CIMON 사용자 프로토콜 Driver 소개

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)은 CIMON-SCADA 이용 시, 사용자가 직접 통신 대상 장비와의 프로토콜을 작성하고자 할 때 사용합니다. 이로써 사용자는 보다 넓은 범위의 네트워크를 구축할 수 있습니다. CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)을 이용하여 사용자는 CIMON에서 제공하는 I/O디바이스 뿐만 아니라 I/O 디바이스 목록에 없는 디바이스의 프로토콜 작성 및 통신이 가능합니다. 통신을 하기 위하여 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)에서 프로토콜을 작성할 때, 통신 대상 장비의 프로토콜 자료가 있어야 합니다.

사용자만의 보안을 위해 별도의 프로토콜을 필요로 한다면, CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)을 이용하여 원하는 프로토콜을 직접 작성할 수 있습니다. 사용자는 직접 필요한 프로토콜을 작성하여 통신 대상 장비의 데이터를 읽고 쓸 수 있습니다.

CIMON 사용자 프로토콜은 이더넷(Ethernet)방식과 시리얼(Serial) 방식의 통신을 지원합니다. 본 매뉴얼은 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)에 한하여 설명합니다.

CIMON에서 제공하는 통신 프로토콜 드라이버 별 지원하는 기능이 상이합니다. 하단의 표 는 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)이 지원하는 기능과 지원하지 않는 기능의 목록입니다. 통신 드라이버 사용 전 지원 기능 목록을 참조하시기 바랍니다.

통신하는 장비들 중 어느 장비가 마스터이고 어느 장비가 슬레이브인지에 따라 프레임 송/수신 순서가 달라집니다. 마스터는 슬레이브에 요청을 보내고 응답을 기다립니다. 마스터는 통신의 주축이 되어서 데이터를 모을 수 있고 통신 대상 장비 쪽으로 데이터를 보낼 수도 있습니다. 슬레이브는 마스터의 요청을 기다립니다. 슬레이브는 통신의 보조자로, 마스터가 데이터를 요청하면 해당 데이터를 보내고, 마스터에서 데이터를 변경하도록 요청하면 그에 맞춰 데이터를 변경합니다.

통신 프레임이란 실제 통신에서 주고 받는 데이터 묶음의 단위를 의미하며, 통신 프레임 혹은 메시지로 표현합니다. 프레임의 구성은 통신 대상 장비의 프로토콜 혹은 사용자가 구성하고자 하는 요건에 따라 달라집니다. CIMON 사용자프로토콜(Ethernet)은 사용자 임의로 프레임을 구성하여 통신할 수 있습니다.

프레임은 일반적으로 다음과 같은 구성을 지닙니다.  ‘헤더+바디+테일’, ‘스테이션 번호+(처리 명령+데이터)+BCC’ 그리고 ‘메시지+종료문자’의 구성이 있으며 각각의 특징은 하단에 설명합니다.

1) 헤더(HEADER) + 바디(BODY) + 테일(TAIL)

일반적으로 프레임의 시작과 끝을 알려주는 헤더와 테일로 구성되어 있으며 실제 내용은 바디 부분에 포함된 채 송/수신되는 프레임 구조입니다. 통상적으로 1:1 구조에서 널리 쓰이는 구조입니다.

2) 스테이션 번호(STATION NUMBER) + 처리 명령(COMMAND) 데이터(DATA) + BCC

1:N 통신을 위해 이용하는 구조입니다. 대표적으로 MODBUS가 이 구성에 해당하며, 통상적으로 ‘헤더+바디+테일’ 구조와 섞어 사용합니다. 이러한 프레임 구조는 스테이션 번호로 시작하여 중간에는 처리 명령 및 데이터, 끝에는 프레임의 신뢰성 검사를 위해 BCC라는 데이터로 구성된 채 송/수신되는 프레임 구조입니다. 통상적으로 1:N 통신에 널리 쓰이는 구조입니다.

3) 메시지(MESSAGE) + 종료 문자(END CHARACTER)

대화형 통신 방식이며, 프린터와 같은 장비에서 쓰입니다. 메시지 내용 뒤 <CR (Carriage Return)>, <LF(Line Feed)> 와 같은 종료 문자를 붙여 송/수신 내용의 종료를 알립니다.

세그먼트란 통신 프레임을 구성하는 기초 단위를 의미합니다. 2.1.2항에서 언급된 통신 헤더, 바디, 테일, 스테이션 번호, 처리 명령, 메시지 등을 세그먼트라고 합니다.

