KR100689323B1 - 필드버스 네트워크 다중화 시스템 - Google Patents

필드버스 네트워크 다중화 시스템 Download PDF

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KR100689323B1
KR100689323B1 KR1020050088373A KR20050088373A KR100689323B1 KR 100689323 B1 KR100689323 B1 KR 100689323B1 KR 1020050088373 A KR1020050088373 A KR 1020050088373A KR 20050088373 A KR20050088373 A KR 20050088373A KR 100689323 B1 KR100689323 B1 KR 100689323B1
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이승주
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

본 발명은 필드버스 네트워크에 관한 것으로, 종래에는 이중화(Redundancy) 구성을 기본으로 하는 DCS(분산 제어 시스템)이나 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 시스템에 적용하기는 부적합한 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 필드버스 네트워크를 운용하는 주 마스터 보드 이외에, 슬레이브로서 대기하고 있다가 상기 주 마스터 보드에 고장, 정전 등의 이벤트가 발생한 경우 주 마스터 보드의 역할을 수행하도록 하는 적어도 하나 이상의 다중 마스터 보드, 바람직하게는 제 2 마스터 보드를 추가로 구비한 필드버스 네트워크 다중화 시스템을 제공하며, 특히 필드버스 네트워크를 제 2 마스터 보드에 의해 이중화한 시스템 구성은 이중화 구성을 기본으로 하는 고기능 DCS나 PLC 제어 시스템에 싱글 구성인 필드버스 기기들을 운용하도록 하는 효과가 있다.

Description

필드버스 네트워크 다중화 시스템{FIELDBUS NETWORK MULTIPLEXING SYSTEM}
도 1은 종래기술에 따른 필드버스 네트워크 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 필드 버스 네트워크 다중화 시스템 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 필드 버스 네트워크 이중화 시스템 내의 주처리기(MPU)의 절환 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 필드 버스 네트워크 이중화 시스템 내의 필드버스 주제어기(FMC)의 절환 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
21: 호스트 컴퓨터 22: 제 1 마스터 보드
23: 제2 마스터 보드 24A, 24B: 절연 단자
25-1~25-(N-1): 슬레이브 26A, 26B: 종단 저항
본 발명은 필드버스 네트워크에 관한 것으로, 특히 필드버스 네트워크를 운용하는 마스터 보드 외에 별도의 다중 마스터 보드를 슬래이브로서 구비하고 이들 사이에 일정 요건하에서 절환이 일어나도록 하여 단일 구성의 필드버스 네트워크를 이중화 구성의 DCS(Distributed Control System: 분산제어시스템) 또는 PLC(Programmable Logic Control) 시스템에 적용하도록 한 필드버스 네트워크 다중화 시스템에 관한 것이다.
필드버스(Fieldbus)는 센서, 엑츄에이터, 유량계, 컨트롤러 등과 같은 현장 기기들의 주요 데이터를 디지털화하여 입출력하는 국제 표준 통신 규격(프로토콜)으로서, 다양한 업체들이 Profibus, DeviceNet, Interbus, Modbus 등의 협회를 구성하여 필드버스 프로토콜을 사용하여 상호 호환이 가능한 제품들을 생산하고 있다.
따라서 각종 자동화 제어 시스템 구성시, 동일한 필드버스 프로토콜을 지원하고 표준 필드버스 구성 툴에 기기 고유의 특성 파일(GSD)이 등록된 기기 사이에는 기기 제조사에 관계없이 상호 데이터 교환이 가능하게 된다.
필드버스 네트워크는, 과거 4~20mA의 현장 기기 단자를 시스템의 입출력 단자까지 연장시켜서 데이터를 입출력하는 방식에서 탈피해서, 2Wire 통신선을 현장 기기까지 연결해서 디지털 데이터를 입출력함으로써 시스템 설치상의 원가 절감은 물론 현장 기기의 진단 기능, 엔지니어링 프로그램의 간소화 등 다양한 장점을 보유하고 있다. 또한, 제조사에 관계없이 다양한 기기를 선택할 수 있으므로, 원가 및 유지 보수 측면에서도 유리하다.
