Poe application by icn

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

PoE(Power over Ethernet) 적용 방안

2013. 01. 25.

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

I. PoE (Power over Ethernet) □ PoE(Power over Ethernet)는 이더넷 케이블로 데이터와 전원을 동시에 공급 ◦

2003년에 IEEE 802.3af 표준으로 승인되고, 2008년에 재개정되면서 시장에서 더 욱 주목

◦

PoE를 통해 기존의 이더넷 스위치, AP(Access Point), IP 카메라, IP phone 등에 하나의 케이블로 데이터와 전원을 동시에 공급할 수 있게 되어 산업 자동화는 물론 설비자동화, 교통관제, 보안카메라, 자동차, 빌딩자동화 등 많은 분야에서 활용

□ 산업현장에서의 센서 작동을 위한 전력 공급 ◦

산업현장에서의 와이어링은 매우 간단하게 사용되었으며, 센서는 전력이나 수동조작 에 의해 이루어짐

◦

만일 전력을 이용해 센서를 작동시키려면 2~3개 또는 4개의 와이어가 필요하며, 수동조작을 통해 작동시키려면 단 2개의 와이어가 필요

◦

센서들은 모두 아날로그 방식이고, 12, 24, 36이나 48 VDC 또는 110 이나 220 VAC의 전력으로 작동

□ 산업현장에서의 컨트롤러와 센서들간의 네트워크와 전력 공급 ◦

산업현장의 컨트롤러에는 모든 센서를 위한 전원장치가 있었고, 센서는 컨트롤러와 배선으로 연결

◦

컨트롤러 조차도 아날로그로 사용되었기 때문에 공장내의 와이어링 수는 계속 증가 한 현상 발생

□ PLC와 PAC의 컨트롤 시스템 네트워크 연결이 실용화되고 대중화되면서 실마리 ◦

엔지니어들은 이더넷 스위치와 같은 네트워크 장치인 PAC나 공장 현장에 설치되어 있는 디바이스로 동일한 와이어 세트를 통해서 전력을 공급할 것인가에 대해 고민

◦

이는 사실상 이더넷과 TCP/IP가 공장현장, 제어실, 사무실 또는 전체 기업의 네트워 크에서 표준화가 이루어지면서 단순화가 진행됨 - 1 -

아이씨엔 리포트

◦

www.icnweb.co.kr

이렇게해서 Power over Ethernet(PoE)이라는 개념이 탄생된 것임

VoIP 전화와 WiFi Access Point

II. PoE의 특징 1. 데이터와 전력을 하나의 선으로 해결 □ PoE (Power over Ethernet)는 싱글 Cat5 케이블을 이용해 데이터와 전원 둘 다를 전 송할 수 있는 기술로 PoE는 기존의 꼬여진 Cat5 케이블을 통해서 nominal 48 VDC 를 제공 ◦

