높은 가용성의 안정적인 자동화 시스템: 힐셔의 PROFINET S2 시스템 이중화

‘시스템 이중화는 왜 필요한가?’ 산업용 네트워크는 산업 분야 및 특정 애플리케이션에 따라 자동화 시스템의 안정성과 가용성에 매우 다른 조건을 요구한다. 이러한 요구 조건들이 많을수록 이중화라는 키워드는 더욱 결정적인 역할을 한다. 즉, 개별 시스템 구성 부품에서 오류가 발생하더라도 기술 시스템은 중단 없이 계속 작동할 수 있도록 하는 동일하거나 유사한 자원에 대한 추가 가용성을 확보한다.

해당 자료에서 일반적인 이중화 메커니즘, 특히 S2 시스템 이중화에 대해 알아야 할 모든 사항과 이를 PROFINET 네트워크에서 구현하기 위한 힐셔의 지원 방법 등을 확인할 수 있다.

PROFINET은 어떤 종류의 이중화 메커니즘을 제공하는가?

S1 이중화:
실제로 PROFINET S1은 특수 이중화 구성이 아니라 기존 PROFINET 표준을 설명한다. 즉 하나의 IO 장치에는 하나의 컨트롤러와 통신 관계를 설정할 수 있는 PROFINET 인터페이스가 있다.

S2 이중화:
S2 이중화를 사용하면 IO 장치에 정확히 하나의 PROFINET 인터페이스가 있지만, 두 개의 중복 IO 컨트롤러와 최대 두 개의 통신 관계를 설정할 수 있다. 데이터는 일반적으로 주 연결을 통해 교환된다. 그러나 이 연결에 오류가 있는 경우 백업 컨트롤러를 통해 데이터 교환이 이루어진다.

R1 이중화:
이 구성에서 IO 장치 하나에 두 개의 PROFINET 인터페이스가 있으며, 각각 컨트롤러에 연결된다. 주 연결에 오류가 발생하면 동일한 인터페이스가 두 번째 컨트롤러로 전환되지는 않지만, IO 장치는 두 번째 인터페이스로 전환된다.

R2 이중화:
R2 시스템 이중화는 S2와 R1 접근 방식의 결합이다. 따라서 IO 장치에는 두 개의 PROFINET 인터페이스가 있으며, 각각 두 개의 중복 컨트롤러와 두 개의 통신 관계를 갖는다. 연결은 시스템 오류 유형에 따라 항상 가능한 가장 빠른 통신 관계를 통해 복원된다.

S2 시스템 이중화: 효율적인 만능 솔루션

S2 시스템 이중화는 두 개의 중복 컨트롤러를 사용해 시스템의 지속적인 운용을 보장하는 제어 수준의 이중화를 의미한다. 컨트롤러 중 하나에 오류가 발생하면 두 번째 컨트롤러가 가동 중단 없이 자동으로 제어를 인계한다. 이는 다음과 같이 원활하고 중단 없는 작동이 핵심인 산업용 애플리케이션에서 특히 중요하다:

· 주요 공정 자동화: 석유 및 가스, 화학, 제약과 같은 산업은 높은 신뢰성과 가용성이 필요하다. PROFINET S2 이중화는 컨트롤러에 오류가 발생할 경우 백업 컨트롤러가 즉시 인계할 수 있도록 한다. 이를 통해 중단 없이 주요 공정의 연속성이 보장된다.
· 고가용성을 요구하는 생산: 자동차 제조나 반도체 제조에 사용되는 고성능 생산 시설의 경우 계획되지 않은 가동 중단은 상당한 손실로 이어질 수 있다. S2 이중화는 오류 발생 시 컨트롤러를 신속히 변경해 원활한 생산 흐름을 유지하는 데 도움이 된다.
· 유틸리티 및 에너지 부문: 발전소, 수처리 시설 및 기타 유틸리티 서비스 분야에서는 지속적인 운용이 매우 중요하다. S2 시스템 이중화는 제어 장치에 오류가 발생하더라도 눈에 띄는 중단 없이 지속적인 운용을 보장한다.

