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동기 모션 제어 응용을 위한 통합개발환경의 EtherCAT 지원 기능 구현 및 검증

Implementation and Validation of EtherCAT Support in Integrated Development Environment for Synchronized Motion Control Application

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.38 no.2, 2014년, pp.211 - 218  

이종보 (서울시립대학교 기계정보공학과) ,  김채린 (서울시립대학교 기계정보공학과) ,  김익환 (서울시립대학교 기계정보공학과) ,  김영동 (서울시립대학교 기계정보공학과) ,  김태현 (서울시립대학교 기계정보공학과)

초록
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기존의 전용 하드웨어 기반 PLC 구현 방식의 한계를 극복하는 방안으로 최근에 범용 하드웨어 상에서 표준화된 PLC 언어를 이용해 모션 제어 응용을 구현하는 소프트웨어 기반 PLC 시스템이 각광받고 있다. 또한 모션 제어 응용의 다양한 산업 분야 활용에 따라 증대된 시스템 복잡도에 대응하면서도 응용을 손쉽게 개발할 수 있는 통합개발환경의 필요성도 날로 커지고 있다. 한편 기존의 저속 필드 버스를 대신하는 분산 제어 네트워크 기술로 저비용으로 대용량, 고속 통신 지원이 가능한 산업용 Ethernet 기술이 주목받고 있다. 본 논문에서는 오픈 소스 소프트웨어 형태의 PLC 통합개발환경인 Beremiz를 확장하여 주요 산업용 Ethernet 기술 중 하나인 EtherCAT 기반의 실시간 다축 동기 모션 제어 응용 개발 및 관리 기능을 설계, 구현하였다. 또한 상용 EtherCAT 모터 드라이브와 평가 보드와의 연동을 통하여 EtherCAT 시스템 관리 기능의 동작과 다축 제어의 실시간성 보장 여부를 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, software-based programmable logic controller (PLC) systems, which are implemented in standard PLC languages on general hardware, are gaining popularity because they overcome the limitations of classical hardware PLC systems. Another noticeable trend is that the use of integrated developmen...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 에서 이미 Beremiz에 EtherCAT 기능을 연동하였으나, 이는 런타임 환경에 대응하는 모션 제어 응용 개발 자동화에 초점을 둔 초기 연구로 다양한 EtherCAT 관리 기능, 장치 설정 등을 지원하지 못한다는 한계가 있었다. 따라서 본 연구에서는 앞선 선행연구를 바탕으로 응용개발부터 장치 및 네트워크 관리, 모니터링, 사후 실시간 성능 검증까지 단일 인터페이스를 통한 통합된 환경을 제공하고자 한다.
  • 본 논문에서는 대표적인 오픈 소스 소프트웨어 솔루션인 IgH EtherCAT 마스터 스택(8)의 EtherCAT 통신 기능을 통합개발환경에 연동하는 작업을 수행하였다. IgH EtherCAT 마스터 스택의 동작 환경은 리눅스 계열 운영체제이며, Xenomai, RTAI 등과 같이 실시간성을 보장하는 리눅스 기반 환경에서도 동작한다.
  • 본 논문은 동기 모션 제어 응용을 위한 통합개발환경인 Beremiz에 EtherCAT 네트워크 및 관리 기능을 활용할 수 있도록 확장, 구현하였다. 또한 상용 모터 드라이브로 구성된 모션 제어 시스템과 연동해서 동작을 확인하고, 모션 시스템 내에서 실행되는 제어 응용의 실시간성을 평가할 수 있는 기능을 구현하였다.
  • 본 연구에서는 Beremiz의 플러그인 구조를 활용하여 다음과 같은 설계 목표를 가지고 EtherCAT 지원 기능을 설계, 구현하고자 한다.
  • 본 연구에서는 IEC 61131-3 기반의 PLC 응용을 위한 오픈 소스 소프트웨어 기반 통합 개발환경인 Beremiz(7)를 확장하여 EtherCAT 기반의 실시간 다축 동기 모션 제어 응용 개발 기능을 구현하였다. 확장 구현된 통합 개발환경은 제어기에서 수행될 런타임 응용 개발 도구 외에도 개발자 편의를 위해 상용 도구에서 제공하는 수준의 주요 EtherCAT 네트워크 관리 기능 및 장치 관리 기능 등을 포함한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 전용 하드웨어 기반 PLC 구현방식의 단점은? 다축 동기 모션 제어 시스템은 산업 자동화, 첨단 의료 로봇, 자동차, 국방 등과 같은 다양한 산업 분야에서 사용되고 있으며 그 중요성이 날로 커지고 있다. 그러나, 기존의 전용 하드웨어 기반 PLC(Programmable Logic Controller) 구현방식은 제조사간 호환성의 부재, 유지/보수 비용의 증가, 시스템 확장성의 제약에 따른 한계성을 보이고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 범용 하드웨어 상에서 IEC 61131-3(1)으로 대표되는 개방형 표준에 정의된 PLC 언어를 이용해 제어 응용을 구현하는 소프트웨어 PLC 방식이 많이 사용되기 시작했다.
다축 동기 모션 제어 시스템은 어디에 사용되는가? 다축 동기 모션 제어 시스템은 산업 자동화, 첨단 의료 로봇, 자동차, 국방 등과 같은 다양한 산업 분야에서 사용되고 있으며 그 중요성이 날로 커지고 있다. 그러나, 기존의 전용 하드웨어 기반 PLC(Programmable Logic Controller) 구현방식은 제조사간 호환성의 부재, 유지/보수 비용의 증가, 시스템 확장성의 제약에 따른 한계성을 보이고 있다.
기존의 전용 하드웨어 기반 PLC 구현방식의 단점을 극복하기 위해 사용되기 시작한 방식은? 그러나, 기존의 전용 하드웨어 기반 PLC(Programmable Logic Controller) 구현방식은 제조사간 호환성의 부재, 유지/보수 비용의 증가, 시스템 확장성의 제약에 따른 한계성을 보이고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 범용 하드웨어 상에서 IEC 61131-3(1)으로 대표되는 개방형 표준에 정의된 PLC 언어를 이용해 제어 응용을 구현하는 소프트웨어 PLC 방식이 많이 사용되기 시작했다.
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참고문헌 (16)

