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분산 제어 시스템을 위한 EtherCAT 시계 동기화의 성능 평가
Evaluation of EtherCAT Clock Synchronization in Distributed Control Systems 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.38 no.7, 2014년, pp.785 - 797  

김웅기 (서울시립대학교 기계정보공학과) ,  성민영 (서울시립대학교 기계정보공학과)

초록
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EtherCAT의 시계 동기화 기법인 DC(Distributed Clock)는 실시간 분산 제어 시스템에서 고도로 동기화된 기능의 설계를 가능하게 한다. 본 논문은 실제 자동화 시스템에서의 광범위한 실험을 통해 EtherCAT DC 기법의 성능을 평가한다. Xenomai와 IgH EtherCAT 스택을 이용하여 EtherCAT 제어 시스템을 구축하고, 네트워크 내의 노드 간 시계 편차를 분석한다. 실험 결과, 동기 시계의 정확도는 슬레이브 장치의 개수, 드리프트 보정의 주기, 시스템 기준 시계의 종류 등 많은 요소에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다. 특히, 시스템 기준 시계의 종류에 따라 마스터 장치의 동작이 근본적으로 상이하며 매우 다른 성능 특성을 초래하므로, 기준 시계의 선택은 신중히 이루어져야 함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Support for the precise time synchronization of EtherCAT, known as distributed clock (DC), enables the design of highly synchronized operations in distributed real-time systems. This study evaluates the performance of the EtherCAT DC through extensive experiments in a real automation system. We cons...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • (9,12) 본 논문은 EtherCAT DC 기능의 동기화 성능에 대한 면밀한 평가 및 분석 결과를 제공한다. 성능 평가 결과, 시계 동기화 성능은 슬레이브 장치 개수, 드리프트 보정 주기, 시스템 기준 시계 종류에 따라 영향을 받음을 알 수 있었다.
  • 연구팀은 이를 통해 노드의 위치, 두 노드 사이의 거리, 그리고 물리 계층의 종류에 따른 동기화 성능을 분석하였다. 본 논문에서는 이와 달리 기준 시계의 종류, 즉 마스터 장치의 로컬 시계 또는 참조 슬레이브 장치의 참조 시간을 시스템 시간으로 채택하였을 때의 동기화 성능에 대해 평가하였다. 동기화 주기와 프레임 스위칭 지연에 의한 영향 또한 평가하였다.
  • 본 논문은 EtherCAT의 시계 동기화 기법인 Disributed Clock의 성능을 평가하였다. 성능 평가를 위해 Xenomai, IgH EtherCAT 마스터 스택과 같은 오픈 소스 소프트웨어를 사용하여 EtherCAT 제어 시스템을 구현하였으며, 이를 통해 시계 동기화 성능에 영향을 미치는 다양한 요소들, 즉 슬레이브 장치의 개수, 드리프트 보정 주기 등에 따른 성능 측정 실험을 수행하였다.
  • 실험으로부터 측정된 두 신호 사이의 편차를 통하여 각 슬레이브 장치 사이의 시스템 시간 편차를 측정할 수 있다. 본 논문의 주요 목적은 EtherCAT의 DC 동기화 성능에 대한 면밀한 분석이므로, 새로운 분석 방법의 고안 대신, Cena 외가 제안한 분석 방법을 도입하기로 한다(9). Cena외는 DC 지원 슬레이브 장치의 입력 래치 기능을 사용하여, 동일한 소스의 동일한 정방형 신호를 두 대의 슬레이브 장치에 입력하였고, 각 슬레이브 장치들은 해당 신호의 상승 엣지를 인식하여 해당 시점을 시스템 시간으로 기록하였다.
  • EtherCAT 슬레이브 장치의 DC 동기화 정확도와 비례하여 해당 동기 신호의 정확도가 결정되므로, 동기 신호의 편차 측정을 통하여 시스템 시간의 정확도를 판단할 수 있다. 본 절에서는 동기 신호 편차를 측정하기 위한 실험 환경과 동기 신호 편차로부터 시스템 시간 편차를 유추하기 위한 시간 측정 기법을 설명한다.
  • 본 절에서는 드리프트 보정 주기에 따른 마스터 장치와 참조 슬레이브 장치 사이의 동기화 성능을 측정하였다. 마스터 장치와 참조 슬레이브 장치 간 동기화에는 하나의 명령어 프레임만이 쓰이므로, 슬레이브 장치의 개수 변화에 대한 영향은 무시할 수 있다.
  • 분산 제어 시스템에서 시계 동기화 성능 분석을 위한 다양한 연구가 진행되었다. 해당 연구들은 IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP)와 같은 시계 동기화 메커니즘의 성능에 영향을 미치는 다양한 요소에 대해 분석하고 평가하였다. Scheiterer 외는 로컬 시계의 주파수 편차와 지연 편차가 동기화 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

