plc 아날로그 데이터 변환 및 제어 시스템 / AD/DA 링크 초기화 및 처리 / 아날로그 신호 관리 시스템 -1-

2024. 6. 7. 08:41ㆍ충남 인력개발원/plc (GX Works)

 

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직렬 통신 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

전기 통신과 컴퓨터 과학 분야에서 직렬 통신(Serial Bus, 시리얼 버스)은 연속적으로 통신 채널이나 컴퓨터 버스를 거쳐 한 번에 하나의 비트 단위로 데이터를 전송하는 과정을 말한다. 이 용어는

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일단은 들어가기에 앞서 직렬통신의 구조 먼저 짚고 넘어간다

 

직렬 통신과 병렬 통신은 각기 다른 특성과 장점을 가지고 있으며, 사용 목적에 따라 선택됩니다. 병렬 통신이 이론적으로 빠르다고 하지만, 실제로는 여러 요인으로 인해 직렬 통신이 더 많이 사용됩니다. 직렬 통신을 사용하는 이유는 다음과 같습니다:

  1. 배선 복잡성 감소:
    • 병렬 통신은 각 데이터 비트를 동시에 전송하기 위해 여러 개의 선이 필요합니다. 이로 인해 배선이 복잡해지고, 특히 장거리 통신에서는 배선 비용이 증가합니다.
    • 직렬 통신은 하나의 데이터 통로만 사용하므로 배선이 단순하고 비용이 절감됩니다.
  2. 신호 간섭 및 노이즈 감소:
    • 병렬 통신에서는 여러 개의 선을 통해 데이터가 전송되므로 신호 간섭과 크로스토크(crosstalk) 문제가 발생할 수 있습니다.
    • 직렬 통신은 하나의 선만 사용하므로 이러한 문제가 줄어들어 신호의 무결성이 향상됩니다.
  3. 전송 속도 향상:
    • 고속 직렬 인터페이스는 고주파 신호 처리를 통해 매우 높은 전송 속도를 지원할 수 있습니다. 예를 들어, USB 3.0이나 PCIe 같은 고속 직렬 통신 프로토콜은 매우 높은 데이터 전송 속도를 제공합니다.
    • 병렬 통신은 클럭 동기화 문제로 인해 높은 속도로 전송할 때 어려움이 있습니다.
  4. 장거리 전송에 유리:
    • 병렬 통신은 장거리 전송 시 신호 왜곡과 감쇠가 심해집니다.
    • 직렬 통신은 이러한 문제를 줄이고, 긴 거리에서도 신뢰성 있게 데이터를 전송할 수 있습니다.
  5. 기술 발전과 표준화:
    • 현대의 많은 통신 표준은 직렬 통신을 기반으로 하고 있습니다. 이는 기술 발전과 더불어 표준화된 직렬 통신 프로토콜이 널리 채택되었기 때문입니다.
    • USB, SATA, HDMI, Ethernet 등 대부분의 최신 통신 프로토콜은 직렬 통신을 사용합니다.

결론적으로, 직렬 통신은 배선의 단순화, 신호 무결성, 전송 속도, 장거리 전송에 유리한 특성 덕분에 널리 사용되고 있습니다. 병렬 통신은 특정 용도에서 여전히 사용될 수 있지만, 대부분의 최신 통신 기술은 직렬 통신을 선호합니다.

 

plc의 경우 모드 버스 방식의 통신 프로토컬을 사용한다

 

보안 측면에서 직렬 통신과 병렬 통신을 비교하면 직렬 통신이 더 유리한 점이 여러 가지 있습니다. 다음은 보안적 측면에서 직렬 통신이 선호되는 이유입니다:

  1. 신호 간섭 및 도청 방지:
    • 직렬 통신은 하나의 데이터 통로만 사용하므로, 병렬 통신에 비해 신호 간섭이 적고, 도청이 더 어렵습니다. 병렬 통신의 경우, 여러 개의 데이터 선을 동시에 감시하면 데이터를 쉽게 가로챌 수 있습니다.
  2. 암호화의 용이성:
    • 직렬 통신에서는 데이터가 한 비트씩 순차적으로 전송되므로, 암호화 알고리즘을 적용하고 관리하기가 더 쉽습니다. 한 줄로 오는 데이터를 실시간으로 암호화 및 복호화할 수 있어 보안 관리가 용이합니다.
  3. 데이터 무결성 보장:
    • 직렬 통신 프로토콜은 일반적으로 오류 검출 및 수정 기능을 포함합니다. 예를 들어, USB와 같은 직렬 통신 프로토콜은 CRC (Cyclic Redundancy Check)와 같은 오류 검출 메커니즘을 통해 데이터 무결성을 보장합니다.
    • 병렬 통신은 여러 비트를 동시에 전송하므로, 신호 동기화 문제나 타이밍 오류로 인해 데이터 무결성이 손상될 가능성이 높습니다.
  4. 보안 프로토콜 통합:
    • 현대의 직렬 통신 프로토콜들은 보안 기능을 통합하고 있습니다. 예를 들어, HTTPS는 TCP/IP 직렬 통신을 통해 데이터 암호화 및 인증을 제공합니다.
    • 병렬 통신은 주로 하드웨어 간의 직접 연결을 통해 이루어지기 때문에 보안 프로토콜 통합이 어렵습니다.
  5. 접근 제어:
    • 직렬 통신 장치는 소프트웨어적으로 접근 제어 및 인증 기능을 쉽게 구현할 수 있습니다. 예를 들어, USB 장치는 연결 시 디바이스 인증을 통해 허가된 장치만 접근할 수 있도록 설정할 수 있습니다.
    • 병렬 통신은 물리적 연결이 주로 사용되므로 소프트웨어적 접근 제어가 제한적입니다.

이러한 이유들로 인해, 보안이 중요한 환경에서는 직렬 통신이 병렬 통신보다 선호됩니다. 직렬 통신은 암호화와 같은 보안 기술을 쉽게 적용할 수 있고, 신호 간섭이 적으며, 데이터 무결성을 보장하는 프로토콜을 사용하기 때문입니다.

Q1: 병렬 통신이 여전히 유용한 사례에는 어떤 것들이 있을까요?

병렬 통신이 유용한 사례는 다음과 같습니다:

  1. 고속 데이터 전송이 필요한 경우:
    • 내부 버스 구조: 컴퓨터 내부의 CPU와 메모리 간 통신에서 병렬 버스(예: 데이터 버스, 주소 버스)를 사용하여 고속으로 데이터를 전송합니다.
    • 프린터와 같은 주변 장치: 병렬 포트는 프린터와 같은 주변 장치에서 여전히 사용됩니다. 대량의 데이터를 빠르게 전송할 수 있는 장점이 있기 때문입니다.
  2. 짧은 거리의 통신:
    • 병렬 통신은 짧은 거리에서 신호 간섭이 적고 높은 속도를 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 회로 내부의 IC 간 통신에서 병렬 통신이 많이 사용됩니다.
  3. 동기화가 중요한 경우:
    • 병렬 통신은 여러 비트를 동시에 전송하므로, 데이터가 동시에 도착해야 하는 상황에서 유리합니다. 예를 들어, 디지털 신호 처리(DSP) 시스템에서 병렬 통신이 사용됩니다.

Q2: 직렬 통신의 성능을 최적화하기 위한 기술적 방법에는 무엇이 있나요?

