KR101149697B1 - 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법 - Google Patents

양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법 Download PDF

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Abstract

원전통신망에서 사용되는 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법을 개시한다.
일 실시예로서, 고속 디지털 통신 모듈 및 방법은, 통신 고장과 오동작이 다른 모듈에 영향을 미치지 않도록 함으로써 안정등급 시스템이 오류 신호로 인해 오동작이 발생하지 않도록 해서 신뢰도 높은 동작 환경을 제공하고, 동작과 데이터의 건전성을 보장하기 위해 진단 기능과 감시 기능을 갖도록 함으로써 오류 발생을 미리 감지하여 다른 시스템에 오류 신호가 전달되지 않도록 해서 안전등급 시스템에 오류가 전파되지 않도록 하고, 고속으로 패킷을 처리하고 신뢰성을 확보하기 위하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리하도록 함으로써 오류에 강건한 시스템을 구축하여 고속 통신을 가능케 하고, 통신 계통의 독립성을 보장하기 위해 단방향 전송이 가능하도록 함으로써 오류가 발생한 시스템으로부터 데이터를 수신하지 않도록 해서 오류가 타 시스템으로 전파되지 않도록 한다.

Description

양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법{HIGH-SPEED DIGITAL COMMUNICATION INTERFACE MODULE AND METHDO THAT SUPPORT FULL-DUPLEX AND UNIDIRECTIONAL COMMUNICATION FOR NUCLEAR POWER PLANT SAFETY SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 원전통신망에서 사용되는 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법에 관한 것이다.
원자력발전소의 계측제어 시스템에서는 디지털 통신 기술의 발달에 따라 계통기기가 디지털화되고 기기간의 정보 교환이 고속 디지털 통신망을 통해 이루어진다. 원자력발전소는 고도의 신뢰성과 안전성을 요구하므로 원전통신망 기술도 고가용성과 고신뢰도를 제공해야 한다.
원자력발전소의 계측제어 시스템은 안전등급 시스템과 비안전등급 시스템으로 구성된다. 비안전등급 시스템에서 발생한 고장과 오류가 안전등급 시스템의 안전기능에 영향을 미치지 않도록 전기적과 물리적으로 격리되도록 요구된다. 또한, 비안전신호가 안전등급 시스템에 영향을 미치지 못하도록 통신 독립성이 보장되어야 한다. 이러한 요구 사항을 만족시키기 위해 안전등급 시스템에서 비안전등급 시스템으로 단방향으로만 신호가 전달되도록 설계된다. 그리고 통신계통은 이러한 요건을 만족하기 위해서 전기적 격리가 가능한 매체를 제공하고 단방향 전송을 지원해야 한다.
본 발명의 일실시예는 통신 고장과 오동작이 다른 모듈에 영향을 미치지 않도록 한 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 동작과 데이터의 건전성을 보장하기 위해 진단 기능과 감시 기능을 갖도록 한 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 고속으로 패킷을 처리하고 신뢰성을 확보하기 위하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리하도록 한 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 통신 계통의 독립성을 보장하기 위해 단방향 전송이 가능하도록 한 양방향 및 단방향 통신이 가능한 원자력발전소 안전계통의 고속 디지털 통신 모듈 및 방법을 제공한다.
