Foundation 필드버스 세그먼트 디자인 기본 접근법

필드버스는 계속적으로 강력해지고 있는 데다, 몇 년 전과 비교해 더욱 유연해지고 있다. 필드버스 초기 시절의 경우 필드버스 전원공급장치는 낮은 출력 전압(24V 이하)을 가졌고, 특별히 본질 안전 배리어는 현격하게 전압(11V) 및 전류(60mA)를 제한하는 ‘개체(Entity)’ 개념을 사용했다.

당시 필드버스 세그먼트는 하나씩 설계해야 했고, 각각의 Bus 세그먼트는 각 장치의 정확한 케이블 길이 및 전류소비를 기반으로 낮은 전압이 허용할 수 있는 한 많은 장치에 들어갈 수 있도록 계산돼야 했다. 이러한 제한 요소들로 인해 설계 원칙이 필요했다.

하지만 필드버스 전원공급장치 및 안전 배리어가 발전함에 따라, 해당 설계 원칙을 적용해야 하는 필요성은 사라져 이제는 훨씬 간단해지고 있다.

현재 필드버스 전원공급장치는 발전을 거듭해 범용, 비점화(Non-incendive), 내압/방염(Explosion Proof/Flame Proof) 설치에 이상적인 출력 전압(32V)을 제공하고 있다.

본질 안전에 대해서는 HPT(High Power Trunk : 고전력 트렁크) 필드 방벽 개념이 존재한다. 이들 솔루션의 경우 장치에 대한 전원공급은 충분하기 때문에 각 Bus에 보다 많은 장치를 로딩할 수 있어 비용 절감이 가능하다. 또한, 이러한 솔루션은 필드버스 설계를 보다 손쉽게 만들어 엔지니어링 시간 단축은 물론 더욱 많은 비용을 절감하도록 이끈다. 따라서 이제는 정확한 케이블 구간 길이나 장치의 전류소비를 알필요가 없으며, 각 Bus 세그먼트를 계산하지 않아도 되는 것이다.

그 대신 오늘날 실행되는 프로젝트에서는 최악의 경우에 대해서 일반적 방법을 바운더리 조건에 적용한다. 예를 들어, 필드버스 공급 장치나 필드버스 안전 배리어에 있어서, 평균 20mA의 전류소비에 1,000m 케이블과 12대의 장치 사용이 가능하다는 계산이 수행된 사례를 살펴보자.

일단 이 계산이 입증되고 나면 이보다 짧은 케이블이나 작은 수의 장치를 갖는 모든 Bus를 사용할 수 있게 되므로, 더 이상 각 Bus에 대해 계산을 계속해 반복할 필요가 사라진다. 즉, 수백 혹은 수천번 계산하는 대신 하나 혹은 두 개의 Bus 세그먼트만 계산해도 된다는 의미다. 이는 초기 프로젝트에서 필드버스가 엔지니어링 되던 방식과 비교했을 때 엄청난 분량의 엔지니어링 시간이 감소되는 셈이다.

한편, 일반적인 접근법의 또 다른 장점은 선택된 바운더리 조건을 만족하는 경우 Bus 세그먼트 디자인의 재계산/재검증 없이 장치를 추가하거나 장치 유형을 변경할 수 있다는 점이다. 즉, 일단 초기에 12대의 장치에 대해 디자인했다면, 8대에서 10대, 12대의 장치까지 간단하게 Bus에 추가할 수 있다.

디지털 통신의 장점은 한 쌍의 선이 하나의 신호로 국한되지 않으며, 각각 다수의 신호를 갖는 여러 장치를 연결할 수 있다는 점이다. 또, 디지털 통신에서는 장치의 추가나 변경, 신호의 추가나 변경이 용이하다. 이 방식은 디지털의 유연성을 보다 쉽게 활용할 수 있도록 함으로써 향후 원하는 때에 장치를 추가할 수 있게 한다. 하나의 장치에서 사용하지 않는 신호는 추후 하드웨어를 사용할 필요 없이 버튼 클릭 하나만으로 통합시킬 수 있다. 일례로, 필드버스 개폐 밸브에서 제어 밸브나 전자 액추에이터/MOV(전동 밸브)로 뒤늦게 프로젝트에 디자인 변경 사안이 존재하는 경우에도 필드버스의 재설계는 전혀 필요하지 않다. 왜냐하면 필드버스 배선의 측면에서는 모든 장치가 동일하게 간주되기 때문이다.

오늘날 장치들은 대단히 빨라져 250, 500, 1,000ms 요구 사항을 어렵지 않게 충족하기 때문에 각 버스에 대한 매크로사이클(Macrocycle) 역시 계산하지 않아도 무방하다. 이에 대해서도 사용자는 만족할 성능 수준까지 고도로 부하된 Bus 하나에 대해 몇 번의 매크로사이클을 기본적 방법으로 계산하면 된다. 해당 계산은 노트북에 설치된 DeltaV Control Studio로 간편하게 수행할 수 있으며, 연결된 컨트롤러도 필요 없다.

FA Journal 편 집 국 (fa@infothe.com)

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