직렬 통신의 성능을 최적화하기 위한 기술적 방법은 다음과 같습니다:

  1. 고속 클럭 신호 사용:
    • 직렬 통신의 데이터 전송 속도를 높이기 위해 더 높은 주파수의 클럭 신호를 사용합니다. 이는 데이터 전송률을 크게 향상시킵니다.
  2. 신호 인코딩:
    • NRZ (Non-Return-to-Zero), NRZI (Non-Return-to-Zero Inverted), 8b/10b 인코딩과 같은 신호 인코딩 방식을 사용하여 신호 무결성을 유지하고, DC 균형을 맞춰 전송 오류를 줄입니다.
  3. 전송 선로 최적화:
    • 차폐된 케이블 사용, 트위스티드 페어 케이블, 고품질 커넥터 등으로 전송 선로를 최적화하여 신호 손실과 간섭을 줄입니다.
  4. 에러 검출 및 수정 코드:
    • CRC (Cyclic Redundancy Check), ECC (Error Correction Code)와 같은 에러 검출 및 수정 코드를 사용하여 데이터 전송의 신뢰성을 높입니다.
  5. 플로우 컨트롤:
    • XON/XOFF, RTS/CTS와 같은 플로우 컨트롤 기법을 사용하여 데이터 전송의 흐름을 제어하고, 데이터 유실을 방지합니다.

Q3: 직렬 통신 프로토콜의 종류와 그 각각의 용도에 대해 자세히 설명해 줄 수 있나요?

직렬 통신 프로토콜에는 여러 종류가 있으며, 각각의 용도가 다릅니다:

  1. UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):
    • 용도: 컴퓨터와 주변 장치 간 통신 (예: 마우스, 키보드).
    • 특징: 비동기식 통신 방식으로, 저속 통신에 적합합니다.
  2. SPI (Serial Peripheral Interface):
    • 용도: 마이크로컨트롤러와 주변 장치 간의 통신 (예: 센서, 메모리).
    • 특징: 고속 동기식 통신 방식으로, 여러 슬레이브 디바이스와 통신할 수 있습니다.
  3. I2C (Inter-Integrated Circuit):
    • 용도: 마이크로컨트롤러와 저속 주변 장치 간 통신 (예: RTC, EEPROM).
    • 특징: 두 개의 선으로 여러 디바이스와 통신할 수 있는 동기식 통신 방식입니다.
  4. USB (Universal Serial Bus):
    • 용도: 컴퓨터와 다양한 주변 장치 간 통신 (예: 프린터, 스캐너, 외장 하드 드라이브).
    • 특징: 고속 통신, 핫 플러깅, 전원 공급 기능을 제공합니다.
  5. Ethernet:
    • 용도: 컴퓨터 네트워크에서 데이터 통신 (예: 로컬 네트워크, 인터넷).
    • 특징: 고속 데이터 전송, 다양한 전송 매체 지원, 광범위한 네트워크 커버리지를 제공합니다.
  6. SATA (Serial ATA):
    • 용도: 컴퓨터 내부의 스토리지 디바이스와 통신 (예: 하드 드라이브, SSD).
    • 특징: 높은 데이터 전송 속도를 제공하며, 병렬 ATA에 비해 케이블이 더 간단하고 효율적입니다.
  7. PCIe (Peripheral Component Interconnect Express):
    • 용도: 컴퓨터의 내부 확장 카드와 통신 (예: 그래픽 카드, 네트워크 카드).
    • 특징: 매우 높은 데이터 전송 속도를 제공하며, 병렬 PCI에 비해 더 높은 성능과 효율성을 자랑합니다.

동기 통신의 신호적 특성

  1. 클럭 신호 사용:
    • 동기 통신에서는 데이터 신호와 함께 클럭 신호를 사용합니다. 클럭 신호는 송신자와 수신자가 데이터를 주고받는 타이밍을 맞추는 데 사용됩니다.
    • 클럭 신호는 별도의 선을 통해 전송되거나, 데이터 신호에 포함되어 전송될 수 있습니다.
  2. 고속 데이터 전송:
    • 클럭 신호를 사용하여 데이터 전송 타이밍을 정확히 맞출 수 있기 때문에, 고속 데이터 전송이 가능합니다.
    • 동기 통신은 높은 전송 속도와 대용량 데이터 전송에 유리합니다.
  3. 데이터 무결성:
    • 클럭 신호 덕분에 송신자와 수신자가 동일한 타이밍에 데이터를 주고받을 수 있어 데이터 무결성이 보장됩니다.
    • 동기 통신은 에러 검출 및 수정 메커니즘을 쉽게 적용할 수 있습니다.
  4. 지연 시간 감소:
    • 동기화된 클럭 신호 덕분에 데이터 전송 지연 시간이 줄어들어 실시간 데이터 전송이 가능합니다.
    • 이는 영상 및 음성 스트리밍, 실시간 제어 시스템 등에 유리합니다.
  5. 예시:
    • SPI (Serial Peripheral Interface): 마이크로컨트롤러와 주변 장치 간의 동기 통신.
    • I2C (Inter-Integrated Circuit): 마이크로컨트롤러와 저속 주변 장치 간의 동기 통신.
    • Ethernet: 네트워크 통신에서 동기화된 데이터 전송.

비동기 통신의 신호적 특성

  1. 클럭 신호 없음:
    • 비동기 통신에서는 별도의 클럭 신호가 없습니다. 송신자와 수신자는 독립적으로 동작하며, 데이터 프레임의 시작과 끝을 구분하는 방식으로 동기화합니다.
    • 데이터 전송 시 각 프레임에 시작 비트와 정지 비트를 포함하여 프레임의 경계를 나타냅니다.
  2. 유연성:
    • 클럭 신호가 없기 때문에 송신자와 수신자가 서로 다른 속도로 데이터를 처리할 수 있습니다.
    • 다양한 전송 속도와 환경에서 유연하게 사용할 수 있습니다.
  3. 간단한 구현:
    • 비동기 통신은 클럭 신호를 사용하지 않으므로 하드웨어 및 소프트웨어 구현이 비교적 간단합니다.
    • 저속 데이터 전송과 간단한 통신 시스템에 적합합니다.
  4. 데이터 전송 속도:
    • 클럭 신호가 없기 때문에 동기 통신에 비해 데이터 전송 속도가 낮을 수 있습니다.
    • 데이터 전송 중간에 동기화가 필요하여 추가적인 오버헤드가 발생합니다.
  5. 신뢰성:
    • 시작 비트와 정지 비트를 사용하여 프레임의 경계를 구분하기 때문에, 데이터 프레임의 무결성이 중요합니다.
    • 비동기 통신에서는 패리티 비트와 같은 간단한 오류 검출 메커니즘을 사용할 수 있습니다.
  6. 예시:
    • UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): 컴퓨터와 주변 장치 간 비동기 통신.
    • RS-232: 직렬 통신 표준으로 비동기 통신 방식.

요약 및 비교

  • 동기 통신:
    • 클럭 신호를 사용하여 송신자와 수신자의 동기화를 유지.
    • 고속 데이터 전송과 실시간 데이터 전송에 유리.
    • 데이터 무결성이 높고, 지연 시간이 적음.
    • 하드웨어와 소프트웨어 구현이 복잡할 수 있음.
  • 비동기 통신:
    • 클럭 신호 없이 데이터 프레임의 시작과 끝을 구분.
    • 다양한 전송 속도와 환경에서 유연하게 사용.
    • 구현이 간단하고, 저속 데이터 전송에 적합.
    • 데이터 전송 속도가 낮고, 추가적인 동기화 오버헤드가 발생.

이러한 특성들로 인해, 특정 용도에 따라 동기 통신과 비동기 통신이 선택됩니다. 동기 통신은 고속, 실시간 데이터 전송에 적합하며, 비동기 통신은 간단한 구현과 유연한 전송 속도가 필요한 상황에서 유리합니다.

