10Gbit/s 산업용 이더넷 미래형 케이블
  • 월간 FA저널
  • 승인 2010.12.14 14:11
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산업자동화 고속 통신 지원

산업자동화 현장은 100Mbit/s 산업용 이더넷을 일반적으로 사용하고 있으며, 더욱 빠른 속도를 필요로 하고 있다. 곧 10Gbit/s를 필수적으로 요구하게 될 것이다. 하지만 기존의 환경에서는 이를 뒷받침할 수 없다. 미래형 케이블이 필요한 것이다.


오늘날 다양한 관계자들 간의 원활한 통신을 위해 장비와 플랜트에서는 100Mbit/s 산업용 이더넷을 일반적으로 사용한다. 부품 확인용 스캐너뿐만 아니라 품질 검사에 사용되는 카메라, 품질 데이터를 기록하는 서버는 기존에 비해 더 빠른 데이터 속도가 필요하다. 공장의 제어 시스템에서도 이러한 필요는 흔히 발생한다. 오늘날 데이터 전송 표준속도는 1Gbit/s이다. 그러나 머지않아 10Gbit/s가 필수적으로 사용될 것이다.


일반적인 필드버스와 배선방식으로는 더는 기존의 작업을 이행할 수 없다. 네트워크 사이에는 새로운 레벨이 요구되며, 이러한 네트워크는 필드버스 통신에 대해서도 동일한 까다로운 환경 조건을 요구한다. 각 부품은 높은 전자기적 부하뿐만 아니라 기계적인 영향에도 대처할 수 있어야하며, 이러한 목적을 위해 설계된 제품만이 데이터를 안전하게 전송할 수 있다.




표준 케이블 단면

IEEE 802.3에 따르면 1Gbit와 10Gbit 이더넷 신호 간의 전압차는 아주 작으나 이러한 미세한 손실에도 정보가 줄어들거나 왜곡될 수 있다(그림 1). IEEE는 이러한 미세한 손실은 사무환경에나 가능한 것으로 전제했다. 산업환경에서 일어나는 미세한 손실이라 함은 일반적으로 그 영향이 훨씬 크기 때문에 적절한 보호 장치가 필수적이고, 이는 표준 Cat6A에 부합하는 차폐 부품이 훨씬 더 중요해졌음을 의미한다. 커플링 감쇠는 차폐의 질을 측정하는 것으로 80dB에 도달해야 한다. 그러면 분리클래스 d를 만족해 통신케이블을 전원케이블과 함께 배선할 수 있게 된다.


표준 시공방법에 의한 포괄적인 배선에 있어서, 레퍼런스 Implementation을 위한 일반적인 배선은 수평 패치 케이블이 저지드 시스템으로 적용됐을 때 100m 길이가 가능하다. 산업환경에서 보다 다양한 세부시스템을 위해 다양한 재질과 사이즈의 케이블이 사용되나, 표준 시공 모델은 이러한 조건만으로는 충분하지 않으므로, 채널이 요구하는 값을 전송구간이 유지하는지에 대해 적합한 공식을 이용해 반드시 점검해야 한다. 이 점검 방법은 복잡하고 융통성이 없다. 이 방법을 적용하지 않을 경우엔 AWG 24의 수평 케이블이 완벽히 채널 안에서 전송돼야만 한다.


이러한 고려조건들은 20℃의 주변온도에서 적용된다. 산업환경을 고려해 전형적인 더 높은 온도도 이론적인 관점에서 고려될 수 있다. 그 결과 채널은 몇몇의 세부항목 및 다른 온도 프로파일과 함께 계산할 수 있다. 또한 이때 AWG 22의 케이블이 이 경우의 시스템에 사용된다면 특별한 계산은 필요 없다.



[그림 1. 이더넷 신호 간의 전압차.  펄스폭 변조(PAM)을 사용한 기가비트 이더넷에서는 신호 사이의 간격이 더 작기 때문에 MLT(Multi Link Trunk)를 사용한 빠른 이더넷과 비교했을 때 장애의 위험이 증가한다.]




사용자 친화적인 플러그 커넥터

플러그 커넥터는 케이블만큼 중요한다. AWG 22 또는 AWG 24 사이즈의 케이블은 특별한 플러그 제품이 필요하며, 보통 산업용 케이블이 미터 단위로 판매되는 것을 고려하면 플러그 커넥터는 반드시 특별한 공구가 필요 없이 간단하게 연결할 수 있는 형태여야 한다. 또한 케이블은 데이터 전송 품질을 자동으로 유지시킬 수 있어야 한다. 피닉스컨택트의 퀵온(Quick on) 및 피어스콘(Piercecon) 빠른 연결 시스템은 Cat6A 요구조건에 따라 높은 품질의 결선을 보장하며 이로 인해 산업현장에서 10Gbit 이더넷이 가능해졌다. 이는 향후 설치 계획에 관해 재고할 필요가 없다는 가장 결정적인 장점을 가진다.


플러그 커넥터는 컨트롤 캐비닛 또는 현장에서 사용되는 용도에 따라 대략적으로 분류될 수 있다. 일반적인 RJ45의 매칭 파트는 Cat6A까지 사용할 수 있다. 360도 차폐 콘셉트의 제품은 주파수 변환기와 같은 장치와 이웃해 있을 때 EMC 효과를 최대한 줄이기 위해 필수적이다. 가스가 접점부의 부식을 야기하지 않도록 고품질의 표면이 필요하다. 이러한 특성들은 부식을 막고 더 높은 경계 저항(Transition Resistance)으로 인한 결선 실패를 야기하는 Creeping Aging 프로세스를 막아준다. 장기간 사용 측면에서 사무환경에서 사용되는 일반적인 패치 케이블은 산업환경에서 필요로 하는 신뢰성 요구조건을 만족하지 않는다.


산업 현장에서의 사용을 위해 특수 보호 하우징이 있는 RJ45 플러그 커넥터와 M12 플러그 커넥터의 시장은 이미 형성됐다. 또한 이 경우, IEC 61076-2-109(In ternational Electrotechnical Com mission)에 따라 새로운 M12 플러그 커넥터도 RJ45 커넥터와 마찬가지로 Cat6A 사용이 가능하다.



 

[그림 2. 서로 다른 NEXT 값.  TIA와 IEC 위원회는 주파수 범위에 따라 서로 다른 NEXT(Near End Crosstalk) 값을 갖는다.]


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