일관된 커뮤니케이션을 위한 미래의 센서 기술 SPE(Single Pair Ethernet): 자동화 필드 레벨까지의 린 커뮤니케이션.
간단한 요약
생산의 지속 가능성을 높이기 위해서는 SPE(Single Pair Ethernet)의 Ethernet 일관성이 필수적입니다. 이러한 이점은 주로 문제 해결을 간소화하는 새로운 가능성에서 비롯됩니다. 상태 정보를 수집하면 상태 기반 유지 관리도 가능합니다.
JUMO의 센서 기술 사례는 이러한 다양한 이점이 어떻게 OEE(전체 장비 효율성), 즉 전체 시스템 가용성을 개선하는 데 사용될 수 있는지를 보여줍니다. 또한 클라우드 기반 서비스에 더 쉽게 연결할 수 있습니다.
SPE에 대한 확신: 독일 Fulda의 JUMO에서 제품 관리자로 근무하는 Manfred Walter
부가 가치를 창출하는 정보
SPE(Single Pair Ethernet)은 필드 레벨까지의 연결을 더욱 지속 가능하고 스마트하게 만드는 데 필요한 기능을 갖추고 있습니다. 센서 제조업체인 JUMO가 측정 기술을 위한 미래 지향적인 통신 매체로 SPE를 사용하는 데에는 그럴 만한 이유가 있습니다. 이에 필요한 연결 기술은 피닉스컨택트가 제공하며, 이는 프로젝트 수준에서의 긴밀한 협업의 결과입니다.
"SPE(Single Pair Ethernet)을 통해 인텔리전트 센서를 더 잘 활용할 수 있게 되었습니다."라고 JUMO의 제품 매니저인 Manfred Walter는 말합니다. "SPE를 통해 더 많은 센서 데이터를 전송할 수 있게 되어 실질적인 부가가치를 얻었습니다." 더 많은 데이터를 확보하는 것은 데이터에서 유용한 정보를 추출하는 데 중요합니다. 예를 들면, 4 ~ 20 mA 센서가 온도와 같은 순수한 전류 값만 전송하는 경우에는 이것이 불가능합니다.
센서를 사용하여 실내 온도를 제어할 수 있습니다. 독일 Fulda의 JUMO 생산 시설에서와 같이 SPE를 통한 연결은 매우 간단합니다.
미디어 불연속성 없는 Ethernet
제품 관리자는 SPE 연결을 통해 센서 정보를 시스템에 원활하게 배포할 수 있게 되었다는 사실에 매우 기뻐했습니다. 여기서 Manfred Walter는 극복하기 어려운 문제인 자동화 피라미드 내 레벨 간의 경계에 관해 생각합니다. "JUMO에서는 모든 레벨에서 일관성을 유지하는 것이 가장 큰 강점입니다." 또한, 데이터와 전원이 PoDL(Power over Data Line)의 두 개 전선을 통해 전송되기 때문에 케이블을 절약할 수 있습니다. 기본적으로 SPE는 ERP 레벨부터 필드 레벨의 센서 및 액추에이터 기술까지 일관된 커뮤니케이션을 위한 기회를 제공합니다. 센서가 Ethernet 프로토콜에 기반하여 모든 레벨에서 일관되게 통신하기 때문에 "모든 것이 미디어 불연속성 없이 작동합니다."라고 Walter는 강조했습니다.
산업용 통신에서 미디어 불연속성 문제를 해결하기 위해 SPE를 사용하면 센서 레벨에서 연결 기술 선택에 대한 재고가 이루어질 수 있다고 생각하십니까? Manfred Walter의 경험에 따르면, 머신 빌딩 및 시스템 제조 분야에서 고객의 기대치는 여전히 가격 중심적입니다. 시스템 계획 시 측정 체인에 대한 예산은 매우 제한적입니다. "측정 체인의 비용이 얼마인지, 그리고 SPE 연결에 대한 추가 가격이 얼마인지가 문제입니다." 특히 표준화된 입찰 절차에서 일관된 Ethernet 아키텍처에 대한 결정적인 논거를 제시하기는 어렵습니다. OEE에 미치는 긍정적 효과는 투자 결정에 중요한 요소이기 때문에 직접적으로 주장하는 것이 가장 좋습니다.
두 개의 도체면 충분합니다: 이것이 JUMO의 SPE 통신을 위한 결합면의 모습입니다
안전 모니터링
SPE를 이용한 전송 기술은 컨버전스 네트워크로 나아가는 중요한 단계입니다. 예를 들면, TSN(Time-Sensitive Networking)은 주로 기능 안전이나 모션 제어 분야에서 시간에 민감한 작업을 위해 설계된 반면, 5G는 셀룰러 통신이 필요한 애플리케이션에 사용됩니다. 이는 라이센스가 필요 없는 무선 전송 기술 분야의 WLAN 6 및 7에도 동일하게 적용됩니다.
