지멘스, SIMATIC ET 200SP

손쉬운 사용법과 확장이 용이한 I/O 시스템

지멘스의 SIMATIC ET 200SP(확장 가능한 주변 장치)는 제어 캐비닛에 설치할 수 있는 보호 등급 IP20의 범용 I/O 시스템이다. 사용할 수 있는 분야는 표준 기계 장비 제조 분야에서부터 고속 애플리케이션과 플랜트 구조물에 이르기까지 다양하다.

이 제품은 사용이 매우 손쉽고 콤팩트한 디자인으로, 제어 캐비닛 내부의 경제성을 극대화하면서도 우수한 성능을 제공한다.

김 미 선 기자

콤팩트한 디자인

SIMATIC ET 200SP는 제어 캐비닛의 가용 공간 활용도를 극대화한다. 모듈당 채널 수 증가로 콤팩트한 디자인이 실현된 덕분이다. 공급 전압 공급용 전원 모듈이 이미 시스템에 통합돼 있기 때문에 스테이션 너비가 퍼텐셜 그룹당 하나의 슬롯으로까지 감소한다.

ET 200SP의 너비는 이와 유사한 분산 I/O 시스템의 절반 정도에 불과하기 때문에 사용되는 인터페이스 모듈에 따라, 최대 64개의 모듈(각각 최대 16개의 신호 지원)을 설치할 수 있다. 또, 새로 개발된 연결 시스템 덕분에 단자의 높이도 대폭 감소해, 결과적으로 시스템의 전체 높이가 줄어들면서 배치할 수 있는 단자 개수도 두 배로 증가했다.

약 117㎜ 높이의 이 시스템은 단일 전도체 연결(AUX 단자 없음)로 16개 채널을 지원할 수 있는 공간을 제공하며, AUX 단자가 있는 3선 연결의 경우 높이는 141㎜로 8개 채널을 수용할 수 있다. 한편, 깊이는 약 75㎜다.

ET 200SP 스테이션은 PROFINET 연결용 인터페이스 모듈(IM), I/O 모듈, 스테이션 종단용 서버 모듈로 구성돼 있다. 모듈은 패시브 BaseUnit(BU)에 연결되고 패시브 BaseUnit은 표준 DIN 레일에 장착되는데, BaseUnit(BU)는 ET 200SP 스테이션의 모듈을 서로 전기적, 기계적으로 연결하는 기능을 한다. 따라서 가령 단자가 손상된 경우 BaseUnit의 단자함만 교체하면 된다.

PROFINET는 IM에 장착된 버스 어댑터(BA)를 통해 연결되며, 연결 방식 및 물리적 특성(예 : RJ45 커넥터 혹은 직접 연결)은 요건에 따라 자유롭게 선택 가능하다.

I/O 모듈은 7가지 유형의 모듈로 세분화되며, 단자에 설치된 모듈의 기능을 결정하는 역할을 한다. 모듈 전면에는 모듈의 유형에 따라 색상이 다른 사각형 라벨이 부착돼 있다. BaseUnit과 연결된 I/O 모듈의 기계적 코딩 덕분에 설치 과정에서 모듈을 혼동할 우려가 없으며, 퍼텐셜 그룹을 개별적으로 형성하면 부하를 손쉽게 차단할 수도 있다.

배선

컴포넌트가 기계적으로나 전기적으로 분리돼 있어 영구 배선이 가능하다. 표준 DIN 장착 레일의 BaseUnits에 미리 배선을 할 수도 있기 때문에 작동 상태에서 단자함이나 모듈을 교체할 수 있다(핫 스와핑).

단자와 푸시인 단자의 새로운 배치 방식 덕분에 이전보다 더 빠르고 간편하게 케이블을 연결하거나 분리할 수 있다. 공구를 사용하지 않고도 한 손만으로 매우 손쉽게 배선 작업을 수행할 수 있을뿐더러, 연결부의 기계적 하중 용량이 뛰어나, 스크루 드라이버 하나만 있으면 케이블 분리도 가능하다.

