넷, 4선 솔루션은 10BASE-T1L이라고 알려진 2선 솔루션으로 발전했으며, 이는 꼬여 있는 한 쌍의 케이블 또는 단일 쌍 이더넷(SPE)으로 구성됩니다. 물리적 계층 위에서 10BASE-T1L은 100 Mbps 또는 1000 Mbps와 같은 기존의 산업 이더넷 기술과 호환되며 따라서 보완재 역할을 합니다.

10BASE-T1L은 특히 공정 자동화에서 표준화되고 있으며 이 분야에서 광범위한 변화를 일으킬 가능성이 있습니다. 바로 이곳에서, 지금까지는 센서와 액추에이터가 주로 4 mA에서 20 mA 아날로그 인터페이스 또는 Fieldbus를 통해 연결되었습니다. 기계 공학이나 플랜트 자동화와는 달리, 공정 자동화에서는 이러한 센서와 액추에이터가 제어 시스템이나 원격 I/O 시스템에서 보통 멀리 떨어져 있습니다. 200 m에서 1000 m 이상의 거리가 일반적입니다.

10BASE-T1L의 의미는 무엇인가요?

10BASE-T1L이라는 이름은 그 의미를 대략적으로 설명합니다. 전기전자기술자협회(IEEE)의 약어가 여기 사용되었습니다.

매체 유형의 “10”은 10 Mbps의 전송 속도를 나타냅니다. “BASE”는 베이스밴드 신호를 가리키며, 이는 오직 Ethernet 신호만 매체를 통해 전송될 수 있음을 의미합니다. “T”는 “twisted pair”를 의미합니다. 숫자 “1”은 1 km 범위를 나타냅니다. 이 경우, “L”은 “long-range”를 의미하여 1 km 이상의 세그먼트 길이가 가능함을 나타냅니다.

10BASE-T1L을 사용할 수 있는 장치 및 기기는 무엇이며 기존 인프라는 어느 정도까지 사용할 수 있습니까?

10BASE-T1L은 많은, 또는 대부분의 프로세스 자동화 응용 프로그램에서 4 mA에서 20 mA 표준 신호를 대체하도록 설계되었습니다. 그러나 이는 4 mA에서 20 mA 전류 루프로 연결된 기존 현장 기기를 10BASE-T1L을 사용할 수 있는 현장 기기로 교체해야 한다는 의미는 아닙니다. 이러한 기존 장치는 소프트웨어 구성 I/O (SWIO) 모듈을 통해 연결할 수 있으며, 원격 I/O는 10 Mbps 이더넷 업링크를 사용하는 PLC에 연결하는 집합 지점으로 작동합니다.

소프트웨어 구성 가능 I/O 모듈은 재구성 가능한 모듈 채널을 가지고 있어 광범위한 배선 변경 없이 빠르고 쉽게 원격으로 작동할 수 있습니다. 이 채널은 전류와 전압에 대해 입력 또는 출력으로, 또는 디지털 및 아날로그로 구성될 수 있습니다.

일부 경우, 표준의 일부로 정의된 바와 같이 기기에 전원과 데이터를 10BASE-T1L을 통해 제공해야 하는 요구사항이 있습니다. 10BASE-T1L은 최대 1000 m의 케이블 길이에 대해 2.4 V, 최대 200 m의 짧은 거리에는 1 V 두 가지 진폭 모드를 지원합니다. 1.0 V 피크 투 피크 진폭 모드를 통해 이 기술은 폭발 방지 환경(위험 구역)에서도 사용할 수 있으며, 그곳에서 적용되는 엄격한 최대 에너지 소비 요구 사항을 충족합니다.

10BASE-T1L의 장점은 무엇입니까?

전통적인 4 mA에서 20 mA까지의 HART® 및 필드버스 장치는 몇 kbps에 불과한 제한된 데이터 대역폭을 가집니다. 10BASE-T1L을 통해 최대 10 Mbps의 속도에 도달할 수 있습니다. 이를 통해 프로세스 값뿐만 아니라 구성 및 매개변수화 정보와 같은 추가적인 장치 매개변수도 전송할 수 있습니다. 미래에는 점점 복잡해지는 센서에 대한 소프트웨어 업데이트 가능성뿐만 아니라, 센서로의 회로 쇼트와 같은 결함 및 네트워크 진단도 데이터 라인을 통해 비교적 빠르게 수행될 것입니다. 또한 10BASE-T1L로 게이트웨이와 컨버터가 더 이상 필요하지 않으므로 구성도 더 쉬워집니다. 게이트웨이를 제거함으로써 이러한 오래된 설치의 비용과 복잡성이 크게 줄어들고, 이에 의해 생성된 데이터 섬은 제거됩니다.

또한, 데이터 라인을 통해 더 높은 전력을 전송할 수 있습니다. 예를 들어, 본질적으로 안전한 지역(위험 지역)에서는 500 mW, 본질적으로 안전하지 않은 지역에서는 최대 60 W까지 전송할 수 있습니다.

PROFINET, EtherNet/IP, HART-IP, OPC UA, 또는 ModbusTCP와 같은 이더넷 표준 및 MQTT와 같은 IoT 프로토콜은 필드 장치를 클라우드에 쉽게 강력하게 연결할 수 있도록 해줍니다.

10BASE-T1L이 스위치 모듈과도 작동합니까?

표준 이더넷과 마찬가지로, 10BASE-T1L에서는 다양한 네트워크 세그먼트와 장치를 연결할 수 있는 브리지가 있습니다. 다양한 네트워크 토폴로지를 실현할 수 있으며, 연결된 장치에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 프로세스 자동화에서는 스위치가 종종 제어기, HMI, 클라우드에 연결됩니다. 스위치는 고가용성을 위한 링 토폴로지 형태의 미디어 이중화를 가능하게 합니다.

프로세스 자동화에서는 장치, 센서, 액추에이터에 대한 연결을 스퍼라고 부르며, 스위치 간의 연결과 제어 시스템까지의 연결은 트렁크라는 이름으로 분류됩니다.

“두 개의 전선”을 통해 장치에 전원 공급을 구현할 수 있습니까?

10BASE-T1L 표준은 센서와 액추에이터에서 데이터 통신을 제공할 뿐만 아니라, 신호 라인을 통해 이들에게 전원을 공급할 가능성도 제공합니다. 구체적으로, 10BASE-T1L은 본질적으로 안전하지 않은 구역에서 최대 60 W의 전력을 제공할 수 있습니다. 폭발 보호(본질적으로 안전한) 구역에서는 전력이 500 mW로 제한되며, 이 경우 최대 에너지에 대한 엄격한 요구 사항을 준수하기 위해 표준 응용 프로그램의 신호 진폭이 2.4 V에서 1 V로 감소합니다. 그러나 그 결과로 본질적으로 안전한 구역에서는 전송 거리가 줄어들 수밖에 없습니다.