KR100348196B1 - 시퀀스 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 IEC 1131-3 SFC를 이용한 시퀀스 제어 방법에 관한 것으로서, SFC내의 스텝을 다중처리 운영체계에 의해 다중처리되는 독립된 타스크로 만드는 과정; 각 스텝의 입/출력천이정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보를 설정하는 과정; 및 설정된 각 스텝의 입/출력천이조건정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보에 따라 생성된 타스크를 실행시키는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 SFC 내에서의 작업의 진행을 별도의 제어기 없이 자체적으로 진행시킬 수 있는 방법을 제시함으로써, SFC의 구조가 복잡해지거나 서로 다른 성격의 분기가 중첩되더라도 전체 흐름을 이어가는데 아무런 문제가 없다. 또한 SFC 내부 구조 변경에 따른 별도의 작업이 필요치 않으므로 상당히 유연하며, 확장성이 있고, 한 번 확인된 프로그램은 하나의 단위로 구성되어 다른 프로그램에서도 이용할 수 있어 재사용이 용이하고 모듈화될 수 있다.

Description

시퀀스 제어방법{Sequence control method}

본 발명은 시퀀스 제어방법에 관한 것으로서, 특히 시퀀스 흐름제어기 설계 및 구현에 있어 PLC용 프로그래밍 언어의 국제표준인 IEC 1131-3의 SFC로 표기된 프로그램의 흐름을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로 제어시스템(control system)내의 각 단위요소들은 내부에서 각각의 시퀀스 흐름제어(sequence flow control)를 하게 된다. 그리고 일반적인 제어 소프트웨어의 전형적인 기능으로는 작업의 순서를 정하는 것, 시스템의 상태를 감시(monitor)하는 것, 실시간으로 시스템의 동적인 상태를 결정하는 것 등이 있다. 기존의 LLD(Ladder Logic Diagram)는 이러한 시스템의 작업순서를 구성하는데 이용되어 왔다. 그것들은 PLC(Programmable Logic Controller)의 입출력 프로시져(procedure)들을 지정하고, 이들을 반복적으로 수행하는 일들을 해왔다. 그러나 상기 LLD는 시스템의 크기가 커짐에 따라 그 복잡성이 훨씬 심해져서 문제가 발생했을 경우 해당 문제를 찾는 일이 상당히 어려웠고, 시스템의 사양이 변하게 되면 대부분의 내용을 바꾸어야하는 경우가 많았다.

이러한 LLD의 한계를 극복하기 위해 PLC 업체들은 여러 가지의 프로그래밍 언어들을 개발해 왔다. 이러한 여러 가지의 언어들 사이의 호환성과 규격통일을 위해 IEC(International Electrotechnical Commission)에서 IEC 1131을 만들게 되었고, 이 규격중에 전체 시스템의 흐름을 표시하는 언어들 중의 하나가 순자기능챠트 (Soquential Function Chart:이하 SFC라 함)이다. 그러나 상기 SFC 내부구조가 복잡해지거나 서로 다른 성격의 분기가 중첩되면 전체 흐름을 이어가는데 어려움이 있고, 스케쥴러(scheduler)와 같은 별도의 제어기를 두어 작업 스텝을 관리해야 하는 번거로움이 있다. 그리고 작업 스텝(step)이 많아질수록 상기 스케쥴러의 부하(load)도 함께 늘어나 스케쥴러의 부하로 인해 정작 필요한 각 스텝을 실행할 시간이 부족하여 작업능률이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 상기 SFC로 표기된 순차 프로그램을 수행함에 있어 별도의 스케쥴러없이 SFC 각 스텝들이 전체의 흐름을 자체적으로 제어하면서 수행될 수 있도록 하기 위해 상기 SFC의 각 스텝들을 별도의 타스크(task)로 생성하여 상기 타스크간에 프로그램의 수행을 위한 정보를 주고 받으면서 전체의 흐름을 자체적으로 제어하는 시퀀스 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 IEC 1131-3에서 제시한 PLC용 프로그래밍 언어들 중의 하나인 SFC로 표기된 프로그램의 한 예를 도시한 것이다.

