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필드버스

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목차

1. 개요

필드버스는 분산 제어 시스템에서 자동화 시스템의 가용성과 신뢰성을 유지하면서 설치 및 유지보수 비용을 절감하기 위해 사용되는 산업용 네트워크 시스템이다. 센서와 액추에이터를 연결하는 데 사용되며, 기존의 2선 케이블과 단순한 구성을 통해 여러 제조업체의 장치를 통합하는 것을 목표로 한다. 필드버스는 daisy-chain, star, ring, branch, tree 형태의 네트워크 토폴로지를 지원하며, RS-232 방식과 4-20mA 통신 방식의 단점을 보완하여 다수의 아날로그 및 디지털 포인트를 동시에 연결할 수 있다. 주요 필드버스 기술로는 Bitbus, Modbus, PROFIBUS, INTERBUS, CAN 등이 있으며, IEC 61158 및 IEC 61784 표준에 의해 표준화된다.

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필드버스
개요
종류산업용 컴퓨터 네트워크 프로토콜 모음
표준IEC 61158 및 IEC 61784 시리즈
용도실시간 분산 제어 시스템
특징센서, 액추에이터, 기타 장치 연결
산업 환경에 적합한 통신 제공
기술
통신 방식일반적으로 직렬 통신 사용
토폴로지선형, 스타, 링, 트리 등 다양한 토폴로지 지원
프로토콜다양한 프로토콜 존재 (CAN 버스, Modbus, Profibus, EtherCAT 등)
표준화
IEC 61158필드버스 사양을 정의하는 국제 표준
IEC 61784통신 프로파일 및 기능 안전을 정의하는 표준
주요 필드버스 프로토콜
종류CAN 버스
ControlNet
EtherCAT
EtherNet/IP
FF (Foundation Fieldbus)
Interbus
Modbus
Profibus
Profinet
SERCOS
응용 분야
산업 자동화공장 자동화, 로봇 제어, 공정 제어 등
빌딩 자동화HVAC 시스템, 조명 제어, 보안 시스템 등
운송자동차, 항공기, 철도 차량 등의 제어 시스템
장점
비용 절감배선 감소, 설치 및 유지보수 비용 절감
성능 향상실시간 통신, 높은 신뢰성
유연성다양한 장치 및 시스템 통합 용이
단점
복잡성시스템 설계 및 구성의 복잡성 증가
상호 운용성서로 다른 프로토콜 간의 상호 운용성 문제 발생 가능
보안사이버 공격에 취약할 수 있음

2. 역사

필드버스는 RS-232나 4-20 mA 통신방식과 같은 기존 통신 방식의 한계를 극복하기 위해 개발되었다. 기존 방식은 각 장치마다 별도의 통신 지점이 필요했지만, 필드버스는 하나의 통신 지점으로 여러 장치를 연결하여 케이블과 설치 비용을 절감한다. 또한 마이크로프로세서를 통해 다수의 포인트를 제공하고, PID 제어와 같은 기능을 지원하여 컨트롤러의 부하를 줄인다.

필드버스는 분산 제어 시스템에서 자동화 시스템의 높은 가용성과 신뢰성을 유지하면서 설치 및 유지보수 비용을 절감하기 위해 개발되었다. 다양한 제조업체의 현장 장치에 대해 2선 케이블과 단순한 구성을 사용하는 것을 목표로 하며, 응용 분야에 따라 센서와 액추에이터의 수는 한 대의 기계에서 수백 개에서 대규모 플랜트 전체에 걸쳐 수천 개까지 다양하다.

2. 1. 필드버스 이전

분산 제어 시스템에서 필드버스를 사용하는 가장 중요한 이유는 자동화 시스템의 높은 가용성과 신뢰성을 유지하면서 설치 및 유지보수 비용을 절감하는 것이다. 목표는 서로 다른 제조업체의 현장 주변 장치에 대해 2선 케이블과 단순한 구성을 사용하는 것이다. 응용 분야에 따라 센서와 액추에이터의 수는 한 대의 기계에서 수백 개에서 대규모 플랜트 전체에 걸쳐 수천 개까지 다양하다. 필드버스의 역사는 이러한 목표에 어떻게 접근했는지 보여준다.

2. 1. 1. 범용 인터페이스 버스 (GPIB)

필드버스의 전신이라고 할 수 있는 기술은 1975년 IEEE 488[3]에 설명된 HP-IB이다. "이것은 GPIB(General Purpose Interface Bus, 범용 인터페이스 버스)로 알려지게 되었고, 자동화 및 산업용 계측기 제어 분야에서 사실상의 표준이 되었다."

GPIB는 여러 제조사의 계측기를 이용한 자동화된 측정 분야에 주로 사용된다. GPIB는 24개의 전선이 있는 케이블과 커넥터를 사용하는 병렬 버스이며, 최대 케이블 길이는 20m로 제한된다.

2. 1. 2. 비트버스 (Bitbus)

인텔 8044가 장착된 Bitbus 컨트롤러 카드


비트버스(Bitbus)는 가장 오래된 필드버스 기술 중 하나이다. 인텔사(Intel Corporation)는 느린 입출력(I/O) 기능을 더 빠른 메모리 접근으로부터 분리하여 산업 시스템에서 멀티버스 시스템의 사용을 향상시키고자 비트버스를 개발했다. 1983년, 인텔은 기존의 8051 마이크로컨트롤러에 필드 버스 펌웨어를 추가해 8044 Bitbus 마이크로컨트롤러를 만들었다. Bitbus는 EIA-485를 물리 계층에서 사용하며, 데이터용 한 쌍과 클럭 및 신호용 다른 한 쌍의 꼬인 쌍선(twisted pair)을 사용한다. SDLC를 데이터 링크 계층에서 사용하면 하나의 세그먼트에 최대 250개의 노드를 연결할 수 있으며, 총 거리는 13.2km이다. Bitbus는 하나의 마스터 노드와 여러 슬레이브를 가지며, 슬레이브는 마스터의 요청에만 응답한다. Bitbus는 네트워크 계층에서 라우팅을 정의하지 않는다. 8044는 비교적 작은 데이터 패킷(13 바이트)만 허용하지만, 효율적인 RAC(원격 액세스 및 제어) 작업 세트와 사용자 정의 RAC 작업을 개발할 수 있는 기능을 내장하고 있다. 1990년, IEEE는 Bitbus를 마이크로컨트롤러 시스템 직렬 제어 버스(IEEE-1118)로 채택했다.[4][5]

오늘날 BITBUS는 BEUG - BITBUS 유럽 사용자 그룹에서 관리하고 있다.[6]

2. 2. 자동화 컴퓨터 네트워크

분산 제어 시스템에서 필드버스를 사용하는 가장 중요한 이유는 자동화 시스템의 높은 가용성과 신뢰성을 유지하면서 설치 및 유지보수 비용을 절감하는 것이다. 목표는 서로 다른 제조업체의 현장 주변 장치에 대해 2선 케이블과 단순한 구성을 사용하는 것이다. 응용 분야에 따라 센서와 액추에이터의 수는 한 대의 기계에서 수백 개에서 대규모 플랜트 전체에 걸쳐 수천 개까지 다양하다.

사무실 네트워크는 상한 전송 지연 시간이 없어 자동화 애플리케이션에 적합하지 않다. 1975년 초에 사무실 연결을 위해 구상된 ARCNET은 토큰 메커니즘을 사용했기 때문에 나중에 산업 분야에서 사용되었다.

제조 자동화 프로토콜(MAP)과 제조 메시지 규격(MMS)에 대한 자세한 내용은 하위 문서를 참고하라.