데이터 링크 계층과 관련이 있습니다. 데이터 링크 계층은 네트워크 모델의 두 번째 계층으로, 물리 계층을 통해 전송된 데이터의 신뢰성과 오류 검출을 담당합니다. 이 계층에서는 데이터 프레임의 구성, 전송, 수신, 동기화, 오류 검출 및 수정, 흐름 제어 등이 주요한 관심사입니다.

세부 설명:

  1. 비동기 통신 (스타트 비트, 스탑 비트):
    • 비동기 통신은 데이터 링크 계층에서 사용하는 방식 중 하나로, 데이터 프레임의 시작과 끝을 명확히 구분하기 위해 스타트 비트와 스탑 비트를 사용합니다.
    • 이는 데이터 프레임의 경계를 명확히 하여 수신기가 정확히 데이터를 읽을 수 있도록 도와줍니다.
  2. bps (bits per second):
    • bps는 데이터 전송 속도를 나타내는 단위로, 물리 계층과 데이터 링크 계층에서 모두 중요한 역할을 합니다.
    • 데이터 링크 계층에서는 주어진 시간 동안 얼마나 많은 데이터를 신뢰성 있게 전송할 수 있는지 평가하는 중요한 지표입니다.
  3. 동기 통신과 비동기 통신:
    • 이들은 데이터 링크 계층에서 데이터 프레임을 전송하는 두 가지 주요 방식입니다.
    • 동기 통신은 클럭 신호를 사용하여 송신기와 수신기 간의 동기화를 유지하며, 고속 데이터 전송에 적합합니다.
    • 비동기 통신은 스타트 비트와 스탑 비트를 사용하여 동기화하며, 클럭 신호가 없어 구현이 더 간단합니다.

요약

지금까지의 질문들은 데이터 링크 계층의 통신 방법, 데이터 전송 속도, 프레임 구성 요소 등에 초점을 맞추고 있습니다. 이는 통신 시스템에서 데이터가 어떻게 패키징되고, 전송되며, 오류 없이 수신되는지를 이해하는 데 중요한 부분입니다.

PLC(Programmable Logic Controller)의 신호 체계를 이해하기 위해 학습할 수 있는 여러 신호 체계와 통신 방식이 있습니다. PLC는 공장 자동화와 같은 산업 환경에서 사용되며, 다양한 센서와 액추에이터, 그리고 다른 컨트롤러와의 통신을 관리합니다. PLC와 관련된 신호 체계를 잘 이해하면 산업 자동화 시스템의 설계와 구현에 큰 도움이 될 것입니다. 다음은 PLC 학습에 도움이 되는 주요 신호 체계와 통신 방식입니다:

1. 디지털 신호

  • 이진 신호: PLC는 주로 이진 신호를 사용하여 입력과 출력을 제어합니다. 이진 신호는 0과 1로 구성되며, 이는 센서가 감지한 상태나 액추에이터의 제어 상태를 나타냅니다.
  • 디지털 입력/출력(I/O): PLC의 기본적인 I/O 포트는 디지털 신호를 처리합니다. 디지털 입력은 스위치나 센서의 상태를 읽어오고, 디지털 출력은 릴레이나 LED 등을 제어합니다.

2. 아날로그 신호

  • 아날로그 입력/출력(I/O): 온도, 압력, 유량 등의 변수를 읽어오기 위해 아날로그 신호를 사용합니다. 아날로그 신호는 연속적인 값으로 변하며, PLC는 이를 디지털 값으로 변환하여 처리합니다.
  • A/D 및 D/A 변환기: 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 A/D 변환기와 디지털 신호를 아날로그로 변환하는 D/A 변환기의 원리를 이해하는 것이 중요합니다.

3. 통신 프로토콜

  • Modbus: 산업 자동화에서 널리 사용되는 프로토콜로, PLC와 다양한 장치 간의 통신에 사용됩니다. Modbus는 RS-232, RS-485 등의 직렬 통신을 통해 데이터를 주고받습니다.
  • Ethernet/IP: 이더넷을 기반으로 한 산업용 프로토콜로, 높은 속도와 신뢰성을 제공합니다. PLC와 네트워크 장치 간의 통신에 사용됩니다.
  • Profibus/Profinet: Siemens가 개발한 프로토콜로, PLC와 필드 장치 간의 통신에 널리 사용됩니다. Profibus는 직렬 통신을, Profinet은 이더넷을 기반으로 합니다.
  • CANopen: CAN 버스를 기반으로 한 통신 프로토콜로, PLC와 모터 컨트롤러, 센서 등의 통신에 사용됩니다.

4. 시간 동기화 및 실시간 제어

  • 실시간 운영 체제(RTOS): PLC는 실시간으로 데이터를 처리해야 하기 때문에, 실시간 운영 체제의 원리를 이해하는 것이 중요합니다.
  • 타이밍 및 스케줄링: PLC 프로그램에서 중요한 타이밍과 스케줄링 개념을 이해하여 정확한 시점에 데이터를 처리하고 제어할 수 있도록 합니다.

이 이미지는 비동기 통신에서 데이터 프레임의 구성과 ASCII 코드를 시각적으로 설명한 것입니다. 각 비트의 역할과 위치를 이해하기 위해 이미지를 자세히 분석해 보겠습니다.

이미지 구성 분석

  1. ASCII 테이블:
    • 상단의 테이블은 ASCII 코드 테이블의 일부분을 보여줍니다.
    • 예를 들어, '0'의 ASCII 코드는 48(10진수), 30(16진수), 그리고 이진수로는 0011 0000입니다.
    • '1'의 ASCII 코드는 49(10진수), 31(16진수), 이진수로는 0011 0001입니다.
  2. 비트 시퀀스:
    • 아래의 파형은 비동기 통신에서 데이터를 어떻게 전송하는지를 보여줍니다.
    • 각 비트는 수직 빨간 선으로 구분되어 있으며, 각 비트의 값을 보여줍니다.
  3. 데이터 프레임 구조:
    • Start bit: 데이터 프레임의 시작을 알리는 비트입니다. 항상 논리 0(LOW)로 설정됩니다.
    • Data bits: 실제 데이터 비트입니다. 예시에서는 ASCII 코드 '1' (0011 0001)을 전송하고 있습니다.
      • LSB부터 MSB까지 순차적으로 전송됩니다.
    • Stop bit: 데이터 프레임의 끝을 알리는 비트입니다. 항상 논리 1(HIGH)로 설정됩니다.

데이터 전송 분석

  • 전송되는 데이터:
    • '1'의 ASCII 코드인 0x31 (16진수), 0011 0001 (이진수)를 전송하고 있습니다.
    • 데이터 비트 순서: 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0 (LSB부터 MSB 순서)
  • 시각적 파형 설명:
    • 시작 비트는 LOW (0)입니다.
    • 데이터 비트는 순차적으로 전송됩니다: 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0.
    • 마지막으로 스탑 비트는 HIGH (1)입니다.

요약

이 이미지는 비동기 통신에서 ASCII 코드 데이터를 전송하는 과정을 설명합니다. '1'이라는 문자의 ASCII 코드를 이진수로 변환한 후, 비동기 통신 방식에 따라 스타트 비트, 데이터 비트, 스탑 비트를 순서대로 전송하는 과정을 시각적으로 보여줍니다. 각 비트의 역할과 데이터 프레임의 구조를 이해하는 데 매우 유용한 예시입니다.