  1. IEC, 2003, "IEC 61131-3 2nd Programmable Controllers-Part 3: Programming languages." 

  2. Felser, M., 2005, "Real-Time Ethernet - Industry Prospective," Proc. of the IEEE, Vol. 93, No. 6, pp. 1118-1129. 

  3. EtherCAT Technology Group, 2011, "EtherCAT Communication." 

  4. TwinCAT - PLC and Motion Control on the PC, http://www.beckhoff.com/english.asp?twincat/. 

  5. CODESYS - Industrial IEC 61131-3 PLC Programming, http://www.codesys.com/. 

  6. Kim, I. and Kim, T., 2012, "Employing Open-source Software for Development of Open Industrial Automation Systems," Proc. of the KSME IT Convergence Division Spring conference, pp. 139-140. 

  7. Tisserant, E., Bessard, L. and Sousa, M., 2007, "An Open Source IEC 61131-3 Integrated Development Environment," Proc. of the 5th IEEE Conference on Industrial Informatics (INDIN), Vol. 1, pp. 183-187. 

  8. IgH, IgH EtherCAT Master for Linux, http://www.etherlab.org/. 

  9. Catalan, C., Serma, F., Civera, T., Blesa, A. and Rams, J. M., 2011, "Control Design for Machine Tools Using Domiciano, an IDE Based on Software Components.," Proc. of the 16th IEEE Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), p. 1-4. 

  10. Kwon, S., Cho, H. and Shin, D., 2010, "Software Development Environment Design in Robot Device Operation Based on IEC61131-3," Proc. of the 12th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), Vol. 2, pp. 1216-1219. 

  11. Estevez, E., Marcos, M. and Orive, D., 2006, "Building PLC Automation Projects from IEC 61131-3 Software Architecture," Proc. of the 3rd IEEE International Workshop on Factory Communication Systems (WFCS), pp. 362-367. 

  12. Lee, J., Kim, C., Kim, I. and Kim, T., 2013, "Design and Implementation of EtherCAT Plug-In for IEC 61131-3 Compliant PLC Application IDE," Proc. of the KSME IT Convergence Division Spring conference, pp. 41-42. 

  13. EtherCAT Technology Group Std., 2013, "ETC.2000: EtherCAT Slave Information Specification v.1.2.4.4." 

  14. EtherCAT Technology Group Std., 2012, "ETG.6010: Implementation Directive for CiA402 Drive Profile v.1.0.0." 

  15. CAN in Automation (CiA): CANOpen, http://www.can-cia.de/index.php?idcanopen/. 

  16. Seo, S., Yoo, P. and Sung, M., 2012, "Performance Evaluation of EtherCAT Distributed Clock for Networked Automation Systems," Proc. of the KSME IT Convergence Division Spring Conference, pp. 141-142. 

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