가설 설정

  • 시스템 시간 편차는 슬레이브 장치의 종류와 관계없이 네트워크 내 위치에만 영향을 받고, 각 실험별로 동일한 마스터 및 슬레이브 장치를 사용하였으므로, 슬레이브 장치의 위치를 바꾸더라도 ∆tDC는 동일하다고 가정할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
EtherCAT은 어떤 파라미터를 통해 네트워크의 모든 장치 시계를 동기화 하는가? EtherCAT은 세 가지 파라미터, 즉 오프셋, 전파 지연, 드리프트 보정을 통해 네트워크의 모든 장치 시계를 동기화한다. 오프셋은 참조 시간과 로컬 시간 간의 차이를 뜻한다.
EtherCAT의 파라미터 중 오프셋은 무엇인가? EtherCAT은 세 가지 파라미터, 즉 오프셋, 전파 지연, 드리프트 보정을 통해 네트워크의 모든 장치 시계를 동기화한다. 오프셋은 참조 시간과 로컬 시간 간의 차이를 뜻한다. 각 슬레이브 장치의 부팅 시간 차이 등으로 인하여 발생하는 로컬 시간의 시작 시점 차이에 의해 나타난다.
분산 제어 네트워크를 이용한 모션 제어 시스템은 어떤 동기화 수준을 요구하는가? 분산 제어 네트워크를 이용한 모션 제어 시스템의 경우, 수 밀리 초에서 수십 마이크로 초 미만의 동기화 수준이 요구된다. 또한 정밀 계측 응용의 경우, 장치 간의 시스템 시간 편차가 작을수록 신뢰도 높은 측정 결과를 얻을 수 있다.
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참고문헌 (26)

  1. Felser, M., 2010, "Real Time Ethernet: Standardization and Implementations," Proc. of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), pp. 3766-3771. 

  2. Benzi, F., Buja, G. and Felser, M., 2005, "Communication Architectures for Electrical Drives," IEEE Trans. Industrial Informatics, Vol. 1, No. 1, pp. 47-53. 

  3. EtherCAT Technology Group, "EtherCAT: Ethernet for Control Automation Technology." http://www.ethercat.org. 

  4. Kim, K., Sung, M. and Jin, H. W., 2012, "Design and Implementation of a Delay- Guaranteed Motor Drive for Precision Motion Control," IEEE Trans. Industrial Informatics, Vol. 8, No. 2, pp. 351-365. 

  5. Jasperneite, J., Schumacher, M. and Weber, K. 2007, "Limits of Increasing the Performance of Industrial Ethernet Protocols," Proc. of the IEEE Int. Conf. Emerging Technol. Factory Autom., pp. 17-24. 

  6. Seno, L., Vitturi, S. and Zunino, C., 2009, "Real Time Ethernet Networks Evaluation Using Performance Indicators," Proc. of the IEEE Conf. Emerging Technol. Factory Autom., pp. 1-8. 

  7. Robert J., Georges J. P., Rondeau E. and Divoux T., 2012, "Minimum Cycle Time Analysis of Ethernet-Based Real-Time Protocols," Int. J. Comput. Commun., Vol. 7, No. 4, pp. 743-757. 

  8. Sung, M., Kim, I. and Kim, T., 2013, "Toward a Holistic Delay Analysis of EtherCAT Synchronized Control Processes," Int. J. Comput. Commun., Vol. 8, No. 4, pp. 608-621. 

