하나가 모든 것을 제어한다. 바란 매니저는 전체 버스 메모리 65.280바이트 영역을 관리한다. 각 참가자는 65.536바이트에 주소공간을 할당하고, ‘주소X에서 해당 바이트를 읽어오기와 해당주소 X에 다음과 같은 데이터를 쓰기’ 두 가지 작업으로 정보를 교환한다.

각 데이터 전송은 바란 매니저 전용프로토콜을 시작으로 중앙에서 바란 매니저를 통하여 FPGA로 진행되므로, 하드웨어 CPU의 부담이 감소된다(3월호 그림7. OSI 모델 레이어 참조).

바란 확장카드부터 지능형 터미널까지, 바란매니저 Component들이 기계제조에 필요한 모든 요구사항을 해결해주고, 소프트웨어는 고객별 솔루션을 제공한다.

①HMI: ETV 터치화면과 HGT 휴대용 버전은 지능형 터미널로 통합적인 바란매니저 자동화 프로세스를 시각화한다. ETV 제어패널은 5.7"/8.4"/ 12.1"/17", 19 "인치용 TFT 컬러를 사용한다.HMI ETV는 화면과 바란출력, 이더넷, CAN, 2 개의 USB장치, 휴대용 버전 HBG는 8", 10" 화면과 바란 이더넷 및 USB 인터페이스를 갖고 있다.

② 프로세서모듈

■12.5 mm 얇은 CPU 모듈: CP111은 고성능 프로세서 유닛으로, 800 MHz EDGE2 기술을 가지고 있고, 2W 전력소모, 교환 가능한 마이크로 SD카드와 제로볼트가 보장된 램이 장착된 S-DIAS 모듈 시리즈로 확장됐다. 

이더넷, 2개의 바란통신, CAN버스와 USB와 같은 다양한 인터페이스를 통해 CP111은 다양한 기능을 구현할 수 있다.

③ 확장카드

■C-IPC VM 051/ VM 052/ VM 053 등 확장 카드에는 높은 수준의 유연성을 달성하기 위해 바란 매니저가 장착되어 있으며, 바란 스플리터와 통합되어 있다. VM 051/ VM 052, 확장 카드에는 각각 2 개와, 3개 스플리터(2 X, 3X바란 아웃)가 통합되어 있다. VM 053에는 이더넷과 TTY(6핀) 인터페이스가 확장되어 있다. 

■PCI Insert 카드: PCV 531는 VEB 031과 함께 있는 PC용 카드로 PC와 바란버스를 연결해서 PC에서 직접 바란 모듈을 컨트롤할 수 있다. 이 카드에 바란 스플리터와 바란 Out 포트가 2개 더 구성되어 있다.

■바란 Manager 클라이언트: VMC 052 확장카드는 바란 매니저 모듈로 더블 스플리터를 가지고 있고, 바란 클라이언트도 통합되어 있으므로, 데이터를 바란 버스 두개의 네트워크로 나누어서 교환 할 수 있다.

모든 작업을 수행할 때 아래와 같은 Product 팔레트로부터 올바른 바란 컴포넌트들이 제공된다. 여러 가지 바란 Manager들과 확장 카드들 그리고 Input/Output, Motion(5월호), Communication(5월호), Sensor(5월호)와 같은 클라이언트 Component들이 Product 스펙트럼처럼 펼쳐져 있다. 이 때문에 바란 인프라 구조가 하나로 연결됨은 물론, 바란 개발 키트와 실행 키트(Evaluation/

Implement)와 분석기 및 서비스 툴도 제공된다.

① Input/Output

■빠르고 정교한 아날로그 모듈: ADD-DATA는 측정 포인트 근처에서 빠르고 정교한 측정데이터 컬렉션을 위하여 16개의 입력을 100 kHz 속도와 16 비트 분해능으로 입력하고 열악한 공업용 환경에서 견딜 수 있도록 금속 하우징과 IP 65 보호 등급으로 되어 있다. 작동 온도는 섭씨 -40 도~ 85도이며, 수많은 보호 서키트가 장착되어 전기적 분해는 1000 볼트까지 가능하며, Short-circuit과 Reverse polarity 프로텍션 등을 갖추고 있다.

