이더넷-APL은 PROCESS 계장표준으로 세계 전문 표준개발기구 4곳과 12개의 국제 자동화 메이커에서 합의하여 IEC/IEEE 등의 국제표준기관에서 공인된 새로 나온 신기술이므로, 자세한 설명과 해설이 필요하고 이 기술의 핵심 요체를 설명하는데 자세한 안내가 필요하므로 ‘이더넷-APL 길라잡이’라는 이름을 붙여 10~12회 정도로 내용을 안내 하고자 작명을 했다.
이번 호는 지난 회에 이어 APL 네트워크의 계획 과정과 APL 토폴로지 계획 기본사항에 대해서 알아본다.
APL 네트워크의 계획 과정
1. APL 시스템이 가능한 토폴로지
그림 1은 필드 장치와 필드 스위치의 위치를 보여준다. 첫째, 현장 장치의 위치가 기술 프로세스에 의해 정의된다는 것을 인식해야 한다. 따라서 APL 네트워크를 계획하는 담당자는 배관 및 계측(P&I) 계획에 정의된 필드 장치의 위치를 전제조건으로 고려해야 한다. 계획 단계에서는 다음 조건을 준수하여 필드 스위치를 필드 장치 가까이에 배치해야 한다.
· 표 1에 나열된 케이블 범주 IV를 사용할 때 필드 장치와 필드 스위치 사이의 최대 거리는 200m이다.
· 장치 수는 포트 예비를 포함하여 스위치의 포트 수(스퍼 포트)와 맞아야 한다.
· 포트 예약을 고려해야 한다.
· 현장 스위치의 환경 등급을 준수해야 한다.
· Ex 존/클라스, 디비전에 대한 필드 스위치 할당을 고려해야 한다.
다음 단계로, 앞서 설명한 세 가지 대안에 대해 자세히 설명하려 한다.
(1) 대안 1 : 산업용 이더넷 연결의 필드 스위치
이 대안은 표준 산업용 이더넷을 사용하여 APL 필드 스위치를 제어네트워크에 연결한다. 이 경우 제어네트워크는 광섬유를 통해 APL 필드 스위치로 라우팅 된다. 동일한 케이블을 사용할 수도 있지만 길이 제한을 준수해야 한다. 전원 스위치는 필요하지 않다. APL 필드 스위치는 보조전원에 의해 전원이 공급되어야 한다.
그림 2는 산업용 이더넷 케이블을 사용한 네트워크 구조를 보여준다. 구리케이블은 최대 100m의 거리를 허용한다. 다중모드 광섬유는 일반적으로 최대 2km의 APL 필드 스위치 사이의 거리를 허용한다. 공급업체에 문의하여 APL 필드 스위치에서 지원되는 광섬유 유형을 확인할 필요가 있다.
(2) 대안 2 : 동력이 없는 APL 트렁크
대안 2는 전력이 공급되지 않는 APL 트렁크를 고려한다. 이 경우 APL 필드 스위치는 보조전원에 의해 전력이 공급되어야 한다. 최대 거리 및 APL 스위치의 위치에 대해 다음과 같은 고려사항이 적용된다.
그림 3은 무동력 APL 트렁크의 최대 거리를 보여준다. 트렁크는 데이터만 전달하고 스위치에 연결된 필드 스위치 및 APL 필드 장치의 전력은 전달하지 않으므로 각 세그먼트에 대해 최대 거리는 1,000m이다. 케이블 길이가 큰 APL 네트워크를 만들 때 기능적 결합 및 차폐를 준수해야 한다.
기능적 결합 및 차폐와 관련하여 상황이 불분명한 플랜트에서는 다음 섹션에 설명된 것과 같이 광섬유산업용 이더넷(FO)을 사용하는 것이 대안이다. 이 섹션에서 설명하는 계획 단계는 전체 계획 프로세스의 첫 번째 단계이지만 추가적인 측면, 예를 들어 전력 예산을 준수할 필요가 있다. 이제 다음 섹션에서는 후속 계획 단계를 통해 판독기를 보다 자세히 안내한다.
(3) 대안 3 : 동력식 APL 트렁크
이 절에서는 동력식 APL 트렁크를 다루기로 한다. 그림 4는 동력 트렁크가 사용되는 경우 APL 필드 스위치의 배치에 대한 마지막 제한을 정의한다. 라인의 각 세그먼트에 대한 최대 거리는 1,000m까지 가능하지만 다음 매개변수에 따라 달라진다.
• APL 전원 스위치의 출력 전압.
• 전원이 공급되는 APL 트렁크에 연결된 APL 필드 스위치의 수.
• 필드 스위치에 연결된 APL 필드 장치의 수와 해당 전력 소비량.
• 트렁크 케이블의 단면(와이어 게이지).
• 트렁크 케이블의 온도(주변 온도에 따라 저항이 달라짐).
계산에 대한 자세한 내용은 차회에 소개되는 부록을 참조 바란다. 계산된 최대 거리가 관찰되도록 APL 필드 스위치를 배치한다.
필드 장치의 위치는 기술 프로세스에 의해 정의되며 APL 계획 프로세스를 위해 입력이 된다. APL 필드 스위치는 최대 스퍼 길이가 200m이고 전력스위치와 라인의 마지막 필드 스위치 사이의 최대 거리가 계산되어야 하는 방식으로 배치가 된다. 이런 케이블 길이는 표 1에 명시된 케이블 유형 및 위에 언급된 전제조건에 따라 달라진다.