도 2는 SFC의 스텝에 해당되는 타스크의 일예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 시퀀스제어방법에 대한 큰 흐름을 흐름도로 도시한 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SFC의 시퀀스 제어방법은

상기 SFC내의 스텝을 다중처리 운영체계에 의해 다중처리되는 독립된 타스크로 만드는 과정;

상기 각 스텝의 입/출력천이정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보를 설정하는 과정: 및

상기 설정된 각 스텝의 입/출력천이조건정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보에 따라 상기 생성된 타스크를 실행시키는 과정을 포함함이 바람직하다.

그리고 상기 타스크는 토큰을 수신하는 루틴, 입력천이 조건에 따라 천이를 수행하는 루틴. 해당 스텝 내부의 동작을 수행하는 루틴 및 출력천이조건에 상응하는 타스크에게 토큰을 전달하는 루틴을 포함함이 바람직하다.

또한 상기 토큰을 수신하는 루틴의 토큰은 타스크 고유번호에 대한 정보를 포함하고, 상기 입력천이 조건에 따라 천이를 수행하는 루틴은 입력천이 개수를 검사하는 루틴. 상기 입력천이 개수가 한 개인 경우, 입력천이조건에 따라 천이를 수행하는 루틴 및 상기 입력천이 개수가 두 개 이상인 경우, 토큰을 전달한 타스크의 고유번호에 해당하는 타스크의 출력천이만 검사하는 루틴으로 이루어진다. 또한 출력천이조건에 상응하는 타스크에게 토큰을 전달하는 루틴은 출력 천이의 개수를 검사하는 루틴. 상기 출력천이 개수가 한 개인 경우, 출력천이조건이 참이면 통과하여 타스크의 모든 출력천이에 연결된 타스크에게 토큰을 전달하고, 거짓이면 참이될 때 기다리는 루틴 및 출력천이 개수가 두 개 이상인 경우, 출력천이 조건을 소정의 순서로 검사하면서 처음으로 참여되는 조건을 찾아 해당 천이의 출력 스텝 타스크에 토큰을 전달하는 루틴을 포함한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 도 1은 IEC 1131-3에서 제시한 PLC용 프로그래밍 언어들 중의 하나인 SFC로 표기된 프로그램의 한 예를 도시한 것이다. 도 1을 참조하여 상기 SFC에 대해 설명하면, 네모상자로 표시된 것(S1, S2, S3,...)을 SFC에서는 "스텝(step)"이라고 부르고, 가로로 짧게 그어진 막대(T1, T2, T3,...)로 표기되어 상기 스텝과 스텝을 연결하는 것을 "천이 (transition)"라고 한다. 각 스텝은 IEC 1131에서 제시된 다른 언어에 의해 시스템의 어떤 동작내지는 작업을 기술하게 되고, 천이는 도 1에서 C1, C2, C3,...등으로 표시된 주어진 "천이조건(transition condition)"을 검사하면서 다음 스텝으로 흐름을 연결시키는 기능을 한다. 이 때 천이조건이 "참(TRUE)"인 경우에만 다음 스텝으로 흐름이 진행될 수 있고, 거짓"(FALSE)"인 경우는 "참(TRUE)"이 될 때까지 그곳에 머물러 있게 된다. 이러한 조건은 하나의 이진 산술식(a boolean expression)으로 표현된다.

그리고 SFC에서 제공하는 흐름의 종류에는 크게 3가지가 있는데, 그 첫째로는 도 1에 도시된 'S1->T1->S2'와 같이 한 스텝(S1)이 완료되면, 다음 스텝으로 가기위한 천이조건(C1)을 검사하고, 상기 천이조건(C1)이 참이면 다음 스텝으로 진행되는 것이다. 두 번째 흐름으로는 도 1에 도시된 바를 참조하면, 'S2->T2->S3','S2->T2->S4', 'S2->T2->S5'와 같이 하나의 스텝이 완료된 후에 다음 천이조건을 검사하고, 상기 천이조건이 참일 경우, 여러개의 스텝이 동시에 수행되는 경우이다. 이 경우를 "동시분기(Simultaneous Branch)"라고 하고, 도 1에 도시된 횡으로 겹줄(100)로 표시된 것이 이에 해당한다. 이때, 동시에 수행되는 스텝들간에는 별도의 우선권(priority)이라든가 하는 제약은 전혀 없고, 동시에 독립적으로 수행된다. 마지막 세 번째 흐름의 경우는 도 1의 'S5->T4->S7' 또는 'S5->T5->S8' 또는 'S5->T6->S9'과 같이 여러개 중에 하나의 작업만을 수행하는 경우이다. 이와 같은 경우를 "선택분기(Selection Branch)"라 하고, 도 1에서는 횡으로 한줄로 표시깃(110)이 이에 해당한다. 이 때 흐름의 연결은 S5 스텝 수행후에 연결된 다음 조건에 해당하는 길로 흐름이 연결된다.