2. 2. 1. 제조 자동화 프로토콜 (MAP)

제조 자동화 프로토콜(MAP)은 제너럴 모터스(General Motors)가 1984년에 시작한 자동화 기술의 OSI 호환 프로토콜 구현이다.[7] 여러 제조업체에서 지원하는 LAN 표준화 제안이었으며, 주로 공장 자동화에 사용되었다. MAP는 전송 매체로 10Mbit/s IEEE 802.4 토큰 버스를 사용했다.

MAP는 그 범위와 복잡성 때문에 큰 성공을 거두지 못했다. 복잡성을 줄이고 제한된 리소스로 더 빠른 처리를 달성하기 위해 1988년에 향상된 성능 아키텍처(EPA, Enhanced Performance Architecture) MAP가 개발되었다. 이 미니맵(MiniMap)은 개방형 시스템 상호 연결(OSI) 기본 참조 모델의 1, 2, 7계층만 포함한다. 이 단축 경로는 이후의 필드버스 정의에 의해 대체되었다.

MAP의 가장 중요한 성과는 MAP의 응용 계층인 제조 메시지 규격(MMS, Manufacturing Message Specification)이다. MMS는 1986년에 처음 발표된 국제 표준 ISO 9506[8]으로, 네트워크로 연결된 장치 또는 컴퓨터 응용 프로그램 간의 실시간 프로세스 데이터와 감독 제어 정보를 전송하기 위한 응용 프로토콜 및 서비스를 다루고 있다.

2. 2. 2. 제조 메시지 규격 (MMS)

제조 메시지 규격(MMS)은 1986년에 처음 발표된 국제 표준 ISO 9506[8]으로, 네트워크로 연결된 장치 또는 컴퓨터 응용 프로그램 간의 실시간 프로세스 데이터와 감독 제어 정보를 전송하기 위한 응용 프로토콜 및 서비스를 다루고 있다.

프로피버스의 FMS나 CANopen의 SDO와 같은 다른 산업 통신 표준화의 모델이 되었으며, IEC 61850 표준의 전력 유틸리티 자동화와 같은 응용 계층으로도 여전히 사용되고 있다.

2. 3. 제조 자동화 필드버스

필드버스는 실시간 분산 제어를 위한 산업용 컴퓨터 네트워크 시스템으로, 제조 공장의 계측기를 연결하는 데 사용된다. 필드버스는 데이지 체인, 스타, 링, 브랜치, 트리 네트워크 토폴로지 등 다양한 네트워크 구조를 지원한다.

과거에는 컴퓨터 간 연결에 RS-232 (직렬 연결)가 사용되어 두 장치 간의 통신만 가능했다. 이는 현재 사용되는 4–20 mA 통신 방식과 유사하며, 각 장치가 컨트롤러 수준에서 자체 통신 지점을 필요로 했다. 반면 필드버스는 LAN 유형 연결과 유사하여 컨트롤러 수준에서 하나의 통신 지점만으로 여러 개의 아날로그 및 디지털 포인트를 동시에 연결할 수 있다. 이를 통해 케이블 길이와 수를 줄이고, 마이크로프로세서를 통해 장치에서 여러 지점을 제공하며, PID 제어와 같은 제어 방식을 지원하여 컨트롤러의 부하를 줄일 수 있다.

분산 제어 시스템에서 필드버스를 사용하는 주된 목적은 자동화 시스템의 높은 가용성과 신뢰성을 유지하면서 설치 및 유지보수 비용을 절감하는 것이다. 다양한 제조업체의 현장 주변 장치에 대해 2선 케이블과 단순한 구성을 사용하는 것이 목표이다. 응용 분야에 따라 센서와 액추에이터의 수는 한 대의 기계에서 수백 개, 대규모 플랜트에서는 수천 개에 달할 수 있다.

사무실 네트워크는 상한 전송 지연 시간이 없어 자동화 애플리케이션에 적합하지 않았다. 1975년 초에 사무실 연결을 위해 구상된 ARCNET은 토큰 메커니즘을 사용하여 나중에 산업 분야에서 사용되었다.

제조 자동화 프로토콜(MAP)은 1984년 제너럴 모터스(General Motors)가 시작한 자동화 기술의 OSI 호환 프로토콜 구현이었다. MAP는 많은 제조업체에서 지원하는 LAN 표준화 제안이었으며 주로 공장 자동화에 사용되었다. MAP는 전송 매체로 10Mbit/s IEEE 802.4 토큰 버스를 사용했다. MAP는 복잡성으로 인해 큰 성공을 거두지 못했고, 1988년 향상된 성능 아키텍처(EPA, Enhanced Performance Architecture) MAP, 즉 미니맵(MiniMap)[7]이 개발되었다. 미니맵은 개방형 시스템 상호 연결(OSI) 기본 참조 모델의 1, 2, 7계층만 포함하여 복잡성을 줄였다. 이 단축 경로는 이후의 필드버스 정의에 의해 대체되었다. MAP의 가장 중요한 성과는 MAP의 응용 계층인 제조 메시지 사양(MMS, Manufacturing Message Specification)이다. 제조 메시지 규격 (MMS)은 1986년에 처음 발표된 국제 표준 ISO 9506[8]으로, 네트워크로 연결된 장치 또는 컴퓨터 응용 프로그램 간의 실시간 프로세스 데이터와 감독 제어 정보를 전송하기 위한 응용 프로토콜 및 서비스를 다룬다. 프로피버스의 FMS나 CANopen의 SDO와 같은 다른 산업 통신 표준화의 모델이 되었으며, IEC 61850 표준의 전력 유틸리티 자동화와 같은 응용 계층으로 여전히 사용되고 있다.

제조 자동화 분야에서 필드버스는 수백 미터를 넘지 않는 거리에서 몇 비트 또는 바이트만 전송하여 짧은 반응 시간을 지원해야 한다. 대표적인 제조 자동화 필드버스에는 다음이 있다.

2. 3. 1. 모드버스 (MODBUS)

1979년, Modicon(현 슈나이더 일렉트릭)은 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 연결하기 위해 Modbus라 불리는 직렬(시리얼) 버스를 정의했다. 초기 버전의 Modbus는 EIA 485 UART 신호를 사용하는 2선 케이블을 사용했다. 프로토콜 자체는 마스터/슬레이브 프로토콜로 매우 단순하며, 데이터 유형의 수도 당시 PLC에서 이해할 수 있는 수준으로 제한적이었다. 그럼에도 불구하고 Modbus는 (Modbus-TCP 버전을 포함하여) 여전히 가장 많이 사용되는 산업용 네트워크 중 하나이며, 특히 건물 자동화 분야에서 널리 사용된다.

2. 3. 2. 프로피버스 (PROFIBUS)

PROFIBUS는 1987년 독일 정부의 재정 지원을 받은 연구 프로젝트를 통해 '필드버스 메시지 명세'(FMS)를 기반으로 정의되었다.[9] 그러나 실제 적용 결과 현장에서 다루기에는 너무 복잡하다는 것이 드러났다. 1994년 지멘스는 '분산 주변 장치'(DP)라는 이름의 수정된 애플리케이션 계층을 제안했고, 이는 제조업계에서 좋은 호응을 얻었다. 2016년 PROFIBUS는 세계에서 가장 많이 설치된 필드버스 중 하나였으며,[10] 2018년에는 6천만 개의 노드가 설치되었다.[11]

2. 3. 3. 인터버스 (INTERBUS)

피닉스 컨택트는 1987년에 중앙 집중식 컨트롤러에 공간적으로 분산된 입출력을 연결하기 위한 직렬 버스인 인터버스(INTERBUS)를 개발했다.[12] 컨트롤러는 모든 입력 및 출력 데이터를 포함하는 단일 프레임을 물리적 링을 통해 전송한다. 케이블은 접지 신호를 제외하고 발신 프레임용 전선 2개와 반환 프레임용 전선 2개, 총 5개의 전선으로 구성된다. 이 케이블을 이용하여 전체 설치를 트리 토폴로지로 구성할 수 있다.[13]

인터버스는 제조 분야에서 큰 성공을 거두어 현장에 2,290만 개 이상의 장치가 설치되었다. 인터버스는 이더넷 기반 필드버스인 Profinet을 위한 Profinet 기술에 합류했으며, 현재 Profibus Nutzerorganisation e.V.에서 관리하고 있다.[14]

2. 3. 4. CAN (Controller Area Network)

1980년대에 독일 회사인 로버트 보쉬 GmbH는 자동차의 서로 다른 제어 시스템 간의 통신 문제를 해결하기 위해 컨트롤러 영역 네트워크(CAN)를 처음으로 개발했다. CAN의 개념은 모든 장치가 단일 배선 세트로 연결될 수 있으며 연결된 모든 장치가 다른 모든 장치와 자유롭게 데이터를 교환할 수 있다는 것이었다. CAN은 곧 공장 자동화 시장으로 이전되었다.

