IEEE, '19년 '10BASE-T1L PHY' 표준 승인
PoDL 통해 최대 1km 떨어진 장치 간의
전력과 데이터 송수신 지원, 활용처 많아져


스마트팩토리 보급 확산으로 공장 자동화를 넘어선 공장 자율화를 실현하려는 노력이 이어지고 있다. 또한, 코로나19 팬데믹 장기화에 따라 사회 전반적으로 비대면 기조가 강화되며 원격 솔루션을 도입하려는 기업들도 늘고 있다.

자율 시스템과 원격 솔루션을 제대로 도입하기 위해서는 대량의 데이터를 신뢰성 있게 전달하는 통신 인프라 구축이 필수다. 최근 5G를 필두로 하는 무선통신 솔루션이 크게 주목받고 있으나, 여전히 신뢰성 측면에서 좋은 평가를 받는 유선통신 솔루션이 더 많이 채택되고 있다. 이더넷은 그중 하나다.

다만 이더넷은 상대적으로 짧은 통신 거리(200m) 탓에 산업계에서는 공장 내에서의 공정 자동화에 활용이 국한됐다. 그러다 지난 2019년 11월, IEEE가 10BASE-T1L 이더넷 PHY 표준을 승인하며 흐름이 바뀌었다.

한국 아나로그디바이스(ADI)에서 브로드 마켓 애플리케이션 기술 지원을 담당하고 있는 김령모 차장을 만나 향후 산업계에서 10BASE-T1L 표준이 불러올 변화의 바람에 관해 물었다.


Q. 지난 2019년 11월 승인된 10BASE-T1L 이더넷 PHY 표준은 기존 이더넷 PHY 표준과 비교했을 때 어떤 점에서 개선됐습니까?
A. 3가지 부분에서 개선점이 있습니다. 첫째로, 실시간 산업용 이더넷 프로토콜에서 10㎲ 미만의 링크 손실을 감지하는 기능이 추가됐습니다. 둘째로, IEEE 1588 타임스탬프에 대한 패킷 감지 기능이 추가되어 네트워크 전체의 정확한 타이밍을 확인할 수 있게 됐습니다. 셋째로, 온칩 전원 공급장치 모니터를 통해 전원을 켤 때 시스템 수준의 견고함이 향상됐습니다.


Q. 10BASE-T1 표준은 차량용인데, 10BASE-T1L이 산업용으로 적합한 이유는 무엇입니까? 단순히 이름만 유사한 것입니까?
A. 100BASE-T1은 차량용 인포테인먼트(IVI)와 ADAS, 파워트레인, 그 외 전장들의 데이터 처리량을 늘리고, 강력한 자동차 배출 가스 표준을 충족하고, 케이블링 무게와 비용을 절감하기 위한 100Mbps 자동차 이더넷 표준입니다.

반면, 10BASE-T1L은 기존에 설치된 일부 이더넷 케이블을 재사용할 수 있으며, 10BASE-T1L 물리층에 기반한 이더넷-APL(Advanced Physical Layer)를 사용해 공정 자동화 설치의 브라운 필드를 업그레이드할 수 있습니다. 그뿐만 아니라, 현장에 높은 데이터 전송속도, 사용 편의성과 상호 운용성을 제공하고 있습니다.

가령 점대점(Point-to-point) 통신 지원 솔루션의 통신 거리를 최대 1km까지 늘여서 2.4V 피크를 사용하거나, 그보다 짧은 거리에서 1.0V 피크를 사용하는 등의 2가지 진폭 모드를 지원합니다. 1.0V 피크 진폭 모드를 통해 방폭 시스템(Ex) 환경에 적용할 수 있고, 까다로운 최대 에너지 제한도 충족할 수 있습니다.


Q. 10BASE-T1L은 싱글 페어(Single fair) 이더넷 표준인데, 싱글 페어 이더넷과 2페어, 4페어 이더넷과의 차별점은 무엇입니까?
A. 10BASE-T1L은 단일 차폐연선 케이블로 2와이어 기술로 전력과 데이터를 동시에 장거리 전송하는 기술로, 2·4페어 이더넷과 비교해서 4가지 차이점이 있습니다. 첫째로 전송속도입니다. 2·4페어 이더넷은 최대 Gb 단위의 전송이 가능하지만, 10BASE-T1L은 10Mb 전용 라인입니다.

둘째는 데이터 전송 거리로, 2·4페어 이더넷은 최대 100m, 10BASE-T1L은 최대 1km까지 지원합니다. 셋째는 커넥터 종류로, 2·4페어 이더넷은 RJ45를 이용하지만, 10BASE-T1L은 2핀 커넥터를 사용합니다. 넷째는 전력 전송 부분입니다. 2·4페어 이더넷은 PoE(Power over Ethernet)를 이용해서, 10BASE-T1L은 PoDL(Power over Data Line)를 이용해서 전력과 데이터를 전송합니다.



