KR101243434B1 - Synchronization method for fieldbus using gateway and synchronization system for fieldbus using gateway - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 필드버스 동기화 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 종래의 동기화 기능을 지원하지 않은 산업용 네트워크와 동기화 기능을 지원하는 산업용 네트워크로 구성된 자동화 시스템에서 게이트웨이를 이용하여 네트워크 동기화를 지원하는 방법 및 이 방법을 이용한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fieldbus synchronization method and system. In particular, the present invention relates to a method for supporting network synchronization using a gateway and a system using the method in an automation system composed of an industrial network that does not support a conventional synchronization function and an industrial network that supports a synchronization function.
자동화 산업의 발달과 함께 산업용 네트워크의 수요도 증가하고 있고 빠른 속도, 안전성, 시스템의 간편화뿐만 아니라 유지 보수의 편리성 등 이런 다양한 장점들로 인해 차세대 산업용 네트워크로써 이더넷 기반의 프로토콜을 사용하고 있다. 프로피넷, 이더캣, 메카트로링크, 파워링크 등 이더넷 기반 고속 네트워크의 사용이 증가하므로 동기화 성능에 대한 중요도 역시 증가하고 있다.With the development of the automation industry, the demand for industrial networks is increasing and various advantages such as high speed, safety, system simplification, and convenience of maintenance are using Ethernet based protocol as next generation industrial network. The importance of synchronization performance is also increasing as the use of Ethernet-based high-speed networks such as Profinet, EtherCat, Mechatrolink, and Powerlink increases.
기존의 산업용 네트워크는 대부분 마스터-슬레이브 전송방식을 이용하여 분산 시스템 구조를 이룬다. 반면 거리에 따른 지연, 프로세서 처리 및 네트워크상에서 발생하는 지터 등으로 정밀한 제어에 어려움을 겪고 있다. 정밀한 제어를 위한 네트워크의 동기화 기술로써 IEEE 1588 기반의 동기화 기술이 산업용 자동화 시스템의 핵심 동기화 솔루션으로 적용되고 있다. 이는 마스터-슬레이브간의 자신의 시계를 동기화 패킷을 이용하여 주고 받으면서 각 노드의 타임스태프를 이용하여 오프셋(Offset)을 측정하고 지연시간을 측정하여 그 결과 값을 적용하여 동기화하는 방식이다. Most existing industrial networks form a distributed system using master-slave transmission. On the other hand, precise control is difficult due to distance over delay, processor processing, and jitter in the network. As a network synchronization technology for precise control, IEEE 1588-based synchronization technology is being applied as a core synchronization solution for industrial automation systems. This is a method of synchronizing the clock between master and slave using a synchronization packet, measuring offset using the time stamp of each node, measuring delay, and applying the resultant value.
IEEE 1588 기반의 동기화 기술은 산업용 네트워크 프로토콜이 동기화 기능을 지원한다는 가정 하에 실현 가능한 기술이다. 때문에 동기화 기능을 지원하지 않는 기존의 필드버스의 경우 동기화를 위한 새로운 알고리즘이 요구된다. 동기화 기능을 지원하는 필드버스와 그렇지 않은 필드버스로 구성된 두 개 이상의 분산된 디바이스들이 동시에 모션 제어를 요구하는 경우 동기화 문제가 발생하므로 보다 신뢰성 있는 데이터 전송이 요구된다.Synchronization technology based on IEEE 1588 is feasible under the assumption that industrial network protocols support synchronization functions. Therefore, the existing fieldbus that does not support the synchronization function requires a new algorithm for synchronization. If two or more distributed devices consisting of fieldbuses that support the synchronization function and fieldbuses that do not, require motion control at the same time, synchronization problems occur, requiring more reliable data transmission.
자동화 산업 분야에서는 모션제어를 위해 비용 절감과 성능 및 신뢰성이 검증된 시리얼 통신 및 CAN 등 필드버스 기반의 많은 모터 시스템을 사용하고 있다.The automation industry uses many fieldbus-based motor systems, including serial communications and CAN, which have proven cost savings, performance and reliability for motion control.
종래 필드버스 시스템을 고성능 필드버스 시스템으로 대체 한다면 새로운 프로토콜에 대한 검증 절차가 필요하고, 비용에 대한 부담도 증가한다. 그리고 모션제어를 위한 다축의 노드들이 선형 토폴로지(linear topology)를 형성한다면 각 노드를 경유하는 만큼 데이터 전송 시간이 지연이 되고 뿐만 아니라 제어 시스템이 동일한 제품이 아닐 경우 내부적인 구조나 동작 알고리즘에 따라 구동되는데 소요되는 시간이 다를 수 있다. 결국 동기화를 지원하는 필드버스와 동기화를 지원하지 않는 필드버스 간의 성능 향상을 위한 대안이 필요하다. If the conventional fieldbus system is replaced with a high performance fieldbus system, a verification procedure for the new protocol is required and the burden on the cost increases. And if the multi-axis nodes for motion control form a linear topology, the data transmission time is delayed as much as passing through each node, and if the control system is not the same product, it operates according to the internal structure or operation algorithm. The time it takes to do so may vary. As a result, there is a need for an alternative for improving performance between fieldbuses that support synchronization and fieldbuses that do not support synchronization.