상기의 일실시예를 이루기 위한, 고속 디지털 통신 모듈은, 데이터 프레임을 구성하는 패킷 프로세서; 상기 데이터 프레임에 포함되는 병렬 데이터를 직렬화하여 전기 신호로 변환하는 트랜시버; 및 상기 전기 신호를 제1 광신호로 변환하여 수신단으로 전송하는 광 트랜스미터를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 고속 디지털 통신 방법은, 데이터 프레임을 구성하는 단계; 상기 데이터 프레임에 포함되는 병렬 데이터를 직렬화하여 전기 신호로 변환하는 단계; 및 상기 전기 신호를 제1 광신호로 변환하여 수신단으로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 통신 고장과 오동작이 다른 모듈에 영향을 미치지 않도록 함으로써 안전 등급 시스템이 오류 신호로 인해 오동작이 발생하지 않도록 해서 신뢰도 높은 동작 환경을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 동작과 데이터의 건전성을 보장하기 위해 진단 기능과 감시 기능을 갖도록 함으로써 오류 발생을 미리 감지하여 다른 시스템에 오류 신호가 전달되지 않도록 해서 안전등급 시스템에 오류가 전파되지 않도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 고속으로 패킷을 처리하고 신뢰성을 확보하기 위하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리하도록 함으로써 오류에 강건한 시스템을 구축하여 고속 통신을 가능케 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 통신 계통의 독립성을 보장하기 위해 단방향 전송이 가능하도록 함으로써 오류가 발생한 시스템으로부터 데이터를 수신하지 않도록 해서 오류가 타 시스템으로 전파되지 않도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 시스템의 고속 디지털 통신 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단방향으로 설정된 고속 디지털 통신 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고속 디지털 통신 모듈의 루프-백 시험 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
고속 디지털 통신 모듈은 다음과 같은 설계 기준을 만족시키는 기본 구성을 구비한다.
고속 디지털 통신 모듈은 오류 신호가 다른 모듈에 영향을 주지 않도록 모듈 간 직접적인 전기 신호 송수신을 배제한다. 고속 디지털 통신 모듈은 시스템 동작 환경에 적응하여 양방향 또는 단방향으로 통신을 수행한다. 고속 디지털 통신 모듈은 전기적 격리 특성이 우수하고 전자파 장애에 강한 광케이블을 전송 매체로 사용한다. 고속 디지털 통신 모듈은 전송 모드와 오류를 표시하는 기능을 구비하여 신뢰도 높은 통신 환경을 구성한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원전 계측제어계통의 안전등급 시스템에서 고속 디지털 통신 모듈의 구성을 보인 블록도이다.
고속 디지털 통신 모듈은 백플레인 버스(110)를 통해 프로세서 모듈과 데이터 교환을 위한 인터페이스를 구비한다. 백플레인 버스(110)는 프로세서 모듈에 의해 제어된다.
고속 디지털 통신 모듈은 프로세서 모듈과의 데이터 송수신을 지원하기 위해 송신 데이터를 저장할 메모리와 수신 데이터를 저장할 메모리로 FPGA(Field Programmable Gate Array)의 내부 메모리를 사용한다.
고속 디지털 통신 모듈은 고속의 FPGA로 구현된 패킷 프로세서(120)에 의해 MAC(Media Access Control) 계층의 프레임을 처리한다. 고속 디지털 통신 모듈은 헤더를 포함한 데이터 프레임을 구성하고 데이터 프레임의 오류를 복구하는데 사용되는 CRC(Cyclic Redundancy Check)32 생성 및 검사 기능을 구비한다.
고속 디지털 통신 모듈은 FPGA로 구현된 패킷 프로세서(120), 물리 계층의 통신 기능을 담당하는 트랜시버(130), 광 트랜스미터(140), 광 리시버(150), 단방향 모드 로직(160), LED 도트 매트릭스(170)를 포함한다.
패킷 프로세서(120)는 데이터 오류를 복구할 CRC32를 생성하고 데이터 프레임을 구성한다. 패킷 프로세서(120)는 트랜시버(130)를 제어하여 데이터 프레임을 송수신하는 기능을 수행한다. 패킷 프로세서(120)는 트랜시버(130)에 루프-백 모드를 설정하여 통신 오류를 검출하고 오류가 검출되면 오류 발생을 LED 도트 매트릭스에 표시한다. 패킷 프로세서(120)는 LED 도트 매트릭스를 제어하여 정상 상태, 단방향 모드, 링크 단절, 루프-백 오류를 표시한다. 패킷 프로세서(120)는 내부 메모리를 송수신 버퍼로 사용하여 고속 데이터 통신을 가능케 한다.
트랜시버(130)는 물리계층의 통신 기능을 담당한다. 트랜시버(130)는 MAC 계층의 패킷 프로세서(120)와 MII(Media Independence Interface)로 연결된다. 트랜시버(130)는 패킷 프로세서와 데이터 통신하여 병렬 데이터를 직렬화하고 직렬 데이터를 병렬화하는 기능을 수행한다. 트랜시버(130)는 광 신호의 송수신을 위해 4B/5B 인코딩과 4B/5B 디코딩을 수행하고, NRZ-1의 비트 인코딩과 비트 디코딩을 수행해서 물리 계층의 코딩을 담당한다.
