PHENOMENON 004

설비에 시리얼 장치를 여러 개 사용하였다. 주로 설비 하부에 사용하는 장치를 연결하여 사용하였다. 이후 상부에 장치가 추가되어 시리얼 장치가 몇 개 추가되었다. 이때부터 문제가 발생하였다.

상부의 장치에 연결된 시리얼 통신 케이블을 시리얼 허브에 연결하면 하부의 특정 장치의 통신이 끊기는 현상이 발생한다. 모든 케이블을 분리하고 상부 장치만 연결하여 테스트하였으나 모두 정상 동작한다. 반대로 상부 장치를 모두 분리하고 하부 장치만 연결하여 테스트하였다. 모두 정상이다. 여기에 상부의 장치를 연결하니 하부의 특정 장치 통신이 죽어 나간다.

특히 상부의 모션 드라이브 앰프 통신을 위한 케이블을 통신 허브에 연결하면 위와 같은 문제가 발생한다. 이 장치를 단독으로 테스트하면 문제가 없다. 하부 장치를 모두 연결하고 이 장치를 연결하면 하부 장치의 통신에 문제가 발생한다. 

개별로 테스트하면 문제가 없는데 전부 연결하면 문제가 발생한다. 이전에 Dry etcher 설비를 개발하던 당시 RF를 Turn on 하면 이와 유사한 문제가 발생하는 경험이 있었다. 아니 더 심한 문제였다. PC가 rebooting 되었다. 해결은 아래에서 설명한 절차에 따라 진행되었다. 

RF나 고전압을 사용하는 장치도 아닌데 이런류의 문제가 발생하는 경우는 처음이다. 특정 장치가 다른 장치의 통신에 영향을 주는 것 같다. 특히 RS-485에 더 많은 영향을 주는 것 같다.  

사내에서는 발생하지 않은 문제인데 현장에 셋업 중 발생하여 아래와 같은 절차에 따라 원인을 찾으려면 많은 시간이 소요될듯하다. 그래서 문제의 원인을 찾아 해결하는 것보다는 문제를 피해 가는 방법으로 처리하기로 하였다. 

이런 문제는 노이즈로 보이며 해결 방법은 분리, 이격, 쉴드, 접지로 처리한다.

분리
시그널 케이블을 노이즈 소스로 추정되는 케이블과 분리한다. 고객사 사양서에도 신호선과 전력선은 같이 묶이지 않게 처리하라는 설명서도 있다.

이격
위에서 분리된 케이블을 서로 이격 한다. 

쉴드
시그널 케이블은 후크 밴드로 감싸 노이즈를 차단해야 한다.

접지
후크 밴드를 사용하면 그라운드 선이 있는 것으로 사용한다.

이렇게 처리하고도 문제가 발생한다면 또 다른 방법으로는 시리얼 허브를 분리하는 것이다. 이 방법도 해결 방법의 첫 번째와 같은 이론이다. 문제가 되는 케이블은 아예 격리하여 서로의 간섭을 최소화하는 것이다.

시리얼 허브 장치를 추가로 설치하고 상부 시리얼 장치를 여기에 연결한다. 이렇게 되면 특정 장치에서 문제가 발생하여도 이 문제가 설비 전체에 영향을 주는 일은 없을 것이다. 

참고로 네트워크 허브와 시리얼 통신 허브 등은 기능별로 분리하여 여러 개 사용하는 것이 좋다. 가격 대비 잇슈를 최소화할 수 있는 가성비 갑 아이템이다.

모듈별 제어용 PC 간의 통신용, 기타 통신용 등으로 분리하면 서로 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다. 특히 PC 간의 데이터를 주고받는 통신은 반드시 별도로 구성해야 차후 유지 보수 비용을 절감할 수 있다. 

 

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내용추가 .............

위에서 말한 설비의 통신 잇슈가 대략 파악되었다. 유사한 문제가 같은 설비에서 계속 발생하여 어쩔 수 없이 trace를 진행하였다. 

새로 만든 통신 케이블, 접지선, 짬빠선 등을 들고 현장에 도착하여 하나씩 확인하던 중 아니 혹시 "이게 문제인가?" 하고 자세히 확인해 본 결과 RS-485의 케이블 배선이 이상한 것이다.

장치와 시리얼 멀티 포트를 연결하는 케이블을 뜯어 확인한 결과 멀티 시리얼 포트의 5번과 6번이 장치와 연결되어 있어야 하나 3번과 5번이 연결된 것이다. 이는 케이블 제작사에서 만들어 왔으면 내가 투입되기 전에도 교체를 했었다고 한다. 이게 가능한 일인가?

NPORT-5650 RJ-45 커넥터 핀맵

 

RS-232는 GND를 사용하고 이를 기준점으로 GND와 Tx(송신), Rx(수신) 와의 전압 차이로 0과 1을 인식하는 single-ended방식을 사용하지만 RS-485는 GND 없이 한쪽은 +전압을 다른 한쪽에는 -전압을 걸어 +와 -의 전압차를 이용하여 0, 1을 인식하는 디퍼런셜(Differential) 타입의 통신 방식을 가진다. 

RS-485 Differential 통신 방식은
0은 Data+, Data-에 모두 0 볼트를 인가하고
1인 경우에는 Data+에는 7 볼트, Data-에 -7 볼트를 전달하여
두선 사이의 전압을 전압차를 두어 이를 0과 1을 인식하게 한다. 

이렇게 구성하면 중간에 노이즈로 인하여 전압이 흔들린다고 하여도 두선 모두 같이 영향을 받으므로 전압 차이는 유지하게 된다. 이것으로 노이즈에 강한 통신 방식을 가지게 된다. 

전문가의 사이트( WKim님 사이트 )를 참고하시고...
https://m.blog.naver.com/PostView.naver?blogId=specialist0&logNo=221162924804&navType=by

위에 사이트를 참고하면 485 통신에 대해 더 이해할 수 있을 듯하다. Tx 보낸 파형, Rx는 받은 파형이고 485A, 485B는 데이터가 어떻게 보내지는가를 알 수 있다. 또한 맨 마지막 이미지는 485 통신에 노이즈를 가하는 경우 어떻게 데이터를 유지하는지도 보여 준다. 

 

RS-485 방식은 이렇게 동작하는데 우리 설비에 발생되는 문제는... 
Data+와 Data-를 연결하는 대신 Data+와 Gnd를 장치와 연결한다면...

내가 아는 이론 대로면 통신은 가능할 것 같다. Gnd가 0 볼트이고 Data+가 7 볼트를 인가하면 5 볼트 전압 차이로 값은 정상 인식할 것으로 추정되나 약간의 볼티지 충격으로도 영향을 받게 될 것 같은 기본이 든다. 이러한 이유로 485 통신에만 영향을 미친 건가?

이 문제는 추가 테스트를 진행하고 결과를 첨부하겠다.