10BASE-T1L 표준은 공정 자동화 시스템의 원활한 에지-클라우드 연결을 제공한다. 따라서 고급 데이터 분석을 위한 풍부한 데이터 세트 생성을 지원한다.



Q. 10BASE-T1L 솔루션 도입과 게이트웨이 설치 유무 간의 상관관계는 무엇입니까? 어째서 게이트웨이 설치 필요성이 줄어든다는 것입니까?
A. 10BASE-T1L 솔루션은 공정 자동화 분야에서 기업, 제어 및 현장 수준의 통신 방법으로 이더넷을 통합하기 때문에 복잡하고 전력이 많이 소모되는 게이트웨이의 필요성을 낮춥니다.

게이트웨이 절감은 게이트웨이 설치 비용과 복잡성의 감소로 이어집니다. 10BASE-T1L 기반 통합 네트워크는 간단한 설치, 쉬운 장치 교체, 더 빠른 네트워크 시험 운전 및 구성을 제공합니다. 그 결과 현장에서 근본 원인 분석 및 유지 관리가 단순해져 소프트웨어 업데이트도 빨라집니다.


Q. 10BASE-T1L이 ‘Zone 0’ 애플리케이션에 적합한 이유는 무엇입니까?
A. Zone 0 영역은 센서나 유량, 레벨, 압력 및 온도 액추에이터가 설치된 위험지역입니다. 기계 제작이나 공장 자동화와 달리 공정 자동화에서 센서와 액추에이터는 컨트롤러 가까이에 있지 않습니다. 센서와 I/O 사이 거리가 200m인 경우도 드물며, 필드 스위치 사이의 거리는 최대 1km입니다.

10BASE T1L은 최대 200m까지밖에 지원하지 못했던 기존 이더넷 PHY 표준과 다르게, Zone 0 애플리케이션에 사용하기에 적합한 초저전력, 고내구성 필드 장치를 최대 1km 거리밖에서 제어할 수 있는 최적의 솔루션입니다.


Q. 장기적으로 이더넷 PHY 표준이 4mA~20mA HART, 필드버스 프로토콜을 완전히 대체할 수 있을 것으로 보십니까?
A. 기존 프로토콜들은 수년 동안 공정 자동화 애플리케이션에 성공적으로 배포됐으며, 하룻밤 사이에 사라지지 않는, 충분히 입증된 강력한 솔루션입니다.

그럼에도 10BASE-T1L은 사용자 정의가 설치 시점에 바로 이루어질 수 있습니다. 시장 출시 시간 단축, 설계 리소스 저감, 프로젝트와 고객 전체에서 광범위하게 활용할 수 있는 범용 제품 제공 등도 장점입니다. 새로운 10BASE-T1L 지원 기기는 기존 프로토콜 지원 기기들과 일정 기간 공존할 것으로 보입니다.


Q. 10BASE-T1L 솔루션의 구축 난도가 낮은 이유는 무엇입니까?
A. 기존 공정 자동화 엔지니어들은 HART, 필드버스 프로토콜을 사용하여 4mA~20mA 설치, 배포, 디버깅 등에 대한 지식과 경험을 보유하고 있습니다. 반면 이제 막 대학을 졸업한 엔지니어들은 이더넷 기반 기술에 더욱 익숙합니다. 따라서 레거시보다 10BASE-T1L 솔루션을 더욱 빠르게 구축할 수 있습니다.


Q. ADI가 제공하는 10BASE-T1L 관련 솔루션이 있다면 소개해 주십시오.
A. ADI는 10BASE-T1L 이더넷 PHY 표준을 지원하기 위해 최근 ‘ADIN1100’ 산업용 이더넷 PHY 장치를 출시했습니다.

해당 장치는 10BASE-T1L IEEE Std 802.3cg-2019™를 준수하며, Zero 0 영역을 위한 1.0/2.4V 전송 레벨을 지원합니다. 본질 안전 애플리케이션에 적합한 ADIN1100은 호스트 프로세서와의 MII, RMII MAC 인터페이스를 제공하며, 핀 스트랩핑으로 마스터/슬레이브 선택, 진폭 전송, PHY 주소 지정이 가능합니다.

적은 전력으로 구동하는 ADIN1100은 6×6 40핀 LFCSP 타입 소형 패키지로 제공되며, 동작 온도 범위는 –40~105°C입니다.