네트워크 세그먼트의 완전한 분리를 가능하게 하는 R 이중화와 비교해, S2 시스템 이중화를 사용하면 상대적으로 간단한 방법으로 이중화 시스템을 구현할 수 있다. 이 경우 장치에는 하나의 네트워크 인터페이스, 즉 통신 컨트롤러 하나만 필요하다. 이를 통해 소형 필드 장치를 추가 하드웨어 없이 고가용성 시스템에 연결할 수 있다. 이러한 유형의 이중화는 이미 공장 자동화의 대부분 애플리케이션 시나리오에 충분하며 공정 자동화의 대규모 부분에도 적용된다. 따라서 S2 시스템 이중화는 이중화 메커니즘 중에서도 가장 효율적인 만능 솔루션이라 할 수 있다.

힐셔의 PROFINET S2 시스템 이중화

힐셔는 PROFINET S2 시스템 이중화에 필요한 장치 애플리케이션용 netX PROFINET 펌웨어를 제공한다. 즉 netX 51, netX 90 및 netX 100 통신 컨트롤러와 이를 기반으로 하는 제품(예: cifX PC 카드 제품군, 또는 netJACK이나 comX 등의 임베디드 모듈)을 네트워크 인터페이스로 사용하는 장치들의 이중화 시스템에 쉽게 통합할 수 있다.

표준 장치의 이중화 대응 장치로의 업그레이드를 통해 기업은 투자 절감 및 다음과 같은 다양한 혜택을 누릴 수 있다:

· 시스템 가용성 증가: 이중화는 컨트롤러 한 대에서 장애가 발생하면 시스템이 자동으로 보조 컨트롤러로 전환되기 때문에 가동 중단 시간을 최소화한다.
· 유지 관리 비용 절감: 시스템이 여전히 작동 중이므로 긴급 유지 관리에 소요되는 비용 및 작업을 줄이기에 서두르지 않고 유지 관리 작업을 수행할 수 있다.
· 신속한 오류 복구: 보조 컨트롤러로의 자동 전환은 신속한 오류 복구를 가능케 한다. 이를 통해 생산성 증대 및 가동 중단 시간의 감소가 가능하다.
· 안전성 및 신뢰성 향상: 시스템 이중화를 사용하면 전체 시스템 장애의 위험이 최소화되며, 이는 특히 안전에 민감한 애플리케이션에서 중요하다.
· 네트워크 요구 사항에 대한 유연한 적응: S2 이중화를 사용하면 네트워크를 특정 요구 사항 및 환경에 유연하게 적응시켜 다양한 산업용 애플리케이션에 대한 맞춤형 솔루션을 제공할 수 있다.

PROFINET S2 시스템 이중화의 사용으로, 기업은 가동 중단 비용의 감소와 효율성의 증가로 이어지는 생산 시스템의 가용성과 안정성을 상당히 향상시킬 수 있다.

힐셔 소개

산업용 통신 분야의 선도적인 솔루션 기업 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 디바이스 제조업체, OEM, 최종 제품 제조업체들을 위해 네트워크 커넥티비티 솔루션을 제공하는 글로벌 기업이다. 1986년에 설립된 힐셔는 세계 각 지역에 진출해 산업용 통신에 주력하고 있으며 자사의 netX 칩 기반 제품 라인으로 모든 필드버스, 실시간 이더넷(Real-Time Ethernet), 산업용 IoT 프로토콜을 지원한다. 힐셔는 고객들이 인더스트리 4.0(Industry 4.0) 및 IoT를 구현할 수 있도록 netIOT 제품군, IoT 지원 자동화 장비를 위한 임베디드 칩 및 인터페이스, 공장 네트워크를 통해 데이터를 수집 및 처리하기 위한 엣지 게이트웨이, 주요 IT 및 클라우드 기반 애플리케이션에 연결성을 제공하기 위한 서비스를 제공한다. netIOT 제품군은 OT를 IT로 연결해 제조 현장의 데이터를 부가가치 정보로 변환시키는 솔루션을 제공한다.

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