안녕하세요. 라이선스쩐입니다.
오늘은 제가 직접적인 경험과 직장에서의 내용을 기반으로 DeviceNet이라는 기술을 정리 해 보고자 합니다.
산업 자동화의 핵심, DeviceNet 기술을 직접 다루며 얻은 통찰과 20년간의 변화
서론: 2002년, 내 첫 번째 DeviceNet 프로젝트
2002년, 첫 직장에서 나는 생소하지만 흥미로운 도전에 직면했습니다. 당시 최신 기술이었던 DeviceNet 네트워크를 구현하여 공장 자동화 시스템을 개발하는 프로젝트였습니다. 막 대학을 졸업한 신입 엔지니어로서, 산업용 네트워크의 실질적인 응용은 대학 교육과는 전혀 다른 세계였습니다.
우리 팀은 자동차 부품 제조 공장의 조립 라인을 현대화하는 임무를 맡았습니다. 기존의 하드와이어드 제어 시스템을 보다 유연하고 확장 가능한 네트워크 기반 시스템으로 교체하는 작업이었습니다. DeviceNet은 이러한 전환을 위한 이상적인 선택이었습니다.
DeviceNet의 기술적 기반과 특징
DeviceNet은 1994년 Allen-Bradley(현재 Rockwell Automation)에 의해 개발된 개방형 산업용 네트워크 프로토콜입니다. CAN(Controller Area Network) 기술을 기반으로 하며, 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:
- 속도와 거리의 균형: 125kbps에서 최대 500m, 250kbps에서 250m, 500kbps에서 100m 통신 가능
- 전력과 통신의 통합: 동일한 케이블을 통해 데이터와 전력을 모두 전송 가능
- 유연한 토폴로지: 트렁크-드롭 라인, 데이지 체인 또는 하이브리드 구성 지원
- 마스터-슬레이브 및 피어-투-피어 통신: 다양한 제어 아키텍처 지원
- 최대 64개 노드: 중소 규모 시스템에 적합한 확장성
- 생산자-소비자 통신 모델: 효율적인 데이터 교환 지원
- 명시적(Explicit) 및 암시적(Implicit) 메시징: 구성과 실시간 데이터 교환 모두 지원
우리 프로젝트에서는 이러한 DeviceNet의 강점들이 특히 유용했습니다. 한정된 공간에 많은 센서와 액추에이터를 연결해야 했기 때문에, 단일 케이블로 전력과 데이터를 모두 전송할 수 있는 기능은 배선 복잡성을 크게 줄여주었습니다.
실제 구현 경험과 직면했던 도전 과제들
DeviceNet 구현은 이론보다 실전에서 훨씬 더 복잡했습니다. 제가 경험한 몇 가지 중요한 도전 과제와 해결책을 공유하겠습니다:
1. 올바른 네트워크 토폴로지 설계
처음에는 단순히 데이지 체인 방식으로 모든 장치를 연결하려 했습니다. 하지만 이는 유지보수와 확장성 측면에서 비효율적이었습니다. 결국 트렁크-드롭 라인 토폴로지를 채택하여 메인 트렁크 라인과 각 장치로 연결되는 짧은 드롭 라인으로 구성했습니다. 이 접근 방식은 한 장치의 장애가 전체 네트워크에 영향을 미치는 것을 방지했습니다.
2. 종단 저항 문제
처음 네트워크를 구축했을 때, 통신 오류가 자주 발생했습니다. 문제의 원인을 추적한 결과, 네트워크 종단 저항이 올바르게 설치되지 않았음을 발견했습니다. DeviceNet은 물리적 레이어에서 CAN을 사용하므로, 케이블 양쪽 끝에 120옴 종단 저항이 필요합니다. 이 간단한 사실을 간과했던 것이 큰 문제를 일으켰습니다.
3. EDS 파일 관리
각 DeviceNet 장치는 EDS(Electronic Data Sheet) 파일과 함께 제공됩니다. 이 파일은 장치의 기능과 매개변수를 설명하는 일종의 '설명서'입니다. 다양한 제조업체의 장치를 사용하면서, EDS 파일 관리는 생각보다 복잡했습니다. 결국 체계적인 EDS 파일 라이브러리를 구축하여 이 문제를 해결했습니다.