■히팅 채널 레귤레이터 profiTEM PpT-CUR : profiTEMP는 PSG 사에 hot runner 레귤러 기술을 적용해서 쉽게 injection 몰딩 기계나 컨트롤 cabinet을 쉽게 통합했다. 레귤러는 250 zone까지 견디고, 필드 테스트 레귤러 알고리즘뿐 아니라, 진단을 포함하는 광범위한 기능들을 제공한다. 통합 버스 시스템은 VARAN, CAN, Ethernet, RS485/RS232가 우선적으로 가능하다. 또한 모든 프로세스와 파라미터는 읽기와 쓰기가 가능하다. 따라서 Hot Runner 레귤러는 최대 250 zone까지 컨트롤이 가능하며, 전체 영역 기능을 기계에서 직접 시각화해서 통합적으로 마치 하나의 기계가 작동하는 것처럼 디스플레이 해준다.

*PID Regular algorithm DynControl

*Sensor inputs thermos elements configurable

*Heating output per 16 A (single group mode/phase angle control) with safety cutoff

*Heating current monitor

*TUV us-certification for the US and Canadian Market

■디지털 믹스 모듈: VDM 086 모듈은 8개의 24 V/ 2 A 디지털 아웃풋 ( 스위칭)을 갖고 있고, 아웃풋은 Short-circuit으로 보호가 되어 있다. Back-readable 읽기가 가능하며, 24 V 수준에 인풋과 추가로 바란 인풋과 아웃풋이 있어서 라인 Structure를 구성 할 수 있다.

■IP67 보호등급디지털 믹스 모듈: PVDM 086/ PVDM 087모듈은 척박한 산업환경용(IP 67 보호등급)으로 디자인되었고, PVDM 086 모듈은 8개의, 24 V/ 2 A 디지털 아웃풋 ( 스위칭)을 갖고 있고, 디지털 인풋으로도 사용될 수 있다. PVDM 087 모듈은 4개, 24 V/ 2 A 디지털 아웃풋을 갖고 있다( 스위칭과 4개의 디지털 인풋, 인풋과 아웃풋은 전기적으로 분리되어 있고 인풋과 아웃풋은 분리되어 공급되고 있다). 아웃풋은 Short-circuit 보호되어 있고 Back-readable이다. 여러 가지 진단 기능이 이 모듈에서 가능하고 인풋 필터는 시그널 라인에서 나오는 노이즈를 줄여주며, I/O 커넥터와 연결되어 LED로 시그널과 에러 상태를 보여준다. 바란 인풋과 아웃풋이 있어서 라인 Structure를 구성할 수 있다.

■ 프로텍트 바란 DMS 모듈: PVAI 011 브릿지 측정 모듈은 하드 실시간용의 정교한 측정 시 사용되며, IP65 보호등급을 갖고 있다. 이 트랜듀서는 직접 필드에서 센서 가까이에 장착 할 수 있다. 1.1 mV/V 정도 분해능을 가진 브릿지 측정 모듈은 4-Wire Technology 를 갖추었으며, M12 산업용 커넥터를 사용한다. 버스 신호는 PVAI 011용 파워 서플라이와 하이브리드 케이블로 연결해서 통합한다.

■MSR 시스템: SIGMATEK의 혁신적인 MSR시스템은 모듈화, 측정및 제어 기술에서 가장 다양한 작업을 하는데 적합하다. 각각의 8 측정 채널을 갖고 있고, 8 개 기본모듈을 갖고 있다. 유연한 구성에 따라 192 디지털 또는 64 아날로그 입출력 I/O가 가능하다. 따라서 모든 일반계측 및 제어값은 각각 가장 높은 정밀도와 최대 200㎲의 사이클로 처리할 수 있다. 변환 시간은 채널당 25㎲에 도달한다(40KHz).

