산업 제어 시스템에서 센서와 액추에이터를 제어하기 위해 필드버스를 도입하는 사례가 점점 늘어나고 있습니다. 유체 제어 공정의 핵심 액추에이터인 전기 액추에이터는 산업 현장에서 널리 사용됩니다. 전기 액추에이터에 가장 많이 사용되는 버스 시스템으로는 Modbus, CAN, Profibus, DeviceNet, Foundation Fieldbus, HART, Ethernet 등이 있습니다.

전동 액추에이터용 공통 버스 시스템:

  • 모드버스

  • CAN

  • Profibus

  • DeviceNet

  • 파운데이션 필드버스(FF)

  • HART

  • 이더넷


모드버스

다른 필드버스 기술과 비교했을 때, Modbus는 단순하면서도 다기능적입니다. 단순한 이진 정보, 아날로그 값, 장치 매개변수, 진단 데이터 교환 등 공장 자동화에 필요한 모든 서비스를 제공합니다.

공장 자동화 및 프로피버스(Profibus)와 같은 장치에는 일반적으로 간단하고 안정적인 물리 계층인 RS-485가 사용됩니다. 이 물리 계층을 기반으로 모드버스(Modbus)는 모드버스 RTU 또는 모드버스 ASCII와 같은 다양한 텔레그램 형식을 지원합니다. 이더넷 기반의 모드버스 TCP/IP 버전을 사용하면 호스트 자동화 시스템과의 수직적 통합이 가능합니다.

기능:

  • 간단한 프로토콜

  • 간단한 산업 자동화 환경에 적합합니다.
    www.modbus.org


CAN(컨트롤러 영역 네트워크)

CAN은 ISO에서 표준화한 직렬 통신 프로토콜로, 1986년 보쉬에서 처음 제안했습니다. 자동차 전자 장치, 산업 자동화, 해양, 의료 기기 및 산업 장비 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

CAN은 고속 통신(125Kbps~1Mbps)을 위한 ISO11898과 저속 통신(125Kbps 미만)을 위한 ISO11519-2라는 두 가지 표준 프로토콜을 가지고 있습니다. CAN은 높은 신뢰성을 제공하며, 멀티 마스터 제어, 빠른 전송 속도, 그리고 유연한 노드 추가를 지원합니다.

기능:

  • 멀티마스터 제어

  • 빠른 전송 속도

  • 유연한 노드 추가


Profibus

PROFIBUS는 국제적이고 개방적이며 장치에 독립적인 필드버스 표준입니다. 전송 속도는 9.6kbaud에서 12Mbaud까지 다양합니다. PROFIBUS는 제조 자동화, 공정 산업 자동화 및 빌딩 자동화 분야에서 널리 사용됩니다.

PROFIBUS는 호환 가능한 세 부분으로 구성됩니다.

  • 프로피버스-DP (분산형 주변 장치)는 장치 수준 제어 시스템과 분산형 I/O 간의 통신을 위한 것입니다.

  • 프로피버스-PA (공정 자동화) 센서와 액추에이터를 동일한 버스에 연결하고 본질적인 안전 기준을 충족합니다.

  • 프로피버스-FMS 실시간 멀티마스터 네트워킹을 통한 작업장 수준 모니터링을 위한 필드버스 메시지 사양(Fieldbus Message Specification).

기능:

  • 개방형 아키텍처

  • 신뢰할 수 있음

  • 유연성

  • 실시간 성능


DeviceNet

DeviceNet은 리미트 스위치, 센서, 밸브, 모터 스타터 등과 같은 산업용 장치를 연결하는 저비용 통신 버스로, 값비싼 하드웨어 배선 비용을 절감해 줍니다. 장치 간 통신을 개선하고 기존 I/O 인터페이스로는 구현하기 어려웠던 장치 수준의 진단 기능을 제공합니다.

DeviceNet은 CAN 프로토콜을 기반으로 실시간 데이터 전송을 제공합니다. 지점 간, 멀티 마스터 또는 마스터/슬레이브 통신을 지원하며 최대 64개의 노드를 연결할 수 있습니다. 전송 속도는 125kb/s, 250kb/s 및 500kb/s입니다.

기능:

  • 저비용 통신

  • 간단한 네트워크 솔루션

  • 하드웨어 및 소프트웨어를 위한 개방형 표준

  • 진단 기능


파운데이션 필드버스(FF)

파운데이션 필드버스(FF)는 공정 자동화를 위해 특별히 설계되었으며, 필드 레벨 전송에는 FF H1 프로토콜을 사용합니다. FF는 다양한 토폴로지를 지원하며, 링크 액티브 스케줄러(LAS)가 장착된 경우 장치 간 직접 통신을 가능하게 합니다.

기능:

  • 토폴로지의 유연성

  • 분산형 디지털 제어를 지원합니다.

  • 현장 장치 간 직접 통신

  • 입출력용 표준화된 기능 블록을 기반으로 함

www.fieldcommgroup.org


HART(Highway Addressable Remote Transducer)

HART는 아날로그 및 디지털 데이터 전송을 위해 표준 4-20mA 아날로그 신호를 사용합니다. HART 통신은 4-20mA 아날로그 신호에 추가 신호를 변조하여 디지털 및 아날로그 신호를 동시에 전송할 수 있도록 합니다.

이는 마스터/슬레이브 원리를 지원하며, 주로 지점 간 통신에 사용됩니다.

기능:

  • 기존 4-20mA 인프라를 사용합니다.

  • 추가 매개변수 및 진단을 위한 디지털 통신

  • 다양한 기기에서 지원됩니다.
    www.fieldcommgroup.org


이더넷

오늘날, 기존 이더넷은 사무 환경에서 가장 널리 사용되는 데이터 네트워크 표준이 되었습니다. "산업용 이더넷"은 산업 자동화 환경에서 사용할 수 있도록 향상된 이더넷을 의미합니다.

기능:

  • 공통 매체를 통한 실시간 및 IT 데이터 전송

  • 사실상 무제한의 참가자 수 및 네트워크 확장

  • 확장 가능하고 유연한 토폴로지

  • 대용량 데이터도 고속으로 전송 가능

  • 네트워크 서버 및 IoT 인터페이스(예: OPC UA)와의 손쉬운 통합

Profinet, Ethernet/IP, Modbus TCP와 같은 산업용 이더넷 프로토콜은 DCS 시스템에 직접 통합되어 안정적인 통신과 현장 장치에 대한 손쉬운 접근을 보장합니다.