본 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)에서는 세그먼트를 크게 3가지 종류로 분류 합니다. 값이 고정된 고정 세그먼트, 통신 대상 장비에서 데이터를 받아 태그에 쓰거나 태그에 쓴 값을 통신 대상 장비에 보내는 메모리 링크 세그먼트 그리고 오류검사(BCC) 세그먼트가 있습니다. 다음은 각 세그먼트에 대한 설명입니다.

1) 고정 세그먼트

고정 세그먼트는 데이터 송/수신 시 값과 길이가 변화하지 않는 데이터를 의미합니다. 예를 들어 헤더, 테일, 스테이션 번호, 종료 문자 등이 있습니다.

2)메모리 링크 세그먼트 (고정/가변 메모리 링크 세그먼트)

메모리 링크 세그먼트는 통신 대상 장비로부터 프레임을 수신하여 CIMON 태그에 값을 입력하거나, 태그에 값을 입력하여 통신 대상 장비로 송신하는 경우에 사용하는 세그먼트입니다. 메모리 링크 세그먼트는 고정 메모리 링크 세그먼트와 가변 메모리 링크 세그먼트로 분류됩니다. 고정 메모리 링크 세그먼트는 송/수신 시 데이터 수가 확정적일 때 사용합니다. 가변 메모리 링크 세그먼트는 송/수신 시 데이터 수가 가변적일 때 사용합니다. 단, 가변 메모리 링크 세그먼트의 경우 전/후의 세그먼트는 고정 세그먼트여야 합니다.

메모리 링크 세그먼트의 예로 온도 컨트롤러와 통신할 때, 현재 설정 값을 송신하는 경우를 들 수 있습니다. CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 메모리가 설정 값을 지정된 태그에 쓰고 온도 컨트롤러에 송신하게 되면, 태그에 있는 값이 온도 컨트롤러의 설정 값에 쓰여집니다. 온도 컨트롤러에서 현재 온도를 수신하는 경우 수신 프레임에 지정된 메모리 링크 세그먼트의 메모리 영역에 데이터를 수신 받아 지정된 태그에 현재 온도를 갱신하게 됩니다.

메모리 링크 세그먼트는 2가지로 분류됩니다.

고정 메모리 링크 세그먼트: 송/수신 시 데이터 길이가 확정적일 경우 사용합니다.

예) Word크기의 데이터 10개가 송/수신이 된다는 것이 확정적인 경우,

예) ASCII로 송/수신되며 5개의 문자로 송/수신이 된다는 것이 확정적인 경우

가변 메모리 링크 세그먼트: 송/수신 시 데이터 길이가 가변적일 경우 사용합니다.

예) 데이터 요청 시 요청하는 데이터 길이가 변화할 경우

예) ASCII로 송/수신되나 숫자 유효자리수가 변화할 경우

3) 오류검사(BCC) 세그먼트

BCC는 송수신 프레임에 대한 검사용 데이터입니다.

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)에서는 BCC를 이용해 지정 영역의 데이터를 1BYTE 단위로 각 SUM, XOR, MUL연산하여 오류를 검출하는 방식이 있습니다. 이 외에 다양한 CRC 종류 중 Modbus에서 사용하는 CRC(Modbus), 각 BIT CRC오류 검출 방식인 CRC8, CRC16, CRC 16-1, CRC 16-2, CRC16-CCITT 1, CRC16-CCITT 2 등의 방식을 지원합니다.

설정된 시작 세그먼트 데이터부터 끝 세그먼트 데이터를 설정된 BCC 방식을 이용하여 연산하여 데이터를 확인합니다.

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)에서 제공하는 데이터 처리 방식은 크게 무변환(바이너리)[1]와 ASCII[2]가 있습니다. 이 데이터 처리 방식은 메모리 링크 영역에 적용됩니다. 사용자 임의로 데이터를 처리하여 송/수신할 수 있습니다.

CIMON 사용자 프로토콜(ethernet)에서 ASCII데이터 변환 설정은 송/수신 프레임에 데이터를 보내고 받기 전에 데이터 값을 변환하는 방법을 정의합니다.

무변환(바이너리)는 별도의 변환 절차를 밟지 않으며 설정된 세그먼트 길이만큼 인식합니다.