시리얼 통신 및 CAN 등의 필드버스는 기본적으로 비동기식 전송방식 이므로 표준 동기화 알고리즘에 대한 정의가 없기 때문에 게이트웨이를 통해 고속 필드버스와 분산 네트워크 구조를 형성할 때 동기화에 대한 문제가 발생 될 수 있다. Since fieldbuses such as serial communication and CAN are basically asynchronous transmission methods, there is no definition of standard synchronization algorithms, so synchronization problems may occur when forming a high-speed fieldbus and distributed network structure through a gateway.
본 발명은 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크를 게이트웨이를 사용하여 동기화를 수행하고자 한다. 나아가 동기화를 지원하는 네트워크와 동기화를 지원하지 않는 네트워크를 통합적으로 운영하면서, 게이트웨이를 통해 전체 네트워크 시스템의 동기화를 수행하고자 한다.The present invention intends to perform synchronization using a gateway to a fieldbus network that does not support synchronization. Furthermore, while integrating a network that does not support synchronization with a network that supports synchronization, the entire network system will be synchronized through a gateway.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법은 게이트웨이가 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크의 각 슬레이브에 메시지를 전송하여 각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)을 측정하는 S1 단계, 마스터가 S1 단계에서 측정된 Tc를 이용하여 슬레이브 별 메시지 전송 딜레이 시간(Td)을 연산하는 S2 단계 및 마스터가 S2 단계에서 연산된 Td를 기준으로 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크의 각 슬레이브에 데이터를 동기화하여 전송하는 S3 단계를 포함한다.Fieldbus synchronization method using a gateway according to the present invention in step S1, the master transmits a message to each slave of the fieldbus network that does not support synchronization to measure the message response time (Tc) for each slave, the master at step S1 The S2 step of calculating the message transmission delay time (Td) for each slave using the measured Tc and the master synchronizes and transmits data to each slave of the fieldbus network that does not support synchronization based on the Td calculated in the S2 step. S3 step.
본 발명에 따른 S1 단계는 게이트웨이가 각 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계, S1 단계에서 게이트웨이가 각 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Ttn)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Ttn를 저장하는 S11 단계, 메시지를 전송받은 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계, 게이트웨이가 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Trn)을 측정하는 S13 단계 및 각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tcn)이 Tcn = Ttn - Trn + Tun 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tun는 S12 단계에서 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로한다.In step S1 according to the present invention, step S10 in which the gateway transmits a message to each slave, in step S1, S11 measuring the time Tt n during which the gateway transmits a message to each slave and storing Tt n in the time stamp of the gateway. Step S12, where each slave receiving the message transmits a message execution and response message, step S13, in which the gateway measures a message reception time Tr n when the response message is transmitted, and message response time Tc n for each slave. The step S14 includes Tc n = Tt n -Tr n + Tu n , where Tu n means processing time for each slave to process message execution and response message transmission in step S12, and n is the slave's processing time. It is characterized by the number.
본 발명에 따른 S1 단계는 게이트웨이가 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계, S1 단계에서 게이트웨이가 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Tt)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Tt를 저장하는 S11 단계, 메시지를 전송받은 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계, 게이트웨이가 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Tr)을 측정하는 S13 단계 및 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)이 Tc = Tt - Tr + Tu 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tu는 S12 단계에서 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, S10 내지 S14 단계는 모든 슬레이브에 대해 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.In step S1 according to the present invention, in step S10 in which the gateway transmits a message to the slave, in step S1, in step S11, the gateway transmits a message to the slave. In step S12, the transmitted slave executes a message and transmits a response message, in step S13, in which the gateway measures a message reception time (Tr) receiving the response message, and the message response time (Tc) of each slave is Tc = Tt-Tr + Tu. Including the step S14 calculated by the formula, Tu means a processing time for the slave to process the message execution and response message transmission in step S12, step S10 to S14 is characterized in that proceeds sequentially for all the slaves.
본 발명에 따른 S2 단계는 마스터가 슬레이브 별로 측정된 Tci를 이용하여 Tdi = Tci +1 - Tci 식으로 슬레이브 간 Tdi를 연산하며, i = 1, 2, ... ,n 이고 여기서 n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 한다.In the step S2 according to the present invention, the master calculates Td i between slaves by Td i = Tc i +1 -Tc i using Tc i measured for each slave, i = 1, 2, ..., n N is the number of slaves.
