이더넷-APL은 PROCESS계장표준으로 세계 전문 표준개발기구 4곳과 12개의 국제 자동화 메이커에서 합의하여 IEC/IEEE 등의 국제표준기관에서 공인된 새로 나온 신기술이므로, 자세한 설명과 해설이 필요하고 이 기술의 핵심 요체를 설명하는데 자세한 안내가 필요하므로 ‘이더넷-APL 길라잡이’라는 이름을 붙여 10~12회 정도로 내용을 안내 하고자 작명을 했다. 이번 호는 지난 회에 이어 APL 네트워크의 계획 과정을 소개한다.

 

APL 네트워크의 계획 과정

 

이 섹션에서는 이더넷 APL 시스템의 계획 과정을 안내한다. 이 장의 대상은 APL 네트워크의 계획 과정에 참여하는 개인이 중요하다. 그림 1은 이 절에서 설명한 APL 계획 프로세스와 주요 계획 단계에 대한 개요이다.

 

 

1. 장치의 선택

이 문서는 그림 2에 표시된 APL 샘플 애플리케이션을 사용한다. 응용 프로그램은 서로 다른 위치에 있으며 거리가 더 긴 두 개의 발전소 영역으로 구성되어 있다고 가정해 본다. 각 발전소 영역에서 파이프 내 가스 흐름이 제어되어야 한다. 위치측정기와 유량계가 있는 제어밸브를 사용하여 배관 내 압력을 측정해야 한다. 또한 두 발전소 영역의 장치는 제어 및 측정 작업을 수행하는 단일 제어기에 연결되어야 한다. 이제 다음 장에서는 그림 2에 표시된 센서와 액추에이터를 연결하기 위해 APL 기반 시스템을 구축하는 프로세스를 안내한다.

 

 

(1) APL 현장기기의 종류

그림 2의 이 계획 예에서 초기 작업을 되돌아보면 APL 필드 장치가 선택되어야 함을 알 수 있다. 이 경우 3가지 다른 필드 장치가 필요하다. 2개의 온도 센서, 2개의 유량 센서 및 2개의 위치 측정기. 이 장에서는 APL 필드 장치를 선택할 때 어떤 특징을 고려해야 하는지 지침을 제공해준다.

 

그림 3은 APL 장치를 선택할 때 준수해야 하는 기준을 요약한 것이다. 완전성을 위해, 인증 연구소의 인증이 필요한 APL 포트 프로파일 사양(APS 2021)에 따라 장치가 APL을 지원할 필요가 있음을 언급해야 한다. 이 사양은 특히 그 전력 특성과 관련하여 상이한 APL 포트의 특성을 설명한다. 다음 단계로 흐름, 온도, 압력과 같이 원하는 애플리케이션에 따라 장치를 선택해야 한다.

 

 

이미 언급한 바와 같이, 일반적으로 APL장치는 네트워크케이블을 통해 전력을 공급받는다. 그럼에도 불구하고, 별도의 전력라인을 통해 보조전력을 필요로 하는 장치가 있다. 이 경우 APL포트 유형은 “전력이 공급”되지만 추가 전력이 장치에 제공된다. “전력이 공급되는” 포트 유형의 경우, APL은 장치의 전력 소비를 지정하는 상이한 포트 클래스를 구분한다. 장치선택 단계의 경우 장치 제조업체가 포트유형 및 포트클래스를 지정하면 충분하다.

 

APL장치는 나사 또는 클램프 단자 M12, 또는 M8과 같은 서로 다른 유형의 연결을 사용한다. 일반적으로 연결기술은 장치에 의해 정의된다. 연결 기술에 대한 추가정보는 이 섹션의 마지막 부분에서 설명코자 한다.

 

폭발 성 분위기가 있는 지역에서의 사용에 따라 장치는 구역 1(클래스 I, 디비전 1), 구역 2(클래스 I, 디비전 2)에 대한 요구사항을 준수해야 한다. 경우에 따라 장치의 일부가 가연성 매체와 영구적으로 접촉하는 경우 Ex Zone 0도 적용된다. 폭발 성 분위기가 없는 지역에서는 이러한 측면을 고려할 필요가 없다. 장치선택 단계에서 선택된 장치가 의도된 구역 또는 클래스/디비전에서의 사용을 지원하는지 확인해야 한다. 또 각각의 인증서가 있어야 한다.

 

장치 선택을 위한 마지막 지점은 지원되는 통신 프로토콜이다. APL은 장치의 물리적 계층만을 기술하므로 위의 산업 이더넷 통신계층(예: EtherNet/IP, HART-IP, OPC UA, PROFINET )은 제어 네트워크에서 사용되는 통신 프로토콜에 따라 선택을 해야 한다.

 

(2) 스위치의 종류

표 1에는 APL 시스템에서 사용할 수 있는 다양한 유형의 스위치가 나열되어 있다. 그림 4는 APL 필드 스위치의 가능한 포트 조합을 보여준다. 다양한 포트 유형의 기능에 대한 정보는 표 4를 참조 바란다.

 

 

 

(3) 기타 APL 구성요소의 추가 유형

지금까지 설명한 구성요소 외에도 추가구성 요소는 APL 네트워크의 일부가 될 수 있다. 표 2는 이러한 구성 요소에 대해 설명한다. APL 세그먼트에서 이러한 장치의 수는 제한된다. 이러한 제한사항은 나중에 다룰 것이다.

