기가비트 이더넷 인터페이스
축구장 크기의 공장 바닥 전체에 여러 대의 카메라를 연결한다고 상상해보세요. 일반적으로 여러 대의 PC, 프레임 그래버, 케이블 리피터, 카메라를 위한 별도의 데이터 및 전원 케이블이 반드시 필요합니다. 하지만 기가비트 이더넷 인터페이스를 사용하면, 카메라 데이터와 전원을 모두 전송하는 하나의 이더넷 케이블을 사용하여 하나의 PC에서 하나의 스위치에 연결할 수 있습니다. 한 위치에서 모든 카메라의 펌웨어를 업데이트하여 유지 관리 시간을 절약할 수 있다면 어떨까요? 또는 하나의 PC를 통해 공장 전체에서 여러 카메라 그룹을 신속하게 구성할 수 있습니다. 매년 점점 더 많은 사용자가 비전 애플리케이션의 기본 카메라 인터페이스로 Gigabit Ethernet 또는 줄여서 GigE를 선택하고 있습니다. 향상된 시스템 유연성, 즉시 사용 가능한 구성 요소, 저렴한 100m 케이블링 및 산업 표준 준수의 조합으로, GigE는 머신 비전 카메라 세계에서 인기 있는 인터페이스 중 하나가 되었습니다. 2006년 이후 GigE 카메라는 배포된 머신 비전 시스템의 현재 추정치가 50% 이상인 시장 점유율에서 꾸준히 성장해 왔습니다. 이더넷이 업계에서 점점 더 많이 활용되고 있는 것은 다중 지점 배포 유연성과 저렴한 100m 케이블 길이 덕분입니다. 근거리(10m 미만)에서 주변 장치를 PC에 연결하도록 설계된 지점 간 인터페이스와 달리, 이더넷은 여러 컴퓨터를 방, 층 및 전체 건물에 걸쳐 확장 가능하고 표준화된 방식으로 네트워크화하도록 개발되었습니다. 1983년 처음 표준화된 이래 이더넷 표준에는 최대 40 Gbps, 심지어 100 Gbps의 속도가 포함됩니다. 이러한 고속은 주로 주요 IT 및 데이터 센터 네트워크용으로 예약되어 있지만, 더 높은 대역폭의 이더넷 카메라가 비전 산업으로 진출하기 시작했으며 현재의 주류 1 Gbps 머신 비전 카메라는 계속해서 증가하고 있습니다. 이제 방대하고 다양한 표준화된 이더넷 하드웨어도 쉽게 액세스 할 수 있습니다. 시스템 설계 및 비용면에서 더 큰 선택이 가능합니다. 100미터 케이블 길이로 사용자는 카메라 거리를 변경하거나, 추가 이더넷 스위치를 사용하여 더 먼 거리를 선택할 수 있습니다. 또한 PoE(Power over Ethernet)를 지원하는 카메라, 스위치 및 인터페이스 카드는 동일한 케이블을 통해 전원과 데이터를 전송하여 케이블 연결 및 유지 관리를 단순화합니다. 이 모든 것이 결합되어 다중 카메라 애플리케이션 설계에서 사용자의 유연성을 높일 수 있습니다. 증가된 대역폭에 대한 요구가 산업 환경에서 계속됨에 따라 이더넷 케이블링에 대한 표준화된 개선 사항은 노이즈 내성을 유지하고, 방출을 제어하기 위해 더 높은 속도를 보장하기 위해 진화하고 있습니다. Cat 6a 케이블은 100m 케이블 길이 전통을 이어가지만 최대 500 MHz의 주파수를 허용하여 10 Gbps 데이터 속도를 지원합니다. Cat 6a 케이블링은 더 큰 직경의 도체, 더 단단한 꼬임, 쌍 분리 및 더 두꺼운 외부 재킷을 사용하여 누화를 최소화합니다. 