도 1은 종래기술에 따른 필드버스 네트워크 시스템 구성도인데. 이에 도시된 바와 같이, 사용자가 필드버스 네트워크를 인터페이스할 수 있도록 하는 호스트 컴퓨터(11), 상기 호스트 컴퓨터(11)에 이더넷 등으로 연결되어 필드버스 네트워크의 운용 및 제어를 담당하는 마스터 보드(12), 상기 마스터 보드(12)와 슬레이브 사이를 절연하는 절연 단자(13), 상기 마스터 보드(12)에 의해 제어되는 N개의 슬레이브(14-1~14-N), 상기 마스터 보드(12)와 상기 슬레이브(14-1~14-N)을 연결하는 송수신 선로(TX, RX)와, 상기 송수신 선로의 양단에 연결된 종단 저항(15A, 15B)으로 구성된다.
여기에서, 상기 마스터 보드(12)는 시스템 전원부(System Power Supply, SPS)(12A), 주처리기(Main Processing Unit, MPU)(12B), 메모리 모듈(Memory Module)(12C), 필드버스 주제어기(Fieldbus Master Controller, FMC)(12D)로 구성된다.
상기 시스템 전원부(12A)는 마스터 보드(12) 내의 각 기기에 필요한 DC 전원을 공급하고, 상기 주처리기(12B)는 상위 호스트 컴퓨터(11)로부터 제어 엔지니어링 프로그램을 다운로드 받아서 필드버스 제어 시스템을 운용하며, 특히 초기화 시 필드버스 주제어기(12D)에 슬레이브(14-1~14-N)들의 구성 정보(Configuration)를 전송하며, 필드버스 주제어기(12D)의 공유메모리를 인터페이스하여 현장의 필드버스 기기(슬레이브)들의 데이터를 입력하거나 제어 결과를 출력하는 기능을 한다.
또한, 상기 메모리 모듈(12C)은 상위 호스트 컴퓨터에서 다운로드된 제어 프로그램과 필드버스 구성 프로그램을 저장하거나 제어에 필요한 데이터를 저장하고, 필드버스 주제어기(12D)는 상기 주처리기(12B)로부터 다운로드된 슬레이브(14-1~14-N)들의 구성 정보(필드버스 구성 툴 제공)를 기초로 슬레이브(14-1~14-N)들의 상태를 체크하며, 슬레이브(14-1~14-N)들이 수집한 정보를 공유 메모리의 입력 영역에 저장하거나, 주처리기(12B)가 공유 메모리의 출력 영역에 저장한 출력 데이터를 슬레이브(14-1~14-N)들에게 전송한다.
나아가 상기 슬레이브(14-1~14-N)는 해당 필드버스 규격을 만족하는 모든 장치로서, IO 보드, 컨트롤러, PLC, 유량계, 인버터 등일 수 있고, 절연 단자(Isolation, IS)는 마스터 보드(12)와 슬레이브(14-1~14-N) 사이를 절연시키고, 절연 저항(15A, 15B)은 필드버스 네트워크가 RS-485 통신 방식을 주로 사용하므로 반드시 필요하다. 송수신 결선(TX, RX)은 기기의 입력 단자(미도시)와 출력 단자(미도시)에 2선이 각각 결선된다.
상기 마스터 보드(12)는 스테이션 번호 0이 할당되어 필드버스 시스템을 제어하는 마스터 보드임을 나타내고, N개의 슬레이브(14-1~14-N)에 1부터 N까지의 스테이션 번호가 할당되어 각각의 기기의 고유번호가 된다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 필드버스 네트워크 운용 동작은 다음과 같다.
각 슬레이브(14-1~14-N) 기기들의 고유 특성 파일(GSD)을 호스트 컴퓨터(11)의 필드버스 구성 툴에 등록한 후, 호스트 컴퓨터(11) 화면에서 표준 필드버스 구성 툴로 슬레이브(14-1~14-N)들의 구성을 엔지니어링 한다. 또한, 호스트 컴퓨터(11) 화면에서 DCS나 PLC 고유 엔지니어링 툴로 필드버스 제어 프로그램을 작성하고, 필드버스 기기에서 입력할 데이터의 입력 어드레스나 필드버스 기기에 출력할 데이터의 출력 어드레스를 등록한다.