'''DeviceNet'''은 미국 회사인 앨런-브래들리(현재는 로크웰 오토메이션 소유)와 ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)에 의해 CAN 프로토콜을 기반으로 하는 개방형 필드버스 표준으로 개발되었다. DeviceNet은 유럽 표준 EN 50325에 표준화되어 있다. DeviceNet 표준의 사양 및 유지는 ODVA의 책임이다. ControlNet 및 EtherNet/IP와 마찬가지로 DeviceNet은 CIP 기반 네트워크 제품군에 속한다. CIP (공통 산업 프로토콜)는 이 세 가지 산업 네트워크의 공통 응용 계층을 형성한다. 따라서 DeviceNet, ControlNet 및 Ethernet/IP는 잘 조정되어 관리 수준(EtherNet/IP), 셀 수준(ControlNet) 및 필드 수준(DeviceNet)에 대한 등급별 통신 시스템을 사용자에게 제공한다. DeviceNet은 객체 지향 버스 시스템이며 생산자/소비자 방법에 따라 작동한다. DeviceNet 장치는 클라이언트(마스터) 또는 서버(슬레이브) 또는 둘 다일 수 있다. 클라이언트와 서버는 생산자, 소비자 또는 둘 다일 수 있다.

'''CANopen'''은 CANopen의 사용자 및 제조업체 협회인 CiA(CAN in Automation)에 의해 개발되었으며 2002년 말부터 유럽 표준 EN 50325-4로 표준화되었다. CANopen은 CAN 표준(ISO 11898-2)의 레이어 1 및 2와 핀 할당, 전송 속도 및 응용 계층과 관련한 확장을 사용한다.

2. 4. 공정 자동화 필드버스

프로피버스 PA(공정 자동화)는 공정 엔지니어링 분야에서 측정 및 공정 장비, 액추에이터와 공정 제어 시스템 또는 PLC/DCS 간의 통신에 사용된다. PROFIBUS PA는 공정 자동화에 적합한 물리 계층을 가진 PROFIBUS 버전으로, 필드 기기가 있는 여러 세그먼트(PA 세그먼트)를 커플러를 통해 PROFIBUS DP에 연결할 수 있다. 이 세그먼트의 2선 버스 케이블은 통신뿐만 아니라 참여자의 전원 공급도 담당한다(MBP 전송 기술). PROFIBUS PA의 또 다른 특징은 제조업체 간에 필드 장치의 가장 중요한 기능이 표준화된 "PA 장치"(PA 프로파일)를 통해 제공된다는 점이다.[18]

2. 4. 1. WorldFIP

국제 자동화 협회(ISA)의 SP50으로 수년에 걸쳐 개발된 파운데이션 필드버스는 현재 정유, 석유화학, 발전, 심지어 식품 및 음료, 제약, 원자력 분야와 같은 많은 중공업 공정 응용 분야에서 설치 기반이 증가하고 있다.[16]

2015년 1월 1일부터 필드버스 재단은 새로운 FieldComm Group의 일부가 되었다.[17]

2. 4. 2. 파운데이션 필드버스 (Foundation Fieldbus, FF)

파운데이션 필드버스는 국제 자동화 협회(ISA)의 SP50으로 수년에 걸쳐 개발되었다. 파운데이션 필드버스는 현재 정유, 석유화학, 발전, 심지어 식품 및 음료, 제약, 원자력 분야와 같은 많은 중공업 공정 응용 분야에서 설치 기반이 증가하고 있다.[16] 2015년 1월 1일부터 필드버스 재단은 새로운 FieldComm Group의 일부가 되었다.[17]

2. 4. 3. 프로피버스-PA (PROFIBUS-PA)

프로피버스-PA (PROFIBUS-PA)는 주로 공정 자동화 분야에서 사용되는 필드버스 프로토콜이다. 프로피버스-PA는 센서 및 액추에이터와 같은 현장 장치를 제어 시스템에 연결하는 데 사용되며, 특히 폭발 위험이 있는 환경에서 사용하기에 적합하다.

2. 5. 건물 자동화 필드버스

BACnet은 1987년부터 미국 냉난방 공조 기술자 협회에서 개발 및 유지 관리하고 있는 표준이다. 1995년부터 미국 국가 표준 135, 유럽 표준, 여러 국가의 국가 표준이며, 2003년부터는 ISO 16484 국제 표준이다.[20] 2017년 건물 자동화 시장에서 60%의 시장 점유율을 기록했다.[21]

2. 5. 1. KNX

BACnet 표준은 1987년부터 미국 냉난방 공조 기술자 협회(ASHRAE)에 의해 처음 개발되었으며 현재 유지 관리되고 있다. BACnet은 1995년부터 미국 국가 표준(ANSI) 135, 유럽 표준, 많은 국가의 국가 표준이며, 2003년부터는 국제 표준화 기구(ISO) 16484 국제 표준이다.[20] BACnet은 2017년 건물 자동화 시장에서 60%의 시장 점유율을 가지고 있다.[21]

2. 5. 2. LonWorks

에셜론사에서 개발한 LonWorks 기술은 원래 건물 자동화(예: 조명 및 HVAC)를 위한 네트워킹 솔루션으로 구상되었지만, 다른 많은 산업 분야에서도 제어 애플리케이션에 사용되었다. LonWorks의 주요 초점은 설치 및 유지보수 비용을 줄이는 것이었다. 그 결과, 트위스트 페어, 동축 케이블, 광섬유, 전력선 등 다양한 통신 채널을 지원하는 통신 프로토콜이 탄생했다. 이 프로토콜은 ANSI 표준(ANSI/CEA-709.1-B)으로 승인되었으며, 건물 자동화를 위한 OSI 모델의 모든 7계층을 구현한다. 또한, LonWorks는 BACnet 및 KNX와 같은 다른 건물 자동화 프로토콜과 상호 운용성을 제공한다. 2017년 건물 자동화 시장에서 LonWorks의 시장 점유율은 4%였다.[21]

2. 5. 3. BACnet

미국 냉난방 공조 기술자 협회(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)에서 1987년부터 개발하고 유지 관리하고 있는 표준이다. BACnet은 1995년부터 미국 국가 표준 135, 유럽 표준, 여러 국가의 국가 표준이며, 2003년부터는 ISO 16484 국제 표준이다.[20] 2017년 건물 자동화 시장에서 60%의 시장 점유율을 기록했다.[21]

3. 표준화

필드버스 표준화는 국제전기기술위원회(IEC)에서 주관하며, 여러 표준을 통해 다양한 산업용 통신 프로토콜을 정의하고 있다.

