1. 통신 시스템의 기초
1) 통신이란?
두 장치(PLC, PC, 센서 등)가 데이터를 주고받는 과정.
통신은 다음 두 요소가 조합되어 구성된다.
- 전송 방식(배선/전기 신호) → RS-232, RS-485, Ethernet
- 프로토콜(데이터 규칙) → TCP/IP, Modbus, EtherCAT
즉,
하드웨어 방식 + 프로토콜 = 통신 시스템
2. OSI 7계층 (산업용 통신 적용)
통신을 7단계로 나눈 국제 표준 모델.
계층 명칭 산업/PLC 의미
| 1계층 | 물리 계층 | RS-232/485, Ethernet 케이블, 전기 신호 |
| 2계층 | 데이터 링크 | MAC 주소, Ethernet 프레임, EtherCAT 통신 |
| 3계층 | 네트워크 | IP 주소, 라우팅 |
| 4계층 | 전송 | TCP/UDP (데이터 신뢰성, 속도 결정) |
| 5계층 | 세션 | 장치 간 연결 유지 |
| 6계층 | 표현 | 데이터 형식, 인코딩 |
| 7계층 | 응용 | PLC 제조사 프로토콜, SCADA, Modbus 응용 |
공업 환경에서는 주로 1~4계층만 사용
- 1계층: RS-232/485, 이더넷 케이블
- 2계층: EtherCAT, MAC
- 3계층: IP 주소
- 4계층: TCP/UDP
3. 통신망의 종류
통신하는 노드를 연결해주는 물리적/논리적 네트워크.
LAN / MAN / WAN
- LAN: 건물/공장 내부 네트워크
- MAN: 도시 규모
- WAN: 인터넷 같은 전 세계 규모
4. 주파수와 헤르츠
- 주파수(Frequency): 1초 동안 반복되는 파형의 개수
- Hz(헤르츠): 주파수의 단위
- 주파수 ↔ 파장 관계: 반비례
파장이 짧을수록 주파수는 높아지고, 길수록 낮아짐.
5. 시리얼 통신 (RS-232 / RS-485)
산업 자동화에서 가장 오래 사용된 기본 통신 방식.
시리얼 통신이란?
- 데이터를 1비트씩 순차적으로 전송하는 방식
- 구조 단순, 저비용, 노이즈 영향 적어 오래 사용
왜 만들어졌을까?
초기 컴퓨터와 장비 간에 복잡한 케이블 없이 간단하고 안정적으로 데이터를 주고받기 위해 개발됨.
RS-232 (1:1 근거리 통신)
✔ 개념
- 가장 오래된 시리얼 방식
- 1:1 통신, 거리 약 15m 이하
✔ 원리
- TX(송신), RX(수신), GND(접지) 3핀이 핵심
- 전압레벨 ±12V → 노이즈 영향 적음
✔ 사용 분야
- PLC ↔ HMI(터치패널)
- PLC ↔ PC 유지보수
- 장비 설정 용도
✔ RS-232 9핀 핀맵 (필수 3핀)
- 2번: RX (수신)
- 3번: TX (송신)
- 5번: GND (접지)
RS-485 (멀리 + 여러 장치 연결)
✔ 개념
- RS-232를 개선한 버전
- 수백 m 가능, 최대 32대까지 1:N 연결
✔ 원리
- A(+) / B(-) 차동 신호(differential signal)
- 노이즈에 매우 강함 → 공장 현장에서 최다 사용
✔ 사용 분야
- 온도조절기, 인버터 제어
- 이젝터 상태 데이터 수집
- 각종 소형 컨트롤러
✔ RS-485 기본 핀 3개
- A(+) : 비트 신호 +
- B(-) : 비트 신호 -
- GND : 접지
6. 이더넷(Ethernet) — 공업 기본 네트워크
산업용 네트워크의 표준.
✔ 왜 필요했는가?
- RS-232/485는 느리고 한계가 있음
- 공장 자동화가 복잡→ 고속·대용량·네트워크 기반 필요
그래서 **LAN 기술(Ethernet + TCP/IP)**이 공업으로 도입됨.
Ethernet의 TCP/IP 역할
✔ TCP
- 데이터 신뢰성 100% 보장
- 재전송 지원
- PLC–PC, 명령 제어에 사용
✔ IP
- 장치 주소 배정(IP 주소)
- 네트워크 상에서 위치 식별
Ethernet (RJ45) 핀맵
(10/100 Mbps 기준)
- 1: TX+
- 2: TX-
- 3: RX+
- 6: RX-
EtherCAT — 가장 빠른 산업용 네트워크
✔ EtherCAT란?
Beckhoff가 개발한 초고속 실시간 산업용 이더넷 프로토콜.
✔ 특징
- 지연 최소 → 서보 제어 최적
- 위치/속도/토크 제어 실시간 처리
- 일반 Ethernet 케이블(RJ45) 사용
✔ EtherCAT 구조(간단 표현)
PLC → EtherCAT Node1 → Node2 → Node3 → Servo Drive → I/O
데이터가 "스쳐 지나가며" 바로 사용됨 (on-the-fly 처리)
✔ 사용 장치
- 서보 드라이브
- 분산 I/O 모듈
- 고속 센서
- 반도체·로봇 장비
7. 장비별 통신 비교
구분 RS-232 RS-485 Ethernet EtherCAT
| 구조 | 1:1 | 1:N | LAN 네트워크 | 실시간 고속 네트워크 |
| 속도 | 느림 | 중간 | 빠름 | 매우 빠름 |
| 거리 | 짧음 | 김(500m) | 100m (스위치 확장) | 100m(노드마다) |
| 사용 | HMI, PC 통신 | 이젝터/온도계 | PLC·PC·비전 | 서보, 고속 I/O |
| 케이블 | 3~9핀 | 2~3핀 | RJ45 | RJ45 |
8. 전체 요약
구분 역할 계층 핵심 포인트
| RS-232 | 근거리 기본 통신 | 1계층 | TX/RX/GND, 1:1 |
| RS-485 | 먼 거리·다중 노드 | 1계층 | A/B 차동, 1:N |
| Ethernet | 범용 고속 네트워크 | 1~2계층 | LAN 구조, RJ45 |
| TCP/IP | 데이터 규칙 | 3~4계층 | IP 주소, 신뢰성 |
| EtherCAT | 실시간 제어 네트워크 | 1~2계층 | 서보/IO 제어 최강 |