반면, SPE(Single Pair Ethernet)은 필드 레벨까지의 통신에 이상적입니다. 모든 기술의 공통 분모는 산업용 통신을 위한 표준화된 세계인 컨버전스 Ethernet 네트워크입니다. 자동화, 전기 엔지니어링, 시스템 제조 및 머신 빌딩의 이해 관계자들이 중기적으로 이러한 방향에 합의한다면, 산업별 개발로 인한 필드버스 전쟁은 과거의 일이 될 것입니다.
SPE를 통해 제공되는 센서의 데이터는 JUMO 생산의 대시보드를 통해 모니터로 전송됩니다.
10 Mbps로 1,000 m
가능성이 높습니다. 이는 모두 소비자 시장의 표준 통신의 전반적인 전송 성능에 의해 뒷받침됩니다. SPE는 공간적으로 제한된 기계 레벨을 위한 매체로서 최대 1,000 m 케이블 길이에서 10 Mbps의 전송 속도를 제공합니다. 이에 비해 I/O-Link는 최대 20 m 케이블 길이에서 230.4 kbps만 제공합니다. I/O-Link가 의심의 여지 없이 센서 연결을 상당히 단순화함에도 불구하고 Manfred Walter는 이 데이터 전송 속도가 더 이상 커플링된 섹터 내의 미래 작업에 충분하지 않을 것이라고 생각합니다.
미래에 대해 말하자면, 피닉스컨택트와 JUMO는 모두 젊은 세대의 전문가들 사이에서 컨버전스 Ethernet 네트워크에 대한 분명한 추세가 나타나고 있다고 보고 있습니다. "솔직히 말해서, 디지털 네이티브는 그들의 성장 환경과 역사 때문에 산업 자동화에서 다양한 시스템을 사용하는 데 덜 관대합니다."라고 Martin Müller는 말합니다. 효율적이고 자원을 절약하는 시스템 운영을 위해 센서가 무엇을 할 수 있는지, 그리고 자체 측정 범위를 넘어서 무엇을 할 수 있는지에 대해 더 많은 질문을 던져야 합니다. "우리는 여기서 엄청난 미래를 봅니다"라고 Manfred Walter는 강조했습니다.
위생적으로 깨끗한 IP67 커넥터 솔루션
설치, 연결 그리고 끝: SPE 연결을 사용하면 JUMO 센서를 아주 쉽게 설치할 수 있습니다. Ethernet 레이어 덕분에 게이트웨이나 시간이 많이 소요되는 인터페이스 프로그래밍이 필요하지 않습니다. 피닉스컨택트가 개발한 커넥터는 감쇠 제한 없이 실제 적용 환경에서 1,000 m의 SPE(Single Pair Ethernet) 전송 거리를 달성하는 것을 목표로 M12 크기로 설계되었습니다.
"M8 포맷에서는 1,000 m 거리에 사용되는 18 AWG의 2선 데이터 케이블을 연결할 공간이 충분하지 않았을 것입니다."라고 Manfred Walter는 설명합니다. 연결부 자체의 디자인은 최대한의 견고성과 위생을 보장하도록 최적화되었습니다. JUMO의 "flowTRANS MAG H20" 및 "DELOS S02" 시리즈의 유량 및 압력 센서는 제약 및 식품 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 장거리에서도 높은 수준의 운영 안전성을 확보하기 위해서는 연결부가 까다로운 생산 공정이나 CiP(Clean in Place) 세척을 견딜 수 있어야 합니다. 피닉스컨택트 솔루션은 위생 설계 요구 사항을 준수하며 IP67 보호 등급을 제공합니다.
결론
센서를 SPE에 연결하면 추가 측정 변수를 통신에 통합할 수 있는 길이 열립니다. 또한 장치에 이미 게이트웨이 기능이 있어 추가의 게이트웨이가 필요하지 않기 때문에 센서를 클라우드에 직접 연결할 수 있는 새로운 가능성이 열립니다. 이렇게 하면 구성 요소와 비용을 절약할 수 있습니다. JUMO가 SPE 멀티센서 "hydroTRANS S20"에 대해 구상하고 있는 일반적인 적용 분야로는 온도, 습도, CO₂ 등이며, 예를 들면 민감한 보관실 모니터링, 일반 모니터링 작업, 운영 안전 및 직원 안전과 관련된 복잡한 작업 등에 사용할 수 있습니다.