수신 데이터: H78 H56 H34 H12 ↔ 내부 변환 데이터: H78 H56 H34 H12

데이터를 메모리에 저장할 때, 데이터를 BYTE 단위로 나누어 저장합니다. 2BYTE나 4BYTE 크기의 데이터를 어떤 순서로 저장하는지는 CPU의 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 보통은 ‘리틀 엔디안’과 ‘빅 엔디안’방식으로 나뉩니다. 리틀 엔디안은 하위 BYTE부터 저장하는 방식이며, 빅 엔디안은 상위 BYTE부터 저장하는 방식입니다. CIMON-SCADA는 리틀 엔디안 방식을 사용합니다.

서로 다른 데이터 저장 방식의 시스템이 서로 통신할 경우. 통신하는 데이터가 서로의 BYTE 저장 순서에 따르도록 데이터 스왑(DATA SWAP)을 진행하여야 합니다.

엔디안 방식이 두 종류이며 CIMON-SCADA가 리틀 엔디안 방식을 사용하기 때문에 이를 고려하여 데이터 스왑(DATA SWAP) 방식을 설정합니다. CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)에서는 데이터 스왑(DATA SWAP) 2가지를 선택할 수 있습니다. 2BYTE SWAP과 4BYTE SWAP을 선택할 수 있습니다.

2BYTE SWAP

무변환 및 16진[1] 정수에만 적용되며 연속된 2BYTE단위로 서로 자리를 바꿉니다.

*송/수신 데이터가 4BYTE데이터: H78563412변환 완료 -> H56781234

*송/수신 데이터가 2BYTE데이터: H3412 변환 완료 -> H1234

4BYTE SWAP

무변환 및 16진 정수에만 적용되며 연속된 4BYTE 단위로 서로 자리를 바꿉니다.

*송/수신 데이터가 4BYTE 데이터: H78563412 변환 완료 -> H34127856

*송/수신 데이터가 2BYTE 데이터: H3412 변환 완료 -> H0000

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)를 구성하는 요소는 크게 가상 메모리와 통신 드라이버가 있습니다. CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 가상 메모리는 통신 드라이버를 통하여 통신 대상 장비와 데이터를 송/수신하며 CimonD에서 사용자가 설정한 데이터베이스의 태그와 연결되어 사용됩니다. 송/수신한 데이터는 가상 메모리 내부의 통신용 메모리 영역에 읽거나 쓸 수 있습니다. 통신 드라이버는 데이터를 송/수신 할 때 데이터의 처리 및 변환을 담당합니다. 뿐만 아니라 통신 대상 장비와 통신하기 위해 이더넷(Ethernet) 통신을 연결하는 역할을 합니다.

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)이 통신 대상 장비와 통신을 할 때 운영하는 방식은 두 종류로, 마스터 모드와 슬레이브 모드가 있습니다. 마스터 모드란 슬레이브 모드에게 데이터를 요청하고 응답을 기다리는 동작을 하는 모드를 뜻하며, 슬레이브 모드란 마스터 모드로부터 받은 요청을 수신하고 그에 대하여 응답을 보내는 동작을 하는 모드를 뜻합니다.

가상 메모리는 통신용 메모리, 프레임 상태 메모리 그리고 모드 감시용 메모리로 구성되어 있습니다. 통신용 메모리는 데이터베이스의 태그를 이용하여 가상메모리에 데이터를 읽거나 쓸 때 이용합니다. 프레임 상태 메모리는 데이터베이스의 태그를 이용하여 프레임의 상태를 감시하거나 일부를 제어 할 때 쓰입니다. 모드 감시용 메모리는 데이터베이스의 태그를 통해 CIMON-SCADA가 설치된 시스템의 마스터/슬레이브 모드 여부를 확인하는데 사용됩니다.

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)은 내부의 가상 메모리와 통신 드라이버를 이용합니다. 가상 메모리는 CimonD에서 사용자가 설정한 데이터베이스의 태그와 연결되어 사용됩니다. 통신 드라이버는 통신 대상 장비와 이더넷(Ethernet) 통신을 하도록 도우며 송/수신하는 데이터의 처리 및 변환을 담당합니다.

가상 메모리: CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)이 통신 대상 장비와 통신하기 위한 가상의 메모리 영역입니다. 데이터베이스와 연결되어 사용됩니다. 크게 통신용 메모리, 프레임 상태 메모리, 모드 감시용 메모리로 영역이 구분되어 있습니다.

통신 드라이버: 어떤 프레임을 수신하고 송신할 지에 대하여 데이터를 처리 및 변환하는 역할을 합니다.

사용자는 세그먼트를 정의하고, 이로 구성된 프레임을 가상 메모리에 저장합니다. 이로써 사용자는 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 가상 메모리와 통신 드라이버를 통하여 통신 대상 장비와 통신합니다. 통신을 할 때, 사용자는 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 가상 메모리를 참조하여 데이터베이스에 데이터를 쓰거나 읽을 수 있습니다.