상기 작성한 제어 프로그램과 필드버스 구성 프로그램을 메모리(MEM)에 다운로드하면, 주처리기(12B)는 필드버스 네트워크 초기화시에 필드버스 구성 프로그램을 필드버스 주제어기(12D)에 다운로드하고, 필드버스 주제어기(12D)는 슬레이브(14-1~14-N) 구성 정보를 참고로 슬레이브(14-1~14-N)들의 상태정보 입력 기능, 슬레이브(14-1~14-N) 입력 데이터의 공유메모리 저장 기능 및 공유 메모리 출력 데이터의 슬레이브(14-1~14-N) 출력기능을 수행한다.
한편, 주처리기(12B)는 필드버스 주제어기(12D)가 정상 동작함을 확인한 후, 필드버스 주제어기(12D)의 공유 메모리 입력영역에서 필요한 데이터를 입력하여 시스템 제어 프로그램을 운용하며, 그 운용 결과값을 필드버스 주제어기(12D)의 공유 메모리 출력영역에 출력한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 이런 다양한 장점에도 불구하고, 필드버스 구성은 기본적으로 싱글(Single) 네트워크 구성인 문제점이 있다. 즉, 필드버스 통신 방식은 동일 네트워크에 마스터 보드가 하나만 존재해야 하므로, 이중화(Redundancy) 구성을 기본으로 하는 DCS(분산 제어 시스템)이나 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 시스템에 적용하기는 부적합하다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 본 발명은 이중화 구성을 기본으로 하는 고기능 DCS나 PLC 제어 시스템에 싱글 구성인 필드버스 기기들을 운용하기 위해, 필드버스 네트워크를 운용하는 주 마스터 보드 이외에, 슬레이브로서 대기하고 있다가 상기 주 마스터 보드에 고장, 정전 등의 이벤트가 발생 한 경우 주 마스터 보드의 역할을 수행하도록 하는 보조 마스터 보드를 추가로 구비한 필드버스 네트워크 이중화 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필드버스 네트워크 다중화 시스템은,
호스트 컴퓨터(Host computer)로부터 제어 엔지니어링 프로그램과 필드버스 구성 프로그램을 다운받아 메모리 모듈(Memory Module)에 저장하고, 초기화시에 슬레이브(Slave)들의 구성정보를 필드버스 주제어기(FMC)에 전송하여 필드버스 제어시스템이 운용되도록 하는 주처리기(MPU)를 갖는 제 1 마스터 보드를 포함하는 필드버스 네트워크에 있어서,
상기 제 1 마스터 보드는 생성된 데이터를 전송하여 공유하는 듀얼 링크 유닛(DLU)을 구비하고, 사용자에 의해 작성되어 상기 호스트 컴퓨터로부터 다운로드된 필드버스 제어 프로그램과 필드버스 구성 프로그램을 운용하여 필드버스 네트워크의 동작 마스터 보드의 역할을 수행하며,
상기 호스트 컴퓨터와 이더넷에 의해 연결되고, 상기 제 1 마스터 보드와는 상기 듀얼 링크 유닛을 통해 상기 데이터를 전송받아 복사하며, 상기 제 1 마스터 보드의 상태를 감시하면서 슬레이브 보드로서의 역할을 수행하다가, 상기 제 1 마스터 보드에서 시스템 절환 이벤트가 발생된 경우, 상기 제 1 마스터 보드를 리셋시켜 동작 마스터 보드의 역할을 중지시키고, 자신이 상기 동작 마스터 보드로서의 역할을 수행하는 적어도 하나 이상의 다중 마스터 보드를 포함하고,
상기 시스템 절환 이벤트는 상기 동작 마스터 보드의 역할을 수행하는 제 1 마스터 보드의 리셋(reset), 정전(power off), 정지(stop), 고장(fault), 통신 이상(Com Error), 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.