4. 통신 속도와 케이블 길이 균형
공장 레이아웃은 일부 장치가 PLC에서 상당히 멀리 위치해 있었습니다. 높은 통신 속도(500kbps)를 사용하고 싶었지만, 케이블 길이 제한(약 100m)으로 인해 불가능했습니다. 결국 250kbps의 중간 속도로 타협하여 적절한 통신 거리와 속도를 확보했습니다.
5. 디버깅 및 문제 해결
DeviceNet 네트워크 문제 해결은 특별한 도구와 지식이 필요했습니다. NetChecker라는 진단 도구를 사용하여 네트워크 트래픽을 모니터링하고 문제를 식별했습니다. 이 경험은 산업용 네트워크에서 체계적인 문제 해결 방법론의 가치를 가르쳐 주었습니다.
DeviceNet vs 현대적 산업용 네트워크 프로토콜
2002년 이후로 산업용 네트워크 기술은 크게 발전했습니다. DeviceNet이 여전히 사용되고 있지만, EtherNet/IP, Profinet, EtherCAT 같은 이더넷 기반 프로토콜이 많은 새로운 설치에서 선호됩니다. 이러한 변화를 이해하는 것은 DeviceNet의 역사적 맥락을 파악하는 데 도움이 됩니다:
특성 DeviceNet 현대 이더넷 기반 프로토콜
| 속도 | 최대 500kbps | 최소 100Mbps, 일반적으로 1Gbps |
| 노드 수 | 최대 64개 | 수천 개 가능 |
| 거리 | 최대 500m | 수 km (광섬유 사용 시) |
| 배선 | 특수 케이블 필요 | 표준 이더넷 케이블 |
| IT 통합 | 제한적 | 원활한 통합 |
| 비용 | 중간 | 점차 감소 중 |
하지만 DeviceNet의 경험은 현대 프로토콜 작업에 여전히 귀중한 기초를 제공합니다. 산업용 네트워크의 기본 원칙—신뢰성, 결정성, 견고성—은 변함없이 중요합니다.
산업 자동화 네트워크의 미래와 DeviceNet의 유산
Industry 4.0과 IIoT(Industrial Internet of Things)의 시대에도, DeviceNet의 유산은 지속됩니다. 현대적인 산업용 네트워크가 더 빠르고 더 많은 기능을 제공하지만, DeviceNet이 확립한 많은 개념은 여전히 관련성이 있습니다:
- 개방형 표준의 중요성: DeviceNet은 ODVA에 의해 관리되는 개방형 표준으로, 다양한 제조업체의 장치 간 상호운용성을 가능하게 했습니다.
- 생산자-소비자 통신 모델: 오늘날 많은 현대적 프로토콜에서 채택된 효율적인 데이터 교환 방식입니다.
- 객체 지향 장치 모델: DeviceNet의 CIP(Common Industrial Protocol) 기반 장치 모델은 EtherNet/IP 같은 현대 프로토콜에서도 사용됩니다.
- 진단 기능의 중요성: DeviceNet은 고급 진단 기능을 갖춘 초기 프로토콜 중 하나였으며, 이는 현대 네트워크의 필수 기능이 되었습니다.
결론: 20년 전 경험이 오늘날에도 여전히 유효한 이유
2002년 DeviceNet 프로젝트에서 배운 교훈은 오늘날의 산업 자동화 환경에서도 여전히 가치가 있습니다. 기술은 발전했지만, 산업용 네트워크의 기본 원칙은 변함없이 중요합니다. 적절한 네트워크 토폴로지 설계, 체계적인 문제 해결 접근 방식, 그리고 다양한 장치 간의 상호운용성에 대한 이해는 여전히 산업 자동화 프로젝트의 성공에 핵심입니다.
DeviceNet으로 시작한 여정은 산업용 네트워크의 발전을 지켜볼 수 있는 특별한 관점을 제공했습니다. 새로운 기술이 등장하고 사라지는 동안, DeviceNet의 견고한 설계 원칙은 현대 산업 네트워킹의 기초를 형성했습니다. 그리고 이러한 기초를 이해하는 것은, 미래의 기술 변화에 대응할 수 있는 귀중한 자산이 될 것입니다.
이 글은 2002년 DeviceNet 프로젝트에 참여한 경험을 바탕으로 작성되었으며, 산업용 네트워크 기술의 발전과 현재 상황에 대한 개인적인 견해를 담고 있습니다.
제가 미래설계를 위한 일상에서의 작은 실천으로 작은 변화를 가져보려고 만든 페이지 하나를 소개 합니다.
함께 참조해 보면 좋을 것 같습니다.
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