[논문 리뷰] Interfacing the ControlLogix PLC over Ethernet/IP

Kay-Uwe Kasemir, Leo Dalesio|arXiv (Cornell University)|2001. 10. 31.

Smart Grid Security and Resilience참고 문헌 1인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 실험 물리학 및 산업 제어 시스템(EPICS)을 위한 드라이버를 제시하며, 이는 이더넷/IP 프로토콜을 통해 앨런 브래드리 컨트롤로직 PLC와 통신할 수 있도록 한다. 이 구현은 vxWorks, Win32, 그리고 유닉스/리눅스 시스템을 지원하며, 산업 제어 환경에서의 인터페이스 기능 통합, 성능 특성, 실용적 한계를 입증한다.

ABSTRACT

The Allen-Bradley ControlLogix line of pro-grammable logic controllers (PLCs) offers several in-terfaces: Ethernet, ControlNet, DeviceNet, RS-232 and others. The ControlLogix Ethernet interface module 1756-ENET uses EtherNet/IP, the ControlNet protocol, encapsulated in Ethernet packages, with specific service codes. A driver for the Experimental Physics and Industrial Control System (EPICS) has been developed that utilizes this EtherNet/IP protocol for controllers running the vxWorks RTOS as well as a Win32 and Unix/Linux test program. Features, per-formance and limitations of this interface are presented.

연구 동기 및 목표

• 실험 물리학 및 산업 제어 시스템에서 EPICS와 컨트롤로직 PLC 간 신뢰성 있고 실시간 통신을 가능하게 하기 위해.
• vxWorks, Win32, 그리고 유닉스/리눅스를 포함한 다수의 운영 체제를 지원하는 이더넷/IP 기반 인터페이스를 구현하기 위해.
• 실제 제어 시스템 구현 환경에서 인터페이스의 성능 및 한계를 평가하기 위해.
• 분산 제어 환경에 컨트롤로직 PLC를 통합하기 위한 표준화되고 재사용 가능한 드라이버를 제공하기 위해.

제안 방법

• 컨트롤로직 PLC의 1756-ENET 이더넷 모듈과 통신하기 위해 이더넷/IP 프로토콜 스택을 사용한 커스터마이즈된 EPICS 드라이버 개발.
• 이더넷/IP의 CIP(Common Industrial Protocol)를 TCP/IP 위에서 사용한 저수준 통신 구현, 명시적 메시지 서비스 포함.
• 다양한 플랫폼에 대응하기 위한 드라이버 포팅: 실시간 제어를 위한 vxWorks, 테스트 및 개발을 위한 Win32 및 유닉스/리눅스.
• 읽기 및 왤기 PLC 데이터를 위한 표준 CIP 서비스 사용, 연결 관리 및 데이터 경로 작업 포함.
• EPICS 제어 시스템 프레임워크에 드라이버 통합을 통해 PLC I/O 포인트와의 원활한 데이터 교환 구현.
• 실제 컨트롤로직 하드웨어 및 소프트웨어 스택을 사용한 테스트를 통한 功能 검증.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 EPICS 시스템은 어떻게 이더넷/IP 프로토콜을 사용해 컨트롤로직 PLC와 효과적으로 인터페이스할 수 있는가?
• RQ2 실시간 및 일반 목적 운영 체제에서 사용할 경우 이더넷/IP 인터페이스의 성능 특성은 어떠한가?
• RQ3 지연, 신뢰성, 시스템 호환성 측면에서 인터페이스의 핵심 한계는 무엇인가?
• RQ4 한 개의 드라이버 구현이 vxWorks, Win32, 그리고 유닉스/리눅스와 같은 다양한 운영 체제를 지원할 수 있는가?
• RQ5 실제 산업 제어 환경에서 CIP 메시지 교환, 연결 설정, 데이터 무결성 처리는 어떻게 구현되는가?

주요 결과

• EPICS 드라이버는 실시간 vxWorks와 일반 목적 플랫폼을 포함한 여러 운영 체제에서 컨트롤로직 PLC와의 이더넷/IP 통신을 성공적으로 구현하였다.
• 테스트 환경에서 안정적인 운영이 확인되었으며, PLC 데이터 포인트의 신뢰성 있는 읽기 및 왤기 기능을 지원하였다.
• 성능는 일반적인 제어 시스템 응용 분야에 적합한 것으로 평가되었지만, 네트워크 부하 및 운영 체제 컨텍스트에 따라 지연이 변동함을 확인하였다.
• 특히 비실시간 시스템에서 고부하 조건에서 연결 처리 및 메시지 타이밍에 한계가 드러났다.
• 드라이버는 확장성과 재사용성이 뛰어나 향후 컨트롤로직 시스템을 더 큰 제어 프레임워크에 통합하기 위한 기반을 마련하였다.
• 표준 이더넷/IP 서비스의 사용으로 기존 앨런 브래드리 하드웨어 및 소프트웨어 스택과의 호환성이 보장되었다.