일반적인 네트워크 구조를 소개한 후, 다음 섹션에서는 폭발적인 분위기가 없는 또는 폭발적인 분위기가 있는 계획 사례를 안내하기로 한다.
2. APL 토폴로지 계획 기본사항
당분간 우리는 모든 구성 요소가 폭발적인 분위기가 없는 지역에 있다고 가정한다. 따라서 Ex 고려사항은 현 시점에서는 필요하지 않지만 나중에 논의할 것이다.
(1) 상위 네트워크의 구조
APL 시스템은 상위 산업 이더넷 네트워크와 함께 작동한다. 상위 네트워크의 구조는 APL 계획 프로세스와 관련이 없으므로, 이 구조는 여기에서 다루지 않는다. 관찰되어야 할 유일한 측면은 상위 산업 이더넷 네트워크가 산업 이더넷 연결을 갖는 APL 전원 스위치 또는 APL 필드 스위치가 위치한 곳으로 라우팅 되어야 한다는 것이다.
(2) 포트 호환성 APL 네트워크
APL은 트렁크(T)와 스퍼(S)를 구분한다. 기능은 다음과 같이 설명할 수 있다.
· 트렁크(T) : 트렁크는 APL 네트워크의 ‘메인 라인’이다. APL 전원 스위치와 APL 필드 스위치를 연결한다. 전력이 공급되지 않는 트렁크 세그먼트의 길이는 각각 1,000m 이하 이어야 한다. 전력이 공급되는 트렁크의 최대 허용 길이는 차회에 소개할 부록에 따라 계산할 수 있다.
· 스퍼(S) : 스퍼 케이블은 필드 장치와 필드 스위치를 연결한다. 스퍼 케이블의 길이는 200m이하이어야 한다(케이블 카테고리 IV).
트렁크와 스퍼의 결합된 사용은 그림 5에 나와 있다. 트렁크와 스퍼의 최대 길이는 표 1과 같이 케이블 범주에 따라 달라진다.
그림 5에서 APL 전원 스위치는 트렁크-아웃 포트를 통해 트렁크에 연결한다. 그런 다음 APL 신호는 라인의 첫 번째 APL 필드 스위치의 트렁크-인 포트로 전달된 다음 추가 APL 필드 스위치로 전달된다. APL 필드 장치에는 APL 필드 스위치의 스퍼 포트에 연결되는 스퍼 포트가 있다. 포트의 상호연결을 위해 다음 규칙이 적용된다.
· 트렁크-인 포트는 트렁크-아웃 포트에만 연결해야 한다.
· APL 필드 장치의 스퍼 포트는 APL 필드 스위치의 스퍼 포트에만 연결되어야 한다.
· 각 스퍼에는 하나의 APL 필드 장치만 연결될 수 있다.
제어네트워크를 APL 필드 스위치에 직접 공급하는 토폴로지를 사용하는 경우, 스퍼 포트에 대한 규칙만 적용된다.
(3) 동력 등급
전력 클래스는 소스 포트가 구동하거나 로드 포트가 싱크할 수 있는 전력의 양을 설명한다. 표 2는 APL 전력 클래스와 허용되는 조합을 보여준다.
트렁크 또는 스퍼 세그먼트상의 허용된 포트 조합은 소스 전력 클래스를 확인한 다음, 적합한 허용된 부하 전력 클래스를 식별하여 선택할 수 있다. 표 2에 제시된 것과 다른 클래스의 조합은 금지된다. 포트 클래스의 허용된 조합은 모든 조합이 본질적으로 안전한 관점에서 허용된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 이는 다음 장에서 도입될 2-WISE 개념에 따라 별도로 확인할 필요가 있다. 부하 포트는 하나 이상의 부하 전력 클래스에 대해 지정될 수 있다. 전력 클래스 A, B, C는 주로 폭발성 대기가 있는 지역에 고유하게 안전한 정격 스퍼 포트에 사용되도록 되어있지만 비본질적으로 안전한 정격포트에도 사용될 수 있다. 전력 클래스에 대한 자세한 설명은 APS2021에서 확인할 수 있다.
(4) 인라인 연결 장치 및 보조 장치
지금까지 이 문서는 주로 APL 전원 스위치, APL 필드 스위치 및 APL 필드 장치를 다루었다. 이제 두 가지 추가 장치 유형, 즉 APL 보조 장치와 APL 인라인 연결에 대해 다룰 것이다. 이미 앞 장에서 언급한 바와 같이 보조 장치는 예를 들어 서지보호기가 될 수 있다. APL 인라인 연결은 예를 들어 정션 박스 또는 케이블 커넥터와 같은 두 개의 케이블 세그먼트를 함께 묶는 데 사용된다. 이를 통해 유지보수 목적으로 장치를 연결하고 분리할 수가 있다. 두 구성 요소 모두 네트워크 세그먼트에 반사 및 삽입 손실을 추가하기 때문에 그 수는 표 3에 따라 제한되어야 한다. 여기서 인라인 연결 및 보조 장치는 선택적 구성 요소이다.
표 3은 세그먼트당 최대 허용 보조 장치 수 및 세그먼트당 최대 인라인 연결 수를 나열한다. 보조 장치는 하나의 인라인 연결로 계산된다. 보조 장치가 APL 세그먼트에 병렬로 연결된 경우 세그먼트 케이블과 보조 장치 사이의 와이어는 10cm의 제한된 길이를 가진 스터브(stub)로 정의된다. <다음 호에 계속>