 

칩에서의 비동기 직렬 통신

  1. 칩의 역할:
    • 이 칩은 데이터를 비동기 직렬 방식으로 전송하는 기능을 수행합니다. 이는 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 칩일 가능성이 높습니다.
    • UART는 컴퓨터와 주변 장치 간의 직렬 통신을 처리하는 데 사용되며, 데이터 프레임을 구성하여 전송합니다.
  2. 데이터 프레임 구성:
    • 비동기 직렬 통신에서는 데이터 프레임이 스타트 비트, 데이터 비트, (선택적으로 패리티 비트), 그리고 스탑 비트로 구성됩니다.
    • 스타트 비트는 항상 논리 0으로 설정되어 데이터 프레임의 시작을 알립니다.
    • 데이터 비트는 실제 전송할 데이터를 포함하며, LSB(Least Significant Bit)부터 MSB(Most Significant Bit)까지 순서대로 전송됩니다.
    • 스탑 비트는 논리 1로 설정되어 데이터 프레임의 끝을 알립니다.
  3. 파형 분석:
    • 이미지는 실제 신호 파형을 보여주며, 데이터 비트가 전송되는 과정을 시각적으로 나타냅니다.
    • 예시에서 '1'이라는 ASCII 문자가 전송됩니다. 이 문자의 이진 코드는 0011 0001입니다.
    • 파형에서 스타트 비트(0), 데이터 비트(1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0), 그리고 스탑 비트(1)로 구성된 시퀀스를 볼 수 있습니다.
  4. 칩 내부 동작:
    • 칩 내부에서는 클럭 신호를 사용하여 각 비트를 정확한 타이밍에 따라 전송합니다.
    • 수신 측에서는 스타트 비트를 감지하여 데이터 수신을 시작하고, 클럭 신호에 따라 데이터 비트를 읽어들입니다.
    • 스탑 비트를 감지하면 데이터 프레임이 완전히 수신되었음을 확인합니다.

요약

이 이미지는 칩(아마도 UART)이 비동기 직렬 통신을 통해 ASCII 데이터를 어떻게 전송하는지 설명하고 있습니다. 칩은 스타트 비트로 프레임의 시작을 알리고, 데이터 비트를 순차적으로 전송하며, 스탑 비트로 프레임의 끝을 알립니다. 이는 직렬 통신의 기본 원리를 이해하는 데 중요한 요소입니다.

 

RS232 통신

장점:

  1. 간단한 설치 및 사용:
    • 단순한 포트 구성과 적은 수의 신호선으로 쉽게 설정할 수 있습니다.
    • 컴퓨터와 주변 장치 간의 직렬 통신에 많이 사용됩니다.
  2. 표준화된 규격:
    • 오랫동안 표준화된 규격으로 다양한 장치에서 지원합니다.
    • 널리 사용되는 표준으로 상호 호환성이 높습니다.
  3. 비용 효율성:
    • 짧은 거리 통신에 적합하며, 관련 장비와 케이블이 저렴합니다.

단점:

  1. 짧은 통신 거리:
    • 최대 통신 거리가 약 15미터로 제한됩니다.
    • 장거리 통신에는 부적합합니다.
  2. 노이즈 저항성 부족:
    • 단일 종단 신호 방식으로 인해 전기적 노이즈에 민감합니다.
    • GND 불안정성에 의해 통신 오류가 발생할 수 있습니다.
  3. 속도 제한:
    • 통신 속도가 상대적으로 낮습니다. (최대 약 20kbps)

많이 사용된 예시:

  • 컴퓨터와 모뎀 간 통신: 초기 인터넷 접속을 위한 모뎀 통신에 사용됨.
  • 산업용 장치: 다양한 테스트 장비, POS 시스템, 스캐너, 프린터 등에서 사용됨.
  • 임베디드 시스템: 마이크로컨트롤러와 주변 장치 간의 간단한 데이터 전송.

RS485 통신

장점:

  1. 장거리 통신:
    • 최대 1.2km까지의 긴 거리에서도 안정적인 통신을 지원합니다.
    • 공장 자동화, 빌딩 자동화 등에서 유리합니다.
  2. 노이즈 저항성:
    • 차동 신호 전송 방식으로 외부 노이즈에 강합니다.
    • 노이즈가 양쪽 신호선에 동등하게 영향을 주어 신호의 차이로 데이터를 구분합니다.
  3. 멀티드롭 네트워크:
    • 한 선로에 여러 장치를 연결할 수 있어 다지점 통신이 가능합니다.
    • 최대 32개의 드라이버와 수신기를 지원합니다.
  4. 높은 데이터 전송 속도:
    • 최대 35Mbps의 높은 데이터 전송 속도를 지원합니다.

단점:

  1. 설정 복잡성:
    • RS232에 비해 설정과 배선이 더 복잡합니다.
    • 적절한 종단 저항과 네트워크 토폴로지 설계가 필요합니다.
  2. 비용:
    • 긴 거리와 멀티드롭 네트워크를 지원하기 위해 더 높은 비용이 소요될 수 있습니다.

많이 사용된 예시:

  • 공장 자동화 시스템: PLC와 센서, 액추에이터 간의 통신.
  • 빌딩 관리 시스템: HVAC, 조명 제어 등에서 사용.
  • 자동화 기기: 엘리베이터 제어 시스템, 에너지 관리 시스템 등.
  • 네트워크 기기: 네트워크 허브, 라우터 등의 관리 인터페이스.

요약

RS232와 RS485는 각기 다른 통신 환경에서 사용됩니다. RS232는 단거리, 저속 통신에 적합하며 설치와 사용이 간단합니다. 반면, RS485는 장거리, 고속 통신이 가능하고 노이즈 저항성이 높아 산업 자동화와 같은 복잡한 환경에서 유리합니다. 두 프로토콜 모두 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

RS422와 RS485는 둘 다 산업용 통신 표준으로, 장거리 통신과 노이즈 저항성을 위해 설계된 프로토콜입니다. 각각의 장단점과 특징, 많이 사용되는 분야를 살펴보겠습니다.

RS422

특징:

  • 차동 신호: RS422는 차동 신호를 사용하여 데이터 전송을 합니다. 이는 두 신호선 간의 전압 차이를 이용해 데이터를 전송하여 노이즈 저항성을 높입니다.
  • 단방향 통신: RS422는 단방향(싱글 드롭) 통신을 지원합니다. 한 송신기에서 여러 수신기로 데이터를 보낼 수 있지만, 수신기에서 송신기로 데이터 전송은 불가능합니다.
  • 속도와 거리: 최대 10Mbps의 속도로 1.2km까지 전송할 수 있습니다.

장점:

  • 노이즈 저항성: 차동 신호 사용으로 인해 외부 노이즈에 강합니다.
  • 장거리 통신: 1.2km까지 데이터 전송이 가능합니다.
  • 여러 수신기: 하나의 송신기에서 최대 10개의 수신기로 데이터를 전송할 수 있습니다.

단점:

  • 단방향 통신: 양방향 통신이 불가능하여 제한된 응용 분야에 적합합니다.
  • 네트워크 구성 제한: RS422는 멀티드롭 네트워크 구성이 불가능하여 확장성이 낮습니다.

사용 사례:

  • 공장 자동화: PLC와 센서 간의 데이터 전송.
  • 의료 장비: 안정적인 장거리 데이터 전송이 필요한 의료 기기.
  • 군사 통신: 노이즈 저항성과 장거리 통신이 필요한 군사 장비.

RS485

특징:

  • 차동 신호: RS485도 RS422처럼 차동 신호를 사용하여 데이터 전송을 합니다.
  • 반이중 통신: 양방향 통신을 지원하며, 한 번에 한 방향으로만 데이터 전송이 가능합니다.
  • 멀티드롭 네트워크: 최대 32개의 드라이버와 수신기를 하나의 네트워크에서 사용할 수 있습니다.
  • 속도와 거리: 최대 35Mbps의 속도로 1.2km까지 전송할 수 있습니다.