본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템은 하나의 마스터와 다수의 제1 슬레이브를 포함하는 동기화 지원 제1 필드버스 네트워크 시스템, 다수의 제2 슬레이브를 포함하는 동기화 미지원 제2 필드버스 네트워크 시스템, 제1 필드버스 네트워크 시스템과 제2 필드버스 네트워크 시스템을 연결하는 게이트웨이를 포함하되, 게이트웨이는 제2 필드버스 네트워크 시스템의 제2 슬레이브에 메시지를 전송하여 제2 슬레이브 메시지 응답시간(Tc)을 측정하고, 마스터는 S1 단계에서 측정된 Tc를 이용하여 슬레이브 별 메시지 전송 딜레이 시간(Td)을 연산하고, 연산된 Td를 기준으로 제2 슬레이브에 데이터를 전송하여 동기화를 수행하는 것을 특징으로 한다.Fieldbus synchronization system using a gateway according to the present invention is a synchronization-supported first fieldbus network system including a master and a plurality of first slaves, a non-synchronized second fieldbus network system including a plurality of second slaves, A gateway connecting the first fieldbus network system and the second fieldbus network system, the gateway transmitting a message to a second slave of the second fieldbus network system to measure a second slave message response time Tc; The master calculates the message transmission delay time Td for each slave using the Tc measured in step S1, and transmits data to the second slave based on the calculated Td to perform synchronization.
게이트웨이가 제2 슬레이브 메시지 응답시간(Tc)을 측정하는 과정은 게이트웨이가 각 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계, S1 단계에서 게이트웨이가 각 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Ttn)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Ttn를 저장하는 S11 단계, 메시지를 전송받은 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계, 게이트웨이가 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Trn)을 측정하는 S13 단계 및 각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tcn)이 Tcn = Ttn - Trn + Tun 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tun는 S12 단계에서 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 한다.The process of measuring the second slave message response time (Tc) by the gateway measures the time (Tt n ) at which the gateway transmits a message to each slave in step S10 and step S1 where the gateway transmits a message to each slave. Step S11 for storing Tt n in a time stamp, step S12 for each slave receiving a message to execute a message and sending a response message, step S13 for measuring a message reception time Tr n for which the gateway has received a response message, and each In step S14, the message response time (Tc n ) per slave is calculated using the formula Tc n = Tt n -Tr n + Tu n , where Tu n is a process in which each slave handles message execution and response message transmission in step S12. Time, and n is the number of slaves.
게이트웨이가 제2 슬레이브 메시지 응답시간(Tc)을 측정하는 과정은 게이트웨이가 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계, S1 단계에서 게이트웨이가 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Tt)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Tt를 저장하는 S11 단계, 메시지를 전송받은 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계, 게이트웨이가 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Tr)을 측정하는 S13 단계 및 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)이 Tc = Tt - Tr + Tu 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tu는 S12 단계에서 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, S10 내지 S14 단계는 모든 슬레이브에 대해 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.The process of measuring the second slave message response time (Tc) by the gateway measures the time (Tt) at which the gateway transmits a message to the slave in step S10 and step S1 in which the gateway transmits a message to the slave, and thus the time stamp of the gateway. Step S11 for storing Tt, step S12 for executing a message and sending a response message by a slave receiving a message, step S13 for measuring a message reception time Tr for receiving a response message by a gateway, and message response time for each slave (Tc) ) Includes the step S14 where Tc = Tt-Tr + Tu, where Tu means the processing time for the slave to process the message execution and the response message transmission in step S12, and the steps S10 to S14 for all slaves. It is characterized by proceeding sequentially.
메시지 전송 딜레이 시간(Td)은 마스터가 슬레이브 별로 측정된 Tci를 이용하여 Tdi = Tci +1 - Tci 식으로 슬레이브 간 Tdi를 연산하며, i = 1, 2, ... ,n 이고 여기서 n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 한다.The message transmission delay time (Td) calculates Td i between slaves by Td i = Tc i +1 -Tc i using Tc i measured by slaves by the master, i = 1, 2, ..., n N is the number of slaves.
본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법 및 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.Fieldbus synchronization method using a gateway and a fieldbus synchronization system using a gateway according to the present invention has the following effects.
종래의 모션제어를 위한 활용되던 비동기식 프로토콜과 동기식 프로토콜로 설계된 네트워크에서는 부분적인 동기는 가능하지만 전체적인 동기는 지원되지 않는다. 뿐만 아니라 동일한 비동기식 프로토콜을 사용하지만 모션제어를 위한 디바이스에 따라 데이터 처리 속도 나 알고리즘이 다를 수 있고, 다축의 슬레이브가 선형 토폴로지로 구성되어 있을 경우 메시지를 전송하기 위해 각 슬레이브를 거쳐야 하기 때문에 추가적인 지연시간이 발생한다. In a network designed with the asynchronous protocol and the synchronous protocol used for the conventional motion control, partial synchronization is possible, but the overall synchronization is not supported. In addition, the same asynchronous protocol is used, but the data processing speed or algorithm may be different depending on the device for motion control, and when the multi-axis slave is configured in a linear topology, additional delay time is required because each slave has to go through to transmit a message. This happens.