 

 

(4) APL 네트워크용 케이블 유형

지원되는 APL 케이블은 PROBIUS PA 및 Foundation Fieldbus H1에 일반적으로 사용되는 100kHz~20MHz 주파수 범위(ASTM D4566-05 또는 이에 준하는 국제 표준에 따라 측정)에서 특성 임피던스가 100Ω ±20%인 균형 잡힌 차폐트위스트 페어 케이블이다. 와이어 직경은 실선 또는 연선이 있는 경우 26AWG(0.14mm²)에서 14AWG(2.5mm²)의 범위에 있다.

 

APL 세그먼트에 대한 참조케이블 유형은 필드버스유형 A 케이블 MAU 유형 1 및 3(IEC 61158-2에 명시됨)이다. 이 케이블은 IEC TS 60079-47에 설명된 바와 같이 본질적으로 안전한 애플리케이션에 대한 요구사항을 충족하며, 비 IS 애플리케이션에도 사용될 수 있다.

 

그림 5는 설명한 케이블의 구조를 보여주고 있으며, 두 개의 신호 배선은 공통의 차폐물과 피복으로 보호되고 있다. 고유하게 안전한 이더넷-APL 케이블 세그먼트를 표시하여 식별해야 한다. 외장이 색상으로만 표시된 경우 선호 색상은 밝은 파란색이어야 한다. 다른 모든 APL 세그먼트에는 하늘색을 제외한 다른 색상의 외장이 있을 수 있다. 폭발적인 분위기가 있는 지역의 설치와 관련된 자세한 정보는 IEC 60079-14와 같은 로컬 설치 지침을 확인 바란다.

 

 

• 설치된 케이블 구조를 기반으로 한 설치(브라운필드 설치) : 이미 설치된 케이블 인프라를 사용하는 경우 데이터 전송 성능이 보장되어야 하며 ISO/IEC 11801-3에 따라 검사를 수행해야 한다. 트렁크(trunk) 케이블의 경우 ISO/IEC 11801-3의 삽입 손실 한계 값을 사용해야 하며, 스퍼(spur)케이블의 경우 ISO/IEC의 삽입손실 한계 값에 0.2의 보정계수를 적용해야 한다. 최대 1,000m 트렁크 케이블 길이와 비교하여 최대 200m 스퍼 케이블 길이를 반영한다.

 

표 3은 APL 케이블 범주 I ~ IV와 트렁크 및 스퍼의 관련 최대 케이블 길이 및 케이블 매개 변수를 정의한다.

 

• APL 시스템에서 사용하기 위해 기존 케이블의 재 인정을 위해 필요한 케이블 파라미터 :

- 참고 1. 표 3의 값은 단일 쌍 및 다중 쌍 케이블에 적용된다.

- 참고 2. 삽입 손실과 반송 손실은 500m의 기준 케이블 길이로 측정해야 한다.

- 참고 3. AC 링크 세그먼트 요건은 또한 TIA SP1-1,000 및 ISO/IEC T1-A-1000 채널 정의를 사용하여 확인할 수 있으며, 이는 IEC 61158 유형 A 필드버스 케이블이 이러한 정의를 준수하는 것을 배제할 수 있다.

- 참고 4. APL 케이블 범주에 따라 최대 케이블 길이는 제한된다. 따라서 더 높은 삽입 손실 케이블을 사용할 수 있으므로 이 표의 모든 요구 사항을 충족하면서도 더 낮은 최대 APL 세그먼트 길이만 지원할 수 있다.

- 참고 5. 짧은 케이블 길이에서 발생하는 여러 부가 신호 반사를 고려한 케이블 리턴 손실 한계 곡선은 IEEE802.3cg 한계 곡선보다 6dB 높다.

- 참고 6. 전력이 공급되는 APL 세그먼트의 경우 지원되는 최대 케이블 길이를 결정하기 위해 추가적으로 케이블에 대한 전압 강하를 고려해야 한다.

 

• IEC 61156-13에 따른 케이블을 사용한 신규 설치

 

 

(5) APL 네트워크 연결 기술

APL 포트 프로파일 사양(APS 2021)에서는 APL 장치에 대한 다음 커넥터를 정의한다.

 

• 나사 또는 스프링 클 램프 단자 / 모듈 식 단자 블록

• M12 커넥터, A 코드 M8 커넥터,

• A 코드(본질안전 회로에 해당하지 않음)

 

커넥터 및 핀 할당에 대한 자세한 설명은 다음 장에서 설명한다. 이 섹션에서는 커넥터 선택에 대해서만 다룬다. APL 장치는 다른 유형의 커넥터를 사용한다.

 

따라서 APL 네트워크를 계획하는 담당자는 케이블 연결선, 리셉터클 또는 커넥터와 같은 연결 하드웨어를 계획해야 한다. 일반적으로 사용되는 APL 장치는 커넥터 유형을 정의한다. 네트워크를 계획하는 담당자는 구성 요소에 의해 정의된 커넥터 유형을 평가하고 그에 따라 연결기술을 계획해야 한다.

 

2. APL 시스템이 가능한 토폴로지

그림 2의 샘플 애플리케이션으로 돌아가서, 두 곳의 총 6개의 기기가 APL을 통해 제어 네트워크에 연결되어야 한다. 발전소의 필요에 따라 현장 스위치를 제어 네트워크에 연결하기 위해 다양한 대안을 사용할 수 있다. 각 대안은 표 4에 따라 고려되어야 하는 특정 이점을 산출한다.

 

 

다음 절에서는 세 가지 대안을 자세히 다룰 것이다. Ex 구역의 위상 영향 또한 다음 절에서 고려한다. 네 가지 대안 모두에서 스퍼에 대한 고려사항은 동일하다. 따라서 이 측면에 대해 먼저 설명을 하려고 한다. <다음 호에 계속>