장점:

  • 노이즈 저항성: 차동 신호 사용으로 인해 외부 노이즈에 강합니다.
  • 장거리 통신: 1.2km까지 데이터 전송이 가능합니다.
  • 멀티드롭 네트워크: 하나의 네트워크에 여러 장치를 연결할 수 있어 확장성이 높습니다.
  • 양방향 통신: 양방향 데이터 전송이 가능하여 다양한 응용 분야에 적합합니다.

단점:

  • 설정 복잡성: RS485 네트워크 설정이 RS232나 RS422에 비해 복잡합니다.
  • 비용: 더 높은 비용이 발생할 수 있습니다.

사용 사례:

  • 공장 자동화: PLC와 다양한 센서 및 액추에이터 간의 데이터 통신.
  • 빌딩 자동화: HVAC 시스템, 조명 제어 시스템 등.
  • 에너지 관리 시스템: 전력망 관리, 스마트 미터링.
  • 교통 시스템: 신호등 제어, 차량 통행 관리.

비교

특징 RS422 RS485

차동 신호 예 예
최대 드라이버 수 1 32
최대 수신기 수 10 32
작동 모드 단방향 반이중
네트워크 토폴로지 1:10 (싱글 드롭) 멀티드롭
최대 거리 1.2km 1.2km
최대 속도 10Mbps 35Mbps
노이즈 저항성 높음 높음
설정 복잡성 중간 높음
비용 중간 높음

요약

RS422는 단방향 통신으로 여러 수신기를 연결할 수 있는 장거리 통신 표준이며, RS485는 양방향 통신과 멀티드롭 네트워크를 지원하여 더 많은 장치와의 통신이 가능합니다. 두 표준 모두 노이즈 저항성과 장거리 통신에 강점을 가지고 있어, 다양한 산업용 응용 분야에서 사용됩니다. RS485는 확장성과 유연성에서 더 많은 이점을 제공하지만, 설정과 비용 측면에서 더 복잡하고 비쌉니다.

반이중(Half Duplex) 통신은 양방향 통신이 가능하지만 한 번에 한 방향으로만 데이터 전송이 이루어지는 통신 방식입니다. 반이중 통신은 RS422와 RS485에서 사용되며, 특히 RS485에서 널리 사용됩니다. 반이중 통신의 장단점과 특징, 그리고 많이 사용되는 예시를 설명하겠습니다.

반이중 통신의 장점

  1. 노이즈 저항성:
    • 차동 신호를 사용하여 데이터 전송 시 노이즈에 강합니다. 이는 외부 전기적 간섭에 덜 민감하게 만듭니다.
  2. 장거리 통신:
    • 긴 거리에서도 신뢰성 있는 통신이 가능합니다. 예를 들어, RS485는 최대 1.2km까지 데이터를 전송할 수 있습니다.
  3. 단순한 하드웨어:
    • 양방향 통신을 지원하지만 한 번에 하나의 방향만 통신하므로, 전이중(Full Duplex)보다 하드웨어가 간단하고 비용이 낮습니다.
  4. 효율적인 네트워크 구성:
    • 반이중 통신은 다수의 장치가 동일한 버스에 연결될 수 있는 멀티드롭 네트워크 구성을 지원합니다. 이는 네트워크 확장성을 높이고 배선 비용을 줄이는 데 유리합니다.

반이중 통신의 단점

  1. 데이터 충돌:
    • 양방향 통신을 지원하지만, 동시에 송신하려고 하면 데이터 충돌이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 충돌 회피 및 감지 메커니즘이 필요합니다.
  2. 전송 지연:
    • 통신 방향을 전환할 때마다 약간의 전송 지연이 발생할 수 있습니다. 이는 실시간 통신에 영향을 줄 수 있습니다.
  3. 프로토콜 복잡성:
    • 반이중 통신에서는 데이터 전송 방향을 제어하는 프로토콜이 필요합니다. 이는 전이중 통신보다 복잡한 프로토콜 설계가 요구됩니다.

많이 사용되는 예시

  1. 산업 자동화:
    • PLC 네트워크: PLC(Programmable Logic Controller)와 여러 센서, 액추에이터 간의 통신에서 RS485 반이중 통신이 널리 사용됩니다.
    • SCADA 시스템: 원격 모니터링 및 제어 시스템에서 다양한 기기와의 통신에 사용됩니다.
  2. 빌딩 자동화:
    • HVAC 시스템: 난방, 환기, 에어컨 시스템의 센서와 제어 장치 간의 통신에 사용됩니다.
    • 조명 제어: 건물 내 조명 시스템의 제어 및 상태 모니터링에 사용됩니다.
  3. 에너지 관리:
    • 스마트 미터링: 전력, 가스, 물 등의 스마트 미터와 중앙 관리 시스템 간의 데이터 전송에 사용됩니다.
  4. 교통 시스템:
    • 신호등 제어: 교통 신호등 간의 통신 및 제어 시스템에서 반이중 통신이 사용됩니다.
    • 주차 관리 시스템: 주차장의 상태 모니터링 및 관리 시스템에서 사용됩니다.

요약

반이중 통신은 양방향 데이터 전송을 지원하면서도 한 번에 한 방향으로만 데이터를 전송하는 방식입니다. 이는 RS422 및 RS485 통신 표준에서 널리 사용되며, 노이즈 저항성과 장거리 통신에 강점이 있습니다. 반이중 통신은 간단한 하드웨어와 효율적인 네트워크 구성을 제공하지만, 데이터 충돌 및 전송 지연과 같은 단점을 가지고 있습니다. 이러한 특성 때문에 반이중 통신은 산업 자동화, 빌딩 자동화, 에너지 관리, 교통 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.

Modbus는 산업 자동화 시스템에서 널리 사용되는 통신 프로토콜입니다. 주로 PLC(Programmable Logic Controller)와 센서, 액추에이터 등 다양한 장치 간의 통신을 위해 설계되었습니다. Modbus는 단순하고 신뢰성 있는 데이터 전송을 위해 만들어졌으며, 여러 버전이 존재하지만, Modbus RTU와 Modbus TCP가 가장 일반적으로 사용됩니다.

Modbus의 개념

  1. 프로토콜:
    • Modbus는 마스터-슬레이브 구조의 통신 프로토콜입니다. 마스터 장치가 통신을 시작하고 슬레이브 장치가 응답합니다.
    • 주로 RS232, RS485 같은 직렬 통신이나 TCP/IP 네트워크를 통해 데이터 전송이 이루어집니다.
  2. 데이터 모델:
    • Modbus는 레지스터, 코일, 입력 레지스터, 디스크리트 입력 등의 데이터 모델을 사용하여 데이터를 구조화합니다.
    • 각각의 데이터 모델은 특정 타입의 데이터를 저장하고 전송하는 데 사용됩니다.