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바람직하게, 상기 제 1 마스터 보드와 그에 대한 슬레이브 역할을 수행하는 다중 마스터 보드들 사이의 시스템 절환은 각각의 마스터 보드내의 필드버스 주제어기에 부여된 우선순위(proirity) 데이터를 상호 판독하여 가장 순위가 높은 마스터 보드가 동작 마스터 보드로서의 역할을 수행하고, 나머지는 슬레이브 보드로서의 역할을 수행하도록 구성될 수 있으며, 다른 실시의 한 형태로서 상기 다중 마스터 보드는 상기 제 1 마스터 보드에 듀얼 링크 유닛으로 연결되어 우선순위 없이 상호간에 시스템 절환이 이루어지는 하나의 제 2 마스터 보드로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 시스템 절환 이벤트는 동작 마스터 보드의 역할을 수행하는 제 1 마스터 보드의 리셋(reset), 정전(power off), 정지(stop), 고장(fault), 통신 이상(Com Error), 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 동작 마스터 보드의 역할을 수행하는 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 필드버스 제어 프로그램을 운용하고 그 결과값을 상기 데이터 링크를 통해 제 2 마스터 보드에 출력하고, 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 상기 필드버스 구성 프로그램을 기초로 다수의 슬레이브 보드의 데이터 입출력을 담당하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 슬레이브 보드의 역할을 수행하는 제 2 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)의 상태를 감시하고 상기 제 1 마스터 보드로부터 입력된 필드버스 제어 프로그램 운용 결과값을 저장하며, 상기 제 2 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 필드버스 구성 프로그램을 다운로드하도록 하고 상기 제 1 마스터 보 드의 필드버스 주제어기에게 통신상태(Com Status) 메시지를 주기적으로 요구하여 이에 대한 응답을 수신하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제 2 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 1 마스터 보드에서의 시스템 절환 이벤트 발생 여부를 검출하여, 상기 제 1 마스터 보드에서 시스템 절환 이벤트가 발생한 경우, 상기 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)를 리셋시키고 이에 따라 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기(FMC)가 리셋되도록 하고, 상기 저장된 필드버스 제어 프로그램 운용값을 기초로 상기 필드버스 제어 프로그램을 운용하고, 상기 제 2 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 상기 필드버스 구성 프로그램을 기초로 다수의 슬레이브 보드의 데이터 입출력을 담당하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 리셋된 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 2 마스터 보드의 주처리기(MPU)의 상태를 감시하고 상기 제 2 마스터 보드로부터 입력된 필드버스 제어 프로그램 운용 결과값을 저장하며, 상기 제 2 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 필드버스 구성 프로그램을 다운로드하도록 하고 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기에게 통신상태(Com Status) 메시지를 주기적으로 요구하여 이에 대한 응답을 수신하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따라 구성되는 N개 이상의 다중 마스터 보드 중에서 하나 의 제 2 마스터 보드(23)만 구성한 예를 나타내고 있는 것인데, 제 1 마스터 보드(22)와 제 2 마스터 보드(23)의 이중화 구성에 의해 도 2의 시스템을 필드 버스 네트워크 이중화 시스템 구성도라 지칭할 수 있으며, N개 이상의 다중 마스터 보드가 구성될 때는 우선순위(priority)의 부여 또는 임의추첨 등의 폴링 룰(polling rule) 또는 셀렉팅 룰(sellecting rule)에 의해 동작 마스터 보드가 선택될 수 있지만, 도 2의 이중화 시스템 구성에 의하면 동작중인 하나의 마스터 보드 외에 대기중인 마스터 보드가 슬레이브로서 동작하는 단순 구성이며, 이러한 이중화 시스템은 이중화 구성을 기본으로 하는 고기능 DCS나 PLC 제어 시스템에서 효과적으로 적용될 수 있는 구성이라 할 수 있다.
필드버스 네트워크 이중화 시스템에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 필드버스 네트워크를 인터페이스할 수 있도록 하는 호스트 컴퓨터(21), 상기 호스트 컴퓨터(21)에 연결되어 필드버스 네트워크의 운용 및 제어를 담당하는 제 1 및 제 2 마스터 보드(22, 23), 상기 마스터 보드(22, 23)와 슬레이브 사이를 각각 절연하는 절연 단자(24A, 24B), 상기 제 1 또는 제 2 마스터 보드(22 또는 23)에 의해 제어되는 다수의 슬레이브(25-1~25-N), 상기 마스터 보드(22, 23)와 상기 슬레이브(25-1~25-N)를 연결하는 송수신 선로(TX, RX)와, 상기 송수신 선로의 양단에 연결된 종단 저항(26A, 26B)으로 구성된다.
여기에서, 상기 제 1 및 제 2 마스터 보드(22, 23)는 각각 시스템 전원부(System Power Supply, SPS)(22A, 23A), 주처리기(Main Processing Unit, MPU)(22B, 23B), 메모리 모듈(MEmory Module)(22C, 23C), 필드버스 주제어기 (Fiedbus Master Controller, FMC)(22D, 23D), 및 양 마스터 보드(22, 23) 사이의 데이터 통신을 위한 듀얼링크 유닛(DualLink Unit)(22E, 23E)으로 구성된다.