트랜시버(130)는 단방향 모드 로직(160)으로부터 신호 감지 신호를 입력받아 링크연결상태를 감시한다. 수신 링크가 연결되지 않으면 트랜시버(130)의 수신통신기능이 불능화된다.
광 트랜스미터(140)와 광 리시버(150)는 각각 물리 계층의 트랜시버(130)로부터 수신한 전기 신호를 광 신호로 변환하여 광케이블을 통해 송신하고 광케이블로부터 수신한 광 신호를 전기 신호로 변환하여 트랜시버(130)로 전송하는 기능을 담당한다.
단방향 모드 로직(160)은 모드 설정을 위한 딥 스위치, 설정 신호의 생성을 위한 논리합 로직 게이트로 구성되어 양방향 또는 단방향으로 고속 디지털 통신 모듈의 통신 모드를 설정한다. 단방향 모드 로직(160)에서 딥 스위치는 "off"상태로 단방향 모드가 설정되지 않은 상태이다.
LED 도트 매트릭스(170)는 고속 디지털 통신 모듈의 상태를 표시한다. 예를 들어, LED 도트 매트릭스(170)는 패킷 프로세서(120)의 제어에 의해 정상 상태시 "R", 단방향 모드시 "O", 링크 단절시 "X", 루프-백 오류시 "F"를 표시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 단방향으로 설정된 고속 디지털 통신 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
단방향 모드 로직(160)은 4개의 핀으로 구성된 딥 스위치를 온으로 스위칭 제어하여 딥 스위치의 출력을 '1'로 설정한다. 딥 스위치의 출력신호는 광 리시버(150)의 신호 감지 출력신호와 합성되어 트랜시버(130)의 신호 감지 입력에 '1'의 신호가 입력된다. 수신단자에 링크가 연결되지 않은 상태에서 트랜시버(130)는 링크 연결 상태가 되어 신호 송신이 가능하다.
단방향 모드 로직(160)의 단방향 모드 출력 신호는 패킷 프로세서(120)로 입력된다. 패킷 프로세서(120)는 단방향 모드 로직(160)에 의해 단방향 모드가 설정되면 LED 도트 매트릭스(170)에 단방향 모드로 설정됨을 지시하기 위해서 영문자 "O"를 표시한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고속 디지털 통신 모듈의 루프-백 시험 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
고속 디지털 통신 모듈은 통신 모듈의 통신 기능이 정상 작동하는지 진단하는 기능을 구비한다. 통신기능 진단은 트랜시버의 프레임 송수신 기능이 정상적으로 작동되는지를 진단하는 기능으로 트랜시버의 루프-백 모드를 이용한다. 진단 기능의 실행은 외부 프로세서 모듈에 의해 실행되며 트랜시버의 루프-백 설정과 해제는 패킷 프로세서가 수행한다.
루프-백 시험 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
단계 310에서 프로세서 모듈은 백플레인 버스를 통해 패킷 프로세서에 구비된 제어 레지스터의 루프-백 온 비트를 1로 설정한다.
단계 320에서 패킷 프로세서는 제어 레지스터의 루프-백 온 비트가 1이면 트랜시버를 루프-백 모드로 설정한다.
단계 330에서 프로세서 모듈은 테스트 데이터와 목적지 주소를 백플레인 버스를 통해 패킷 프로세서로 전송한다.
단계 340에서 패킷 프로세서는 테스트 데이터와 목적지 주소에 에러 복구 코드인 CRC32 코드를 포함하는 테스트 프레임을 구성하여 MII 인터페이스를 통해 트랜시버로 전송한다.
단계 350에서 트랜시버는 루프-백 모드로 동작하므로 테스트 프레임은 내부 버퍼로 수신된다. 트랜시버는 수신된 테스트 프레임을 다시 MII 인터페이스를 통해 패킷 프로세서로 전송한다.
단계 360에서 패킷 프로세서는 수신된 테스트 프레임의 주소와 CRC32 검사를 수행한 후 수신 버퍼에 저장한다.
단계 370에서 프로세서 모듈은 패킷 프로세서의 수신 버퍼에 저장한 테스트 프레임을 읽어 송신한 테스트 프레임과 데이터가 동일한지 여부를 검사하여 동일하면 LED 도트 매트릭스에 "R"을 표시하고 동일하지 않으면 "F"를 표시한다.
단계 380에서 루프-백 시험이 완료되면 프로세서 모듈은 백플레인 버스를 통해 패킷 프로세서에 구비된 제어 레지스터의 루프-백 온 비트를 0으로 설정하여 트랜시버의 루프-백 모드를 해제한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 백플레인 버스
120 : 패킷 프로세서
130 : 트랜시버
140 : 광 트랜스미터
150 : 광 리시버
160 : 단방향 모드 로직
170 : LED 도트 매트릭스

