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Di/o, Ai/o등의 외부 I/O의 선정

Rev 2006.12.26

◆ INtime을 사용한 산업용 시스템에서는, 센서 신호나 접점 신호, 모터 제어등의 외부 신호와의 교환을 실시하는 하드웨어인터페이스를 PC플랫폼에 실장합니다. 이러한 외부 신호에는 다음과 같은 것이 있습니다.

디지털 입력, 디지털 출력
아날로그 입력, 아날로그 출력
인코더로부터의 펄스 입력
외부 기기로부터의 인터럽트신호
펄스모터나 써보모터등의 모션 제어 신호
화상 처리등을 실시하는 경우의 화상 캡쳐

 

◆ 이러한 외부 입출력을 실시하는 인터페이스 하드웨어에는 다음과 같은 것이 있습니다.

A) 입출력 신호를 직접 인터페이스 하는 확장 보드(ISA, PCI, cPCI, PC104등)을 실장하는 경우

B) 독립한 외부 신호 입출력 기기와 시리얼 통신(RS232C, RS422/485, USB등)이나 LAN로 접속하는 경우

C) 시판의 집배선장치(리모트 I/O장치)로 접속하는(예：EC-NET) 경우

D) 업계표준의 필드버스(field bus)로 접속한다.(DeviceNet, Profibus, CC-link, MECHATROLINK등 )

E) 최신 기술의 RTE(RealTime Ethernet)를 사용하는

◆ 이러한 방법의 어떤 것을 시스템에 채용할까는,

• 시스템에 실장하는 외부 입출력 총점수
• 외부 신호에 대한 요구 응답 속도
• INtime 호스트 시스템과 외부 신호원이나 출력처까지의 물리적인 거리
• 시스템의 토탈 코스트
• 표준화에 대한 생각

등을 고려해 방식을 선정합니다.시스템에 따라 이러한 방식을 혼재시켜 이용하기도 합니다. 이하에, 각각의 방식과 구체적인 도입 순서를 설명하겠습니다.

A) 입출력 신호를 직접 인터페이스 하는 확장 보드 방식
이 방식은 가장 고전적인 방법입니다만, 입출력을 실시하는 소프트웨어가 간단하고, 게다가 직감적으로 알기 쉽고, 제일 많이 이용되고 있는 방법입니다. 이 방식을 위해서 사용되는 인터페이스 카드는 수많은 확장 보드 벤더로부터 판매되고 있고, 소프트웨어적인 호환성을 신경쓸 필요는 없습니다.
이러한 확장 보드를 판매하고 있는 대표적인 일본의 벤더로서 콘텍사와 인터페이스사 가 있고 판매 가능합니다. 각종의 전기적인 사용의 디지털 입력(Di)이나 디지털 출력(Do), 온도나 전압등의 아날로그 신호를 입력(Ai), 전압/전류 출력(Ao) 보드외 시리얼 통신이나 GPIB, LAN등의 통신 보드, 거기에 모션 제어 보드나 화상 처리 보드 등 다양한 인터페이스의 제품이 시판되고 있습니다. 자세한 것은 상기 벤더의 웹페이지를 참조해 주세요.
이러한 방식으로 사용되는 확장 보드의 버스 방식은, ISA나 PCI, 컴팩트 PCI(cPCI), PC-104, PC-104 plus로, 최근에는 보급율이나 코스트의 관점으로부터 PCI 버스 사양의 것이 잘 사용되고 있습니다.
단, 이 방식의 경우에는 이러한 확장 보드를 PC본체에 실장하기 위한 확장 슬롯이 필요합니다. 편입용의 메인보드 방식의 PC에서는 최대로 6 슬롯의 것이 판매되고 있습니다만, PICMG등의 백플랜 방식의 PC에서는 20 슬롯의 것도 입수 가능합니다.

B) 독립한 외부 신호 입출력 기기와 시리얼 통신이나 LAN로 접속하는 방식
일부의 센서 메이커나 공업 계측 기기 메이커등에서 마이크로컴퓨터등의 펌 웨어를 실장한 계측 장치나 제어장치가 판매되고 있어 이것들과 시리얼 통신이나 LAN으로 INtime 플랫폼과 접속하는 방식입니다. 이 방식은 INtime 시스템과 별도로 PLC등을 실장하는 경우도 이것에 해당합니다.
시리얼 통신에는 RS232C나 RS422/485등의 고전적인 통신 방식외, 최근의 USB등에서 접속하는 경우, 또 기종에 따라서는 LAN 접속하는 것도 있습니다. 어쨌든 접속처의 장치에는 마이크로컴퓨터와 펌 웨어가 실장되고 있어 인텔리젼스 장치로 되어 있고, INtime 시스템과는 통신 프로토콜로 접속하기 때문에, 통신 소프트웨어를 구입했을 경우에 의해 개발할 필요가 있기 때문에 시스템 구축은 그만큼 간단하지는 않습니다.
또, 일반적으로 접속장치로 사용되는 마이크로컴퓨터는 INtime 호스트의 x86CPU에 비해 극단적으로 저속이기 때문에 반드시 고속 처리로는 향하지 않습니다. 디스트리뷰티드 프로세싱을 실시하면 고속 처리를 할 수 있다고 말하는 식으로 생각하기 쉽상입니다만, INtime 호스트의 Pentium등의 고속 CPU로 처리를 실시하는 편이 아득하게 시스템으로서는 고속으로 , 신뢰성이나 보수성, 경제성이 우수합니다.

