KR20110092079A - 직렬 통신을 이용한 플랜트 다중화 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직렬 통신을 이용한 플랜트 다중화 제어 시스템에 관한 것으로, 다중화 제어 시스템에서 어느 제어 시스템의 구성요소에 고장이 발생하더라도 해당 제어 시스템의 전체 동작이 중지되지 않도록 하여 플랜트를 제어하기 위한 출력 신호의 개수가 감소하지 않음으로써 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 출력 보터의 내부 스위치가 고장나거나 오동작하더라도 최종 출력 값에 영향이 없도록 하여 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

직렬 통신을 이용한 플랜트 다중화 제어 시스템{PLANT MULTIPLEXING CONTROL SYSTEM USING SERIAL COMMUNICATION}

본 발명은 발전 또는 담수 플랜트에 적용되는 다중화 제어 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 어느 제어 시스템의 구성요소에 고장이 발생하더라도 해당 제어 시스템의 전체 동작이 중지되지 않도록 하여 다중화 제어 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플랜트의 다중화 제어 시스템에 관한 것이다.

도 1 은 종래의 플랜트 제어 시스템에서의 신호 및 데이터 경로에 대한 설명도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 플랜트 제어 시스템은 입력 터미널부(110), 입출력부(120), 통신부(130), 신호 처리부(140) 및 출력 보터부(150)를 포함한다. 여기서, 입출력부(120)는 입력부(121) 및 출력부(122)를 포함한다. 종래의 플랜트 제어 시스템은 입력 터미널부(110) 및 출력 보터부(150)를 통해 플랜트(100)와 연결되어 있다. 플랜트(100)는 발전 또는 담수 플랜트에 적용된다.

입력 터미널부(110)는 플랜트(100)로부터 입력신호를 입력받아 입출력부(120)의 입력부(121)로 전달한다.

입출력부(120)의 입력부(121)는 입력 터미널부(110)로부터 전달된 플랜트(100)의 전기적 입력신호를 처리하여 디지털 데이터로 변환하고, 그 변환된 디지털 데이터를 입력신호 통신데이터로 변환하여 통신부(130)로 전달한다. 또한, 입출력부(120)의 출력부(122)는 통신부(130)로부터 전달된 출력신호 통신데이터를 해석하여 플랜트를 제어하기 위한 전기적인 출력신호로 변환한다.

통신부(130)는 입출력부(120)로부터 전달된 입력신호 통신데이터를 구조화하여 구조화된 입력신호 데이터를 신호 처리부(140)로 전달한다. 또한, 통신부(130)는 신호 처리부(140)로부터 전달된 구조화된 출력신호 데이터를 출력신호 통신데이터로 변환하여 입출력부(120)의 출력부(121)로 전달한다.

신호 처리부(140)는 통신부(130)로부터 전달된 구조화된 입력신호 데이터를 기준으로 제어를 위한 로직 연산을 수행하여 구조화된 데이터를 생성하고, 이를 다시 인터페이스를 이용하여 통신부(130)로 전달한다.

출력 보터부(150)는 입출력부(120)의 출력부(122)에서 변환된 전기적인 출력신호를 보팅 로직에 따라 선택하여 플랜트(100)로 출력하게 된다. 여기서, 보팅 로직은 플랜트(100)를 제어하기 위한 다중화된 출력신호 중 하나를 선택하기 위한 보팅(voting)을 하는 것을 의미한다.

전술된 플랜트 제어 시스템은 제어 시스템의 신뢰성 및 안정성을 보장하기 위하여 다중화 구조로 이루어진다. 여기서, 다중화는 일반적으로 이중화 및 삼중화로 이루어진다. 이중화 제어 또는 삼중화 제어란 동일한 제어 시스템이 두 개 또는 세 개의 시스템으로 이루어지는 것을 말한다.

도 2 는 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템의 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템은 입력 터미널부(210), 제1 내지 제3 입출력부(221 내지 223), 제1 내지 제3 통신부(231 내지 233), 제1 내지 제3 신호 처리부(241 내지 243) 및 출력 보터부(250) 등으로 구성된다. 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템은 이중화 또는 삼중화로 이루어질 수 있으며, 도 2와 같이, 플랜트 삼중화 제어 시스템은 입출력부, 통신부, 신호 처리부를 각각 3개씩 포함할 수 있다.

이하, 삼중화 제어 시스템의 구성요소 각각에 대해서 살펴보기로 한다.

