CAL, DeviceNET, CANopen 입문

▒ CAL

CAL (CAN Application Layer)은 CAN-in-Automation (CiA)의 첫 번째 작업 아이템으로 1993년에 계층 7 표준 CiA DS 201-207 로 출판되었습니다.

 

이 프로토콜은 CAN 기반 분산 시스템의 구현을 위한 애플리케이션 독립적, 객체 지향적 환경을 제공합니다. 이것은 통신, 식별자 분배, 네트워크 그리고 계층 관리를 위하여 오브젝트들과 서비스들을 제공합니다. CAL의 주된 애플리케이션 분야는 configurability와 표준화된 디바이스 모델링이 필요치 않은 CAN 기반 분산 시스템들입니다. 그러므로 CAL 규격에서는 분산 시스템에서 요구되는 만큼의 단지 일반 통신 절차들만 정의됩니다.

 

CAL은 CAN 장치들간의 보다 큰 데이터 블록들을 전송하고 CAN 메시지의 요청된 전송 또는 이벤트 구동을 위한 오브젝트와 프로토콜들 그리고 서비스들을 제공합니다. 더 나아가 CAL은 CAN 식별자의 자동 분배와 노드들의 초기화와 모니터링을 위한 작동 체계를 제공합니다.

 

CANopen과 DeviceNet은 데이터 교환과 데이터 표시에 관한 고정된 액세스 방식들로 주로 애플리케이션 그 자체의 구조와 파트들도 명시합니다. 이러한 프로토콜들과는 대조적으로, CAL은 시스템에 의해 기대되는 또는 특정 디바이스가 제공해야만 하는 특수한 통신 오브젝트들이나 데이터 컨텐츠를 정의 하지 않습니다. 따라서 사용자는 통신 시스템을 그의 애플리케이션 또는 시스템의 필요 요건에 적합하도록 맞출 수 있으며, 반대로 그의 애플리케이션이나 시스템을 통신 시스템에 맞추지 않습니다.

 

CANopen 이나 DeviceNet 과 같은 통신과 디바이스 프로파일을 사용하는 것은 실현된 애플리케이션의 더 많은 자원 오버헤드를 의미할 수 있습니다. 그러므로 CAL은 컴퓨터 제어 시스템 (machine bus)과 같은 분산 지능 유닛들이 포함된 폐쇄형 제어 시스템들의 실현을 위해서 뿐만 아니라 의료 시스템 또는 계측 시스템과 같은 특정 시스템 솔루션들의 실현을 위해서도 적당합니다. CAL은 하나의 시스템에서 디바이스들간의 복잡한 통신 연관들을 가진 시스템의 실현을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 일체의 구성 노력 없이 인스톨될 수 있습니다.

 

▒ DeviceNet

DeviceNet은 CAN 프로토콜에 바탕을 둔 open fieldbus standard 로써 Rockwall Automation에 의해 개발되었습니다. 자동화 기술을 위한 강력한 프로토콜로 설계된 이것은, 오늘날 미국과 아시아에서 선두 역할을 하고 있습니다. 유럽에서도 더욱더 많은 시스템 솔루션들이 DeviceNet을 이용하여 구현되고 있습니다.

 

DeviceNet 사용자들의 단체인, ODVA는 DeviceNet 표준의 규격과 유지를 책임지고 있습니다. 또한 ODVA는 DeviceNet의 전 세계 확산을 추진하고 있습니다. DeviceNet은 공개 프로토콜이며 모든 ODVA 회원들은 다양한 Special Interest Groups (SIGs)에서 이 표준의 추가 개발에 참여할 수 있습니다. DeviceNet의 사용은 무료입니다. DeviceNet 기술을 사용하기 위해서는 단지 "Terms of Agreement"에 서명 하고 vendor ID와 제조업체 번호를 받으면 됩니다. 일반적으로 발생되는 유일한 비용은 '규격'의 구매입니다. ODVA의 멤버쉽은 필요하지 않습니다.

 

현재 300개가 넘는 회사들이 ODVA의 회원으로 등록되어 있으며, 약 700개의 회사들이 DeviceNet 제품들을 공급합니다.