IEC 61158 표준 모음은 구현에 필요한 세부 지침이 부족하여, IEC 61784 필드버스 프로파일이 이를 보완한다. IEC 61784는 통신 프로파일 패밀리(CPF) 개념을 도입하여 다양한 프로토콜을 분류한다. 각 CPF는 고유 번호로 식별되며, 필드버스, 실시간 이더넷(RTE) 솔루션, 설치 규칙, 기능 안전 프로토콜 등 특정 통신 기술의 다양한 측면을 포괄한다.

IEC 61784 표준은 다음과 같이 구성된다.


  • IEC 61784-1: 산업 제어 시스템에서 필드버스 사용과 관련된 연속 및 이산 제조를 위한 프로파일 세트
  • IEC 61784-2: 실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802-3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일
  • IEC 61784-3: 기능 안전 필드버스 – 일반 규칙 및 프로파일 정의
  • IEC 61784-3-n: 기능 안전 필드버스 – CPF n에 대한 추가 사양
  • IEC 61784-5-n: 필드버스 설치 - CPF n용 설치 프로파일


IEC 61784-1은 각국 표준화 기구에서 제안하는 모든 필드버스를 나열하며, 2003년 초판에는 7개의 CPF가 소개되었다. 이후 여러 CPF가 추가되거나 제거되었으며, 2019년 5판은 유지보수 개정판이다.

IEC 61784-2는 실시간 이더넷 프로토콜을 다루며, 2007년 초판 이후 여러 프로토콜이 추가되었다.

각 CPF에 대한 자세한 내용은 하위 섹션에서 확인할 수 있다.

3. 1. IEC 61158: 산업 통신 네트워크 - 필드버스 규격

IEC 61158에 포함된 필드버스 표준 모음은 구현에 적합하지 않아 사용 지침이 필요하다. 이러한 지침은 IEC 61158의 어떤 부분을 기능하는 시스템으로 조립할 수 있는지 보여주며, IEC 61784 필드버스 프로파일로 정리되었다.[25]

IEC 61784 표준은 다음과 같이 나뉜다.

  • IEC 61784-1: 산업 제어 시스템에서 필드버스 사용과 관련된 연속 및 이산 제조를 위한 프로파일 세트
  • IEC 61784-2: 실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802-3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일
  • IEC 61784-3: 기능 안전 필드버스 – 일반 규칙 및 프로파일 정의
  • IEC 61784-3-n: 기능 안전 필드버스 – CPF n에 대한 추가 사양
  • IEC 61784-5-n: 필드버스 설치 - CPF n용 설치 프로파일


IEC 61784-1은 각국 표준화 기구에서 제안하는 모든 필드버스를 나열한다. 2003년 초판에는 7개의 서로 다른 통신 프로파일 패밀리(CPF)가 소개되었다.

  • CPF 1 FOUNDATION 필드버스
  • CPF 2 ControlNet
  • CPF 3 PROFIBUS
  • CPF 4 P-NET
  • CPF 5 WorldFIP
  • CPF 6 INTERBUS
  • CPF 7 SwiftNet


항공기 제작(보잉)에 널리 사용되었던 SwiftNet은 2007년 2판에서 실수로 제거되었다. 동시에 CPF 8 CC-Link, CPF 9 HART 프로토콜 및 CPF 16 SERCOS가 추가되었다. 2014년 4판에서는 CPF 19 MECHATROLINK가 추가되었고, 2019년 5판은 유지보수 개정판이었다.

이 표준에 포함되지 않은 필드버스는 자동화 프로토콜 목록을 참조한다.

현행 2판에서 이더넷을 물리 계층으로 사용하는 필드버스 프로파일이 처음으로 포함되었다.[26] 새롭게 개발된 모든 실시간 이더넷(RTE) 프로토콜은 IEC 61784-2[27]에 ''실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802 3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일''로 컴파일된다. 여기에는 이더넷/IP, 세 가지 버전의 PROFINET IO(클래스 A, B, C) 및 P-NET 솔루션[31], Vnet/IP[28], TCnet[29], EtherCAT, Ethernet POWERLINK, 플랜트 자동화를 위한 이더넷(EPA) 솔루션, 새로운 실시간 발행-구독 MODBUS-RTPS 및 기존 프로파일 MODBUS-TCP를 사용한 MODBUS 솔루션이 있다.

SERCOS 솔루션은 축 제어 분야의 네트워크로 자체 표준인 IEC 61491을 가지고 있었다.[30] 이더넷 기반 솔루션 SERCOS III가 도입되면서 통신 부분은 IEC 61158/61784에, 애플리케이션 부분은 IEC 61800-7에 통합되었다.

2007년 초판에 대한 RTE 목록은 다음과 같다.

  • CPF 2 CIP
  • CPF 3 PROFIBUS 및 PROFINET
  • CPF 4 P-NET[31]
  • CPF 6 INTERBUS
  • CPF 10 Vnet/IP[28]
  • CPF 11 TCnet[29]
  • CPF 12 EtherCAT
  • CPF 13 ETHERNET Powerlink
  • CPF 14 플랜트 자동화를 위한 이더넷(EPA)
  • CPF 15 MODBUS
  • CPF 16 SERCOS


2010년에는 CPF 17 RAPIEnet 및 CPF 18 SafetyNET p가 포함된 두 번째 판이 출판되었다. 2014년 세 번째 판에는 CC-Link의 산업용 이더넷(IE) 버전이 추가되었다. 2019년 네 번째 판에는 CPF 20 ADS-net[32]과 CPF 21 FL-net[33]이 추가되었다.

이러한 RTE에 대한 자세한 내용은 산업용 이더넷 문서를 참조한다.

3. 2. IEC 61784: 산업 통신 네트워크 - 프로파일

IEC 61784 표준은 통신 프로파일 패밀리(CPF)라는 개념을 사용하여 다양한 산업용 통신 프로토콜을 분류하고 정의한다. 각 CPF는 고유 번호로 식별되며, 필드버스, 실시간 이더넷 솔루션, 설치 규칙, 기능 안전 프로토콜 등 특정 통신 기술의 다양한 측면을 포괄할 수 있다.

각 프로토콜 제품군은 통신 프로파일 패밀리(Communication Profile Family, CPF)로 불리며, 숫자를 붙여 약어로 CPF로 표기한다. 각 CPF는 필드버스, 실시간 이더넷 솔루션, 설치 규칙 및 기능 안전 프로토콜을 정의할 수 있다. IEC 61784에 규정된 CPF는 다음 표와 같다.