입력 터미널부(210)는 플랜트(100)에 설치된 센서 또는 게이지 등에서 측정된 신호를 다중화 개수에 따라 2개 또는 3개의 신호로 복사하여 각 입출력부(221 내지 223)로 전달한다. 즉, 플랜트(100)의 센서 또는 게이지로부터 오는 신호 X는 입력 터미널부(210)에서 동일한 신호 I_1, I_2, I_3로 복사되어 각 입출력부(221 내지 223)의 I/O 모듈(예컨대, I/O 모듈 1_1, I/O 모듈 2_1 및 I/O 모듈 3_1)로 입력된다.

이하, 3개씩 포함되어 있는 입출력부, 통신부, 신호 처리부 중에서 제1 입출력부(221), 제1 통신부(231) 및 제1 신호 처리부(241)를 기준으로 설명하기로 한다. 다른 입출력부, 통신부, 신호 처리부는 동일한 동작을 수행한다.

제1 입출력부(221)는 입력 터미널부(210)로부터 복사된 신호를 입력받아 전기적인 신호를 디지털 데이터인 통신데이터로 변환하고 제1 입출력부(221)의 데이터를 수집하는 제1 통신부(231)로 통신데이터를 전달한다. 또한, 제1 입출력부(221)는 제1 통신부(231)로부터 처리된 신호를 각각 입력받아 전기적인 출력신호로 변환하여 출력 보터부(250)로 전달한다. 제1 입출력부(221)는 입력 터미널부(210)로부터 들어오는 입력신호를 입력받고 제1 통신부(231)에서 처리된 하나의 출력신호를 출력하기 위해 복수의 I/O 모듈을 포함한다.

제1 통신부(231)는 제1 입출력부(221)와 연결되고, 제1 입출력부(221)로부터 전달된 통신데이터를 여러 I/O 모듈에서 수집된 데이터를 구조화하여 표준 데이터 버스(예컨대, VMEbus 또는 CompactPCI 등) 등의 신뢰성이 있고 검증된 인터페이스방식으로 제1 신호 처리부(241)로 전달하게 된다.

제1 신호 처리부(241)는 제1 통신부(231)로부터 전달된 구조화된 입력신호 데이터를 로직 연산에 따라 처리하고, 처리된 신호를 제1 통신부(231)로 출력한다.

예를 들어, 제1 입출력부(221)의 I/O 모듈에서 출력된 통신데이터 C_1, C_2, C_3는 제1 통신부(231)를 통해 제1 신호 처리부(241)로 입력된다. 즉, 제1 신호 처리부(241)는 제1 통신부(231)로부터 전달된 입력신호 데이터(C_1)를 로직 연산에 따라 처리한다. 제1 신호 처리부(241)에서 처리된 신호는 제1 통신부(231)를 거쳐 다시 제1 입출력부(221)의 I/O 모듈로 전달된다.

출력 보터부(250)는 각 입출력부(221 내지 223)로부터 다중화된 신호 O_1, O_2, O_3를 입력받아 다수 우선의 로직에 따라 3개 신호 중 동일한 2개 신호에 해당하는` 값 Y를 선택하여 플랜트(100)로 출력한다.

도 3 은 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템에서 고장이 발생하는 경우에 대한 설명도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 플랜트 삼중화 제어 시스템에서, 제1 입출력부(221), 제1 통신부(231) 및 제1 신호 처리부(241) 중 어느 하나에서 고장(301, 302)이 발생하는 경우, 해당 고장난 제어 시스템의 전체 동작(입출력, 통신, 신호처리)은 중지되고 나머지 제어 시스템(예컨대, 제2 또는 제3 제어 시스템)으로 플랜트(100)가 제어된다. 여기서, 제1 입출력부(221), 제1 통신부(231) 및 제1 신호 처리부(241) 중 어느 하나에서 고장(301, 302)이 발생하는 경우에 고장 기호(

)가 표시된다.

즉, 제1 내지 제3 입출력부(221 내지 223), 제1 내지 제3 통신부(231 내지 233) 및 제1 내지 제3 신호 처리부(241 내지 243) 중 어느 하나의 입출력, 통신, 또는 신호 처리의 고장 시, 해당하는 전체 제어 시스템을 사용할 수 없기 때문에 플랜트(100)로부터 제어 시스템으로 입력되는 신호의 개수가 감소하고 이에 따라 플랜트(100)를 제어하기 위한 출력 신호의 개수도 감소하므로 다중화 시스템의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

도 4 는 도 2의 출력 보터부의 상세구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 출력 보터부(250)는 3개의 출력신호(O_1, O_2, O_3)를 입력받아 6개 출력신호의 온/오프 동작을 수행하는 스위치(410), 서로 다른 스위치(410)의 출력신호를 곱하는 곱셉기(420) 및 각 곱셈기(420)의 출력신호를 전체 합산하는 덧셈기(430)를 포함한다.