본 발명의 개념은 상기와 같은 SFC에 대해 각 스텝을 별도의 타스크로 만들고, 상기 타스크들을 멀티 타스킹 운영체제(multi-tasking operating system)상에서 다중처리하면서 흐름을 이어가는데 있다. 그리고 상기 스텝들은 제2도와 같은 구조를 가지는 타스크들로 만들어 별도의 흐름제어가 없이 타스크들끼리의 정보교환을 통해 전체 흐름을 구성하고자 하는 것이다.

상기 개념을 기초로 하여, 상술한 SFC에 대해 상기 SFC를 구성하고 있는 각 스텝을 별도의 타스크로 구성하고자 할 때, 상기 타스크의 구조를 설명하기로 한다.

도 2는 상기 타스크의 구조에 대한 바람직한 실시예를 도시한 것으로서, 상기 타스크는 입력천이 조건에 따라 토큰을 수신하는 토큰수신루틴(200), 입력천이조건에 따라 천이를 수행하는 천이루틴(210), 해당 스텝 내부의 동작을 수행하는 스텝동작루틴(220) 및 출력천이조건에 상응하는 타스크에게 토큰을 전달하는 토큰전달루틴(230)으로 이루어진다. 상기 토큰수신루틴(200)의 토큰은 상기 토큰을 보낸 타스크 고유번호에 대한 정보를 포함하고 있으며, 상기 천이루틴(210)은 입력천이 개수를 검사하는 루틴 및 상기 입력천이 개수가 두 개 이상인 경우, 토큰을 전달한 타스크의 고유번호에 해당하는 타스크의 출력천이만 검사하는 루틴으로 이루어진다. 또한, 상기 토큰전달 루틴(230)은 출력 천이의 개수를 검사하는 루틴. 상기 출력천이 개수가 한 개인 경우, 출력천이조건이 참이면 통과하여 타스크의 모든출력천이에 연결된 타스크에게 토큰을 전달하고, 거짓이면 참이될 때 기다리는 루틴 및 출력천이 개수가 두 개 이상인 경우, 출력천이 조건을 소정의 순서로 검사하면서 처음으로 참이되는 조건을 찾아 해당 천이의 출력 스텝 타스크에 토큰을 전달하는 루틴으로 이루어진다.

상기 타스크의 내부동작을 설명하면, 먼저 상기 토큰수신 루틴(200)에서 타스크 고유번호에 대한 정보를 포함하고 있는 토큰을 기다리고 있다가 토큰이 오면 이를 수신한다. 그리고 나서 천이루틴(210)을 통해 입력천이 개수를 검사하여, 상기 입력천이 개수가 한 개인 경우에는, 입력천이조건을 검사하여 '참(TRUE)'이면 통과하고, '거짓(FALSE)'이면 '참'이될 때 까지 기다린다. 만일 상기 입력천이 개수가 두 개 이상인 경우에는 토큰을 전달한 타스크의 고유번호(id)를 이용하여 해당하는 타스크의 출력천이만 검사하여, '참'이면 통과하고 '거짓'이면 '참'이 될 때까지 기다린다. 그리고 나서 해당 스텝 내부의 동작을 수행한다.

상기 수행한 다음에는 출력 천이의 개수를 검사한다. 만일 상기 출력천이 개수가 한 개인 경우에는, 출력천이 조건을 검사하여 출력천이조건이 '참'이면 통과하고 '거짓'이면 참이될 때까지 기다린다. 참이되면 이 타스크의 모든 출력천이에 연결된 타스크들에게 토큰을 전달한다. 만일 출력천이 토큰속에는 상기 토큰을 보내는 타스크의 고유번호(id)가 들어있다. 만일 출력천이 개수가 두 개 이상인 경우에는 맨 왼쪽 출력천이조건으로부터 차례로 검사하면서 처음으로 '참'이되는 조건을 찾아 해당 천이의 출력 스텝 타스크에 토큰을 전달한다. 이 때 토큰속에는 이 토큰을 보내는 타스크의 고유번호가 들어있다.