<캡션> 그림 3-1.Input/ Output 모듈, 유압, 공압모듈: Moog, Parker, Rexroth Bosch의 유압 클라이언트 모듈

첫째 줄 바란스플리터:  VSV 043 / VSV 041 바란스플리터, VSP 045 바란 Profinet스플리터, 

둘째 줄 Input/Out: 프로텍트 바란 DMS 모듈 PVAI-DMS IP65(좌) IP67 프로텍트디지털 믹스 PVDM 086(우) 

셋째 줄 디지털믹스모듈: VDM 086 모듈(좌)

②유압모듈:  Rexroth 사의 4WRPDH 멀티 이더넷 밸브는 사용범위가 넓고 확장성이 커서 모션 축제어가 가능하다. 인드라워크 DS 소프트웨어 툴을 사용하여 모션제어 시스템에서 쉽게 이니셜 스타트업, 파라미터 세팅, 그리고 진단 등에 사용할 수 있다.

③ 모션 (다음호에서 상세 설명)

■ 서보 인버터 KE/KW

■ KEB CONVIBERT F5/ F6-K

■SIGMATEK 서보 드라이브: Dias-Drives 100/Dias-Drives 300

■ 서보 드라이브용 바란 인터페이스: VAC011/ VAC012 / VAC 013

■ VARAN FEB F5/ VARANBaumueller 인터페이스: VKI 022 / VBI 021

④ Communication: (다음호에서 상세 설명)

■ Energy Recording Module: DEE 021

■ Varan 인터페이스 모듈: DIV 511

■ 스플리터모듈: VSV 041/VSV 043/VSV 046/VSP 042 / VBC 021

바란 멀티 매니저 모듈은 기계와 플랜트에서 모듈 별로 고도의 유연함을 갖고 디자인할 수 있다.

바란 매니저를 사용하면 전체 생산 공정이 여러 가지 자동화 바란시스템 네트워크로 완전히 동기화되어 멀티 매니저 구조를 이루면서, 많은 기계를 실시간으로 문제없이 작동시킬 수 있고, Jitter 타임은 100 나노초 이하로 내려간다.

<캡션> 그림 4.  바란 multi manager Network:  여러 가지 바란 네트워크의 동기화

바란 서비스와 바란 Anayzer가 효과적인 도구로 바란 사용자협회에서 실시간 이더넷 버스 시스템 분석 툴과 모니터링 툴로 제공된다.

①Analysis와 서비스 샘플: VARAN버스의 트리구조가 인식되고 자동으로 표시된다.버스참가자들에 대한 상세한 정보를 액세스할 수 있고, 사용자 데이터는 각 바란 버스 사용자에 각각 저장된다. 예를 들면, 모듈문서가 각 버스 사용자로부터 기계 외부에서 직접 읽혀질 수 있다. 또 다른 유용한 기능은 시리얼 생산과 관리를 하는 동안, 각 버스 사용자들은 전자식 라벨과 펌웨어 프로그래밍을 갖게 된다. 그 외에 서비스 툴은 원하는 필터를 통해서 네트워크 분석이 가능한 효과적인 기능을 사용할 수 있다

②바란 Analyzer: 바란 Analyzer로 버스 시스템 전달을 통해 기계에서 직접 분석할 수 있다. 휴대용이며 견고한 이 장치는 데이터 패킷을 실시간으로 기록하고 지운다. 5.7" 터치스크린을 사용하여, 데이터를 명확한 표와 그래픽 형태로 표시한다. 수많은 트리거와 필터기능이 사용자에게 제공되고, 분석기는 작업하는 동안에 어디서나 네트워크상에 있는 위치에서 기계와 연결된다. 분석 유닛은 라인 토포로지 형태로 2개 바란을 통해서 연결되어 Data를 USB 인터페이스나 TCP/IP로 전송한다

③VA 062 C-IPC 확장 카드: C-IPC는 확장 카드로 VARAN버스용 분석도구로 사용된다. VARAN Analyzer는 VARAN 서비스툴로 사용되며, 특별한 디자인을 갖고 있어서 쉽게 고정 장착할 수 있다.

<캡션> 그림 5.Analysis와 Service: 바란 Analyzer와 VA 산업 PC용 확장카드, 분석 서비스 샘플

실시간 Ethernet 버스 시스템을 사용하고자 할 때 데이터 성능과 시스템 요소들을 아는 것뿐만 아니라, BUS 시스템을 네트워크에 연결하여 Implement하는 작업이 결정적인 요인이다. 바란 버스는 데이터를 실행하는 것과 서비스와 유지 보수 하는데 가장 쉬운 툴 중의 하나이다.

