듀얼 이더넷 아키텍처의 소개

내쇼날인스트루먼트는 CompactRIO, Compact FieldPoint, 및 스마트 카메라 플랫폼에서 듀얼 이더넷 포트를 제공하는 프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러(PAC)의 새로운 제품군을 소개합니다. 듀얼 이더넷 포트 덕분에 본 리얼타임 컨트롤러들은 산업용 I/O 통신을 기업 네트워크로부터 분리할 수 있어 데이터 무결성 및 대역폭 사용이 향상됩니다.

소개

이더넷은 기업, 가정 및 개인 네트워크에 기반을 제공하며, 광범위한 채택으로 인해 산업용 어플리케이션에 있어 비용 효율적이며 안정적인 네트워크 솔루션을 구현합니다. 이더넷 기술을 사용하여 내쇼날인스트루먼트의 프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러 (PAC)은 산업용 모니터링 및 제어 시스템에 네트워크로 연결된 I/O를 추가할 수 있습니다. 본 컨트롤러들은 네트워크 상에서 프로그램적인 통신을 허용하며 자동으로 네트워크에 측정자료를 보냅니다. LabVIEW 리모트 패널, 웹 서버 및 내장된 FTP/HTTP 서버와 같은 기능을 통해 사무실 근접 지역이나 멀리 떨어진 거친 환경에서 수집한 I/O 데이터에 접근할 수 있습니다.

듀얼 이더넷 포트 추가하기

이더넷은 사업체 및 기업에서 사용될 수 있기 때문에 보편적으로 선택되는 통신망입니다. 그렇다면 과연 이더넷은 산업 환경에 필요한 데이터 무결성과 보안을 제공한다고 생각하십니까? 공유 네트워크의 대역폭을 신경쓰거나 대규모의 추가경비를 들이지 않고 어떻게 데이터를 수집하거나 복합 시스템을 제어할 수 있을까요? 이더넷 I/O 플랫폼의 안정성을 개선하기 위하여 내쇼날인스트루먼트는 듀얼 이더넷 포트와 고사양의 PowerPC 프로세서를 갖춘 PAC을 소개하였습니다. (테이블 1 참조) 이제 사용자들은 이같이 견고한 리얼타임 컨트롤러를 두 개의 개별 네트워크에서 사용할 수 있습니다. 다시 말해, 하나는 호스트 PC 또는 기업 시스템의 네트워크 통신용으로, 다른 하나는 기타 이더넷 기반 디바이스의 확장 I/O용으로 사용할 수 있습니다.

테이블 1. 듀얼 이더넷 포트를 갖춘 NI Real-Time 컨트롤러

NI cRIO-9074 일체형 400 MHz Real-Time cRIO 컨트롤러 및 2M 게이트 FPGA	NI cFP-2220 Compact FieldPoint용 400 MHz Real-Time 컨트롤러
NI 1742 스마트 카메라 조명 컨트롤러가 내장된 533 MHz 흑백 VGA 스마트 카메라	NI 1722 스마트 카메라 400 MHz 흑백 VGA 스마트 카메라

듀얼 이더넷 아키텍처의 장점

듀얼 이더넷 포트 사용의 주요 장점은 리얼타임 컨트롤러가 2차 개인 네트워크를 생성하고 인터넷에 노출된 모든 공중 네트워크로부터 분리하는 기능입니다. 기업 네트워크로부터 디바이스를 차단함으로써 개인 네트워크의 전체 이더넷 대역폭은 사용자가 통과시키고자 하는 I/O 및 HMI의 전용이됩니다. 따라서, 응답 시간이 개선되며 심한 트래픽으로 인해 야기되는 지연시간이 줄어듭니다.

NI 듀얼 이더넷 기술

NI 리얼타임 컨트롤러의 각 이더넷 포트는 네트워크 카드의 일반 기능을 다 갖추고 있습니다. 예를 들어, 두 개의 포트는 TCP/IP, UDP, 및 Modbus TCP와 같은 이더넷 프로토콜로 통신합니다. CompactRIO 및 Compact FieldPoint의 듀얼 이더넷 포트는 10/100 Mb/s 전송 속도를 제공하며, 스마트 카메라는 두 개의 기가비트 이더넷 포트를 제공합니다. (10/100/1000 Mb/s)

기본적으로, 공유 변수 및 FieldPoint API는 주요 포트 (포트 1)에 수용됩니다. 또한 공유 변수는 2차 포트 (포트 2)에 탑재될 수 있습니다. 하지만 두 가지가 동시에 가능하지는 않습니다. 예를 들어, cRIO-9074 컨트롤러에 탑재된 공유 변수는 개별 서브넷에서 연결된 디바이스로 포트 1 또는 포트 2를 통해서 사용될 수 있습니다. 하지만 이같은 공유 변수는 두 개의 서브넷에 동시에 사용될 수는 없습니다. 그림 1의 구성은 공유 변수 1을 cRIO 포트 1로 전달하는 호스트 PC이며, cRIO 컨트롤러는 cRIO 포트 2를 통해 Compact FieldPoint 시스템으로 연결되는 공유 변수 2를 지원합니다.