Modbus의 메커니즘

  1. 통신 프레임:
    • Modbus 프레임은 통신의 기본 단위입니다. 프레임은 주소 필드, 함수 코드, 데이터, 오류 검출 코드(주로 CRC)로 구성됩니다.
    • 주소 필드: 슬레이브 장치의 주소를 나타냅니다. 마스터는 이 주소를 사용하여 특정 슬레이브와 통신합니다.
    • 함수 코드: 수행할 작업을 정의합니다. 예를 들어, 데이터를 읽거나 쓰는 명령을 나타냅니다.
    • 데이터 필드: 실제 데이터 또는 명령의 파라미터를 포함합니다.
    • 오류 검출 코드: 데이터 전송 중 오류를 검출하기 위한 코드입니다. CRC(Cyclic Redundancy Check)나 LRC(Longitudinal Redundancy Check)를 사용합니다.
  2. Modbus RTU:
    • Modbus RTU (Remote Terminal Unit)는 이진 데이터를 사용하며, RS232, RS485와 같은 직렬 통신 방식으로 데이터를 전송합니다.
    • 각 바이트는 8비트로 전송되며, 각 프레임은 최소한의 오버헤드로 효율적인 데이터 전송을 제공합니다.
    • 프레임 간 간격이 중요한 타이밍 요소로 사용됩니다. 일정 시간(보통 3.5문자 시간) 동안의 정적 상태는 프레임의 끝을 나타냅니다.
  3. Modbus TCP:
    • Modbus TCP는 Modbus 프로토콜을 이더넷(TCP/IP) 네트워크에서 사용하도록 확장한 버전입니다.
    • 각 Modbus 메시지는 TCP/IP 패킷에 포함되어 전송됩니다.
    • 주소 필드가 IP 주소로 대체되고, 포트 번호 502를 사용하여 Modbus 통신을 관리합니다.
  4. 마스터-슬레이브 구조:
    • 마스터 장치가 통신을 제어하며, 슬레이브 장치는 마스터의 요청에 응답합니다.
    • 한 번에 하나의 마스터만 통신을 시작할 수 있으며, 여러 슬레이브가 존재할 수 있습니다.
    • 마스터는 슬레이브의 특정 주소에 명령을 보내고, 해당 슬레이브는 명령에 따라 데이터를 전송하거나 동작을 수행합니다.

Modbus의 주요 기능 코드

  1. Read Coils (0x01):
    • 디지털 출력 상태(코일)를 읽습니다.
  2. Read Discrete Inputs (0x02):
    • 디지털 입력 상태를 읽습니다.
  3. Read Holding Registers (0x03):
    • 아날로그 출력 값을 읽습니다.
  4. Read Input Registers (0x04):
    • 아날로그 입력 값을 읽습니다.
  5. Write Single Coil (0x05):
    • 하나의 디지털 출력 값을 설정합니다.
  6. Write Single Register (0x06):
    • 하나의 아날로그 출력 값을 설정합니다.
  7. Write Multiple Coils (0x0F):
    • 여러 개의 디지털 출력 값을 설정합니다.
  8. Write Multiple Registers (0x10):
    • 여러 개의 아날로그 출력 값을 설정합니다.

많이 사용되는 예시

  1. 공장 자동화:
    • PLC와 다양한 센서 및 액추에이터 간의 데이터 통신.
    • 생산 라인의 모니터링 및 제어 시스템.
  2. 빌딩 자동화:
    • HVAC 시스템, 조명 제어 시스템, 엘리베이터 제어 등.
    • 에너지 관리 시스템.
  3. 에너지 관리:
    • 스마트 그리드, 변전소 자동화, 스마트 미터링.
  4. 교통 시스템:
    • 신호등 제어, 차량 통행 관리, 주차 관리 시스템.

요약

Modbus는 산업 자동화 시스템에서 널리 사용되는 통신 프로토콜로, 마스터-슬레이브 구조를 기반으로 하여 데이터를 교환합니다. Modbus RTU와 Modbus TCP는 각각 직렬 통신과 이더넷 통신을 지원하며, 다양한 기능 코드를 통해 디지털 및 아날로그 데이터를 읽고 쓸 수 있습니다. Modbus는 공장 자동화, 빌딩 자동화, 에너지 관리, 교통 시스템 등 여러 분야에서 활용됩니다.

마스터-슬레이브 개념

마스터-슬레이브 구조는 네트워크 통신에서 하나의 마스터 장치가 네트워크 통신을 제어하고, 여러 슬레이브 장치가 마스터의 명령에 응답하는 방식입니다. 이 구조는 데이터 흐름의 제어와 네트워크 관리의 단순성을 제공하여 많은 산업 환경에서 널리 사용됩니다.

마스터 (Master)

마스터는 네트워크 통신의 주체로서, 다음과 같은 주요 기능을 수행합니다:

  1. 통신 제어:
    • 네트워크에서 발생하는 모든 통신을 제어합니다. 마스터는 통신 세션을 시작하고, 슬레이브 장치에게 데이터를 요청하거나 명령을 보냅니다.
    • 슬레이브 장치는 마스터가 명령을 보낼 때까지 대기 상태를 유지합니다.
  2. 데이터 요청 및 명령 전송:
    • 마스터는 슬레이브 장치로부터 데이터를 읽거나, 특정 작업을 수행하도록 명령을 보냅니다.
    • 예를 들어, 마스터는 센서의 데이터를 읽거나, 액추에이터를 작동시키는 명령을 보낼 수 있습니다.
  3. 에러 핸들링:
    • 마스터는 통신 오류를 감지하고, 필요한 경우 재시도 또는 오류 처리 절차를 수행합니다.

예시:

  • PLC (Programmable Logic Controller): 산업 자동화 시스템에서 여러 센서와 액추에이터를 제어하는 마스터 장치.
  • 컴퓨터: 네트워크에서 데이터를 요청하거나 명령을 보내는 주체.

슬레이브 (Slave)

슬레이브는 마스터의 명령에 따라 동작하는 장치로, 다음과 같은 주요 기능을 수행합니다:

  1. 명령 대기 및 응답:
    • 슬레이브는 항상 마스터의 명령을 대기하고 있으며, 명령을 수신하면 즉시 응답합니다.
    • 명령에는 데이터 요청이나 특정 작업 수행 지시가 포함될 수 있습니다.
  2. 데이터 전송:
    • 마스터의 요청에 따라 슬레이브는 자신의 데이터를 마스터에게 전송합니다.
    • 예를 들어, 센서 슬레이브는 측정 데이터를 마스터에게 전송할 수 있습니다.
  3. 작업 수행:
    • 마스터의 명령에 따라 특정 작업을 수행합니다. 예를 들어, 액추에이터 슬레이브는 마스터의 명령에 따라 움직입니다.

예시:

  • 센서: 측정 데이터를 제공하는 장치.
  • 액추에이터: 물리적 동작을 수행하는 장치(예: 모터, 밸브).

마스터-슬레이브 구조의 동작 예시

  1. 통신 시작:
    • 마스터는 슬레이브 1에게 온도 데이터를 요청합니다.
    • "슬레이브 1, 현재 온도를 보내주세요."
  2. 슬레이브 응답:
    • 슬레이브 1은 온도 데이터를 측정하여 마스터에게 전송합니다.
    • "현재 온도는 25°C입니다."
  3. 명령 전송:
    • 마스터는 슬레이브 2에게 액추에이터를 작동시키도록 명령합니다.
    • "슬레이브 2, 밸브를 열어주세요."
  4. 작업 수행:
    • 슬레이브 2는 밸브를 열고, 작업 완료를 마스터에게 알립니다.
    • "밸브를 열었습니다."

마스터-슬레이브 구조의 장단점

장점:

  1. 단순한 네트워크 관리:
    • 모든 통신이 마스터를 통해 이루어지기 때문에 네트워크 관리가 단순합니다.
    • 중앙 집중식 제어로 인해 데이터 충돌이 줄어들고, 통신이 효율적으로 이루어집니다.
  2. 높은 신뢰성:
    • 슬레이브 장치는 단순히 명령을 대기하고 응답하므로, 통신 오류가 적습니다.
    • 마스터가 네트워크의 모든 통신을 제어하기 때문에 데이터 무결성이 보장됩니다.
  3. 쉬운 프로토콜 구현:
    • 명령-응답 구조로 인해 통신 프로토콜을 구현하기가 쉽습니다.

단점:

  1. 확장성 제한:
    • 마스터 장치의 성능에 따라 네트워크 확장에 제한이 있을 수 있습니다.
    • 많은 슬레이브 장치를 연결하려면 더 강력한 마스터 장치가 필요합니다.
  2. 단일 장애점:
    • 마스터 장치에 문제가 발생하면 전체 네트워크가 영향을 받을 수 있습니다.
    • 마스터 장치의 장애는 네트워크의 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있습니다.
  3. 응답 시간 지연:
    • 모든 통신이 마스터를 통해 이루어지기 때문에 슬레이브 간의 직접 통신이 불가능하며, 응답 시간이 길어질 수 있습니다.