출력 보터부(250)는 플랜트(100)를 제어하는 신호 Y를 출력할 때, 제1 내지 제3 입출력부(221 내지 223)로부터 출력신호를 받아 내부 회로를 통해 다수 우선의 원칙에 따라 출력 값을 결정한다. 즉, 출력 보터부(250)는 각 입출력부(221 내지 223)로부터 신호 O_1, O_2, O_3를 전달받아 도 4에 도시된 회로 로직을 통해, 각 신호의 논리곱의 합의 결과 값을 출력한다. 출력 보터부(250)의 출력 신호 Y는 하기의 [수학식 1]과 같이 표현된다.

여기서, Y는 플랜트(100)로 출력되는 최종 출력신호, 및 A, B 및 C는 각 입출력부(221 내지 223)로부터 전달된 출력신호를 나타낸다.

도 5 는 도 4의 출력 보터부에서의 정상 상태 출력에 대한 설명도이다.

출력 보터부(250)는 릴레이 등 스위치(410)의 온/오프 동작, 곱셈기(420)의 곱셈 동작 및 덧셈기(430)의 덧셈 동작에 의해 최종 출력 값을 생성한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 출력 보터부(250)가 다중화된 신호(O_1, O_2, O_3)를 입력받으면 그 다중화된 신호(O_1, O_2, O_3)는 출력 보터부(250)의 A, B, C가 된다. 출력 보터부(250)의 입력신호인 A, B, C가 A=1, B=0, C=1 이면, 최종 출력 값 Y는 상기의 [수학식 1]에 의해, Y = 1*0 + 0*1 + 1*1 = 1 이 된다. 즉, 출력 보터부(250)의 출력신호는 일반적으로 회로 로직에 따라 최종 출력신호 Y는 A*B, B*A, C*A의 논리곱의 논리합으로 출력된다. 여기서, 논리곱의 논리합이 1 이상이면 출력신호는 1을 출력하게 된다.

도 6 은 도 4의 출력 보터부에서의 고장 상태 출력에 대한 설명도이다.

도 4의 출력 보터부(250) 내부의 전기적 출력을 결정하는 릴레이 스위치(410)는 수명 제한 또는 고장 가능성이 있기 때문에, 만약 릴레이 스위치(410)가 손상되거나 오동작하는 경우 최종 출력 값이 달라질 수 있다.

일례로, 제1 내지 제3 입출력부(221 내지 223)로부터 출력된 다중화된 신호(O_1, O_2, O_3)를 출력 보터부(250)가 입력받는다. 여기서, 입력값 A,B,C가 A=1,B=0,C=1일 때 최종 출력의 값은 상기 [수학식 1]인 Y = A*B + B*C + C*A를 적용하면 최종 출력의 값 Y= 1이 되어야 한다.

하지만, 도 6에 도시된 바와 같이, 출력 보터부(250)의 릴레이 스위치(410) 중에서 어느 하나의 스위치(601)에서 고장이 발생하면, 실제 최종 출력은 도 5와 다르게 Y = 1*0 + 0*1 + 1*0 = 0이 되어 Y=0으로 최종 출력된다. 여기서, 고장난 스위치(601)는 고장 기호(

)로 표시한다. 이와 같이, 전기적 출력을 하는 하나의 스위치(601)에 고장(

)이 발생할 경우에 실제 최종 출력은 Y=0이 된다.

