[기술기고] 트라이텍, Safety over EtherCAT의 안전 기능 - Technical Report

현대의 통신 시스템은 제어 데이터의 결정론적 전송을 인식할 뿐만 아니라 동일한 매체를 통해 안전에 중요한 제어 데이터를 전송할 수 있다. EtherCAT은 이러한 목적을 위해 프로토콜 Safety over EtherCAT(FsoE)을 사용하고 아래 내용을 허용한다.

- 제어 및 안전 데이터 모두를 위한 단일 통신 시스템
- 안전 시스템 아키텍처를 유연하게 수정하고 확장할 수 있는 능력
- 안전 어플리케이션을 간소화하는 사전 인증된 솔루션
- 안전 기능을 위한 강력한 진단 기능
- 기계 설계 시 안전 설계의 완벽한 통합
- 표준 및 안전 어플리케이션 모두에 동일한 개발 툴을 사용할 수 있는 능력

Safety over EtherCAT 기술은 IEC 61508에 따라 개발되었고, TUV 인증을 획득했으며, IEC 61784-3에 부합하는 표준 기술이다. 이 프로토콜은 안전 무결성 레벨3(SIL3) 까지의 안전 애플리케이션에 적합하다.

Safety over EtherCAT 통신 시스템은 소위 말하는 블랙채널(Black Channel)의 일부이다. 표준 통신 시스템인 EtherCAT은 단일 채널을 사용하여 표준 및 안전에 중요한 데이터를 모두 전송한다. 안전 컨테이너로 알려진 안전 프레임에는 안전에 중요한 프로세스 데이터와 이 데이터를 보호하는 데 사용되는 추가 정보가 포함되어 있으며, 통신 프로세스 데이터의 일부로 전송된다. 전송 경로는 임의적이며 EtherCAT에만 제한을 두지 않아 FSoE를 다른 필드버스 시스템에서도 사용할 수 있다.

기존 Safe I/O 배선과 비교할 때, Safety over EtherCAT을 사용하면 훨씬 간단하고 유연한 아키텍처를 구현할 수 있다.

유연성으로 인해 기계의 여러 부품을 안전하게 연결하는 것이 간단해 진다. 안전 컨테이너는 다양한 컨트롤러를 통해 라우팅 되며, 기계의 다양한 부분에서 처리된다. 따라서 기계 일부가 이더넷과 같은 다른 통신 시스템과 결합되더라도, 전체 기계에 대한 비상 정지 기능을 수행하거나 기계의 일부 부품을 쉽게 정지시킬 수 있다.

디바이스에 FSoE 프로토콜을 구현하면 리소스가 거의 필요하지 않으므로 높은 수준의 성능을 제공할 수 있고 그에 따라 응답 시간도 단축될 수 있다. 로봇 산업에는 8 kHz 폐쇄 루프(closed loop)에서 FSoE를 사용하여 안전한 모션 제어 어플리케이션을 구현한 사례가 있다.

오늘날 Safety over EtherCAT은 가장 대중적인 안전 프로토콜 중 하나이다. 포장, 매우 역동적인 툴 생산 또는 밀링을 위한 기존 기계들은 안전 기능을 제어 아키텍처에 간단하게 통합한다. 비상 정지 버튼이나 라이트 커튼과 같은 다양한 안전 센서를 안전하게 모니터링하여, 위험한 동작을 지능적으로 줄이거나 기계 정지를 안전하게 모니터링할 수 있다. 이렇게 하면 더 이상 토크가 없는 상태로 전환될 필요가 없기 때문에 기계의 사이클 시간이 크게 줄어든다.

블랙채널의 원리: 표준 통신 인터페이스를 사용할 수 있다.

또한, 풍력 발전소의 열악한 환경에서도 Safety over EtherCAT 기술은 제어 및 자동화 시스템에 사용된다. Safety over EtherCAT을 통해 이 산업에서 일반적으로 사용되는 하드 와이어 안전 시스템을 자동화 하드웨어에 통합할 수 있다. 곤돌라 또는 타워 하단의 비상정지 버튼은 길고 민감한 하드웨어 신호를 통신과 병렬로 전송하는 대신 EtherCAT 케이블을 통해 연결할 수 있다. 물론 로터의 과속도 또는 제너레이터의 과부하는 통합된 안전 제어로 모니터링 될 수 있다.

또한 음향 및 무대 장비 같은 분야에서도 Safety over EtherCAT 기술의 이점을 누릴 수 있다. 배우의 안전을 위해 무대 설정의 자동화된 처리는 안전하게 모니터링 된다. 비행 카메라는 로프 시스템을 통해 군중의 머리 위로 돌진하며, 심지어 배우들은 역동적이고 숨 막히는 비행 장면을 위해 공중으로 들어 올려진다. 이 모든 작업에는 Safety over EtherCAT과 같은 빠르고 유연한 안전 시스템이 필요하다.

안전 컨테이너는 싸이클 통신의 프로세스 데이터의 일부이다.

이 기술은 다양한 제조업체에서 확인할 수 있다. 제어 공급업체, 센서 및 드라이브 제조업체는 Safety over EtherCAT 인터페이스를 통해 광범위한 안전 구성 요소를 제공한다. EtherCAT 테크놀로지 그룹은 해당 디바이스의 구현 및 인증을 위해 회원사를 총괄적으로 지원한다. 이 조직의 EtherCAT 전문가는 제품 수명주기의 모든 단계에서 제조업체를 지원하고, Safety over EtherCAT 인터페이스를 갖춘 디바이스의 승인을 위한 인증된 툴과 서비스를 제공함으로써 규격 준수 확인을 상당히 간소화한다.

디바이스 선택의 폭이 넓기 때문에 사용자 입장에서 투자의 유연성 및 안전성이 보장된다. 프로토콜은 전송 경로와 독립적이므로, Safety over EtherCAT은 중앙 집중형 및 분산형 안전 제어에 모두 적합하다.