  9. Cena, G., Bertolotti, I. C., Scanzio, S., Valenzano, A. and Zunino, C., 2012, "Evaluation of EtherCAT Distributed Clock Performance," IEEE Trans. Industrial Informatics, Vol. 8, No. 1, pp. 20-29. 

  10. Ferrari, P., Flammini, A., Marioli, D. and Taroni, A., 2008, "A Distributed Instrument for Performance Analysis of Real-Time Ethernet Networks," IEEE Trans. Industrial Informatics, Vol. 4, No. 1, pp. 16-25. 

  11. Cereia, M., Bertolotti, I. C. and Scanzio, S., 2011, "Performance of a Real-Time EtherCAT Master Under Linux," IEEE Trans. Industrial Informatics, Vol. 7, No. 4, pp. 679-687. 

  12. Cena, G., Bertolotti, I., Scanzio, S., Valenzano, A. and Zunino, C. 2010, "On the Accuracy of the Distributed Clock Mechanism in EtherCAT," Proc. of the IEEE Int. Workshop Factory Communication Systems, pp. 43-52. 

  13. Xenomai. http://www.xenomai.org. 

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

  15. Single-Chip Muilti-Function 10/100Mbps Ethernet Controller with Power Management Datasheet, RealTek, Inc., Rev. 1.2, 2005. 

  16. Hardware Data Sheet - ET1100: EtherCAT Slave Controller, Beckhoff, ver. 1.8, 2010. 

  17. Orfanus, D., Indergaard, R., Prytz, G. and Wien, T., 2013, "EtherCAT-based Platform for Distributed Control in High-performance Industrial Applications," Proc. of the IEEE Conf. Emerging Technol. Factory Autom., pp. 1-8. 

  18. Soni, M., 2012, "White Paper: EtherCAT on Sitara AM335x ARM Cortex-A8 Microprocessors." ARM microprocessor group, Texas Instruments. 

  19. Ramesh, R., Jyothirmai, S. and Lavanya, K., 2013, "Intelligent Automation of Design and Manufacturing in Machine Tools using an Open Architecture Motion Controller," Journal of Manufacturing Systems, Vol. 32, No. 1, pp. 248-259. 

  20. MSO3000 and DPO3000 Series Digital Phosphor Oscilloscopes User Manual, Tektronix, Inc., 2012, P/N: 071265602. 

  21. Scheiterer, R. L., Na, C., Obradovic, D. and Steindl, G, 2009, "Synchronization Performance of the Precision Time Protocol in Industrial Automation Networks," IEEE Trans. Instrumentation and Measurement, Vol. 58, No. 6, pp. 1849-1857. 

  22. Schriegel, S. and Jasperneite, J., 2007, "Investigation of Industrial Environmental Inuences on Clock Sources and their Effect on the Synchronization Accuracy of IEEE 1588," Proc. of the IEEE Int. Symp. Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication (ISPCS), pp. 50-55. 

  23. Loschmidt, P., Exel, R., Nagy, A. and Gaderer, G. 2008, "Limits of Synchronization Accuracy using Hardware Support in IEEE 1588," Proc. of the IEEE Int. Symp. Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication (ISPCS), pp. 12-16. 

  24. Ingram, D. M. E., Schaub, P., Campbell, D. A. and Taylor, R. R., 2013, "Performance Analysis of PTP Components for IEC 61850 Process Bus Applications," IEEE Trans. Instrumentation and Measurement, Vol. 62, No. 4, pp. 710-719. 

  25. Milevsky, A. and Walrod, J., 2008, "Development and Test of IEEE 1588 Precision Timing Protocol for Ocean Observatory Networks," Proc. of the IEEE OCEANS 2008, pp. 1-7. 

  26. Lee, J., Kim, C., Kim, I., Kim, Y. and Kim, T., 2014, "Implementation and Validation of EtherCAT Support in Integrated Development Environment for Synchronized Motion Control Application," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 38, No. 2, pp. 211-218. 

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