한편 상술반 바와 같은 구조를 갖는 타스크를 이용하여, IEC 1131-3 SFC을 기반으로 하여 별도의 흐름제어가 없이 타스크들끼리의 정보교환을 통해 시퀀스를 제어하는 방법을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 시퀀스제어방법에 대한 큰 흐름을 흐름도로 도시한 것으로서, 상기 시퀀스제어방법은 상기 SFC내의 스텝을 다중처리 운영체제에 의해 다중처리되는 독립된 타스크로 만드는 과정(300), 상기 각 스텝의 입/출력천이정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보를 설정하는 과정(310) 및 상기 설정된 각 스텝의 입/출력천이조건정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보에 따라 상기 생성된 타스크를 실행시키는 과정(320)으로 이루어진다.

이를 보다 상세히 설명하기로 한다. 제 2도에 도시한 바와 같이 일단 타스크가 생성되면, 상기 타스크의 토큰수신루틴에서 토큰을 기다리게 된다. 상기 토큰은 타스크들 사이에 동기를 맞추고, 정보를 전달하기 위한 도구로서 일반적인 멀티-타스킹 운영체제에서 제공되는 것이다. 상기 '토큰'이란 이름은 특별한 대상을 지칭하는 것은 아니고, 이러한 목적으로 사용되는 것들에 대한 통칭이다. 상기 토큰을 보내는 타스크에서 토큰의 내부에 임의의 정보를 담아 보낼수도 있다.

토큰을 받은 타스크는 자신의 입력천이 개수를 검사하게 되는데 도 1에 도시된 T1->S2 또는 T2->S3 등의 경우와 같이 개수가 "1"인 경우에는 해당 천이조건을 검사하여 그 조건이 '참'이면 다음으로 진행한다. 이때 도 1에서의 [S3 그리고 S10 그리고 S11->T11->S12의 경우와 같이 입력천이는 하나지만 그 천이에 연결된 스텝 타스크가 복수개인 경우는 그 개수에 해당하는 만큼의 토큰을 받게 된다. 즉, 그 개수만큼의 토큰을 받고나서 해당 천이조건을 검사한다는 뜻이다. 이는 앞서 설명한 "동시분기"의 경우인데, S3, S10, S11의 세 스텝 타스크가 모두 완료된 후에 천이조건을 검사하고 다음 스텝 타스크로 진행한다는 SFC의 사양을 만족시키고 있다.

다음으로 도 1의 [T8 또는 T9 또는 T10]->S11와 같은 경우는 S11 타스크의 입력천이의 개수가 '3'개가 되는데, 이와 같이 복수개의 입력천이를 가지는 경우에는 앞서 받은 토큰을 검사하여 그 토큰을 어느 타스크가 보낸 것인지를 찾는다. 그리하여 그 타스크의 출력천이조건만을 검사하고 그 조건이 "참(TRUE)"이면 다음으로 진행한다. 이와 같은 경우는 앞에서 "선택분기"의 경우에 해당하는데, 작업의 흐름이 여러 분기(brnach)중에 하나로만 흘러온 경우이므로 토큰을 보낸 분기의 천이조건만 검사하면 되는 것이다.

입력천이에 대한 검사가 완료되고 나면 스텝내부의 작업을 수행하고, 이 작업이 완료되면 다음에 어느 스텝으로 흐름을 진행시킬 것인지를 결정하게 된다.즉, 이번에는 이 타스크의 출력천이 개수를 검사한다. 도 1의 S3->T11 또는 S10->T11의 경우처럼 이 개수가 "1"인 경우는 바로 그 천이조건을 검사하고 그 조건이 "참"이면 천이에 연결된 타스크로 토큰을 전달한다. 여기서 상기 토큰에는 보내는 타스크의 고유번호가 들어가 있게 된다. 이 때 도 1의 T2->[S3 그리고 S4 그리고 S5]의 경우처럼 출력천이에 연결된 타스크의 개수가 한 개 이상일 수도 있는데 그런 경우에는 복수개의 타스크를 모두에게 동일한 토큰을 전달하게 된다. 이는 앞서 설명된 "동시분기"에 해당하는 것이다.