본 발명은 동기식과 비동기식으로 이루어진 하나의 네트워크를 동기화시킴으로써 정확한 시간의 사용하여 네트워크 지연에 대한 문제를 해결하고 다축으로 구성된 슬레이브에서 정밀한 모션제어가 필요한 산업 분야와 같은 분야에서 네트워크 성능을 향상시킨다.The present invention solves the problem of network delay by using accurate time by synchronizing a single network consisting of synchronous and asynchronous, and improves network performance in an industry such as an industry requiring precise motion control in a multi-axis slave.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1(a)는 동기화를 지원하는 단일 필드버스로 구성된 네트워크의 일 예이고, 도 1(b)는 동기화를 지원하는 필드버스 동기화 알고리즘에 대한 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 네트워크 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법에 대한 구체적인 순서도이다.FIG. 1 (a) is an example of a network composed of a single fieldbus supporting synchronization, and FIG. 1 (b) is a schematic flowchart of a fieldbus synchronization algorithm supporting synchronization.
2 is a schematic diagram of a network system to which the present invention is applied.
3 is a schematic flowchart of a fieldbus synchronization method using a gateway according to the present invention.
4 is a detailed flowchart illustrating a fieldbus synchronization method using a gateway according to the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, but merely for distinguishing one component from other components. Only used as For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
As used herein, the singular forms "a,""an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It is to be understood that the present invention means that there is a part or a combination thereof, and does not exclude the presence or addition possibility of one or more other features or numbers, step operation components, parts or combinations thereof.
이하에서는 도면을 참조하면서 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법 및 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템(100)에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
Hereinafter, a fieldbus synchronization method using a gateway and a fieldbus synchronization system 100 using a gateway will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이며, 이러한 이유로 본 발명의 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템(100)에 따른 구성부들의 구성은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한도 내에서 도 2와는 상이해질 수 있음을 명확히 밝혀둔다.
Prior to the detailed description of the drawings, it is to be clear that the division of the components in the present specification is only divided by the main function of each component. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be provided divided into two or more for each function. Each of the components to be described below may additionally perform some or all of the functions of other components in addition to the main functions of the components, and some of the main functions of each of the components are different. Of course, it may be carried out exclusively by. Therefore, the presence or absence of each component described through this specification should be interpreted functionally, and for this reason, the configuration of the components according to the fieldbus synchronization system 100 using the gateway of the present invention achieves the object of the present invention. It should be clear that it may be different from FIG. 2 to the extent possible.
먼저 종래 동기화를 지원하는 필드버스 구성 및 동기화를 지원하는 필드 버스의 동기화 알고리즘에 대해 간략하게 설명한다.First, the fieldbus configuration supporting the conventional synchronization and the synchronization algorithm of the fieldbus supporting the synchronization will be briefly described.
도 1(a)는 동기화를 지원하는 단일 필드버스로 구성된 네트워크의 일 예이고, 도 1(b)는 동기화를 지원하는 필드버스 동기화 알고리즘에 대한 개략적인 순서도이다.FIG. 1 (a) is an example of a network composed of a single fieldbus supporting synchronization, and FIG. 1 (b) is a schematic flowchart of a fieldbus synchronization algorithm supporting synchronization.
도 1(a)에 도시된 필드버스는 마스터(111)(master)-슬레이브(slave) 통신방식으로 동기화를 지원하는 프로토콜로 구성된 단일 네트워크로써 정확한 시간 동기화로 인해 정밀한 모션제어를 제공한다. 필드버스 네트워크가 모션제어 시스템에 한정되어 적용되는 것은 아니나 설명의 편의를 위해 모션 제어를 위한 산업용 네트워크를 예로 들어 설명한다.The fieldbus shown in FIG. 1 (a) is a single network composed of a protocol supporting synchronization in a master-slave communication scheme and provides precise motion control due to accurate time synchronization. Although the fieldbus network is not limited to the motion control system and applied, the description will be given by taking an industrial network for motion control as an example.
도 1(b)는 마스터(111)-슬레이브 통신방식으로 통한 동기화 과정을 개략적으로 설명한다. 이에 대해서는 해당 분야에 널리 알려진 기술이기 때문에 간략하게 설명한다. 1 (b) schematically illustrates a synchronization process through a master 111-slave communication method. This will be briefly described since it is a technique well known in the art.