 

 

DeviceNet은 3개의 공개 네트워크 표준들 (DeviceNet, Control-net, Ethernet/IP) 중 하나이며, 이것들은 모두 "Control and Information Protocol (CIP)"라 불리는 공통 애플리케이션 계층 (ISO Layer 7)을 사용합니다. 이 공통 애플리케이션 계층 그리고 오픈 소프트웨어와 하드웨어 인터페이스들은 앞으로 인터넷을 이용한 현장에서의 자동화 요소들의 전체적인 연결을 가능하게 할 것입니다. CIP의 "Control" 파트가 I/O 메시지들을 통해 실시간에서 I/O 데이터 교환을 정의합니다 (I/O Messaging 또는 암시적 Messaging). CIP의 "Information" 파트는 명시적 메시지들을 통하여 구성, 진단, 관리를 위한 일반 데이터의 교환을 정의합니다 (Explicit Messaging).

 

이러한 두 가지 메시지 유형들이 산업용 제어를 위한 최적의 통신을 공급합니다. CIP는 사용자에게 4가지 기본 기능들을 제공합니다:

• 균일한 제어 서비스
• 균일한 통신 서비스
• 균일한 메시지 분배
• 일반적인 지식 토대

 

DeviceNet 프로토콜은 가장 하위의 fieldbus (즉, 센서, 액츄에이터, 통신 제어의 네트워킹을 위한) 단계에서, 간단하고 저렴한, 그러나 강력한 프로토콜로 설계됩니다. DeviceNet에 연결될 수 있는 장비들은 간단한 light barrier부터 반도체 제조업체들의 복잡한 진공 펌프에까지 광범위합니다.

 

DeviceNet 프로토콜의 core 기능은, 다른 프로토콜들과 마찬가지로, 디바이스들과 그들의 통신 제어들간의 데이터 교환입니다. 두 개 디바이스들간의 통신은 connection-based 통신모델에 바탕을 두고 있으며, point-to-point 또는 Multicast 통신을 경유합니다. 이것은 Master/Slave 시스템의 개발과 더불어 Multi-Master 시스템의 개발도 가능합니다.

 

이른 바 "Predefined Master/Slave Connection Set"는 간단한 DeviceNet slave 디바이스들을 위해 지정되었습니다.

 

DeviceNet 프로토콜의 부분집합인 이것은 master에서 slave로  Explicit Messages, Polled-I/O, Multicase-Polled-I/O와 Bit-Strobed I/O 메시지들을 지원할 뿐 아니라, slave에서 master로 Change-of-State/Cyclic I/O 메시지들을 지원합니다.

 

더욱 복잡한 salve 디바이스들을 위해 "Unconnected Message Menager Port (UCMM)"와 explicit and I/O-connections의 역동적 생성이 명시되었으며 이것들은 Multi-Master-capable 로서 다른 디바이스들과 point-to-point 연결을 유지할 수 있습니다.

 

DeviceNet Heartbeat Message와 Device Shutdown Message 기능들은 특히 safety-critical 시스템들을 위해 명시되었습니다. Offline-Connection-Set는 널리 유통되는 표준적인 컴퍼넌트들의 구성을 간소화 시킵니다.

 

DeviceNet은 오브젝트 모델에서 통신과 애플리케이션을 제시합니다. 사전정의된 오브젝트들은 서로 다른 디바이스들과 제조업체들의 데이터 교환을 조성합니다.

 

다양한 디바이스 프로필들을 생성함으로써 사용자에 대한 추가 표준화의 혜택이 이루어졌습니다.

 

Layer 7 (Application Layer) 외에도, DeviceNet 규격은 Layer 1 (Transceiver) 과 Layer 0 (Transmission Media)의 파트들을 정의하며, 따라서 DeviceNet 노드들의 물리적 연결 표준화, 커넥터, 케이블 유형들과 케이블 길이와 함께 커뮤니케이션 기반의 디스플레이, 오퍼레이팅 요소들과 하우징의 관련 labeling을 지정합니다.

 

ISO-Layer 7	Application Layer	DeviceNet Specification Volume II
ISO-Layer 2	Data Link Layer	CAN-Specification 2.0
ISO-Layer 1	Physical Signalling
ISO-Layer 1	Transceiver	DeviceNet Specification Volume I
ISO-Layer 0	Transmission Media

 

DeviceNet 네트워크는 125,250 의 보오율 또는 500kBaud로 최대 64개 노드들을 실행할 수 있습니다. 디바이스들은 DeviceNet-Bus를 통해 전력 공급을 받거나 그들 자신의 전원 장치를 가질 수 있습니다.