종래의 플랜트 다중화 제어 시스템의 출력 보터부(250)는 내부 스위치의 고장 또는 오동작 시 다른 출력 값을 생성할 수 있어서, 다중화 시스템의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 다중화 제어 시스템에서 어느 제어 시스템의 구성요소에 고장이 발생하더라도 해당 제어 시스템의 전체 동작이 중지되지 않도록 하여 플랜트를 제어하기 위한 출력 신호의 개수가 감소하지 않음으로써 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플랜트의 다중화 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 출력 보터의 내부 스위치가 고장나거나 오동작하더라도 최종 출력 값에 영향이 없도록 하여 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플랜트의 다중화 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명에 의한 직렬 통신을 이용한 플랜트의 다중화 제어 시스템은, 플랜트로부터 입력되는 하나의 전기적인 입력신호를 복수의 입력신호로 복사하기 위한 입력 터미널부; 상기 복사된 복수의 입력신호를 복수의 입력신호 데이터로 변환하고, 통신부로부터 출력된 출력신호 데이터들을 복수의 출력신호로 변환하기 위한 입출력부; 복수의 통신 포트를 이용하여 상기 변환된 복수의 입력신호 데이터들을 수집하고, 신호 처리부로부터 출력된 출력신호 데이터를 상기 복수의 통신 포트를 통해 상기 입출력부로 출력하기 위한 상기 통신부; 상기 수집된 복수의 입력신호 데이터를 각각 신호처리하여 출력신호 데이터를 출력하기 위한 상기 신호 처리부; 및 상기 입출력부로부터 출력된 복수의 출력신호 중에서 어느 하나의 출력 신호를 결정하여 상기 플랜트로 출력하되, 상기 출력된 복수의 출력신호를 이중화하고 상기 이중화된 복수의 출력신호를 다수 우선의 로직에 따라 논리곱 및 논리합 연산하여 상기 어느 하나의 출력 신호를 결정하기 위한 출력 보터부를 포함하는 특징으로 한다.

본 발명은, 다중화 제어 시스템에서 어느 제어 시스템의 구성요소에 고장이 발생하더라도 해당 제어 시스템의 전체 동작이 중지되지 않도록 하여 플랜트를 제어하기 위한 출력 신호의 개수가 감소하지 않음으로써 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은, 출력 보터의 내부 스위치가 고장나거나 오동작하더라도 최종 출력 값에 영향이 없도록 하여 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 플랜트 제어 시스템에서의 신호 및 데이터 경로에 대한 설명도,
도 2 는 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템의 구성도,
도 3 은 종래의 플랜트 다중화 제어 시스템에서 고장이 발생하는 경우에 대한 설명도,
도 4 는 도 2의 출력 보터부의 상세구성도,
도 5 는 도 4의 출력 보터부에서의 정상 상태 출력에 대한 설명도,
도 6 은 도 4의 출력 보터부에서의 고장 상태 출력에 대한 설명도,
도 7 은 본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템의 일실시예 구성도,
도 8 은 본 발명에 따른 도 7의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 고장 제어에 대한 일실시예 설명도,
도 9 는 본 발명에 따른 도 7의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 신호 흐름에 대한 일실시예 설명도,
도 10 은 본 발명에 따른 도 8의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 고장 제어인 경우 신호 흐름에 대한 일실시예 설명도,
도 11 은 본 발명에 따른 도 7의 출력 보터부의 일실시예 상세구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
710: 입력 터미널부 720: 입출력부
731 내지 733: 제1 내지 제3 통신부
741 내지 743: 제1 내지 제3 신호 처리부
750: 출력 보터부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

도 7 은 본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템의 일실시예 구성도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템은 입력 터미널부(710), 입출력부(720), 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733), 제1 내지 제3 신호 처리부(741 내지 743) 및 출력 보터부(750)를 포함한다. 여기서, 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)는 통신 포트 1 내지 3을 각각 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)는 각 통신부(731 내지 733)의 통신 포트 1 내지 3과 각각 연결된다. 또한, 각 통신부(731 내지 733)의 통신 포트 1 내지 3은 다른 통신부의 동일한 포트 번호를 가지는 통신 포트 1 내지 3과 각각 연결된다. 이와 같이, 각 통신부(731 내지 733)는 세 개의 통신 포트들을 포함하고, 해당 번호의 통신 포트들은 서로 연결된다. 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)와 입출력부(720) 간에 RS485의 멀티 드랍(Multi-drop) 및 데이지 체인(Daisy Chain) 방식이 이용되고 있다.

본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템은 이중화 또는 삼중화로 이루어질 수 있으며, 도 7과 같이, 플랜트 삼중화 제어 시스템은 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723), 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733) 및 제1 내지 제3 신호 처리부(741 내지 743)를 각각 3개씩 포함한다. 여기서, 제1 내지 제3 입출력부(221 내지 223)는 각각 다수의 I/O 모듈(1_1, 1_2, …, 1_N, 2_1, 2_2, …, 2_N, 3_1, 3_2, …, 3_N)을 포함한다.