IEC 61784의 통신 프로파일 패밀리(CPF)(하위) 파트IEC 61158 서비스 및 프로토콜
CPF제품군통신 프로파일(CP) 및 상표1235PhLDLLAL
1Foundation Fieldbus(FF)CP 1/1 FF - H1X-1-1Type 1Type 1Type 9
CP 1/2 FF – HSEX-1-18802-3TCP/UDP/IPType 5
CP 1/3 FF - H2X-1-1Type 1Type 1Type 9
FSCP 1/1 FF-SIS-1
2CIPCP 2/1 ControlNetX-2Type 2Type 2Type 2
CP 2/2 EtherNet/IPXX-2-28802-3Type 2Type 2
CP 3/3 DeviceNetX-2-2Type 2Type 2Type 2
FSCP 2/1 CIP Safety-2
3PROFIBUS & PROFINETCP 3/1 PROFIBUS DPX-3-3Type 3Type 3Type 3
CP 3/2 PROFIBUS PAX-3-3Type 1Type 3Type 3
CP 3/3 PROFINET CBA (2014년 이후 무효)8802-3TCP/IPType 10
CP 3/4 PROFINET IO Class AX-3-38802-3UDP/IPType 10
CP 3/5 PROFINET IO Class BX-3-38802-3UDP/IPType 10
CP 3/6 PROFINET IO Class CX-3-38802-3UDP/IPType 10
FSCP 3/1 PROFIsafe-3
4P-NETCP 4/1 P-NET RS-485X-4Type 4Type 4Type 4
CP 4/2 P-NET RS-232 (삭제됨)Type 4Type 4Type 4
CP 4/3 P-NET on IPX-48802.3Type 4Type 4
5WorldFIPCP 5/1 WorldFIP (MPS, MCS)XType 1Type 7Type 7
CP 5/2 WorldFIP (MPS, MCS, SubMMS)XType 1Type 7Type 7
CP 5/3 WorldFIP (MPS)XType 1Type 7Type 7
6INTERBUSCP 6/1 INTERBUSX-6-6Type 8Type 8Type 8
CP 6/2 INTERBUS TCP/IPX-6-6Type 8Type 8Type 8
CP 6/3 INTERBUS SubsetX-6-6Type 8Type 8Type 8
CP 6/4 Link 3/4 to INTERBUSX-6Type 8Type 8Type 10
CP 6/5 Link 3/5 to INTERBUSX-6Type 8Type 8Type 10
CP 6/6 Link 3/6 to INTERBUSX-6Type 8Type 8Type 10
FSCP 6/7 INTERBUS Safety-6
7Swiftnet시장 관련성 부족으로 삭제됨Type 6
8CC-LinkCP 8/1 CC-Link/V1X-8-8Type 18Type 18Type 18
CP 8/2 CC-Link/V2X-8Type 18Type 18Type 18
CP 8/3 CC-Link/LT (Bus powered - low cost)X-8Type 18Type 18Type 18
CP 8/4 CC-Link IE ControllerX-88802-3Type 23
CP 8/5 CC-Link IE Field NetworkX-88802-3Type 23
FSCP 8/1 CC-Link Safety-8
9HARTCP 9/1 Universal Command (HART 6)X----Type 20
CP 9/2 Wireless HART (IEC 62591 참조)----Type 20
10Vnet/IPCP 10/1 Vnet/IPX-108802-3Type 17Type 17
11TCnetCP 11/1 TCnet-starX-118802-3Type 11Type 11
CP 11/2 TCnet-loop 100X-118802-3Type 11Type 11
CP 11/3 TCnet-loop 1GX-118802-3Type 11Type 11
12EtherCATCP 12/1 Simple IOX-12-12Type 12Type 12Type 12
CP 12/2 Mailbox & time synchronizationX-12-12Type 12Type 12Type 12
FSCP 12/1 Safety over EtherCAT-12
13Ethernet POWERLINKCP 13/1 EPLX-13-138802-3Type 13Type 13
FSCP 13/1 openSAFETY-13
14플랜트 자동화를 위한 이더넷(EPA)CP 14/1 EPA NRTX-14-148802-3Type 14Type 14
CP 14/2 EPA RTX-14-148802-3Type 14Type 14
CP 14/3 EPA FRTX8802-3Type 14Type 14
CP 14/4 EPA MRTX-14-148802-3Type 14Type 14
FSCP 14/1 EPA Safety-14
15MODBUS-RTPSCP 15/1 MODBUS TCPX-158802-3TCP/IPType 15
CP 15/2 RTPSX-158802-3TCP/IPType 15
16SERCOSCP 16/1 SERCOS IX-16Type 16Type 16Type 16
CP 16/2 SERCOS IIX-16Type 16Type 16Type 16
CP 16/3 SERCOS IIIX-2-168802-3Type 16Type 16
SFCP 2/1 CIP Safety-2
17RAPIEnetCP 17/1X-178802-3Type 21Type 21
18SafetyNET pCP 18/1 RTFL (실시간 프레임 라인)X-18-188802-3Type 22Type 22
CP 18/2 RTFN (실시간 프레임 네트워크)X-18-188802-3Type 22Type 22
SFCP 18/1 SafetyNET p-18
19MECHATROLINKCP 19/1 MECHATRILINK-IIX-19Type 24Type 24Type 24
CP 19/2 MECHATRILINK-IIIX-19Type 24Type 24Type 24
20ADS-netCP 20/1 NETWORK-1000X-208802-3Type 25Type 25
CP 20/2 NXX-208802-3Type 25Type 25
21FL-netCP 21/1 FL-netX-218802-3Type 26Type 26



예를 들어, PROFIBUS-DP는 CPF 3에 속하며 프로파일 CP 3/1을 가진다. 관련 표준은 IEC 61784-1에 정의되어 있으며, 프로토콜 유형 3을 사용한다. 프로토콜 정의에는 IEC 61158-3-3, 61158-4-3, 61158-5-3, 61158-6-3 문서가 필요하다. 물리적 인터페이스는 유형 3에 따라 IEC 61158-2에 정의되어 있다. 설치 규정은 IEC 61784-5-3 부록 A에서 찾을 수 있다. PROFIBUS-DP는 IEC 61784-3-3에 정의된 PROFIsafe와 결합될 수 있다.

제조업체가 모든 표준을 나열할 필요가 없도록 프로파일 참조가 표준에 지정되어 있다. PROFIBUS-DP의 경우, 관련 표준 사양은 ''IEC 61784-1 Ed.3:2019 CPF 3/1 준수''와 같다.

프로세스 자동화(유량계, 압력 송신기 등)와 개별 제조(모션 센서, 위치 센서 등) 애플리케이션은 서로 다른 필드버스 네트워크 요구 사항을 가진다. 개별 필드버스 네트워크는 "장치 네트워크"라고도 한다.

국제전기기술위원회(IEC)는 2000년에 TC 121에서 장치 네트워크를 다루기 위해 ''컨트롤러-장치 인터페이스''(CDI)를 지정하기로 결정했다. IEC 62026[37] 표준은 다음을 포함한다.


  • IEC 62026-1: 파트 1: 일반 규칙
  • IEC 62026-2: 파트 2: 액추에이터 센서 인터페이스 (AS-i)
  • IEC 62026-3: 파트 3: DeviceNet
  • IEC 62026-7: 파트 7: CompoNet


다음 부분은 2006년에 철회되었다.

  • IEC 62026-5: 파트 5: 스마트 분산 시스템(SDS)
  • IEC 62026-6: 파트 6: Seriplex

3. 2. 1. IEC 61784-1: 필드버스 프로파일

IEC 61158에 포함된 필드버스 표준 모음은 구현에 적합하지 않아 사용 지침이 필요했다. 이러한 지침은 IEC 61158의 어떤 부분을 기능하는 시스템으로 조립할 수 있는지 보여주며, IEC 61784 필드버스 프로파일로 정리되었다.

IEC 61784 표준은 다음과 같이 구성된다.[25]

  • IEC 61784-1: 산업 제어 시스템에서 필드버스 사용과 관련된 연속 및 이산 제조를 위한 프로파일 세트
  • IEC 61784-2: 실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802-3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일
  • IEC 61784-3: 기능 안전 필드버스 – 일반 규칙 및 프로파일 정의
  • IEC 61784-3-n: 기능 안전 필드버스 – CPF n에 대한 추가 사양
  • IEC 61784-5-n: 필드버스 설치 - CPF n용 설치 프로파일


IEC 61784-1 표준은 각국 표준화 기구에서 제안하는 모든 필드버스를 나열한다. 2003년 초판에는 7개의 통신 프로파일 패밀리(CPF)가 소개되었다.