조명, 기계 및 인접 케이블의 노이즈, 휴대전화 및 무선 네트워크의 RFI와 같이 많은 EMI 소스가 있는 노이즈가 많은 산업 애플리케이션의 경우 EMI 및 RFI 노이즈 효과를 완화하는 차폐 케이블 옵션이 있습니다. 또한 페어-투-페어 커플링 및 누화가 10 Gbps 속도에서 제한 요소가 됨에 따라, Cat 6a 케이블은 해당 데이터 속도에서 신호 품질을 개선하기 위해 케이블 내에 개별적으로 차폐된 쌍으로 제공됩니다. 모든 Cat 6a 케이블은 일반 또는 차폐 RJ45 커넥터를 사용하여 현장에서 종단될 수 있습니다. 산업용 모터 및 릴레이는 스위칭 노이즈를 생성할 수 있는 반면, 데이터 배선에 인접한 전원 케이블은 연결된 장비 및 장치에 노이즈 및 위험 전압을 결합할 수 있습니다. 또한 산업용 애플리케이션에서 장치와 장비 간의 접지 전위 차이로 인해 접지 루프 전류가 발생하여 추가 노이즈 및 EMI 문제가 발생할 수 있습니다. 중요한 장비의 적절한 기능 및 작동을 보장하고 산업 환경에서 안전 위험을 최소화하기 위해 격리 기술을 사용하여 연결된 장치 간의 전류 흐름을 방지하는 동시에 데이터 전송을 허용합니다. 이더넷 표준은 처음부터 이러한 위험을 줄이기 위해 설계되었습니다. 이더넷은 연결의 양쪽에 변압기를 사용하여 연결된 장치를 효과적으로 분리합니다. 이 때문에 GigE Vision 카메라는 접지를 공유하지 않습니다. 머신 비전 산업에서 기가비트 이더넷 표준은 GigE 카메라의 성장에 핵심적인 역할을 합니다. GigE Vision™ 및 GenICam 표준을 준수함으로써 GigE 에코 시스템은 하드웨어와 소프트웨어 공급 업체 간에 매우 상호 운용이 가능해졌습니다. 공급 업체 간의 호환성과 유용성이 증가하여 사용자 경험이 향상되고 소비자 선택의 폭이 넓어졌습니다. 이 두 가지 머신 비전 표준 덕분에 사용자는 더 적은 시간과 걱정 없이 애플리케이션을 구축하고 확장할 수 있습니다. GigE Vision을 사용하면 장치를 보다 쉽게 연결하고 타사 소프트웨어로 제어할 수 있습니다. GenICam은 일반적이고 예측 가능한 사용자 경험을 생성하여 다른 공급 업체 소프트웨어 사용과 관련된 학습 곡선을 크게 줄입니다. 짧은 대기 시간과 빠른 전송 속도는 GigE Vision 애플리케이션에 매우 중요하므로 GigE Vision은 TCP 대신 UDP 프로토콜을 사용하여 패킷을 전송합니다. UDP는 속도를 최대화하기 위해 대부분의 오류 검사 및 장치와 호스트 간의 모든 협상 시간을 제거합니다. UDP는 TCP보다 빠르지 만 TCP가 제공하는 것과 동일한 수준의 패킷 전달 안정성을 포함하지 않습니다. 이를 완화하기 위해 GigE Vision 표준은 이미지 번호, 패킷 번호 및 타임스탬프 정보를 포함하는 UDP 패킷에 헤더를 추가합니다. 이 헤더 정보는 패킷이 순서 없이 도착하는 경우 순서대로 배치하는 데 사용됩니다. 사용자는 누락된 패킷에 대한 재전송 신호가 전송될 때까지 지연된 패킷을 기다리는 시간제한을 설정할 수도 있습니다. 이 재전송 프로세스는 전송 신뢰성에 크게 도움이 되지만 GigE Vision 규정 준수에는 필요하지 않으므로 데이터 전송이 중요한 경우, 이 기능이 있는 카메라를 선택하는 것이 중요합니다. 