출력천이의 개수가 복수개인 경우는 도 1의 S5->[T4 또는 T5 또는 T6]와 같은 경우인데, 이 때에는 맨 왼쪽의 천이조건부터 차례로 검사하여 맨 처음으로 "참"이 되는 천이에 연결된 타스크로 토큰을 보내면 된다. 이 역시 앞서 설명한 "선택분기"에 해당하는 부분인데, 그 사양대로 흐름이 진행되게 되어 있다. 상기 토큰에는 보내는 타스크의 고유번호가 들어 있어 받는 타스크가 이를 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 SFC 내에서의 작업의 진행을 별도의 제어기 없이 자체적으로 진행시킬 수 있는 방법을 제시함으로써, SFC의 구조가 복잡해지거나 서로 다른 성격의 분기가 중첩되더라도 전체 흐름을 이어가는데 아무런 문제가 없다.

또한 SFC 내부 구조 변경에 따른 별도의 작업이 필요치 않으므로 상당히 유연하며, 확장성이 있고, 한 번 확인된 프로그램은 하나의 단위로 구성되어 다른 프로그램에서도 이용할 수 있어 재사용이 용이하고, 모듈화될 수 있는 구조를 가지고있다.

또한 토큰의 흐름을 추적하면 전체의 흐름을 파악하기가 쉽고, 응용프로그램의 개발단계에서 각 부분을 따로 시험해보기도 용이하며, 그림으로 표시된 내용을 직접 일대일로 변환함으로서 전체 구조파악이 용이하다.

Claims (5)

1. IEC 1131-3 SFC를 이용한 시퀀스 제어 방법에 있어서,

   상기 SFC의 스텝을 다중처리 운영체제에 의해 다중처리되는 독립된 타스크로 만드는 과정:

   상기 각 스텝의 입/출력천이정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보를 설정하는 과정: 및

   상기 설정된 각 스텝의 입/출력천이조건정보와 각 천이의 입/출력 스텝정보에 따라 상기 생성된 타스크를 실행시키는 과정을 포함함을 특징으로 하는 시퀀스 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 타스크는

   토큰을 수신하는 루틴:

   입력천이 조건에 따라 천이를 수행하는 루틴:

   해당 스텝 내부의 동작을 수행하는 루틴: 및

   출력천이조건에 상응하는 타스크에게 토큰을 전달하는 루틴을 포함함을 특징으로 하는 시퀀스 제어방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 토큰을 수신하는 루틴의 토큰은

   타스크 고유번호에 대한 정보를 포함하고,

   상기 입력천이 조건에 따라 천이를 수행하는 루틴은

   입력천이 개수를 루틴;

   상기 입력천이 개수가 한 개인 경우, 입력천이조건에 따라 천이를 수행하는 루틴; 및

   상기 입력천이 개수가 두 개 이상인 경우, 토큰을 전달한 타스크의 고유번호에 해당하는 타스크의 출력천이만 검사하는 루틴으로 이루어짐을 특징으로 하는 제어방법.
4. 제 2항 또는 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 출력천이조건에 상응하는 타스크에게 토큰을 전달하는 루틴은

   출력 천이의 개수를 검사하는 루틴:

   상기 출력천이 개수가 한 개인 경우, 출력천이조건이 참이면 통과하여 타스크의 모든 출력천이에 연결된 타스크에게 토큰을 전달하고, 거짓이면 참이될 때 기다리는 루틴: 및

   출력천이 개수가 두 개 이상인 경우, 출력천이 조건을 소정의 순서로 검사하면서 처음으로 참이되는 조건을 찾아 해당 천이의 출력 스텝 타스크에 토큰을 전달하는 루틴을 포함함을 특징으로 하는 시퀀스 제어방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 출력스텝 타스크에게 전달되는 토큰은 타스크 고유번호에 대한 정보를 포함함을 특징으로 하는 시퀀스 제어방법.