상기 제 1 및 제 2 마스터 보드(22, 23) 중 어느 하나가 필드버스 네트워크를 제어하는 동작(Run) 상태이면, 다른 하나는 대기(Standby) 상태가 된다. 설명의 편의를 위해 제 1 마스터 보드(22)가 동작중이고 제 2 마스터 보드(23)가 대기중이라고 가정한다.
제 1 마스터 보드(22)는 필드버스 주제어기(22D)의 현장 데이터를 참고로 제어 프로그램을 운용하면서 변경된 파라미터를 듀얼링크 유닛(22E)에 기반한 데이터 링크를 통해 대기중인 제 2 마스터 보드(23)로 전송하고, 제 2 마스터 보드(23)는 동작중인 제 1 마스터 보드의 상태를 감시한다. 제 1 마스터 보드(22)에 시스템 절환 이벤트가 발생하면, 제 2 마스터 보드(23)는 제 1 마스터 보드(22)를 리셋시켜 대기 모드로 전환시키고 자신이 동작 모드로 전환한다.
도 2를 참조하여 본원 발명에 따른 필드버스 네트워크 이중화 시스템을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 각 슬레이브(25-1~25-(N-1)) 기기들의 고유 특성 파일(GSD)을 필드버스 구성 툴에 등록한다. 호스트 컴퓨터(21)의 화면에서 표준 필드버스 구성 툴로 상기 슬레이브(25-1~25-(N-1))의 구성을 엔지니어링 한다.
호스트 컴퓨터(21)의 화면에서 DCS나 PLC 고유 엔지니어링 툴로 제어 프로그램을 작성하고, 필드버스 기기에서 입력할 데이터의 입력 어드레스나 필드버스 기기에 출력할 데이터의 출력 어드레스를 등록한 후, 작성된 제어 프로그램과 필드버 스 구성 프로그램을 각 마스터 보드(22, 23)의 메모리 모듈(MEM)(22C)에 다운로드한다.
초기화시 제 1 마스터 보드(22)가 동작(Run) 상태인 경우, 주처리기(22B)는 필드버스 주제어기(22D)에게 스테이션(Station) 번호 0을 부여하고, 필드버스 구성 프로그램을 필드버스 주제어기(22D)에 다운로드하여, 필드버스 주제어기(22D)가 필드버스 마스터(Fieldbus Master)로서 슬레이브(25-1~25-(N-1))의 상태정보 입력 기능, 슬레이브(25-1~25-(N-1))(25-1~25-(N-1)) 입력 데이터의 저장 기능 및 출력 데이터의 슬레이브(25-1~25-(N-1))로의 출력기능을 수행하도록 하며, 자신은 필드버스 주제어기(22D)의 공유 메모리 입력 데이터를 참고로 제어 프로그램을 운용하며, 그 운용 결과값을 필드버스 주제어기(22D)의 공유 메모리 출력영역에 출력하며, 파라미터 변경 사항을 듀얼링크 유닛(22E)을 통한 데이터 링크를 통해 제 2 마스터 보드(23)내의 메모리 모듈(23C)에 출력한다.
초기화시 제 2 마스터 보드(23)가 대기(Standby) 상태인 경우, 주처리기(23B)는 듀얼링크 유닛(23E)을 통한 데이터 링크를 통해 동작 중인 제 1 마스터 보드(22)를 감시하고, 필드버스 주제어기(23D)에게 스테이션(Station) 번호 N을 부여하고, 필드버스 주제어기(23D)에 필드버스 구성 프로그램을 다운로드하여, 필드버스 주제어기(23D)가 필드버스 슬레이브(Fieldbus Slave, Station N)로서 제 1 마스터 보드(22)의 주제어기(22B)에게 통신 상태(Com Status) 메시지를 주기적으로 요구(Polling 통신 방식)하고, 그로부터 통신 상태를 응답받도록 한다.
동작 중인 제 1 마스터 보드(22)에 정전(Power off), 리셋(Reset), 고장, 상 위의 호스트 컴퓨터로부터의 명령, 필드버스 통신 에러 등이 발생한 경우, 이는 제 2 마스터 보드(23)로의 절환 이벤트를 충족하게 된다.