실제 응용 사례

  1. 공장 자동화:
    • PLC 시스템: PLC가 마스터로 작동하여 여러 센서와 액추에이터를 제어합니다.
    • 생산 라인 제어: 마스터가 생산 라인의 각 단계에서 장치를 제어하여 효율적인 생산을 유지합니다.
  2. 빌딩 자동화:
    • HVAC 시스템: 중앙 제어 시스템이 빌딩 내 여러 HVAC 장치를 제어합니다.
    • 조명 제어: 빌딩 관리 시스템(BMS)이 빌딩 내 조명 시스템을 제어하고 모니터링합니다.
  3. 에너지 관리:
    • 스마트 미터링: 중앙 관리 시스템이 여러 스마트 미터와 통신하여 에너지 소비 데이터를 수집하고 관리합니다.
    • 변전소 자동화: 변전소에서 중앙 제어 장치가 각종 전력 장치와 통신하여 전력 분배를 관리합니다.
  4. 교통 시스템:
    • 신호등 제어: 교통 관리 시스템이 도시 내 여러 신호등을 제어하여 교통 흐름을 조절합니다.
    • 주차 관리 시스템: 중앙 서버가 주차장의 상태를 모니터링하고 관리합니다.

마스터-슬레이브 구조는 다양한 산업 응용 분야에서 널리 사용되는 효율적이고 신뢰성 있는 통신 방식입니다. 이 구조는 중앙 집중식 제어와 관리의 단순성을 제공하며, 네트워크의 신뢰성을 높이는 데 기여합니다.

마스터 모듈과 리모트 모듈 간의 접속 및 종단 저항에 대한 회로 다이어그램을 나타내고 있습니다. 이는 산업 자동화 시스템에서 통신 라인을 설정하는 데 중요한 요소입니다. 다음은 이 다이어그램의 주요 요소와 그 의미에 대한 분석입니다.

주요 구성 요소

  1. 마스터 모듈 (QJ61BT11):
    • 중앙 제어 장치로서 네트워크의 통신을 관리하고 제어합니다.
    • 마스터 모듈의 주요 핀: NC (Not Connected), SLD (Shield), DA, DB, FG (Frame Ground), DG (Digital Ground).
  2. 리모트 I/O 모듈:
    • 여러 리모트 모듈이 마스터 모듈과 연결되어 있습니다.
    • 각 리모트 모듈은 입력과 출력을 제어하고 데이터를 마스터 모듈로 전송합니다.
    • 리모트 모듈의 주요 핀: DA, DB, +24V, 24G, SLD, FG.
  3. 종단 저항:
    • 통신 라인의 끝에 위치하여 신호 반사를 방지하고, 신호 무결성을 유지합니다.
    • 다이어그램에서 종단 저항이 마스터 모듈과 마지막 리모트 모듈에 연결되어 있습니다.

연결 및 접지

  1. 통신 라인:
    • CC-Link 전용 케이블을 사용하여 마스터 모듈과 리모트 모듈을 연결합니다.
    • DA와 DB 핀은 데이터 라인으로, 차동 신호를 전송합니다.
    • SLD 핀은 실드선으로, 외부 노이즈를 방지합니다.
    • FG 핀은 프레임 그라운드로, 전기적 잡음을 줄이기 위해 사용됩니다.
  2. 접지:
    • FG는 프레임 그라운드로 접지되어 있으며, 이는 전기적 간섭을 최소화하기 위해 중요합니다.
    • SLD와 FG는 모듈 내부에서 접속되어 있어, 실드선이 전기적 잡음으로부터 보호됩니다.

비고

  • 실드선 연결:
    • CC-Link 전용 케이블의 실드선은 각 모듈의 SLD에 연결합니다.
    • FG는 경유하여 양단을 접지합니다.
    • 이는 전기적 간섭을 줄이고, 신호의 무결성을 유지하기 위한 필수적인 과정입니다.
  • 종단 저항:
    • 다이어그램에서는 종단 저항을 마스터 모듈과 마지막 리모트 모듈에 설치하도록 명시하고 있습니다.
    • 종단 저항은 통신 라인의 끝에서 신호 반사를 방지하여 데이터 통신의 신뢰성을 높입니다.

요약

이 다이어그램은 마스터 모듈과 여러 리모트 모듈 간의 연결 방법과 종단 저항의 설치 방법을 설명합니다. 주요 요소는 다음과 같습니다:

  • 마스터 모듈: 네트워크 통신을 관리하는 중앙 제어 장치.
  • 리모트 모듈: 입력/출력 제어와 데이터 전송을 담당.
  • 통신 라인: CC-Link 전용 케이블을 사용한 DA, DB 데이터 라인.
  • 접지: FG와 SLD를 통한 전기적 간섭 최소화.
  • 종단 저항: 신호 반사를 방지하여 통신의 신뢰성 유지.

이 설정은 산업 자동화 시스템에서 신뢰성 있고 안정적인 데이터 통신을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

종단 저항은 통신 라인의 끝에서 신호 반사를 방지하고 신호 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 종단 저항을 잘못 사용하거나 너무 많이 사용하면 다음과 같은 문제와 위험성이 발생할 수 있습니다.

종단 저항의 역할과 적절한 사용

종단 저항은 통신 라인의 끝에서 임피던스를 맞춰 신호 반사를 최소화합니다. 이는 데이터 전송의 신뢰성을 높이고, 통신 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다.

종단 저항을 남발할 경우 발생할 수 있는 위험성

  1. 신호 감쇠 증가:
    • 너무 많은 종단 저항을 사용하면 통신 라인에서 신호 감쇠가 증가합니다. 이는 신호가 약해져서 수신기에서 신호를 제대로 인식하지 못하게 할 수 있습니다.
    • 예를 들어, RS485 통신에서 두 끝단에 각각 종단 저항을 설치하는 것이 표준이지만, 중간에 불필요하게 종단 저항을 추가하면 신호가 약해질 수 있습니다.
  2. 과도한 전력 소모:
    • 종단 저항은 전류를 소모합니다. 너무 많은 종단 저항이 설치되면 불필요한 전력 소모가 발생하여 시스템의 전력 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다.
    • 이는 특히 배터리로 구동되는 시스템에서 문제가 될 수 있습니다.
  3. 신호 왜곡:
    • 불필요한 종단 저항은 신호 왜곡을 일으킬 수 있습니다. 신호 반사를 억제하기 위해 설치된 저항이 오히려 신호의 형태를 왜곡시켜 통신 오류를 유발할 수 있습니다.
    • 이는 데이터 전송 속도와 신뢰성에 부정적인 영향을 미칩니다.
  4. 통신 오류 증가:
    • 종단 저항의 과도한 사용은 전체 통신 시스템의 임피던스를 변화시켜 통신 오류를 증가시킬 수 있습니다.
    • 잘못된 임피던스 매칭은 데이터 프레임의 손실이나 왜곡을 초래할 수 있습니다.

올바른 종단 저항 사용법

  1. 적절한 위치에 설치:
    • 종단 저항은 통신 라인의 양 끝단에만 설치합니다. 예를 들어, RS485 통신에서는 시작점과 끝점에 각각 120옴의 종단 저항을 설치하는 것이 일반적입니다.
  2. 적절한 저항 값 선택:
    • 통신 라인의 특성 임피던스에 맞는 저항 값을 사용해야 합니다. 일반적으로 RS485는 120옴, CAN 버스는 120옴, Ethernet은 50옴의 종단 저항을 사용합니다.
    • 저항 값이 너무 크거나 작으면 신호 반사와 왜곡을 유발할 수 있습니다.
  3. 중간 지점에 저항 설치 금지:
    • 통신 라인의 중간 지점에 종단 저항을 설치하지 않도록 합니다. 이는 임피던스 불일치를 초래하여 통신 품질을 저하시킵니다.