마스터(111)-슬레이브 통신 방신으로 구성된 네트워크에서의 동기화 알고리즘으로 마스터(111)는 슬레이브에게 마스터(111)의 시계정보와 함께 동기화 패킷 전송하고 슬레이브는 패킷을 수신하여 마스터(111)의 시계정보와 슬레이브의 시계를 비교하여 오프셋(offset)을 결정한다. 계산된 오프셋 값을 더하여 슬레이브의 시간을 조정한다. 시간지연을 계산하기 위해 슬레이브는 마스터(111)에게 지연요청 패킷을 전송한다. 마스터(111)는 수신한 패킷에 대한 응답 패킷을 슬레이브에게 전송하고 슬레이브는 수신한 패킷을 분석하여 마스터(111)의 시간과 비교하여 시간지연을 계산한다. 지연된 시간값을 이용하여 슬레이브의 시간을 조정하여 동기화를 수행한다.
In the network composed of master 111-slave communication, the
도 2는 본 발명이 적용되는 네트워크 시스템에 대한 개략적인 구성도이다. 본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템(100)은 하나의 마스터(111)와 다수의 제1 슬레이브(112)를 포함하는 동기화 지원 제1 필드버스 네트워크 시스템(110), 다수의 제2 슬레이브(122)를 포함하는 동기화 미지원 제2 필드버스 네트워크 시스템(120) 및 제1 필드버스 네트워크 시스템(110)과 제2 필드버스 네트워크 시스템(120)을 연결하는 게이트웨이(130)를 포함한다.2 is a schematic diagram of a network system to which the present invention is applied. The fieldbus synchronization system 100 using the gateway according to the present invention includes a synchronization assisted first
그룹 A는 동기화를 지원하는 필드버스로 구성된 네트워크이고 그룹 B는 다축의 슬레이브가 라인 토폴로지를 형성되어 있으며 모션제어를 위한 동기화를 지원하지 않는 필드버스로 구성된 네트워크이다. 도 1과 동일하게 마스터(111)-슬레이브 통신방식으로 구성되어 있으며 각각의 프로토콜은 게이트웨이(130)를 통해 데이터를 전송한다.Group A is a network consisting of fieldbuses that support synchronization. Group B is a network consisting of fieldbuses that have multiple axes of slaves forming a line topology and do not support synchronization for motion control. As shown in FIG. 1, a master 111-slave communication method is used. Each protocol transmits data through the
제1 슬레이브(112)는 동기화를 지원하는 제1 필드버스 네트워크 시스템(110)에 속한 슬레이브를 의미하고, 제2 슬레이브(122)는 동기화를 지원하지 않는 제2 필드버스 네트워크 시스템(120)에 속한 슬레이브를 의미한다.The
제1 필드버스 네트워크 시스템(110)은 도 1(a)에 도시한 시스템과 동일한 시스템이고, 도 1(b)에서 설명하는 방식으로 동기화를 수행한다. 이에 반하여 제2 필드버스 시스템은 별도의 동기화 방식을 갖지 않는 네트워크 시스템이다. 제2 필드버스 시스템은 RS-232, RS-485 등과 같은 종래의 필드버스에 해당한다.The first
본 발명은 동기화를 지원하지 않는 구식 필드버스를 이용하고 산업용 네트워크 시스템을 동기화를 지원하는 최신의 필드버스로 모두 교체하지 않고, 종래 동기화를 지원하지 않는 제1 필드버스 네트워크 시스템(110)과 동기화를 지원하는 제2 필드버스 네크워크 시스템을 같이 사용하면서, 게이트웨이(130)를 이용하여 제2 필드버스 네트워크 시스템(120)에도 동기화를 제공하는 네트워크 시스템(100)을 제공하는 것이다.The present invention uses the old fieldbus that does not support synchronization and does not replace the industrial network system with all the latest fieldbuses that support synchronization, and synchronizes with the first
본 발명에 따른 게이트웨이(130)는 제2 필드버스 네트워크 시스템(120)의 제2 슬레이브(122)에 메시지를 전송하여 제2 슬레이브(122) 메시지 응답시간(Tc)을 측정한다.The
마스터(111)는 상기 측정된 Tc를 이용하여 슬레이브 별 메시지 전송 지연 시간(Td)을 연산하고, 연산된 Td를 기준으로 제2 슬레이브(122)에 데이터를 전송하여 동기화를 수행한다.The
게이트웨이(130)는 각 슬레이브에게 동기화를 위한 메시지를 전송하고 각 슬레이브에 해당하는 타임 스탬프에 메시지 송신시간(Tt)을 기록한다. The
버스필드 네트워크 장치(제품)의 특징에 따라 메시지 처리방식이 다를 수 있다. 메시지를 수신하여 데이터 처리한 후 응답 메시지를 게이트웨이에 전송하는 방식, 메시지를 수신 하자마자 응답 메시지를 게이트웨이에 전송한 후 데이터 처리를 하는 방식 등 다양한 방식이 있을 수 있다. 동기화를 위해 이러한 처리시간(Tu)을 사용자가 설정하여 동기화를 가능하도록 한다. Message handling may vary depending on the characteristics of the busfield network device (product). There may be various methods such as a method of receiving a message and processing data and transmitting a response message to the gateway, and a method of transmitting a response message to the gateway as soon as receiving the message and processing the data. This processing time Tu is set by the user for synchronization to enable synchronization.