  • CPF 1: FOUNDATION 필드버스
  • CPF 2: ControlNet
  • CPF 3: PROFIBUS
  • CPF 4: P-NET
  • CPF 5: WorldFIP
  • CPF 6: INTERBUS
  • CPF 7: SwiftNet


항공기 제작에 사용되는 SwiftNet은 초판에 포함되었으나, 이후 실수로 밝혀져 2007년 2판에서 제거되었다. 2판에서는 CPF 8 CC-Link, CPF 9 HART 프로토콜, CPF 16 SERCOS가 추가되었다. 2014년 4판에서는 CPF 19 MECHATROLINK가 추가되었고, 2019년 5판은 유지보수 개정판이었다.

이 표준에 포함되지 않은 필드버스는 자동화 프로토콜 목록을 참조하면 된다.

현행 2판에서는 이더넷을 물리 계층으로 사용하는 필드버스 프로파일이 처음으로 포함되었다.[26] 새롭게 개발된 모든 실시간 이더넷(RTE) 프로토콜은 IEC 61784-2[27]에 ''실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802-3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일''로 정리된다. 여기에는 이더넷/IP, PROFINET IO, P-NET[31], Vnet/IP[28], TCnet[29], EtherCAT, Ethernet POWERLINK, EPA, MODBUS, SERCOS 등이 포함된다.

SERCOS는 자체 표준인 IEC 61491을 가지고 있었으나,[30] 이더넷 기반 솔루션 SERCOS III가 도입되면서 통신 부분은 IEC 61158/61784에, 애플리케이션 부분은 IEC 61800-7에 통합되었다.

2007년 초판의 RTE 목록은 다음과 같다.

  • CPF 2: CIP
  • CPF 3: PROFIBUS 및 PROFINET
  • CPF 4: P-NET[31]
  • CPF 6: INTERBUS
  • CPF 10: Vnet/IP[28]
  • CPF 11: TCnet[29]
  • CPF 12: EtherCAT
  • CPF 13: ETHERNET Powerlink
  • CPF 14: EPA
  • CPF 15: MODBUS
  • CPF 16: SERCOS


2010년 2판에는 CPF 17 RAPIEnet 및 CPF 18 SafetyNET p가, 2014년 3판에는 CC-Link의 산업용 이더넷(IE) 버전이 추가되었다. 2019년 4판에는 CPF 20 ADS-net[32]과 CPF 21 FL-net[33]이 추가되었다.

RTE에 대한 자세한 내용은 산업용 이더넷 문서를 참조하면 된다.

기능 안전을 위해, 여러 컨소시엄에서 IEC 61508 또는 ISO 13849에 따른 안전 애플리케이션을 위한 다양한 프로토콜을 개발했다. 대부분의 솔루션은 "블랙 채널"을 기반으로 하며, 여러 필드버스 및 네트워크를 통해 전송될 수 있다. 안전 프로토콜은 카운터, CRC, 에코, 타임아웃, 고유 ID, 상호 검사 등의 조치를 제공한다.

2007년에 발행된 IEC 61784-3[34]에는 다음과 같은 CPF가 포함되어 있다.

  • CPF 1: FOUNDATION 필드버스[35]
  • CPF 2: CIP 및 ''CIP 안전''
  • CPF 3: PROFIBUS & PROFINET 및 ''PROFIsafe''
  • CPF 6: INTERBUS


SERCOS는 ''CIP 안전'' 프로토콜을 사용한다.[36] 2010년 2판에는 CPF 8 CC-Link, CPF 12 EtherCAT 및 ''EtherCAT을 통한 안전'', CPF 13 Ethernet POWERLINK 및 ''openSAFETY'', CPF 14 EPA가 추가되었다. 2016년 3판에는 CPF 17 SafetyNET p가 추가되었다. 2021년 발행 예정인 4판에는 9개의 안전 프로파일이 포함될 예정이다.

3. 2. 2. IEC 61784-2: 실시간 이더넷

IEC 61784-2는 '실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802-3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일'로, 실시간 이더넷(RTE) 프로토콜을 다룬다.[27] 여기에는 이더넷/IP, PROFINET IO(클래스 A, B, C), P-NET[31], Vnet/IP[28], TCnet[29], EtherCAT, Ethernet POWERLINK, EPA, MODBUS-RTPS, MODBUS-TCP, SERCOS III 등이 포함된다.

2007년 초판에는 다음의 RTE 프로토콜이 포함되었다.

  • CPF 2 CIP
  • CPF 3 PROFIBUS 및 PROFINET
  • CPF 4 P-NET[31]
  • CPF 6 INTERBUS
  • CPF 10 Vnet/IP[28]
  • CPF 11 TCnet[29]
  • CPF 12 EtherCAT
  • CPF 13 ETHERNET Powerlink
  • CPF 14 플랜트 자동화를 위한 이더넷(EPA)
  • CPF 15 MODBUS
  • CPF 16 SERCOS


2010년 2판에는 CPF 17 RAPIEnet 및 CPF 18 SafetyNET p가 추가되었고, 2014년 3판에는 CC-Link의 산업용 이더넷 버전이 추가되었다. 2019년 4판에는 CPF 20 ADS-net[32]과 CPF 21 FL-net[33]이 추가되었다.

각 프로토콜 제품군은 통신 프로파일 패밀리(Communication Profile Family, CPF)로 불리며, 숫자로 구분된다. 각 CPF는 필드버스, 실시간 이더넷 솔루션, 설치 규칙, 기능 안전 프로토콜을 정의할 수 있다.

IEC 61784의 통신 프로파일 패밀리(CPF)(하위) 파트IEC 61158 서비스 및 프로토콜
CPF제품군통신 프로파일(CP) 및 상표1235PhLDLLAL
2CIPCP 2/1 ControlNetX-2Type 2Type 2Type 2
CP 2/2 EtherNet/IPXX-2-28802-3Type 2Type 2
CP 3/3 DeviceNetX-2-2Type 2Type 2Type 2
FSCP 2/1 CIP Safety-2
3PROFIBUS & PROFINETCP 3/1 PROFIBUS DPX-3-3Type 3Type 3Type 3
CP 3/2 PROFIBUS PAX-3-3Type 1Type 3Type 3
CP 3/3 PROFINET CBA (2014년 이후 무효)8802-3TCP/IPType 10
CP 3/4 PROFINET IO Class AX-3-38802-3UDP/IPType 10
CP 3/5 PROFINET IO Class BX-3-38802-3UDP/IPType 10
CP 3/6 PROFINET IO Class CX-3-38802-3UDP/IPType 10
FSCP 3/1 PROFIsafe-3
4P-NETCP 4/1 P-NET RS-485X-4Type 4Type 4Type 4
CP 4/2 P-NET RS-232 (삭제됨)Type 4Type 4Type 4
CP 4/3 P-NET on IPX-48802.3Type 4Type 4
6INTERBUSCP 6/1 INTERBUSX-6-6Type 8Type 8Type 8
CP 6/2 INTERBUS TCP/IPX-6-6Type 8Type 8Type 8
CP 6/3 INTERBUS SubsetX-6-6Type 8Type 8Type 8
CP 6/4 Link 3/4 to INTERBUSX-6Type 8Type 8Type 10
CP 6/5 Link 3/5 to INTERBUSX-6Type 8Type 8Type 10
CP 6/6 Link 3/6 to INTERBUSX-6Type 8Type 8Type 10
FSCP 6/7 INTERBUS Safety-6
10Vnet/IPCP 10/1 Vnet/IPX-108802-3Type 17Type 17
11TCnetCP 11/1 TCnet-starX-118802-3Type 11Type 11
CP 11/2 TCnet-loop 100X-118802-3Type 11Type 11
CP 11/3 TCnet-loop 1GX-118802-3Type 11Type 11
12EtherCATCP 12/1 Simple IOX-12-12Type 12Type 12Type 12
CP 12/2 Mailbox & time synchronizationX-12-12Type 12Type 12Type 12
FSCP 12/1 Safety over EtherCAT-12
13Ethernet POWERLINKCP 13/1 EPLX-13-138802-3Type 13Type 13
FSCP 13/1 openSAFETY-13
14플랜트 자동화를 위한 이더넷(EPA)CP 14/1 EPA NRTX-14-148802-3Type 14Type 14
CP 14/2 EPA RTX-14-148802-3Type 14Type 14
CP 14/3 EPA FRTX8802-3Type 14Type 14
CP 14/4 EPA MRTX-14-148802-3Type 14Type 14
FSCP 14/1 EPA Safety-14
15MODBUS-RTPSCP 15/1 MODBUS TCPX-158802-3TCP/IPType 15
CP 15/2 RTPSX-158802-3TCP/IPType 15
16SERCOSCP 16/1 SERCOS IX-16Type 16Type 16Type 16
CP 16/2 SERCOS IIX-16Type 16Type 16Type 16
CP 16/3 SERCOS IIIX-2-168802-3Type 16Type 16
SFCP 2/1 CIP Safety-2
17RAPIEnetCP 17/1X-178802-3Type 21Type 21
18SafetyNET pCP 18/1 RTFL (실시간 프레임 라인)X-18-188802-3Type 22Type 22
CP 18/2 RTFN (실시간 프레임 네트워크)X-18-188802-3Type 22Type 22
SFCP 18/1 SafetyNET p-18
20ADS-netCP 20/1 NETWORK-1000X-208802-3Type 25Type 25
CP 20/2 NXX-208802-3Type 25Type 25
21FL-netCP 21/1 FL-netX-218802-3Type 26Type 26