① 시그마텍 모듈

■VEB 021/VEB 022 Evaluation 보드: 바란 스타트 키트 VSK 001(VEB 021)은 바란 이더넷 기술을 간단하게 소개하는 키트로, 바란 클라이언트 보드(VEB 011)와 필요한 소프트웨어가 탑재되어 있어서 초보자나 개발자 모두 간단한 기능과 바란 성능을 테스트할 수 있고, 자신의 클라이언트와 연결해서 바란으로 Implement(실행)해  볼 수 있다. 

■VEB 011/ VEB 013/ SPI 클라이언트 보드: 클라이언트 보드(VEB 011/ VEB 011-SPI 혹은 VEB 013/ VEB 013-SPI)로써 간단하고 빠르게 모든 주변기기를 바란 버스로 실행한다. 데이터는 DPRAM 혹은 버스 인터페이스로 연결되고 추가적으로 I/O 모드를 세팅하고 읽어 오는 것이 가능하다. VEB 011-SPI 는 마이크로 컨트롤러로 SPI 인터페이스로 연결되고, 데이터를 DPRAM으로 교환하고 또한 버퍼를 제공한다. 섭씨 0도에서 70도 온도(상업용 온도) 사이에서 작동이 가능하다. VEB 013/ VEB 013-SPI는 2개의 바란 포트(바란 In/Out)가 장착되어 있다

■VEB 011-C-클라이언트 보드: VEB 011-C-클라이언트데이터 교환은 CANopen 통신과 DPRAM으로 할 수 있고, VEB 012 클라이언트 보드는 DPRAM과 버스 인터페이스로 데이터 통신이 가능하다. VEB 011-C-클라이언트는 섭씨 0-83도에서, VEB 012 클라이언트는 섭씨 0-85도의 온도에서 사용이 가능하다.

■VEB 031 매니저 보드와 VEB 021/ VEB 022 Evaluation 보드: VEB 031은 바란 Manager 보드로서, 센서와 액추에이터 생산자들에게 빠르고 간단하게 바란 Bus Technology를 제공한다. 통합된 PCI 인터페이스를 사용해서 모듈을 쉽게 호스트 CPU에 연결할 수 있다. 유연성을 높이기 위해서 두개 아웃포트 중 하나에 더블 바란 스플리터를 연결하면 된다.

VEB 021/ VEB 022 는 바란 Evaluation 보드로서, 센서와 액추에이터 생산자들에게 빠르고 간단하게 바란 Bus Technology를 제공한다. VEB 021 보드는 3개 아날로그 인풋과 아날로그 아웃풋 그리고 8개 디지털 Input, Output을 가지고 있다. 마이크로 컨트롤러와 모든 주변기기와 VEB 022를 연결할 때는 멀티 핀 커넥터를 사용하면 된다. 바란 버스연결은 VEB 011 클라이언트 보드를 통해서 한다.

② Hischer바란 클라이언트 Implement 모듈 

실시간 이더넷 프로토콜을 지원하는 바란 클라이언트로서, 싱글 하드웨어 모듈이다.

<캡션> 그림 6. VARAN Client Evaluation Board

Hilscher 바란 클라이언트(좌): cifX, netJack, comX, netIC(위로부터) 시그마텍 바란 클라이언트(우) VEB 013, VEB 011-SPI, VEB 013-SPI, VEB 011-C, VEB 012, VEB 021 (위로부터)

■바란 클라이언트 인터페이스 PCcard cifX: cifX는 PC를 기반으로 자동화된 Intelligent 바란 클라이언트이며, 호스트와 데이터 교환은 듀얼 포트 메모리 혹은 DMA 트랜스를 통해서 수행한다. cifX에서는 모든 common form factor가 유용하다.

■netX 기반인 바란 클라이언트로 Compact한 DIL-32 IC인 netIC/ 유연한 바란 커뮤니케이션 모듈인 comX/교환모듈인 netJack: netX50 네트워크 컨트롤러를 기반으로 한 netIC는 싱글 칩 모듈로서, 모든 네트워크에 적용되는 필드버스와 실시간 이더넷 인터페이스, 그리고 2 포트 스위치와 허브를 포함하고 있다. 호스트와 데이터를 교환하는 것은 단순히 시리얼 포트로 수행하고, 주된 이더넷통신은 이 칩 위에 Slave로 지원한다.