실드 개념은 전도체, 단자함, 백 플레인 버스, PROFINET 케이블에 적용된다. 따라서 매우 우수한 수준의 전자기 호환성(EMC)과 향상된 신호 품질을 보장한다.

라벨링

세밀한 라벨링 방식을 통해 ET 200SP에 대한 정보가 명확하고 적절하게 제공된다.

하드웨어 및 펌웨어의 버전과 주문 번호가 인쇄된 상태로 출고되는데, 유형에 따라서는 각기 다른 색상이 I/O 모듈에 사용되기도 한다. 또, 연결된 장치를 신속하고 실수 없이 교체할 수 있도록 단자 결선도가 제공되며, 주문 번호와 일련번호가 입력된 2D 매트릭스 코드도 전면에 인쇄돼 있다.

이를 통해, 예정된 스테이션 레이아웃과 실제 스테이션 레이아웃을 자동으로 비교할 수 있다. 또한, 바코드는 스마트폰 애플리케이션을 통해 다른 정보(예 : 설명서, 펌웨어, 인증서)와 연결되는 링크를 생성하는 데 유용하다.

한편, 사용자는 클립식 식별 태그를 사용해 시스템 컴포넌트에 라벨을 부착할 수 있으며, 해당 단자와 관련된 신호에 대한 설명을 넉넉한 길이의 라벨 조각에 개별적으로 인쇄할 수 있다. 그리고 컬러 코드 라벨로 I/O 모듈의 전위와 케이블 배치 상태를 식별할 수도 있다.

통신

ET 200SP는 자동화의 글로벌 이더넷 표준인 PROFINET으로 통신한다. 이 I/O 시스템의 치수는 100Mbit/s의 최대 내부 데이터 전송률을 고려해서 설계됐다.

ET 200SP는 내부 통신 사이클이 설정된 PROFINET 클록과 자동으로 동기화되는 최초의 I/O 시스템이라 구성이 용이하다. 따라서 바람직하지 않은 응답 시간 변동이 대폭 감소하며, 더욱 정밀한 위치 제어 및 폐-루프 제어가 가능하다.

IRT(Isochronous Real Time) 모드에서는 사용자 소프트웨어부터 단자에 이르기까지 시스템 전체의 동기화가 이뤄진다. 모든 스테이션의 입력 데이터는 옵셋 없는 상태로 동시에 확보되며, 출력 데이터 역시 옵셋 없는 상태로 동시에 출력된다.

또한, SIMATIC ET 200SP의 인터페이스 모듈은 다양한 애플리케이션에서 철저한 검증을 마친 통신 표준인 PROFI BUS 인터페이스와 호환된다.

ET 200SP는 PROFIenergy를 통해 자동화 시스템의 에너지 효율성을 개선한다. 모듈별 제어 방식이나 채널별 제어 방식에서 유휴 기간 동안 부하를 차단함으로써 에너지 소모량을 최소화할 수 있기 때문으로, PROFIenergy는 입력 및 출력에 파라미터화 가능한 유휴 대체값을 활용한다.

Safety Integrated

SIMATIC ET 200SP는 안전 관련 통신도 지원한다. 디지털 안전 모듈은 콤팩트한 표준 모듈과 크기가 동일하다. 디지털 안전 모듈의 안전 기능은 EN 61508에 따라 인증을 받으며, EN 62061에 따른 안전 등급 SIL3과 ISO 13849에 따른 안전 등급 PL e에 사용할 수 있도록 설계된다.

SIMATIC ET 200SP의 F 모듈에서 눈에 띄는 한 가지 특별한 기능은 모듈의 DIL 스위치를 이용해 더 이상 수동으로 F-주소를 설정할 필요가 없다는 점이다. 즉, 이제는 시운전 과정에서 엔지니어링 도구로 F-주소를 할당할 수 있으므로 설정 절차가 간편하고 시간도 절약된다.

엔지니어링

ET 200SP는 TIA Portal(V11, SP2)이나 STEP 7(V5.5, SP2)로 구성된다.

진단

다각적 진단 기능 덕분에 능률적인 모니터링 및 유지보수도 가능하다. 이미 ‘표준’ 기능 등급을 받은 디지털 모듈은 단선 및 회로 단락 진단 기능을 제공한다. 진단은 I/O 모듈의 LED를 통해 이뤄진다.