그리고 이 인터페이스에는 동시 촬상을 위한 기능을 제공합니다. IEEE 1588 표준이라고도 하는 PTP (Precision Time Protocol)는 네트워크에 연결된 장치를 동기화하는 패킷 기반 기술입니다. GigE Vision 2.0 표준은 PTP IEEE 1588 기술을 통합하여 모든 GigE Vision 2.0 및 PTP 지원 카메라와 장치를 네트워크를 통해 서로 마이크로초 이내로 쉽게 동기화할 수 있도록 합니다. 사용자는 카메라, 센서, 트리거, 모터 및 컨트롤러 간에 더 높은 작동 정밀도를 사용하여 지터를 낮추고 애플리케이션 속도를 높일 수 있습니다. 동기화는 먼저 네트워크의 어떤 장치가 다른 장치에 대해 마스터 클럭으로 작동할지(슬레이브 클럭으로 작동할) 결정함으로써 이루어집니다. 패킷은 모든 PTP 장치 간의 세션에서 앞뒤로 전송되며, 알고리즘은 마스터 클록이 될 것인지 결정합니다. 위의 예에서 PTP 스위치는 마스터로 선택되고 다른 모든 장치는 클럭에 동기화됩니다. PTP 덕분에 예약된 작업 명령을 활용하고, 모든 네트워크 카메라 간에 동기식 자유 실행을 활성화할 수 있습니다. 일정 작업 명령을 통해 사용자는 정확한 소프트웨어 트리거를 예약하고 하드웨어 트리거의 필요성을 제거하여 애플리케이션 설계 및 유지 관리를 더욱 단순화할 수 있습니다. 동기식 자유 실행을 통해 여러 카메라가 서로 서브 마이크로초 이내에 셔터 타이밍을 동기화할 수 있습니다. 예약된 작업 명령이 시작되면 모든 카메라가 동시에 트리거 됩니다. PTP를 사용하면 동기화된 타임스탬프를 사용하여 공장 전체에 카메라를 배치하고 마이크로초 미만의 제품을 작동 및 검사하며 추가 외부 트리거 장치 및 케이블 없이 트리거할 수 있습니다. IEEE 1588 외에도 IEEE 802.1 작업 그룹에서 더 표준화된 TSN 기술을 개발하고 있으며 이더넷 연결 장치 간에 결정 론적 작업을 제공합니다. 이러한 솔루션은 동일한 물리적 네트워크 인프라에서 중요한 실시간 통신을 제공하고 보장된 대기 시간과 낮은 지터 연결을 제공합니다. 이더넷을 선택하는 사례는 강력하고 매력적입니다. 다른 인터페이스가 현재 더 높은 대역폭을 제공할 수 있지만 애플리케이션 설계자는 시스템 유연성, 전체 비용, 애플리케이션 안정성 및 미래 기술도 고려해야 합니다. 오늘날의 애플리케이션 디자이너는 한 발 앞서 생각해야 합니다. 즉, 오늘날의 레거시 GigE 인프라를 2.5 Gbps, 5.0 Gbps 및 10 Gbps로 전환할 계획을 세우는 것뿐만 아니라 더 많은 수의 연결된 카메라와 장치가 있는 확장된 네트워크, 스토리지 및 분석을 위한 증가된 클라우드 액세스 등에서 전환이 어떤 영향을 미칠 것인지를 의미합니다. 감소된 시스템 호스트로 카메라에 처리. 현재 비전 애플리케이션을 위해 지금 이더넷을 선택함으로써 설계자는 전반적인 시스템 안정성을 유지하고, 결정론적 운영을 증가시키면서 미래의 유익한 기술로 원활하게 전환할 수 있습니다. 이러한 기술 중 일부는 전체 시스템 재 설계를 포함하지 않는다는 것을 아는 것이 유용합니다. 이더넷 기반 애플리케이션을 사용하면 엔지니어는 이더넷 환경의 급격한 변화에 대해 걱정하지 않고 향후 설계를 안전하게 계획할 수 있습니다. 자, 이제 기가비트 이더넷을 도입해 보시겠습니까?