Ethernet을 CAN 기반 프로토콜로 변환한 모터제어 시스템 구성 = Configuration of motor control system using CAN based protocol generated from Ethernet

국문 초록 (Abstract)

오늘날 공장자동화와 공정의 분산제어 등과 같이 대형의 복잡한 시스템들을 실시간으로 운영 및 관리하는데 있어 다양한 필드버스 네트워크 시스템을 도입하고 있다. 그러나 다양한 필드버스 프로토콜들이 국내 산업 현장에 적용되고 있는 상황에서 호환성 부재로 인해 자동화용 네트워크 시스템 구축에 많은 어려움을 겪고 있다. 먼저 사용자의 입장에서 보면 하나의 산업 현장에 서로 종류가 다른 여러 프로토콜들이 설치되어 이들 간에 서로 호환이 되지 않는 문제가 발생하고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여 고가의 게이트웨이 장비를 사용하여야 하는 문제에 직면하고 있다. 또한 공급자의 입장에서 보면 하나의 필드버스 프로토콜만을 제품화 할 수 없는 상황이므로 여러 종류의 필드버스들을 제품화하기 위해서는 중복 투자가 불가피한 상황이다.
본 논문에서는 제어를 구성하는과정에서 서로 다른 필드버스를 사용함으로서 발생하는 프로토콜들의 호환성 문제들로 인하여 서로 간에 적용을 하지 못하는 문제가 발생하여 이를 해결하고자 함을 목적으로 하였다. 우선적으로 요 근래에 많이 사용되는 Ethernet을 적용하고자 한다. Ethernet의 속도가 다른 프로토콜에 비해 전송속도가 10Mbps에서 1Gbps로 향상되고 있다는 점이 장점이 될 수 있을 것이다. 그리고 Ethernet 뿐만 아니라 CAN 통신을 같이 적용하여 모터를 구동하는 System을 설계하여 구현하고자 한다. 또한 설계된 게이트웨이는 PC의 지령 데이터를 전달받아 Ethernet Board를 통하여 Ethernet(Master)에서 CAN(Slave)으로 변환 하는 변환보드를 사용하여 역할을 동시에 수행하였다.
Ethernet은 LUMINARY사의 LM3S8962와 CAN으로의 변환은 LM3S2110을 사용하였고 구동드라이버는 LM298을 사용하였다.
실험결과 모터를 구동하는 System으로 Ethernet을 사용하여 CAN Protocol을 제어할 수 있고, 동작에서도 다른 종류의 필드버스에서와 비슷한 결과 치를 얻을 수 있다는 결론을 얻을 수 있다. 기존의 고가의 게이트웨이 장비가 아닌 간단한 테스트 베드를 이용하여 모터를 실시간으로 제어하는 구성시스템을 제안하고자 한다.
Ethernet과 CAN을 사용하여 Motor 구동을 함으로서 배선비용이 절감되고 노이즈에 강하며 유지, 보수에 대한 비용을 줄일 수 있었으며 유연성과 확장성이 증대되었다.
근래에 DeviceNet과 Profilebus 또는 DeviceNet과 Ethernet등의 게이트웨이 장비들이 많이 생산되고 있다. 하지만 Profilebus나 다른 필드버스는 자체 통신 프로토콜에 사용되는 장비들이 고가이고 그에 따른 게이트웨이 제품 또한 고가의 것이 대부분이므로 CAN에 비해 가격대 성능비가 우수하지 못하다. CAN은 최대 8바이트의 데이터 수용과 최대 1Mbps의 통신 속도를 지원하기 때문에 일반적인 산업용 네트워크에 접목이 용이하다. 본 논문에서 제안된 게이트웨이 노드는 고가의 개발 장비가 필요하지 않으며 CAN을 이용함으로써 가격대 성능비가 우수한 장점이 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

DeviceNet where is proposed from the present paper and the gateway equipments of Profilebus or DeviceNet and Ethernet etc. are plentifully produced. But Profilebus the different field bus the equipments which are used in oneself communication protocol are and high price and excellent the gateway product which follows in him also high price most in CAN to compare price large efficiency elegy they are not. The gateway node which is proposed from dissertation the development equipment of high price is not necessary not to be and uses CAN with price large efficiency elegy there is a strong point which is excellent.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 제 2 장 CAN (Controller Area Network) = 3
• 제 1 절 CAN의 개요 = 3
• 제 2 절 CAN Protocol = 3
• 1. 물리 계층 = 6
• 2. 데이터 링크 계층 = 7
• 제 3 절 CAN 장점 및 특징 = 8
• 제 3 장 Ethernet = 9
• 제 1 절 Ethernet의 배경 및 역사 = 9
• 제 2 절 CSMA/CD = 10
• 제 3 절 MAC Frame 구조 = 11
• 1. MAC의 정의 = 11
• 2. Ethernet 프레임 구조 = 11
• 3. MAC의 프레임 구조 = 12
• 4. Ethernet 기술의 향후 전망 = 13
• 제 4 장 MOTOR = 17
• 제 1 절 Motor 정의 = 17
• 제 2 절 Motor 개요 = 17
• 1. MOTOR 분류 방법 = 17
• 2. MOTOR를 기능 면 = 17
• 3. MOTOR를 기구 = 18
• 제 3 절 MOTOR 원리 = 19
• 1. 회전원리 = 19
• 2. 모터의 기본구조 = 20
• 3. 모터의 자속밀도와 단절과 분포권 = 21
• 제 4 절 Encoder = 22
• 1. 엔코더의 원리 = 23
• 2. 엔코더의 분해능 = 26
• 제 5 장 Ethernet 제어시스템 구조 = 28
• 제 1 절 시스템 개요 = 28
• 제 2 절 LM3S8962 마이크로컨트롤러 = 29
• 제 3 절 LUMINARY 제어 프로그램 = 30
• 제 4 절 제어 보드 = 31
• 제 6 장 실험 장치 및 결과 = 32
• 제 1 절 실험 장치 = 32
• 제 2 절 실험 결과 = 33
• 1. 메시지의 송, 수신 시그널 = 33
• 2. 마스터와 슬레이브의 오차 값 = 35
• 제 7 장 결론 = 41
• 참고문헌 = 42
• ABSTRACT = 43