게이트웨이(130)는 슬레이브로부터 응답 메시지를 수신한 시간(Tr)을 타임 스탬프에 기록한다. 게이트웨이(130)는 타임 스탬프의 메시지 송수신 시간을 바탕으로 Tc = Tr - Tt + Tu 을 계산하여 각 슬레이브의 메시지 응답 시간(Tc)을 계산한다. The
게이트웨이(130)는 동기화를 지원하지 않는 각 슬레이브의 Tc 를 마스터(111)에 송신한다. 마스터(111)는 게이트웨이(130)로부터 수신한 각 슬레이브의 Tc 값을 기록한다. 첫 번째 슬레이브를 Tc1, 두 번째 슬레이브를 Tc2라고 가정하였을 때 Tc2 - Tc1을 계산하여 Td1를 구한다. Td는 슬레이브간의 메시지를 전송 지연(Delay) 시간이다. 두 번째 슬레이브에 메시지를 전송하고 Td1 만큼의 시간을 Delay이 한 후 첫 번째 슬레이브에 메시지를 전송한다. The
이와 같은 방법을 이용하여 동기화를 지원하지 않는 필드버스로 구성된 네트워크의 모든 슬레이브에 동일한 방법으로 메시지를 전송함으로써 동기화를 지원하지 않는 필드버스의 모든 슬레이브는 동기화되어 동작하게 된다.
By using this method, all slaves in the fieldbus that do not support synchronization operate in synchronization by sending messages to all slaves in the network composed of fieldbuses that do not support synchronization.
도 3은 본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법에 대한 개략적인 순서도이다. 이하 설명하는 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법은 전술한 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템(100)에서 게이트웨이(130)를 중심으로 동기화가 수행되는 방법을 설명한다.3 is a schematic flowchart of a fieldbus synchronization method using a gateway according to the present invention. The fieldbus synchronization method using a gateway described below describes a method of synchronizing with respect to the
본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법은 게이트웨이(130)가 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크의 각 슬레이브에 메시지를 전송하여 각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)을 측정하는 S1 단계, 마스터(111)가 S1 단계에서 측정된 Tc를 이용하여 슬레이브 별 메시지 전송 지연 시간(Td)을 연산하는 S2 단계 및 마스터(111)가 S2 단계에서 연산된 Td를 기준으로 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크의 각 슬레이브에 데이터를 동기화하여 전송하는 S3 단계를 포함한다.Fieldbus synchronization method using a gateway according to the present invention S1 step, the master (S1) for measuring the message response time (Tc) for each slave by transmitting a message to each slave of the fieldbus network that the
S1 단계는 게이트웨이(130)가 각 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계, S1 단계에서 게이트웨이(130)가 각 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Ttn)을 측정하여 게이트웨이(130)의 타임 스탬프에 Ttn를 저장하는 S11 단계, 메시지를 전송받은 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계, 게이트웨이(130)가 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Trn)을 측정하는 S13 단계 및 각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tcn)이 Tcn = Ttn - Trn + Tun 식으로 연산되는 S14 단계를 포함한다.In step S1, the
Tun는 S12 단계에서 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, n은 슬레이브의 개수이다.Tu n means processing time for each slave to process the message execution and response message transmission in step S12, n is the number of slaves.
다만 제2 필드버스 네트워크 시스템(120)이 도 2에 도시된 것과 같이 선형 토폴로지는 갖는다면, 게이트웨이(130)가 동시에 각 슬레이브에 메시지를 전송하기는 어렵고, 슬레이브 마다 순차적으로 메시지를 전달하게 된다.However, if the second
도 4는 본 발명에 따른 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법에 대한 구체적인 순서도이다. 도 2는 선형 토폴로지와 같이 슬레이브에 순차적으로 메시지를 전달하는 네트워크 시스템을 전제로 설명한 것이다.4 is a detailed flowchart illustrating a fieldbus synchronization method using a gateway according to the present invention. 2 illustrates a network system that sequentially delivers messages to a slave like a linear topology.
도 4를 기준으로 설명하면, S1 단계는 게이트웨이(130)가 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계, S1 단계에서 게이트웨이(130)가 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Tt)을 측정하여 게이트웨이(130)의 타임 스탬프에 Tt를 저장하는 S11 단계, 메시지를 전송받은 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계, 게이트웨이(130)가 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Tr)을 측정하는 S13 단계 및 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)이 Tc = Tt - Tr + Tu 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tu는 S12 단계에서 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, S10 내지 S14 단계는 모든 슬레이브에 대해 순차적으로 진행된다.Referring to FIG. 4, in step S1, the
S2 단계는 마스터(111)가 슬레이브 별로 측정된 Tci를 이용하여 Tdi = Tci +1 - Tci 식으로 슬레이브 간 Tdi를 연산하며, i = 1, 2, ... ,n 이고 여기서 n은 슬레이브의 개수이다.In step S2, the
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.The embodiments and drawings attached to this specification are merely to clearly show some of the technical ideas included in the present invention, and those skilled in the art can easily infer within the scope of the technical ideas included in the specification and drawings of the present invention. Modifications that can be made and specific embodiments will be apparent that all fall within the scope of the present invention.