프레임 설정 시, ‘초기 수신대기 모드’의 체크 여부로 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 기본 통신 방법을 마스터와 슬레이브 모드 중 하나로 설정 할 수 있습니다.

본 절에서는 마스터와 슬레이브 모드에 대한 설명 및 동작 방법을 안내합니다.

마스터 모드

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)은 위 그림과 같이 ‘초기 수신대기 모드’ 체크해제 시 마스터 모드로 동작합니다. 마스터 모드 설정방법은 ‘초기 수신대기 모드’를 통해서만 가능합니다.

CIMON-SCADA를 마스터 모드로 설정할 때, CIMON-SCADA는 둘 이상이 통신을 하는 상황에서 주도권을 가지며, TCP 클라이언트(ACTIVE)로 동작합니다. 이 경우 통신 대상 장비는 무조건 슬레이브 모드인 것으로 간주합니다. 마스터 모드는 통신 대상 장비에게 데이터를 먼저 요청하고, 그 요청에 대한 데이터를 기다리는 입장입니다. 마스터 모드가 요청을 보내기 전에는 통신 대상 장비로부터 데이터를 받아도 값을 가상 메모리에 쓰지 않습니다.

그렇기 때문에 마스터 모드는 송신 프레임이 정의되어 있어야 합니다. 송신 프레임은 초기 Enable 상태여야 합니다. 이 송신 프레임을 먼저 보내는 것이 상대방, 즉 슬레이브 측에 데이터를 요청한다는 의미이기 때문입니다. 프레임의 초기 Enable이 되지 않은 경우, 통신을 시작할 때 송신 프레임을 보내지 않아 통신이 불가능합니다.

사용자는 송신 프레임의 통신 주기를 설정합니다. 송신 프레임은 설정된 주기에 따라 통신을 할 대상에 전송됩니다. 송신 프레임이 여러 개 등록되어 있으면 각 송신 프레임 마다 설정된 통신 주기에 의해 반복 실행 됩니다. 달리 말하자면, 송신 프레임에 설정된 주기마다 통신 대상 장비 쪽에 데이터를 요청하는 것이라고 볼 수 있습니다.

슬레이브 모드

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)은 위 그림과 같이 ‘초기 수신대기 모드’ 체크 시 슬레이브 모드로 동작하게 됩니다. 슬레이브 모드 설정방법은 ‘초기 수신대기 모드’를 통해서만 가능합니다. 4.3.1항의 ‘초기 수신대기 모드’에서 상세히 설명합니다.

CIMON-SCADA를 슬레이브 모드로 설정 때, CIMON-SCADA는 둘 이상이 통신을 하는 상황에서 수동적인쪽이 되며 TCP 서버(PASSIVE)로 동작합니다. 이 경우, 통신 대상 장비는 무조건 마스터 모드인 것으로 간주합니다. 슬레이브 모드는 통신 대상 장비의 요청을 받은 이후에 동작하는 모드입니다.

그렇기 때문에 슬레이브 모드는 수신 프레임이 정의되어 있어야 정상적으로 동작합니다. 수신 프레임은 초기 Enable 상태여야 합니다. 마스터 모드에서 필요하다고 요청한 프레임만 전송하며, 이를 위해서는 우선 요청사항을 수신해야 하기 때문입니다. 마스터 모드에서 보낸 프레임이 정의된 수신 프레임에 해당하지 않으면 프레임을 수신하지 않습니다.

만약 슬레이브 모드에 송신 프레임이 존재하더라도 그 프레임은 수신 프레임에 링크되어 있거나, 프레임 상태 메모리를 이용해 강제 실행한 경우가 아니면 동작하지 않습니다. 그러므로 송신 프레임의 초기 Enable 여부는 무관합니다. 슬레이브 모드에 설정된 송신 프레임이 동작하려면 우선 통신 대상 장비로부터 데이터를 수신해야 합니다. 그 후 슬레이브 모드에 등록된 모든 수신 프레임 중에서 해당하는 수신 프레임에 링크된 송신 프레임을 전송합니다. 이 때, 링크된 송신 프레임이 동작할 때는 통신 주기를 무시합니다.