3. 2. 3. IEC 61784-3: 안전

IEC 61784-3은 기능 안전 필드버스에 대한 일반 규칙 및 프로파일 정의를 다루며, IEC 61784-3-n은 특정 통신 프로파일 패밀리(CPF) n에 대한 추가 사양을 제공한다.

3. 2. 4. IEC 61784 준수

IEC 61784-1 표준은 "산업 제어 시스템에서 필드버스의 사용과 관련된 연속 및 이산 제조를 위한 프로파일 세트"라는 이름으로, 각국 표준화 기구에서 제안하는 모든 필드버스를 나열하고 있다.[25]

2003년 초판에서는 7개의 서로 다른 통신 프로파일 패밀리(CPF)가 소개되었다.

CPF프로토콜
CPF 1FOUNDATION 필드버스
CPF 2ControlNet
CPF 3PROFIBUS
CPF 4P-NET
CPF 5WorldFIP
CPF 6INTERBUS
CPF 7SwiftNet



항공기 제작(보잉)에 널리 사용되는 Swiftnet은 표준의 초판에 포함되었으나, 이는 나중에 실수로 밝혀졌으며 2007년 2판에서는 이 프로토콜이 표준에서 제거되었다. 동시에 CPF 8 CC-Link, CPF 9 HART 프로토콜 및 CPF 16 SERCOS가 추가되었다. 2014년 4판에서는 마지막 필드버스 CPF 19 MECHATROLINK가 표준에 포함되었다. 2019년 5판은 새로운 프로파일 추가 없이 유지보수 개정판이었다.

현행 2판에서 이더넷을 물리 계층으로 사용하는 필드버스 프로파일이 처음으로 포함되었다.[26] 새롭게 개발된 모든 실시간 이더넷(RTE) 프로토콜은 IEC 61784 파트 2[27]에 ''실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802 3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일''로 컴파일된다.

2007년 초판에 대한 RTE 목록은 다음과 같다.

CPF프로토콜
CPF 2CIP
CPF 3PROFIBUS 및 PROFINET
CPF 4P-NET[31]
CPF 6INTERBUS
CPF 10Vnet/IP[28]
CPF 11TCnet[29]
CPF 12EtherCAT
CPF 13ETHERNET Powerlink
CPF 14플랜트 자동화를 위한 이더넷(EPA)
CPF 15MODBUS
CPF 16SERCOS



2010년에는 이미 두 번째 판이 출판되어 CPF 17 RAPIEnet 및 CPF 18 SafetyNET p가 포함되었다. 2014년 세 번째 판에는 CC-Link의 산업용 이더넷(IE) 버전이 추가되었다. 두 개의 프로파일 제품군 CPF 20 ADS-net[32]과 CPF 21 FL-net[33]이 2019년 네 번째 판에 추가되었다.

3. 3. IEC 62026: 컨트롤러-장치 인터페이스 (CDI)

IEC 61158에 포함된 필드버스 표준 모음은 구현에 적합하지 않다는 것이 분명하여 사용 지침으로 보완되어야 한다. 이러한 지침은 IEC 61158의 어떤 부분을 기능하는 시스템으로 조립할 수 있는지를 보여준다. 이 조립 지침은 이후 IEC 61784 필드버스 프로파일로 컴파일되었다.

IEC 61158-1에 따르면 IEC 61784 표준은 다음과 같이 나뉜다.

표준설명
IEC 61784-1산업 제어 시스템에서 필드버스 사용과 관련된 연속 및 이산 제조를 위한 프로파일 세트
IEC 61784-2실시간 애플리케이션에서 ISO/IEC 8802-3 기반 통신 네트워크를 위한 추가 프로파일
IEC 61784-3기능 안전 필드버스 – 일반 규칙 및 프로파일 정의
IEC 61784-3-n기능 안전 필드버스 – CPF n에 대한 추가 사양
IEC 61784-5-n필드버스 설치 - CPF n용 설치 프로파일


4. 필드버스 네트워크 구조

필드버스는 실시간 분산 제어를 위한 산업용 네트워크 시스템으로, 제조 공장의 계측기를 연결하는 방식이다. 필드버스는 일반적으로 데이지 체인, 스타, 링, 브랜치 및 트리 네트워크 토폴로지를 허용하는 네트워크 구조로 작동한다. 이전에는 컴퓨터가 두 개의 장치만 통신할 수 있는 RS-232(직렬 연결)을 사용하여 연결되었다. 이는 현재 사용되는 4–20 mA 통신 방식과 동일하며, 각 장치가 컨트롤러 수준에서 자체 통신 지점을 가져야 했다. 반면, 필드버스는 현재 LAN 유형 연결과 동일하며, 컨트롤러 수준에서 하나의 통신 지점만 필요하고 동시에 여러 (수백 개) 개의 아날로그 및 디지털 포인트를 연결할 수 있다. 이는 필요한 케이블 길이와 케이블 수를 모두 줄인다. 또한 필드버스를 통해 통신하는 장치는 마이크로프로세서가 필요하므로 일반적으로 동일한 장치에서 여러 지점을 제공한다. 이제 일부 필드버스 장치는 컨트롤러가 처리를 수행하도록 강제하는 대신 장치 측에서 PID 제어와 같은 제어 방식을 지원한다.