100 : 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템
110 : 제1 필드버스 네트워크 시스템 111: 마스터
112 : 제1 슬레이브 120: 제2 필드버스 네트워크 시스템
122 : 제2 슬레이브 130 : 게이트웨이100: fieldbus synchronization system using gateway
110: first fieldbus network system 111: master
112: first slave 120: second fieldbus network system
122: second slave 130: gateway
Claims (8)
게이트웨이가 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크의 각 슬레이브에 메시지를 전송하여 각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)을 측정하는 S1 단계;
상기 마스터가 상기 S1 단계에서 측정된 Tc를 이용하여 슬레이브 별 메시지 전송 지연 시간(Td)을 연산하는 S2 단계; 및
상기 마스터가 상기 S2 단계에서 연산된 Td를 기준으로 상기 동기화를 지원하지 않는 필드버스 네트워크의 각 슬레이브에 데이터를 동기화하여 전송하는 S3 단계를 포함하되,
상기 S1 단계는 상기 게이트웨이가 상기 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계;
상기 S1 단계에서 상기 게이트웨이가 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Tt)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Tt를 저장하는 S11 단계;
상기 메시지를 전송받은 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계;
상기 게이트웨이가 상기 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Tr)을 측정하는 S13 단계; 및
슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)이 Tc = Tt - Tr + Tu 식으로 연산되는 S14 단계를 더 포함하고, Tu는 상기 S12 단계에서 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, 상기 S10 내지 S14 단계는 모든 슬레이브에 대해 순차적으로 진행되며,
상기 S2 단계는 상기 마스터가 슬레이브 별로 측정된 Tci를 이용하여 Tdi = Tci+1 - Tci 식으로 슬레이브 간 Tdi를 연산하며, i = 1, 2, ... ,n 이고 여기서 n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 하는 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법.In a network system with one master and multiple slaves,
S1 step of measuring the message response time (Tc) for each slave by transmitting a message to each slave of the fieldbus network that the gateway does not support synchronization;
Step S2 of the master calculating a message transmission delay time Td for each slave using the Tc measured in step S1; And
In step S3, the master synchronizes and transmits data to each slave of the fieldbus network that does not support the synchronization based on the Td calculated in the step S2,
In step S1, the gateway transmits a message to the slave;
Step S11 of measuring the time Tt at which the gateway transmits a message to the slave in step S1 and storing Tt in a time stamp of the gateway;
Step S12, by the slave receiving the message, transmitting a message execution and response message;
Step S13 of measuring, by the gateway, a message reception time (Tr) of receiving the response message; And
The method further includes a step S14 in which a message response time Tc for each slave is calculated by a Tc = Tt-Tr + Tu equation, and Tu denotes a processing time in which the slave processes a message execution and a response message transmission in step S12. The steps S10 to S14 proceed sequentially for all slaves,
In the step S2, the master calculates Td i between slaves by Td i = Tc i + 1 -Tc i using Tc i measured for each slave, where i = 1, 2, ..., n, where n The fieldbus synchronization method using a gateway, characterized in that the number of slaves.
슬레이브가 하나 이상으로 이루어진 경우,
상기 S1 단계는
상기 게이트웨이가 상기 각 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계;
상기 S1 단계에서 상기 게이트웨이가 각 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Ttn)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Ttn를 저장하는 S11 단계;
상기 메시지를 전송받은 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계;
상기 게이트웨이가 상기 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Trn)을 측정하는 S13 단계; 및
각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tcn)이 Tcn = Ttn - Trn + Tun 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tun는 상기 S12 단계에서 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 하는 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 방법.The method of claim 1,
If you have more than one slave,
The step S1
Step S10 of the gateway transmitting a message to each slave;
Step S11, in step S1, measuring a time Tt n during which the gateway transmits a message to each slave and storing Tt n in a time stamp of the gateway;
Step S12, wherein each slave receiving the message transmits a message execution and response message;
Step S13 of measuring, by the gateway, a message reception time Tr n of receiving the response message; And
In step S14, the message response time (Tc n ) for each slave is calculated using the formula Tc n = Tt n -Tr n + Tu n , where Tu n processes the message execution and response message transmission by each slave in step S12. The fieldbus synchronization method using a gateway, characterized in that the processing time, n is the number of slaves.