 

DeviceNet 애플리케이션의 주요 분야는 공장 자동화입니다. CANopen과 비교하면, DeviceNet은 사실상 동일한 기능을 제공하지만 서로 다른 우선순위에 역점을 둡니다. DeviceNet에서의 네트워크 관리는, 예를 들면, 각각의 노드에 분산되어 저장되고 그래서 각 노드는 나머지들을 감시합니다. 그러나, CANopen은 중앙 관리기구, NMT-Master를 사용합니다. CANopen에서의 통신 체계는 보다 간단하며, 따라서 디바이스들은 덜 복잡합니다. 한편, DeviceNet은 더 많은 자원을 필요로 하지만, 프로토콜 사용에 있어서 더 높은 safety를 제공합니다.

 

▒ CANopen
CANopen은 CAN-in-Automation (CiA)의 표준입니다. 특히 유럽에서 CANopen은 CAN 기반 산업 시스템 솔루션들을 위한 선도적인 표준으로 간주될 수 있습니다.

 

CANopen 표준의 핵심 요소는 object dictionary (OD)를 통한 디바이스 기능성의 서술입니다. 이 object dictionary는 두 부분으로 나뉩니다. 첫 번째 부분은 통신 파라메터들과 함께 디바이스 식별, 제조업체 이름 등과 같은 일반적인 디바이스 정보들을 포함합니다. 두 번째 부분은 특수한 디바이스 기능성을 기술합니다.

 

16-Bit 인덱스와 8-Bit 하위-인덱스가 object dictionary에서 entry ("object")를 식별합니다. object dictionary에서 이 엔트리들은 input과 output 신호들, 디바이스 파라메터들, 디바이스 함수들 또는 네트워크 변수들과 같은, 디바이스의 "Application Objects"에 표준화된 액세스를 제공합니다.

 

 

 

CANopen 디바이스의 기능과 특성은 ASCII 포맷을 이용한 "Electronic Data Sheet (EDS)"를 사용하여 기술될 수 있습니다. 이 경우 EDS는 템플릿의 일종으로 이해되어야만 합니다. 실제 디바이스 셋팅은 "Device Configuration File (DCF)"로 불리는 것에 의하여 기술되어집니다. EDS와 DCF는 data carrier의 형태로 제공될 수 있으며, 이것은 디바이스 내의 저장된 것 또는 인터넷에서 다운로드될 수 있습니다.

 

또한 다른 잘 알려진 field bus와 유사하게 CANopen은 두 개의 기본 데이터 전송 체계들을 구분합니다 : "Process data Objects (PDO)"라 불리는 것을 통하는 작은 처리 데이터 부분들의 고속 교환과 "Service data Objects (SDO)"로 불리는 것을 통한 object dictionnary에서의 엔트리들에 대한 액세스. 후자의 것들은 일반적으로 보다 큰 데이터 부분들의 전송을 위한 것 뿐만 아니라 디바이스 구성 동안에 파라메터들의 전송을 위하여 주로 사용됩니다.

 

Process data 오브젝트 전송들은 대개 추가적인 프로토콜 오버헤드가 없는 broadcast 오브젝트들로 요청되거나 또는 순환의, 트리거된 이벤트들입니다. PDO는 최대 8 data bytes의 전송을 위해 사용될 수 있습니다. 동기화 메시지들과 관련하여, PDO의 수용과 마찬가지로 전송은 전체 네트워크를 통하여 동기화될 수 있습니다 ("Synchronous PDO"). 한 개의 PDO에 대한 애플리케이션 오브젝트의 할당 (Transmission 오브젝트)은 object dictionnary에 저장된 구조 기술 ("PDO Mapping")을 통해 조정 가능하며, 따라서 관련 애플리케이션 필수 요건에 맞게 디바이스 조정이 허용됩니다.

 

SDO의 전송은 두 개의 네트워크 노드들 사이에서 일대일 (peer-to-peer) 연결 형태로 두 개 CAN 오브젝트들과 함께 승인된 데이터 전송으로서 수행됩니다. 통신 object dictionnary 엔트리들의 주소 지정은 object dictionnary 엔트리의 인덱스와 서브-인덱스를 공급하여 실행됩니다. 전송된 메시지들은 매우 큰 길이가 될 수도 있습니다. SDO 메시지의 전송은 추가적인 프로토콜 오버헤드를 포함합니다.

출처: http://eskorea.net