이 케이블은 PoE에 대한 현재의 표준이 IEEE 802.3af-2008로 발표되기 훨씬 이전 에 Cisco Systems에 의해서 제작되었음

PoE 모드 □ 표준에는 PoE를 사용하는 2가지 타입의 디바이스가 있는데, ◦

첫번째는 Power Sourcing Equipment (PSE)로 주로 Midspan 어댑터이고 이더넷 - 2 -

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

스위치이며, 부착된 PoE 디바이스로 전원과 네트워크 연결을 지원 ◦

두번째 타입의 디바이스는 무선 액세스 포인트에서부터 VoIP

전화, 보안 카메라

또는 기타 디지털 장치 등을 포함하는 Powered Device(PD)임 □ 802.3af 표준에는 두 가지의 응용 모드를 지정 ◦

Type A는 전원과 데이터가 10/100Base-T 이더넷으로 동일한 데이터 페어를 통해 서 전송되는 곳에 사용

◦

Type B 모드는 전원이 사용되지 않는 페어를 통해서 전송되는 곳에 사용

◦

Type A 나 Type B의 선택은 Powered Device(PD)에 의한 것이 아니라, PSE에 의해 좌우됨

◦

PSE는 동시에 두 모드를 사용할 수 없으며, 한가지만 사용

Powered Device (PD) 자동 감지 □ 현재 시장에는 표준에 부합하지 않는 디바이스들이 상당히 많이 존재했음 ◦

PSE는 PD로 전원을 공급하기 이전에 표준에 부합하는지 여부에 대한 테스트를 진 행

◦

만일 PD가 표준에 부합하지 않는다면, PSE는 자동으로 전원 공급을 제한함

◦

이를 통해 디바이스들을 오류로부터 보호하며, 802.3af 표준규격에 맞는 모든 디바 이스이 바르게 통합될 수 있도록 하는 것임

- 3 -

아이씨엔 리포트

◦

www.icnweb.co.kr

PoE 디바이스는 25k Ohm 저항을 가지고 있으며, 스위치나 다른 PSE가 시그니처 저항기를 감지하였을 때, 이에 연결되는 디바이스를 자동으로 감지하며, 전원은 모 든 감지가 완료된 후에만 제공

◦

디바이스 접속이 끊어지면, PSE는 PoE 전원을 차단하여 안전을 기함

Conventional Network Design with PoE

2. 최적의 와이어링 실현 □ 전원과 이더넷 데이터를 동일한 케이블을 통해 공급한다는 것은 산업 환경에서 요구되 는 와이어링의 양을 최대한으로 줄일 수 있다는 것을 의미 ◦

전형적인 제조 공장 환경에서 와이어링 비용과 와이어링 유지보수는 무시할 수 없 는 비용

◦

플랜트와 환경내의 위치에 따라, 와이어링 비용은 피트당 10~100 달러까지 상당히 다양함

◦

장비와 여러 대의 필드 디바이스를 네트워크화 하기 위해서는 DC 전원이 필요하며, DC 전원을 장거리로 이용하는 것은 실용적이지 못하므로, AC to DC 전원 공급장 치가 적절하게 디바이스에 근접한 범위에서 제공하는 실정

□ 이는 일반적으로 엔지니어나 설계자가 시그널이나 데이터 와이어링뿐만 아니라 AC 전 원을 공급하여야 함을 의미

- 4 -

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

◦

공장 현장에서는 보통 월마운트 타입의 파워 어댑터가 있는 이중 콘센트로 구성

◦

유지보수 측면에서, Cat5 케이블을 통해서 전원과 함께 이더넷 디바이스를 제공하 는 것은 상당한 발전적인 구상으로 배선 재작업을 위한 비용절감 실현

◦

전원과 데이터가 동일한 케이블로 전송됨으로 인해 유지보수 및 고장 수리가 간편 해졌으며, 케이블이 파손되거나 다른 손상이 발생했을 때 수리를 위한 연결작업이 간편해짐

100-Cable 분류

Hardware Overview of PoE Switch

- 5 -

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

3. PoE 시스템 실행 □ PoE 네트워크 시스템은 non-PoE 네트워크처럼 동일한 방식으로 설계되며, 설계자는 라 우터, 스위치 등의 물리적인 네트워크를 배열 ◦

네트워크의 헤드앤드에서, UPS를 이용해서 전원이 마스터 네트워크 스위치로 투입 되고 추가의 전원이 추가의 UPS 시스템에 의해서 미드 포인트 PSE 디바이스로 투 입

◦

네트워크의 외부 에지에 있는 디바이스는 엔드 포인트 디바이스로 불리며, 이더넷 연결을 위해서 허용되는 최대 거리인, 약 328피트(100m)마다 젂원이 시스템 내로 투입

□ PoE가 가능한 이더넷 스위치의 유용성과 더불어 미드포인트 PoE “Power Injectors”의 사용은 감소함 ◦

최근에는 산업 환경용으로 컴팩트하고 내구성 있는 모델의 수요가 증가함

◦

PoE가 전기통신과 IT 네트워크를 위해서 설계되었지만, 그 솔루션은 상당히 우수하 며, 디바이스가 점점 스마트해짐에 따라 이더넷의 연결은 어디에서나 가능