그림 1. 공유 변수를 탑재한 cRIO-9074 시스템

공유 변수는 컨트롤러에 장착된 두 포트에 탑재될 수 없으며, 긴 데이지 체인 방식으로 여러 개의 듀얼 포트 디바이스를 연결하면 프로그래밍시 불필요한 혼잡을 야기할 수 있습니다. 하나의 컨트롤러에서 여러 개의 컨트롤러로 데이터를 전달하기 위해서는 스위치가 권장됩니다.

이같은 모든 컨트롤러를 위해서 소프트웨어 구성 유틸리티 Measurement & Automation Explorer(MAX)는 두 개의 포트에 대한 IP 주소 설정을 위해 사용됩니다. NI 스마트 카메라의 경우, NI Vision Builder for Automated Inspection 소프트웨어가 구성을 위해 사용됩니다. 아래에 단계별 설명 및 튜토리얼이 있습니다.

관련 링크:
Real-Time 컨트롤러에서 듀얼 이더넷을 어떻게 구성합니까?
듀얼 이더넷 포트 Real-Time 컨트롤러 시작하기
공유 변수를 특정 네트워크 카드에 배포하기
Vision Builder AI에서 NI 스마트 카메라 공유 변수 사용하기

예제 아키텍처

듀얼 이더넷 포트를 사용하여 네트워크에 연결된 시스템에 대한 아키텍처를 설계할 때 아래에 제공되는 예제 아키텍처를 권장합니다. 그림 2는 듀얼 이더넷 포트가 있는 하나의 컨트롤러를 사용한 일반적인 구성입니다. 컨트롤러의 포트 1 (또는 서브넷 A)은 DHCP 또는 정적 IP 주소를 지원하는 반면 포트 2 (또는 서브넷 B)는 정적 IP 주소로만 설정됩니다. 또한, 그림 2의 개인 네트워크 타겟은 최소 한 개의 이더넷 포트가 있는 모든 I/O 또는 HMI 디바이스를 의미합니다. 타겟이 다른 리얼타임 컨트롤러일 경우, 각 컨트롤러에서 단 하나의 포트만이 공유 변수 및 FieldPoint API를 수용할 수 있습니다.

그림 2. 단일 듀얼 이더넷 포트 컨트롤러에 대한 예제 아키텍처

듀얼 이더넷 포트가 있는 하나 이상의 컨트롤러 또는 디바이스를 포함한 어플리케이션의 경우, 그림 3은 모든 포트 1을 서브넷 A에, 모든 포트 2를 서브넷 B에 연결하기 위한 스위치를 사용하는 실행가능한 아키텍처를 나타냅니다. 포함된 모든 이더넷 디바이스는 서브넷 A상의 인터넷 또는 기업 네트워크를 통해 원격으로 볼 수 있고 제어할 수 있습니다. 반면 서브넷 B는 I/O 데이터를 전후로 전달하기 위해 전용 네트워크로서 디바이스 중에서 개별적으로 사용됩니다. 또한, 모든 디바이스를 두 개의 서브넷에 연결하면 호스트 컴퓨터로 IP 주소 구성 관리를 편리하게 할 수 있다는 추가적인 장점이 있습니다.

그림 3. 여러 듀얼 이더넷 컨트롤러 및 디바이스에 대한 예제 아키텍처

사용 케이스 1:
듀얼 포트 cFP-2220 컨트롤러에 대한 예제 사용 케이스는 포트 1에 호스트 PC를 연결, 포트 2에 cFP-1808 확장 섀시 연결에 관한 것입니다. cFP-1808은 리얼타임 컨트롤러가 아니므로 단일 이더넷 포트에 데이터를 보내기 위해 공유 변수 대신 FieldPoint API를 사용합니다. 따라서, cFP-2220 컨트롤러는 호스트 공유 변수로 주요 포트를 사용하여 호스트 PC와 cFP-1808간 데이터를 자유롭게 전달합니다.

사용 케이스 2:
또 다른 예제는 cRIO-9074를 듀얼 포트 컨트롤러로 사용하는 것입니다. 포트 2는 공유 변수, FieldPoint API, 및 Modbus TCP를 사용하여 통신하는 다양한 PAC 및 I/O 디바이스에 연결하기 위해 스위치를 사용합니다. cRIO-9074는 포트 1에 연결된 이더넷 기반 HMI에서 데이터를 처리하고 디스플레이하기 위한 주요 데이터베이스 역할을 합니다.

결론

이더넷 네트워크의 장점을 기반으로 구축된 내쇼날인스트루먼트의 PAC 플랫폼은 산업용 모니터링 및 제어 시스템을 위한 듀얼 이더넷 포트를 제공합니다. 본 견고한 리얼타임 컨트롤러로 측정 및 HMI 데이터를 간단히 분리함으로써 전용 2차 네트워크에서 대역폭 사용을 편리하게 제어하고 데이터 무결성을 유지할 수 있습니다. 기업 및 확장 I/O 네트워크를 분리하여 산업용 이더넷 기반 어플리케이션에 더욱 향상된 안정성을 보장하십시오.

관련 링크:
듀얼 이더넷 포트 Real-Time 컨트롤러 시작하기
NI cRIO-9074 제품 페이지
NI cFP-2220 제품 페이지
NI 스마트 카메라 제품 페이지

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