제 1 마스터 보드(22)에 절환 이벤트가 발생한 경우, 대기 중인 제 2 마스터 보드는 듀얼링크 유닛(23E)을 통해 이를 감지하여, 제 1 마스터 보드를 리셋시키며, 이에 따라 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기(22D)가 리셋되면서 필드버스 마스터 역할이 중지되며 통신 상태(Com Status) 메시지 응답도 중지된다.
이 순간, 대기 상태에서 동작 상태로 변경된 제 2 마스터 보드(23)의 주처리기(23B)는 메모리 모듈(23C)에 저장된 운행 파라미터를 기본으로 시스템 제어 프로그램을 운용하며, 필드버스 주제어기(23D)의 어드레스를 스테이션 N에서 스테이션 0으로 변경하여 제 1 마스터 보드(22)의 필드버스 주제어기(22D)의 역할을 이어받아 필드버스 마스터 기능을 수행하도록 한다.
한편, 동작 상태에서 리셋된 제 1 마스터 보드(22)의 주처리기(22D)는 전술한 바와 같은 대기 모드로 전환되는데, 필드버스 주제어기(22D)의 어드레스를 스테이션 0에서 스테이션 N으로 변경하여 필드버스 슬레이브 기능을 수행하도록 한다.
이러한 마스터 보드(22, 23)에서의 동작 모드와 대기 모드 사이의 전환은 듀얼링크 유닛(22E, 23E)을 기반으로 데이트 링크된 주처리기(22B, 23B)와 필드버스 주제어기(22D, 23D)에 의해 수행된다.
이하 도 3과 도 4를 참조하여 마스터 보드(22, 23) 내의 주처리기(22B, 23B)와 필드버스 주제어기(22D, 23D)의 동작을 각각 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 필드 버스 네트워크 이중화 시스템 내의 주처리기 (MPU)의 절환 흐름도인데, 이에 도시된 바와 같이, 마스터 보드를 초기화(31)하고, 해당 마스터 보드가 동작 마스터 보드인지 판단(32)하며, 동작 마스터 보드인 경우, 해당 마스터 보드를 동작 모드로 설정(33A)하고, 제어 프로그램을 운행(34A)하며, 마스터 보드의 상태, 제어 프로그램 운용 결과를 대기중인 마스터 보드에 전달(35A)하고, 동작 마스터 보드가 아닌 경우, 해당 마스터 보드를 대기 모드로 설정(33B)하고, 동작 중인 마스터 보드를 감시(34B)하며, 동작 마스터 보드의 제어 프로그램 운용결과를 저장(35B)한다.
이어서, 동작 중인 마스터 보드에 시스템 절환 이벤트 발생 여부를 검출(36)하여, 이벤트가 발생하지 않으면, 각각의 동작 및 대기 상태를 유지하고, 이벤트가 발생한 경우, 대기 마스터 보드에서 동작 마스터 보드를 리셋시켜 대기 모드로 전환시키고 자신은 동작 모드로 전환(37)한다.
상기 초기화 단계(31)에서, 각각의 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 호스트 컴퓨터로부터 메모리 모듈에 다운로드된 시스템 제어 프로그램을 내부 램(RAM)에 저장하고, 필드버스 구성 프로그램을 필드버스 주제어기(FMC)의 내부 램에 저장한다.
상기 동작 마스터 보드 판별 단계(32)에서, 각각의 주처리기(MPU)는 전원이 온(ON)되는 순간 상대방 마스터 보드의 주처리기(MPU)가 동작 중인지를 검출하여, 상대방이 동작중이지 않다면, 자신이 속한 마스터 보드를 동작 마스터 보드로 설정하고, 상대 마스터 보드를 대기 마스터 보드로 설정한다.
상기 마스터 보드 설정 단계(33A, 33B)에서, 동작 마스터 보드의 주처리기 (MPU)는 자신의 이중화 레지스터를 마스터(OxO1)로 설정하고 필드버스 주제어기(FMC)의 어드레스를 마스터(0)로 설정하며, 대기 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 자신의 이중화 레지스터를 슬레이브(OxO2)로 설정하고 필드버스 주제어기(FMC)의 어드레스를 슬레이브(N)로 설정한다.