다수의 제2 슬레이브를 포함하는 동기화 미지원 제2 필드버스 네트워크 시스템; 및
상기 제1 필드버스 네트워크 시스템과 상기 제2 필드버스 네트워크 시스템을 연결하는 게이트웨이를 포함하되,
상기 게이트웨이는 제2 필드버스 네트워크 시스템의 제2 슬레이브에 메시지를 전송하여 상기 제2 슬레이브 메시지 응답시간(Tc)을 측정하고,
상기 마스터는 상기 Tc를 이용하여 슬레이브 별 메시지 전송 지연 시간(Td)을 연산하고, 연산된 Td를 기준으로 제2 슬레이브에 데이터를 전송하여 동기화를 수행하되,
상기 게이트웨이가 제2 슬레이브 메시지 응답시간(Tc)을 측정하는 과정은
상기 게이트웨이가 상기 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계;
상기 S1 단계에서 상기 게이트웨이가 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Tt)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Tt를 저장하는 S11 단계;
상기 메시지를 전송받은 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계;
상기 게이트웨이가 상기 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Tr)을 측정하는 S13 단계; 및
슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tc)이 Tc = Tt - Tr + Tu 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하고,
Tu는 상기 S12 단계에서 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, 상기 S10 내지 S14 단계는 모든 슬레이브에 대해 순차적으로 진행되며,
상기 메시지 전송 지연 시간(Td)은 상기 마스터가 슬레이브 별로 측정된 Tci를 이용하여 Tdi = Tci+1 - Tci 식으로 슬레이브 간 Tdi를 연산하며, i = 1, 2, ... ,n 이고 여기서 n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 하는 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템.A synchronization assisted first fieldbus network system including a master and a plurality of first slaves;
A second non-synchronized second fieldbus network system comprising a plurality of second slaves; And
A gateway connecting the first fieldbus network system and the second fieldbus network system;
The gateway measures the second slave message response time Tc by transmitting a message to a second slave of a second fieldbus network system.
The master calculates a message transmission delay time Td for each slave using the Tc, and transmits data to a second slave based on the calculated Td to perform synchronization.
The process of measuring the second slave message response time (Tc) by the gateway
Step S10 of the gateway transmitting a message to the slave;
Step S11 of measuring the time Tt at which the gateway transmits a message to the slave in step S1 and storing Tt in a time stamp of the gateway;
Step S12, by the slave receiving the message, transmitting a message execution and response message;
Step S13 of measuring, by the gateway, a message reception time (Tr) of receiving the response message; And
In step S14, the message response time (Tc) per slave is calculated by Tc = Tt-Tr + Tu.
Tu means a processing time for the slave to process the message execution and response message transmission in the step S12, the steps S10 to S14 proceeds sequentially for all slaves,
The message transmission delay time Td calculates Td i between slaves by Td i = Tc i + 1 -Tc i using the Tc i measured by the master for each slave, i = 1, 2, ... , where n is the number of slaves Fieldbus synchronization system using a gateway characterized in that.
슬레이브가 하나 이상으로 이루어진 경우,
상기 게이트웨이가 제2 슬레이브 메시지 응답시간(Tc)을 측정하는 과정은
상기 게이트웨이가 상기 각 슬레이브로 메시지를 전송하는 S10 단계;
상기 S1 단계에서 상기 게이트웨이가 각 슬레이브에 메시지를 전송하는 시간(Ttn)을 측정하여 게이트웨이의 타임 스탬프에 Ttn를 저장하는 S11 단계;
상기 메시지를 전송받은 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지를 전송하는 S12 단계;
상기 게이트웨이가 상기 응답 메시지를 전송받은 메시지 수신 시간(Trn)을 측정하는 S13 단계; 및
각 슬레이브 별 메시지 응답 시간(Tcn)이 Tcn = Ttn - Trn + Tun 식으로 연산되는 S14 단계를 포함하되, Tun는 상기 S12 단계에서 각 슬레이브가 메시지 실행 및 응답 메시지 전송을 처리하는 처리 시간을 의미하고, n은 슬레이브의 개수인 것을 특징으로 하는 게이트웨이를 이용한 필드버스 동기화 시스템.The method of claim 5,
If you have more than one slave,
The process of measuring the second slave message response time (Tc) by the gateway
Step S10 of the gateway transmitting a message to each slave;
Step S11, in step S1, measuring a time Tt n during which the gateway transmits a message to each slave and storing Tt n in a time stamp of the gateway;
Step S12, wherein each slave receiving the message transmits a message execution and response message;
Step S13 of measuring, by the gateway, a message reception time Tr n of receiving the response message; And
In step S14, the message response time (Tc n ) for each slave is calculated using the formula Tc n = Tt n -Tr n + Tu n , where Tu n processes the message execution and response message transmission by each slave in step S12. The fieldbus synchronization system using a gateway, characterized in that the processing time to, n is the number of slaves.
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|---|---|---|---|
| KR1020110107355A KR101243434B1 (en) | 2011-10-20 | 2011-10-20 | Synchronization method for fieldbus using gateway and synchronization system for fieldbus using gateway |
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