■comX는 30 mm X 70 mm 사이즈로 콤팩트하고 표준화된 완전한 네트워크 인터페이스로서, 2-포트 스위치와 허브와 커넥터를 지닌 Component이다. 호스트와 데이터 교환은 16 kByte로 듀얼 포트 메모리로 수행하고, 주된 실시간 이더넷통신은 이 칩 위에 Slave 혹은 마스터로 지원한다.

■netJack은 완전한 네트워크 인터페이스이며, IP 40 모듈이다. 운반 사슬에 어느 곳이나 툴 없이 끼울 수 있는(Slide-in Mechanism) 칩이다. 데이터 교환은 PCI Express 버스 혹은 전형적인 듀얼 포트 메모리로 수행하고, 모든 실시간 이더넷 통신은 이 칩 위에 마스터 혹은 Slave가 지원한다.

2-6 바란 오픈 소스와 VNO 사용자협회

바란 사용자 협회(VARAN-BUS-NUTZERORGANIOZATION, VNO)는 2006년 7월에 설립되어 바란을 실행하는 회원사를 지원하는 독립적인 협회로서, 이에 필요한 새로운 기술을 연구하고 개발하며 응용분야를 발굴하고 있다

벤더 ID는 벤더를 확인 할 수 있는 고유 일련번호이며, 디바이스 ID는 BUS 회원들이 알 수 있는 알파벳 문자로 표시된 번호로 구별된다. 디바이스에 등록되는 ID는 전자식 식별번호이며 바란 버스 사용자협회로부터 라이선스번호를 부여 받게 되는데, 벤더 ID와 함께 사용자가 원하면 이름을 공표하여 고정한다. 바란 제품이 개발되고 양산품이 생산되면 적합성 평가를 협회에서 거친 후 디바이스 ID를 사용할 수 있다. 각 버스-회원은 명기된 정보에 의해서 고유한 전자식 식별번호로 부여 받는다. 이와 같이 벤더 ID, 디바이스 ID, 라이선스 식별 번호들은 산업용 실시간 이더넷통신이 연결될 때마다 전자식으로 확인되는 식별 꼬리표 번호이다. 바란 사용자 협회 회원사는 바란 협회에서 개발한 새로운 응용시장에서 연구된 Open 소스를 제공 받는 것은 물론, 바란버스를 개발하는 데 필요한 개발 키트 제공받을 수 있고, 개발 후 비용절감에 효과적인 Evaluation 키트를 지원 받을 수 있다.

■바란 협회에서 제공되는 오픈 소스와 개발 키트로 컴포넌트를 개발할 때 아래와 같이 진행된다. 벤더 ID 와 제품 ID를 협회로부터 부여 받고 인증과 라이선스를 부여 받는다.

<캡션> 그림7.컴포넌트 개발자가 바란 시스템을 도입할 때 진행되는 로드맵

■ 기계구성을 위하여 바란 버스 시스템을 도입할 때 진행 과정은 아래와 같다.

1. 바란 매니저 컨트롤

- C-IPC 산업용 PC 와 VM051 산업용 IPC 확장 카드와의 결합

- ETV 컨트롤 패널 시리즈 HMI

- S-IPC 산업용 혹은 바란 PC insert card PCV521을 장착한 일반 PC

- 일반 이더넷 포트에 PC 확장카드를 장착한 일반 PC는 실시간 성능이 다소 떨어진다.

2. 운영 시스템 : 실시간 운영시스템을 가지고 바란 버스의 완전한 성능을 발휘할 것이며, Windows도 운영체제로 지원된다.

3. 바란 모듈 : 액추에이터와 센서는 바란 클라이언트로 지원된다.

4. 바란 분배기 : 바란 분배기는 트리 구조, 별 구조, 라인 구조에 사용된다.

5. 바란 세이프티(옵션) : 싱글 채널 세이프티 입, 출력VSI 011, VSO 011는 SIL 3를 준수하고 KAT 4와 Pl e 인증이 되어 있다. 

 바란 버스 시스템 기계 구성: 하나의 네트워크로 연결, 사이클 타임- 100 마이크로 초, 에러 수정은 동일 버스 사이클 내에서.

바란 사용자 협회 회원사