Claims (9)

  1. 단방향 통신 모드, 또는 양방향 통신 모드를 설정하고, 통신 모드가 단방향 통신 모드로 설정되면 광 리시버를 비활성화하여 광 신호의 수신을 제한하고, 광 트랜스미터에서의 광 신호의 송신을 가능하게 하는 통신 모드 설정부
    를 포함하는 고속 디지털 통신 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모드 설정부는,
    딥 스위치 또는 on/off 스위치에 의해, 통신 모드를 양방향 통신 모드, 또는 단방향 통신 모드 중 어느 하나로 설정하고,
    상기 설정된 통신 모드에 관한 통신 모드 정보를 패킷 프로세서로 전송하는, 고속 디지털 통신 모듈.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통신 모드 설정부는,
    상기 통신 모드가 단방향 통신 모드로 설정되고 비활성화된 광 리시버로부터 광 신호를 수신하지 않으면, 트랜시버를 링크 연결 상태로 전환하여 상기 광 트랜스미터로의 송신을 가능하게 하는, 고속 디지털 통신 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 설정된 통신 모드에 관한 통신 모드 정보를 상기 통신 모드 설정부로부터 수신하는 패킷 프로세서; 및
    상기 패킷 프로세서로 전송된 통신 모드 정보에 따라 통신 모드를 표시하는 모드 표시부
    를 더 포함하는, 고속 디지털 통신 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패킷 프로세서는,
    프로세서 모듈로부터의 명령에 따라, 루프-백 모드로 설정한 트랜시버로 제1 테스트 데이터를 전송하고,
    상기 제1 테스트 데이터에 응답하여, 상기 트랜시버로부터 수신되는 제2 테스트 데이터를 수신 버퍼에 저장하는, 고속 디지털 통신 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고속 디지털 통신 모듈은,
    상기 수신 버퍼에 저장된 제2 테스트 데이터와, 상기 제1 테스트 데이터를 비교하여 일치 여부를 표시하는 통신 테스트부
    를 더 포함하는, 고속 디지털 통신 모듈.
  8. 프로세서 모듈로부터의 명령에 따라, 루프-백 모드로 설정한 트랜시버로 제1 테스트 데이터를 전송하는 단계;
    상기 제1 테스트 데이터에 응답하여, 상기 루프-백 모드로 설정된 트랜시버로부터 수신되는 제2 테스트 데이터를 수신 버퍼에 저장하는 단계; 및
    상기 수신 버퍼에 저장된 제2 테스트 데이터와, 상기 제1 테스트 데이터를 비교하여 일치 여부를 표시하는 단계
    를 포함하는, 고속 디지털 통신 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    통신 모드를 양방향과 단방향 중 어느 하나로 설정하는 단계로서, 상기 통신 모드가 단방향으로 설정되면, 제2 광신호의 수신을 제한하는 단계
    를 더 포함하는, 고속 디지털 통신 방법.
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