상기 제어프로그램 운용 단계(34A)에서, 동작중인 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 필드버스 주처리기(FMC)의 입력 공유 메모리에 데이터를 현장 입력하고, 엔지니어링 프로그램을 수행하고, 수행 결과값을 데이터 링크를 통해 대기중인 마스터 보드에 출력하고, 수행 결과값을 필드버스 주제어기의 출력 공유 메모리에 현장 출력하고, 자신의 시퀀스 수행 카운트(Live count)를 증가시키며, 이 카운트값을 대기중인 마스터 보드에 출력한다.
상기 동작 마스터 보드 감시 단계(34B)에서, 대기중인 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 동작중인 마스터 보드의 카운트 증가 여부 및 기타 시스템 절환 이벤트가 발생하는 지를 감시하며, 동작중인 마스터 보드로부터의 제어 프로그램 운용 결과값을 메모리 모듈(MEM)에 저장한다.
상기 시스템 절환 이벤트 발생 여부 검출 단계(36)에서, 대기중인 마스터 보드에서 동작 중인 마스터 보드에 시스템 절환 이벤트가 발생하는 지를 검출하는데, 시스템 절환 이벤트는 제 1 마스터 보드의 리셋, 정전, 상위 레벨로부터의 정지 명령, 보드 고장, 통신 상태 이상 등일 수 있다.
시스템 절환 이벤트가 발생하면, 대기중인 마스터 보드의 주처리기는 리셋 신호를 인가하여 동작 마스터 보드를 리셋시키고, 자신의 상태를 동작 마스터 보드 로 설정(주처리기의 이중화 레지스터를 마스터로 설정하고, 필드버스 주제어기의 어드레스를 0으로 설정)하고, 자신이 동작 마스터 보드의 역할(제어 프로그램 운용 등)을 수행한다.
리셋된 기존의 동작 마스터 보드는 새로운 동작 마스터 보드를 감시하는 등의 대기 마스터 보드의 역할을 수행한다.
도 4는 본 발명에 따른 필드 버스 네트워크 이중화 시스템 내의 필드버스 주제어기(FMC)의 절환 흐름도인데, 이에 도시된 바와 같이, 각각의 마스터 보드의 필드버스 주제어기(FMC)를 초기화(41)하고, 해당 필드버스 주제어기가 동작 필드버스 주제어기인지를 판별(42)하고, 동작 필드버스 주제어기인 경우, 동작 모드로 설정(43A)하고, 그렇지 않다면 대기 모드로 설정(43B)한다.
이어서, 동작 필드버스 주제어기는 필드버스 데이터를 입/츨력하는 등의 마스터 역할을 수행(44)하고 대기 필드버스 주제어기의 주기적인 요구(45B)에 따라 주기적으로 동작 필드버스 주제어기의 동작 상태 및 통신 상태를 대기 필드버스 주제어기에 전송(45A)한다.
대기 필드버스 주제어기는 동작 필드버스 주제어기로부터 응답이 없거나(46) 동작 필드버스 주제어기의 상태가 정상이 아닌 경우(47), 대기 필드버스 주제어기의 공유 메모리에 동작 필드버스 주제어기의 이상을 저장(48)하여 대기중인 마스터 보드의 주처리기(MPU)가 동작 마스터 보드의 이상을 인식할 수 있도록 한다. 이로부터 대기중인 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 동작 마스터 보드에서의 시스템 절환 이벤트 발생 여부를 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세히 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범위는 상기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되고, 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형들이 가능하다는 것은 당업자에 자명할 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 필드버스 네트워크를 운용하는 주 마스터 보드 이외에, 슬레이브로서 대기하고 있다가 상기 주 마스터 보드에 고장, 정전 등의 이벤트가 발생한 경우 주 마스터 보드의 역할을 수행하도록 하는 보조 마스터 보드를 추가로 구비한 필드버스 네트워크 이중화 시스템을 제공하여, 이중화 구성을 기본으로 하는 고기능 DCS나 PLC 제어 시스템에 싱글 구성인 필드버스 기기들을 운용하도록 하는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 호스트 컴퓨터(Host computer)로부터 제어 엔지니어링 프로그램과 필드버스 구성 프로그램을 다운받아 메모리 모듈(Memory Module)에 저장하고, 초기화시에 슬레이브(Slave)들의 구성정보를 필드버스 주제어기(FMC)에 전송하여 필드버스 제어시스템이 운용되도록 하는 주처리기(MPU)를 갖는 제 1 마스터 보드를 포함하는 필드버스 네트워크에 있어서,
    상기 제 1 마스터 보드는 생성된 데이터를 전송하여 공유하는 듀얼 링크 유닛(DLU)을 구비하고, 사용자에 의해 작성되어 상기 호스트 컴퓨터로부터 다운로드된 필드버스 제어 프로그램과 필드버스 구성 프로그램을 운용하여 필드버스 네트워크의 동작 마스터 보드의 역할을 수행하며,