SIMATIC ET 200SP에는 접근하기 용이한 측정 프로브가 자체 내장돼 있다. 측정 프로브는 SIMATIC ET 200SP에 삽입돼 있는 상태며, ‘다중 연결(복수의 측정 프로브가 동시에 존재)’도 가능하다.

그 밖에도 다음과 같은 시스템 기능이 지원된다.

•다중 핫 스와핑 : 작동 중 모듈 교체 가능

•푸시버튼을 이용해 인터페이스 모듈을 공장 출하시 설정으로 초기화

•작동 중 I/O 모듈의 동적 파라미터 재설정

•사용자 프로그램을 통해 ET 200SP 스테이션의 구성 제어(예 : 구성을 실제 기계에 맞게 조정 및 부분적 시운전)

•모듈 교체 없이, 인터페이스 모듈 및 I/O 모듈의 기능 확장을 위해 펌웨어 업데이트

•테스트나 품질 보증 목적으로 해당 모듈의 고유 정보를 식별할 수 있는 전자식 명판(식별 데이터)

인터페이스 모듈

인터페이스 모듈은 ET 200SP를 PRO FINET에 연결하고 상위 컨트롤러와 I/O 모듈이 데이터를 교환하는 데 사용된다. 가변 버스 어댑터(BA)는 손쉽게 인터페이스 모듈에 연결할 수 있으며, ‘서버 모듈(6ES7 155-6AU00-0BN0)이 포함된 IM 155-6PN 스탠더드’ 및 ‘서버 모듈과 장착식 버스 어댑터(2xRJ45 6ES7 155-6AA00-0BN0)가 포함된 IM 155-6PN 스탠더드’와 같은 연결 시스템과도 호환이 가능하다.

I/O 모듈

I/O 모듈은 1, 2, 4, 8 및 16채널을 지원하므로 ET 200SP의 확장성과 비용 효율성을 극대화한다. 사용할 수 있는 디지털 및 아날로그 입력/출력 모듈은 표와 같다.

통신 모듈

AS-Interface 마스터 통신 모듈도 지원된다. AS-i 마스터는 AS-Inter face를 통해 간단한 필드 장치를 ET 200SP에 연결하는 기능을 수행한다. AS-i 마스터는 매우 작은 것이 특징으로, V3.0 사양을 충족하고 최대 62개의 노드 연결을 지원한다.

또, 마스터 통신 모듈 외에도, 별도의 배선 작업 없이 AS-Interface AS-i 안전 모듈을 삽입해 AS-i 네트워크를 안전지향형 통신(ASIsafe)으로 확장할 수 있다. AS-i 네트워크에는 최대 31개의 안전 관련 센서 및 액추에이터를 배치할 수 있다(EN 62061에 따른 안전 등급 SIL3 및 ISO 13849에 따른 안전 등급 PL e).

새로 개발된 SIMATIC ET 200SP의 IO-Link 마스터 모듈을 이용하면, 센서 및 액추에이터가 지원하는 IO- Link 통신을 PROFINET 또는 PRO FIBUS 필드버스 시스템에 신속하고 간편하게 통합할 수 있다.

새로운 IO-Link 마스터는 기존 IO-Link 사양인 V1.1.을 기반으로 하며, IO-Link 장치 파라미터뿐 아니라, 마스터 파라미터도 안정적으로 저장할 수 있다. 다시 말해, 장치 교체시 현재 파라미터가 교체된 IO- Link 장치로 자동 전송되므로 사용자가 별도로 작업을 수행할 필요가 없다.

마스터 모듈을 교체할 때도 별도의 PG/PC가 필요하지 않으며, 사용자가 데이터를 복구할 필요도 없다. 게다가, IO-Link 마스터는 COM3을 지원하므로 더욱 짧은 응답 시간이 보장된다. 물론, V1.0 사양에 따른 IO-Link 장치도 계속 지원된다.

FA Journal 김 미 선 기자 (fa@infothe.com)