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 가상 메모리는 통신용 메모리, 프레임 상태 메모리, 모드감시용 메모리 총 3가지로 구성되어있습니다. 통신용 메모리는 가상 메모리에서 통신에 사용되는 데이터를 읽거나 쓰기 위하여 사용됩니다. 프레임 상태 메모리는 태그를 설정하여 이를 통해 프레임을 감시하거나 제어할 수 있습니다. 모드 감시용 메모리는 태그를 이용하여 CIMON-SCADA가 설치된 시스템의 마스터/슬레이브 모드 여부를 확인합니다.

통신용 메모리

통신용 메모리는 가상 메모리에서 통신에 사용되는 데이터를 읽거나 쓰기 위해서 사용됩니다.

통신용 메모리는 BYTE 단위의 연속된 영역으로 구성되어 있으며, 최소 0BYTE에서 최대 65533BYTE까지 지정 가능합니다. CimonD에서 데이터베이스의 아날로그, 디지털 또는 문자열 태그를 이용하여 지정합니다. BYTE 단위의 영역 어드레스는 태그를 설정할 때 I/O 어드레스에 입력합니다. 설정방법은 두 종류입니다.

디지털, 아날로그 그리고 문자열 태그의 경우 Mn(n=바이트위치)의 형태로 설정할 수 있습니다. 사용자가 지정한 데이터 형태 또는 길이에 따라 그 범위는 M0 에서 M65533까지 입니다.

• 첫번째 BYTE -> M0, 마지막 BYTE -> M65533

그리고 디지털 형태의 태그일 때에는 M바이트위치.비트위치 (비트위치는 63까지 표현 가능) 의 형식으로 설정합니다.

• 첫번째 BYTE의 첫번째 BIT -> M0.0

• 네번째 BYTE의 마지막 BIT -> M3.7 또는 M0.31

• 여덟 번째 BYTE 의 마지막 bit -> M7.7 또는 M0.63

• 아홉 번째 BYTE의 첫번째 BIT -> M8.0 또는 M1.56

• 마지막 BYTE의 마지막 BIT -> M65533.7 또는 M65531.63

프레임 상태 메모리

프레임 상태 메모리는 그림 화면에서 나타나는 프레임의 이름으로 메모리를 구분합니다. 다시 말해, 태그를 설정할 때 메모리 영역을 구분 지어 어드레스에 입력하기 위하여 프레임의 이름이 필요합니다. CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)은 프레임을 최대 256개까지 등록할 수 있습니다. 각 프레임 별로 6개의 상태 코드를 이용하여 감시 및 제어가 가능합니다. 상태 코드 중 감시만 가능한 코드가 있으며, 감시 및 제어까지 가능한 코드가 있습니다.

프레임 상태 감시만 가능한 상태 코드는 0, 2, 3, 4 이며, 감시 및 제어가 가능한 상태 코드는 1, 5 입니다. 각 코드 별 내용 및 기능은 하단의 표를 참조하십시오.

CimonD를 실행한 후 데이터베이스에서 태그를 설정할 때, 어드레스 영역에 F:프레임이름.상태코드 의 형태의 값을 작성합니다. 설정된 태그는 감시 또는 제어하고자 하는 프레임에 상태 코드의 기능 대로 동작합니다.

CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)을 사용하기 위해서는 통신 대상 장비와 CIMON-SCADA가 설치된 시스템이 이더넷(Ethernet) 통신을 지원하는지 먼저 확인하여야 합니다. 또한, 통신 대상 장비의 IP 어드레스와 포트번호, CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)을 사용하고자 하는 CIMON-SCADA가 설치된 시스템의 IP 어드레스를 파악해야 합니다. CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)을 작성할 때, 통신 대상 장비의 프로토콜에 맞출 경우 해당 프로토콜 자료가 있어야 합니다. 프로토콜을 직접 만들 경우에는 필요하지 않습니다. 만약 네트워크 통신 항목들이 일치하지 않거나 네트워크가 비정상적인 경우에는 정상적으로 통신이 되지 않습니다. CIMON-SCADA에서 사용자 프로토콜(Ethernet) 설정은 다음과 같은 순서로 진행합니다.

1. I/O 디바이스

2. 통신포트

3. 스테이션

4. 프레임 정의

5. 통신 프레임 확인

I/O 디바이스 설정에서 통신 드라이버를 선택합니다. 통신포트 설정을 통해 CIMON-SCADA가 설치된 시스템의 네트워크 환경을 설정합니다. 스테이션은 통신 대상 장비의 네트워크 환경을 설정합니다. 프레임 정의로 CIMON 사용자 프로토콜(Ethernet)의 프레임을 구성합니다. 최종적으로 통신 프레임 확인을 통해 정상적으로 통신이 이루어지는지 확인할 수 있습니다.