5. 필드버스 장점

필드버스는 기존 4-20mA 방식보다 케이블 설치량을 줄여준다. 4-20mA는 장치마다 별도 케이블이 필요했지만, 필드버스는 멀티 드롭 방식으로 여러 장치가 동일 케이블을 공유하기 때문이다.[1] 4-20mA는 하나의 매개변수만 전송 가능하지만, 필드버스 네트워크에서는 장치당 여러 매개변수 통신이 가능하다.[1] 필드버스는 예측적이고 사전 예방적인 유지보수 전략 수립에 유리하며,[1] 장치 진단 기능을 통해 심각한 문제 발생 전에 조치할 수 있다.[1]

6. 네트워킹

필드버스는 실시간 분산 제어를 위한 산업용 네트워크 시스템으로, 제조 공장의 계측기를 연결하는 방식이다. 필드버스는 일반적으로 데이지 체인, 스타, 링, 브랜치 및 트리 네트워크 토폴로지를 허용하는 네트워크 구조로 작동한다.[39]

이전에는 컴퓨터가 두 개의 장치만 통신할 수 있는 RS-232(직렬 연결)을 사용하여 연결되었다. 이는 현재 사용되는 4–20 mA 통신 방식과 동일하며, 각 장치가 컨트롤러 수준에서 자체 통신 지점을 가져야 했다. 반면, 필드버스는 현재 LAN 유형 연결과 동일하며, 컨트롤러 수준에서 하나의 통신 지점만 필요하고 동시에 여러 (수백 개) 개의 아날로그 및 디지털 포인트를 연결할 수 있다. 이는 필요한 케이블 길이와 케이블 수를 모두 줄인다. 또한 필드버스를 통해 통신하는 장치는 마이크로프로세서가 필요하므로 일반적으로 동일한 장치에서 여러 지점을 제공한다. 이제 일부 필드버스 장치는 컨트롤러가 처리를 수행하는 대신 장치 측에서 PID 제어와 같은 제어 방식을 지원한다.[39]

각 기술은 필드버스라는 일반적인 이름을 공유하지만, 다양한 필드버스는 쉽게 상호 교환이 불가능하다. 필드버스 간의 차이점은 매우 커서 서로 쉽게 연결할 수 없다.[39] 필드버스 표준 간의 차이점을 이해하려면 필드버스 네트워크가 어떻게 설계되었는지 이해해야 한다. OSI 모형을 참조하면 필드버스 표준은 케이블 연결의 물리적 매체와 참조 모델의 1, 2, 7계층에 의해 결정된다.[40]

각 기술에 대해 물리적 매체 및 물리 계층 표준은 비트 타이밍, 동기화, 인코딩/디코딩, 전송 속도, 버스 길이 및 통신 전선에 대한 트랜시버의 물리적 연결 구현을 자세히 설명한다. 데이터 링크 계층 표준은 물리 계층을 통한 전송을 위해 메시지를 조립하는 방법, 오류 처리, 메시지 필터링 및 버스 중재, 그리고 이러한 표준을 하드웨어로 구현하는 방법을 완전히 명시한다. 일반적으로 애플리케이션 계층 표준은 데이터 통신 계층이 통신을 원하는 애플리케이션과 어떻게 인터페이스되는지 정의한다. 메시지 사양, 네트워크 관리 구현 및 서비스 애플리케이션의 요청에 대한 응답을 설명한다. 3계층에서 6계층은 필드버스 표준에 설명되어 있지 않다.[40]

7. 특징

필드버스는 실시간 분산 제어를 위한 산업용 네트워크 시스템이다. 이는 생산 플랜트에서 장비들을 연결하는 방법이다. 필드버스는 보통 데이지 체인, 스타, 링, 브랜치, 트리 네트워크 토폴로지를 허용하는 네트워크 구조상에서 동작한다.

기존에는 컴퓨터들이 단지 2개의 디바이스만 통신할 수 있는 RS-232(직렬 연결)로 연결되었다. 이는 현재 사용되는 4-20 mA 통신 방식과 동등한데, 각 디바이스가 컨트롤러 레벨에서 각자의 통신 point를 가져야 한다. 반면 필드버스는 현재의 LAN 타입 연결과 동등한데, 컨트롤러 레벨에서 단지 하나의 통신 point를 가지면 되고, 다수의 아날로그와 디지털 포인트가 동시에 연결되는 것을 허용한다. 이 점이 요구되는 케이블의 길이와 개수를 줄인다. 더욱이, 필드버스를 통해 통신하는 디바이스들은 마이크로프로세서를 필요로 하기 때문에, 보통 다수의 포인트들이 하나의 디바이스에 의해 제공된다. 어떤 필드버스 디바이스들은 이제 PID 제어 같은 제어방식을 컨트롤러가 하도록 하는 대신 디바이스 자신이 제공한다.

다양한 필드버스는 서로 다른 기능과 성능을 제공한다. 데이터 전송 방식의 근본적인 차이로 인해 필드버스의 성능을 일반적인 방식으로 비교하기는 어렵다. 아래 비교 표에서는 해당 필드버스가 일반적으로 1밀리초 이상의 데이터 업데이트 주기를 지원하는지 여부를 간단히 나타낸다.

필드버스버스 전원케이블 이중화최대 장치 수동기화1밀리초 미만 사이클
AFDX아니오예거의 무제한아니오예
AS-Interface예아니오62아니오아니오
CANopen아니오아니오127예아니오
CompoNet예아니오384아니오예
ControlNet아니오예99아니오아니오
CC-Link아니오아니오64아니오아니오
DeviceNet예아니오64아니오아니오
EtherCAT예예65536예예
Ethernet Powerlink아니오선택 사항240예예
EtherNet/IP아니오선택 사항거의 무제한예예
Interbus아니오아니오511아니오아니오
LonWorks아니오아니오32000아니오아니오
Modbus아니오아니오246아니오아니오
PROFIBUS DP아니오선택 사항126예아니오
PROFIBUS PA예아니오126아니오아니오
PROFINET IO아니오선택 사항거의 무제한아니오아니오
PROFINET IRT아니오선택 사항거의 무제한예예
SERCOS III아니오예511예예
SERCOS interface아니오아니오254예예
Foundation Fieldbus H1예아니오240예아니오
Foundation HSE아니오예거의 무제한예아니오
RAPIEnet아니오예256개발 중조건부


8. 시장

2008년 기준으로 공정 제어 시스템 시장은 Foundation Fieldbus와 Profibus PA가 주도하고 있다.[41] 두 기술은 동일한 물리 계층(2선 맨체스터 부호화 전류 변조, 31.25kHz)을 사용하지만 상호 교환할 수 없다. 일반적으로 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 제어 및 모니터링되는 애플리케이션은 PROFIBUS를 사용하는 경향이 있으며, 디지털/분산 제어 시스템(DCS)으로 제어 및 모니터링되는 애플리케이션은 Foundation Fieldbus를 사용하는 경향이 있다. PROFIBUS 기술은 독일 카를스루에에 본사를 둔 Profibus International을 통해 제공된다. Foundation Fieldbus 기술은 미국 텍사스주 오스틴에 있는 Fieldbus Foundation이 소유하고 배포한다.

참조

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[3] 웹사이트 The Hewlett-Packard Interface Bus (HP-IB) GPIB IEEE-488 IEC625 http://www.hp9845.ne[...]
[4] 논문 Field buses compete for engineers' attention, start gaining commercial support PEC Inc. 1993-08
[5] 서적 Industrial Communication Technology Handbook https://books.google[...] CRC Press 2013-02-04
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[32] 웹사이트 Autonomous Decentralized System network (ADS-net), System concept https://www.hitachi.[...] Hitachi 2020-05-11
[33] 웹사이트 Introduction to FL-net https://www.jema-net[...] The Japan Electrical Manufacturers Association (JEMA) 2020-05-11
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[36] 웹사이트 CIP Safety on SERCOS Specification http://www.designwor[...] Design World 2010-02-05
[37] 웹사이트 Low-voltage switchgear and controlgear - Controller-device interfaces (CDIs) https://webstore.iec[...] IEC TC 121/SC 121A 2020-05-11
[38] 웹사이트 Practical fieldbus tools aid predictive maintenance http://www.controlgl[...] 2007-07-15
[39] 문서 Bury (1999)
[40] 서적 CANopen Implementation: Application to Industrial Networks Research Studies Press Ltd 2000
[41] 간행물 Fieldbus Foundation advertisement http://www.fieldbus.[...] Fieldbus Foundation 2013-07-24


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