요약

종단 저항은 통신 라인의 신호 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 하지만, 과도하게 사용하거나 잘못된 위치에 설치하면 신호 감쇠, 전력 소모, 신호 왜곡, 통신 오류 등의 문제를 초래할 수 있습니다. 따라서 종단 저항은 통신 라인의 양 끝단에만 적절한 저항 값을 사용하여 설치해야 합니다.

 

Q1: 종단 저항이 신호 무결성에 어떻게 기여하는지 설명할 수 있나요?

  • *종단 저항(Termination Resistor)**는 통신 라인의 끝에 설치되어 신호 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 구체적으로는 다음과 같은 방식으로 기여합니다:
  1. 신호 반사 방지:
    • 통신 라인의 끝에서 신호가 반사될 수 있습니다. 이러한 반사는 원래 신호와 간섭을 일으켜 데이터 오류를 초래합니다.
    • 종단 저항은 통신 라인의 특성 임피던스와 일치하여 반사를 흡수함으로써 신호 반사를 방지합니다.
  2. 임피던스 매칭:
    • 통신 라인은 특정 임피던스를 가지고 설계됩니다. 종단 저항은 이 임피던스와 일치하여 신호 전송 경로의 일관성을 유지합니다.
    • 일치된 임피던스는 신호의 전송 손실을 최소화하고, 신호 왜곡을 방지합니다.
  3. 데이터 신뢰성 향상:
    • 반사가 없는 깨끗한 신호는 데이터 전송의 신뢰성을 높입니다. 이는 오류 없는 데이터 전송을 가능하게 합니다.
    • 결과적으로 통신 속도가 증가하고, 데이터의 무결성이 보장됩니다.

Q2: 마스터 모듈과 리모트 모듈 간의 통신에서 차동 신호를 사용하는 이유는 무엇인가요?

  • *차동 신호(Differential Signaling)**는 두 개의 상반된 신호를 사용하여 데이터를 전송하는 방식입니다. 마스터 모듈과 리모트 모듈 간의 통신에서 차동 신호를 사용하는 주요 이유는 다음과 같습니다:
  1. 노이즈 저항성:
    • 차동 신호는 두 신호선 간의 전압 차이를 사용하여 데이터를 전송합니다. 외부 전기적 노이즈가 발생하면 두 신호선에 동일하게 영향을 미치므로, 수신기에서는 차이를 감지하여 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있습니다.
    • 이는 신호 무결성을 유지하고, 신뢰성 있는 데이터 전송을 가능하게 합니다.
  2. 장거리 통신:
    • 차동 신호는 장거리 통신에 적합합니다. RS485와 같은 프로토콜은 차동 신호를 사용하여 최대 1.2km 거리까지 데이터를 안정적으로 전송할 수 있습니다.
    • 이는 공장 자동화 및 빌딩 관리 시스템 등에서 중요한 요소입니다.
  3. 전송 속도:
    • 차동 신호는 높은 전송 속도를 지원할 수 있습니다. RS485는 최대 35Mbps의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다.
    • 이는 빠른 데이터 통신이 필요한 응용 분야에서 유리합니다.
  4. 전력 효율성:
    • 차동 신호는 전력 소모가 적습니다. 두 신호선의 전압 차이만을 사용하여 데이터를 전송하므로, 낮은 전력으로도 안정적인 신호 전송이 가능합니다.

Q3: CC-Link 통신 시스템의 장점과 다른 산업용 통신 프로토콜과의 비교를 설명해 줄 수 있나요?

  • *CC-Link (Control & Communication Link)**는 산업 자동화에서 널리 사용되는 통신 프로토콜로, PLC와 다양한 장치 간의 실시간 통신을 지원합니다. CC-Link의 주요 장점과 다른 산업용 통신 프로토콜과의 비교는 다음과 같습니다:

CC-Link의 장점:

  1. 고속 데이터 통신:
    • 최대 10Mbps의 통신 속도를 지원하여 실시간 제어 및 모니터링에 적합합니다.
  2. 간단한 네트워크 구성:
    • 하나의 네트워크에서 최대 64개의 장치를 연결할 수 있습니다. 이는 네트워크 구성을 단순화하고, 확장성을 높입니다.
  3. 높은 신뢰성:
    • 안정적인 데이터 통신을 위해 CRC 오류 검출 및 수정 메커니즘을 사용합니다. 이는 데이터 전송의 신뢰성을 보장합니다.
  4. 광범위한 호환성:
    • 다양한 제조업체의 장치와 호환되며, 산업 표준으로 널리 사용됩니다.
  5. 모듈 간의 자유로운 배치:
    • 네트워크 구성에 유연성을 제공하여, 다양한 배치와 설치 환경에 쉽게 적응할 수 있습니다.

CC-Link vs. 다른 산업용 통신 프로토콜:

  1. Modbus:
    • 속도: Modbus RTU는 최대 115.2kbps, Modbus TCP는 이더넷 속도에 따릅니다. CC-Link는 최대 10Mbps로 더 빠릅니다.
    • 구조: Modbus는 마스터-슬레이브 구조를 사용하며, CC-Link는 네트워크상의 모든 장치가 동등하게 통신할 수 있습니다.
    • 적용 범위: Modbus는 간단한 통신 요구에 적합하며, CC-Link는 고속, 대용량 데이터 통신에 적합합니다.
  2. PROFIBUS:
    • 속도: PROFIBUS DP는 최대 12Mbps, PA는 31.25kbps를 지원합니다. CC-Link와 유사한 속도를 제공합니다.
    • 호환성: PROFIBUS는 다양한 산업용 장비와 널리 호환되며, CC-Link도 높은 호환성을 가집니다.
    • 사용 용도: PROFIBUS는 공장 자동화와 공정 제어에 많이 사용되며, CC-Link는 특히 일본 및 아시아 지역의 제조업체들 사이에서 널리 사용됩니다.
  3. EtherCAT:
    • 속도: EtherCAT은 매우 높은 속도(최대 100Mbps)를 지원합니다. 이는 CC-Link보다 빠릅니다.
    • 실시간 성능: EtherCAT은 매우 짧은 사이클 타임을 제공하여 실시간 제어에 매우 적합합니다.
    • 복잡성: EtherCAT은 설치와 설정이 다소 복잡할 수 있으며, CC-Link는 상대적으로 간단합니다.

결론: CC-Link는 고속 데이터 통신, 높은 신뢰성, 광범위한 호환성을 제공하는 산업용 통신 프로토콜로, 다양한 자동화 시스템에서 널리 사용됩니다. Modbus, PROFIBUS, EtherCAT 등 다른 프로토콜과 비교할 때, 각각의 장단점이 있으며, 특정 응용 분야에 따라 적합한 프로토콜을 선택하는 것이 중요합니다.

 

실제 래더 구현

HMI 구현화면

 

 

 

cc링크 배선연결

디지털을 아날로그로 아날로그를 디지털 신호로 바꾼후 출력하는 테스트를 해보았다

실제 출력화면이다
gx works에서 지정메모리번지수나 디바이스에 맞춰서 모의의 값을 넣어줬다

 

 

해당 모듈을 통해 cc링크 출련단자 부분이 연결되어 있었다

다양한 예제들을 진행해보았다

hmi의 경우 표를 좀 더 동적인 형태로 구현해보는 시간을 가졌다

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