◦

따라서 센서와 필드 디바이스에 연결된 대부분의 이더넷은 PoE가 가능하게 됨

PoE “Splitter”

- 6 -

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

4. PoE 시스템 설계 사례 □ PoE는 플랜트내 및 공장 현장 어플리케이션을 위해서 스위치와 기타 디바이스가 보다 내구성 있는 솔루션을 제공할 수 있도록 특별히 설계됨 ◦

설계자들은 선정된 디바이스가 거친 산업환경내에서 사용가능하도록 적절한 봉합 설계와 온도 및 진동 사양을 갖추었는지 확인해야 하며, 필요에 따라서는 DIN-rail 또는 패널 마운트 등 다양한 형태의 마운팅이 가능하도록 할 필요 있음

◦

선정된 유닛은 24 VDC와 같은 유용 가능한 젂원을 사용해야 하므로 별도의 파워 아답터가 필요없으며, 가능하다면 리던던트 기능 지원으로 외부 전원 공급 차단시에 도 계속적인 전력 공급이 보장

□ PoE 개발이 활발하게 진행됨에 따라, 많은 형태의 PoE 스위치가 생산됨 ◦

사용자 및 설계자는 표준규격에 부합하는 PoE 디바이스를 구별하고 자신의 환경에 적합한 제품을 선정하는 방안을 마련해야 함

◦

예를 들어, Cisco Systems는 예비 표준인 “Inline Power” 및 표준 802.3af PoE를 포함하여 여러 가지의 다른 PoE 표준을 지원하고 있으며, 다양한 기술과 파워 서플 라이 전압을 활용하는 광범위한 “홈브류(homebrew)” 방식도 있음

◦

PoE가 가능한 네트워크를 생산하는 설계자들은 802.3af 표준을 준수하는 장치를 선택하는 것이 가장 이상적이라 할 것임

□ non-PoE 디바이스 연결에서도 많은 주의가 필요 ◦

많은 이더넷 네트워크는 VDT와 임베디드 컴퓨팅 장치와 같은 디바이스에 연결되며, 이러한 디바이스들은 전형적으로 PoE가 가능한 디바이스가 아니라 전원공급을 필요 로 하는 경우가 많음

◦

이 경우, 설계자는 엔드 포인트 디바이스를 위한 별도의 전원을 공급하기 보다는, 결 합된 전원-데이터 시그널을 나누어 주고 전원과 데이터용으로 분리된 출력을 제공해 주는 PoE 분배기를 사용하는 것이 최선

- 7 -

아이씨엔 리포트

www.icnweb.co.kr

III. PoE의 향후 전망 □ PoE(Power over Ethernet)은 산업 네트워크에서 상당히 중요한 솔루션이며, 수 많은 어플리케이션에 가장 이상적인 선택임 ◦

중앙집중 전원 관리와 연계되어 있는 전원과 네트워크 둘 다를 위한 싱글 Cat5 케 이블의 장점과 안전한 저전압 DC 전원 제공력은 PoE의 최대 강점

◦

산업용 PoE 어플리케이션은 주로 무선 액세스 포인트, 비디오 감시 카메라, 머신비 전 시스템으로 제한되어 사용되고 있는 편이지만, 산업 제어 제조업체들은 Power over Ethernet을 계속 포용하고 있으며, 더 많은 디바이스들이 PoE에 부합할 수 있도록 설계되고 있는 상황

□ 향후 산업용 PoE 어플리케이션의 범위를 더욱 확대하게 될 802.3af 표준에 부합하는 여러 종류의 산업용 필드버스 네트워크를 고려해야 함

[참조 자료] * Power over Ethernet의 신화와 미래, 어드밴텍 * Introduction to PoE and the IEEE802.3af and 802.3at Standards, IEEE * 아이씨엔웹 www.icnweb.co.kr * www.poweroverethernet.com

- 8 -