C) 시판의 집배선장치(리모트 I/O장치)로 접속하는(예：EC-NET)
PC본체의 PCI 슬롯등의 확장 슬롯에 제한이 있는 경우등에서, 다수의 외부 입출력을 실장하고 싶은 경우나, 접속처의 입력원, 출력처가 거리적으로 떨어져 있어 배선의 갯수를 줄이고 싶은 경우등에는 집배선장치가 사용되는 경우가 있습니다.집배선장치에서는 상기 B)의 인텔리젼스 장치와 같이 장치에 어플리케이션 기능을 실장할 것은 없고, 통상 어플리케이션 처리는 INtime 호스트의 어플리케이션으로서 실시합니다.
집배선장치도 각사로부터 다양한 사양의 것이 판매되고 있습니다만, 일반적으로 벤더간의 호환성은 없습니다.INtime가 서포트하고 있는 집배선장치에 마이크로 넷, 안 페일사, mtt사가 공동으로 기획·개발한 EC-NET(*링크하는 것)가 있습니다.디지탈 신호 환산으로 100점을 넘는 입출력 점수를 필요로 하는 INtime 어플리케이션에서는 A)의 직입 출력 방식에 비해 코스트적으로 유리합니다. 단, 직입 출력 방식에 비해 입출력의 속도는 늦고, 최악 5 ms정도의 지연이 나옵니다.
이 집배선방식도 넓은 의미로 다음의 D) 필드버스(field bus)로 분류되기도 합니다.

D) 업계표준의 필드버스(field bus)로 접속한다.(DeviceNet, Profibus, CC-link, MECHATROLINK등 )
C)의 집배선장치를 닮아 있습니다만, 통신 방식이나 통신 디바이스가 표준화 된 필드버스(field bus)라고 하는 장르가 있습니다.이것들은 일부 일본내로 한정한 것도 있습니다만, 일반적으로 국제 표준으로, 대표적인 것에, DeviceNet나 Profibus가 있습니다.이러한 기술은 종래 PLC등에서 사용되어 왔습니다.
INtime 시스템에서는 필드버스(field bus)의 마스터 보드를 IntimePC에 실장해, 디지털 입출력이나 아날로그 입출력, 모터 제어 콘트롤러등의 노드를 특수한 시리얼 케이블로 접속해 구성합니다.일반적으로 통신 속도는 500 kbps에서 10 Mbps 정도로 최근의 기술로부터 말하면 결코 고속이다고는 말할 수 없습니다.
또, 마스터로서 사용하는 인터페이스 보드가 고가이고, 일본에서는 자동차 공장이나 반도체 제조 장치의 일부에서 사용되고 있음에 지나지 않습니다.
단, 국제 표준이므로 수출하는 장치나, 특히 최종 사용자가 지정하는 경우에는 이 방식을 사용하는 경우가 있습니다.

E) 최신 기술의 RTE(RealTime Ethernet)를 사용한다.
상기 D)의 필드버스(field bus)를 발전시킨 형태의 RTE(RealTime Ethernet) 기술이 2005년 당으로부터 유럽을 통신에 발전·보급하고 있습니다. 어플리케이션으로서의 이용 방법이나 생각은 D)의 필드버스(field bus)와 닮아 있습니다만, 하드웨어 물리층에, 넓게 보급되어 있는 Ethernet를 이용하는 곳이 큰 차이입니다.
Ethernet는 IT분야나 통신의 세계에서 넓게 사용되고 있고, 케이블이나 커넥터 허브나 라우터등의 부대 기기가 시판되고 있어 염가로 입수할 수 있는 메리트가 있습니다. 또, 통신 속도도 100 Mbps나 1 Gbps가 이미 실현되고 있어 성능적으로도 유리합니다. 단, IT나 통신 분야에서 사용되고 있는 Ethernet는 통신 프로토콜로서는 CSMA/CD방식이 사용되고 있어 원리적으로 리얼타임 통신(시간 보증)은 할 수 없습니다. 그 때문에 몇개의 유럽의 단체가 Etternet를 사용한 리얼타임 프로토콜을 표준화 하고, 산업용 리얼타임 필드버스(field bus)로서 보급 시키려고 하고 있습니다.
주된 표준화 방식은,Profinet (Profibus 호환)
EtherCAT
Powerlink

가 있습니다.또 야스카와 전기의 MECHATROLINK-III도 2007년에 RTE화를 계획하고 있습니다.
INtime에서는 RTE 중에서 우선 EtherCAT의 드라이버 소프트웨어를 제공 가능합니다.
단, RTE 기술은 역사가 짧아 입출력 신호로서 모든 사양이 제공되고 있는 것은 아니고, 노드 제품의 벤더도 그만큼 많지는 않습니다. 한정된 인터페이스로 현시점에서 제공 가능합니다.