    상기 호스트 컴퓨터와 이더넷에 의해 연결되고, 상기 제 1 마스터 보드와는 상기 듀얼 링크 유닛을 통해 상기 데이터를 전송받아 복사하며, 상기 제 1 마스터 보드의 상태를 감시하면서 슬레이브 보드로서의 역할을 수행하다가, 상기 제 1 마스터 보드에서 시스템 절환 이벤트가 발생된 경우, 상기 제 1 마스터 보드를 리셋시켜 동작 마스터 보드의 역할을 중지시키고, 자신이 상기 동작 마스터 보드로서의 역할을 수행하는 적어도 하나 이상의 다중 마스터 보드를 포함하고,
    상기 시스템 절환 이벤트는 상기 동작 마스터 보드의 역할을 수행하는 제 1 마스터 보드의 리셋(reset), 정전(power off), 정지(stop), 고장(fault), 통신 이상(Com Error), 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 보드와 그에 대한 슬레이브 역할을 수행하는 다중 마스터 보드들 사이의 시스템 절환은 각각의 마스터 보드내의 필드버스 주제어기에 부여된 우선순위(proirity) 데이터를 상호 판독하여 가장 순위가 높은 마스터 보드가 동작 마스터 보드로서의 역할을 수행하고, 나머지는 슬레이브 보드로서의 역할을 수행하는 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다중 마스터 보드는 상기 제 1 마스터 보드에 듀얼 링크 유닛으로 연결되어 우선순위 없이 상호간에 시스템 절환이 이루어지는 하나의 제 2 마스터 보드로 구성되어 필드버스 네트워크를 이중화한 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 동작 마스터 보드의 역할을 수행하는 제 1 마스터 보드의 주처리기 (MPU)는 상기 필드버스 제어 프로그램을 운용하고 그 결과값을 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 2 마스터 보드에 출력하고, 또한, 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 상기 필드버스 구성 프로그램을 기초로 다수의 슬레이브 보드의 데이터 입출력을 담당하도록 하는 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 슬레이브 보드의 역할을 수행하는 제 2 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)의 상태를 감시하고 상기 제 1 마스터 보드로부터 입력된 필드버스 제어 프로그램 운용 결과값을 저장하고, 상기 제 2 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 필드버스 구성 프로그램을 다운로드하도록 하며, 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기에게 통신상태(Com Status) 메시지를 주기적으로 요구하여 이에 대한 응답을 수신하도록 하는 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 1 마스터 보드에서의 시스템 절환 이벤트 발생 여부를 검출하여, 상기 제 1 마스터 보드에서 시스템 절환 이벤트가 발생한 경우, 상기 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)를 리셋시키고 이에 따라 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기(FMC)가 리셋되도록 하고, 상기 저장된 필드버스 제어 프로그램 운용값을 기초로 상기 필드버스 제어 프로그램을 운용하고, 상기 제 2 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 상기 필드버스 구성 프로그램을 기초로 다수의 슬레이브 보드의 데이터 입력과 출력을 담당하도록 하는 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 리셋된 제 1 마스터 보드의 주처리기(MPU)는 상기 데이터 링크를 통해 상기 제 2 마스터 보드의 주처리기(MPU)의 상태를 감시하고 상기 제 2 마스터 보드로부터 입력된 필드버스 제어 프로그램 운용 결과값을 저장하며, 상기 제 2 마스터 보드의 필드버스 주제어기로 하여금 필드버스 구성 프로그램을 다운로드하도록 하고 상기 제 1 마스터 보드의 필드버스 주제어기에게 통신상태(Com Status) 메시지를 주기적으로 요구하여 이에 대한 응답을 수신하도록 하는 것을 특징으로 하는 필드버스 네트워크 다중화 시스템.
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