본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템은 발전 및 담수 플랜트 등에 적용되는 다중화 제어시스템에서 플랜트(100)로부터 입력되는 하나의 전기신호를 다중화하여 제1 내지 제3 신호 처리부(741 내지 743)로 전달하고, 제1 내지 제3 신호 처리부(741 내지 743)에서 연산된 출력신호 데이터에 대해서 플랜트(100)에 전달되는 최종적인 전기적 신호의 경로를 다중화하고, 플랜트(100)를 제어하는 전기적 신호를 생성하는 다수 우선의 로직을 구현하여 신뢰성을 향상하기 위한 것이다.

본 발명의 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)는 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)과 데이터를 송수신하는 경로에 대한 구조를 다중화하여 데이터의 시간적 동기화를 구현하여 신뢰성을 향상하고, 플랜트(100)를 제어하는 전기적인 신호를 출력할 때 신호를 생성하는 로직을 구현함으로써 신뢰성을 향상하기 위한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템의 구성요소 각각에 대하여 살펴보기로 한다. 3개씩 포함되어 있는 입출력부, 통신부, 신호 처리부 중에서 제1 입출력부(721), 제1 통신부(731) 및 제1 신호 처리부(741)를 기준으로 설명하기로 한다. 다른 입출력부, 통신부, 신호 처리부는 동일한 동작을 수행한다.

입력 터미널부(710)는 플랜트(100)에 설치된 센서 또는 게이지 등에서 측정된 신호를 다중화 개수에 따라 2개 또는 3개의 신호로 복사하여 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)로 각각 전달한다. 일례로, 플랜트(100)의 센서 또는 게이지로부터 오는 신호 X는 플랜트(100)와 전선(Hard-wire)으로 연결되고, 동일한 입력신호(I_1, I_2, I_3)로 복사되어 다시 전선을 통하여 제1 입출력부(721)의 I/O 모듈(I/O 모듈 1_1, I/O 모듈 2_1 및 I/O 모듈 3_1)로 입력된다. 이와 같이, 제2 및 제3 입출력부(722 및 723)에서도 동일한 과정이 수행된다. 여기서, 전기적 신호 X와 동일한 입력신호(I_1, I_2, I_3)는 회로적으로 연결되어 시간지연 및 오류가 없다고 할 수 있다.

제1 입출력부(721)는 입력 터미널부(710)로부터 복사된 신호를 입력받아 전기적인 신호를 디지털 데이터인 통신데이터로 변환하고 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)의 데이터를 수집하는 제1 통신부(731)의 해당 통신 포트들(포트 1, 2 및 3)를 통해 통신데이터를 제1 통신부(731)로 전달한다. 제1 입출력부(721)는 이 전기적 신호를 디지털 값으로 변환하고 통신 데이터화하여 통신선로(C_1, C_2, C_3)인 직렬(Serial) 통신선로를 통하여 제1 통신부(731)로 전달한다. 또한, 제1 입출력부(721)는 제1 통신부(731)의 해당 통신포트들(포트 1, 2 및 3)을 통해 전달된 출력신호를 각각 직렬 통신선로를 통해 입력받아 전기적인 출력신호로 변환하여 출력 보터부(750)로 전달한다. 제1 입출력부(721)는 플랜트(100)로부터 들어오는 복수의 신호를 동시에 입력받고 제1 통신부(731)에서 처리된 복수의 신호를 동시에 출력하기 위해 복수의 I/O 모듈을 포함한다.

제1 통신부(731)는 포트 1 내지 3을 통해 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)와 직렬 통신선로로 연결되고, 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)로부터 전달된 통신데이터를 여러 I/O 모듈에서 수집된 N개의 입력신호 데이터를 구조화하여 표준 데이터 버스(예컨대, VMEbus 또는 CompactPCI 등) 등의 신뢰성이 있고 검증된 인터페이스방식으로 제1 신호 처리부(741)로 전달하게 된다. 일례로, 제1 통신부(731)의 포트 1은 통신선로 C_1에 연결된 I/O모듈 1_1의 제어권을 가진다. 또한, 제1 통신부(731)의 포트 2 는 통신선로 C_2에 연결된 I/O 모듈 2_1의 제어권을 가지고, 제1 통신부(731)의 포트 3 은 통신선로 C_3에 연결된 I/O 모듈 3_1의 제어권을 가진다.

제1 신호 처리부(741)는 제1 통신부(731)로부터 전달된 구조화된 입력신호 데이터를 로직 연산에 따라 처리하고, 처리된 신호를 제1 통신부(731)로 출력한다.

예를 들어, 제1 입출력부(721)의 I/O 모듈에서 출력된 통신데이터 C_1는 제1 통신부(731)의 통신 포트 1 내지 3을 통해 제1 신호 처리부(741)로 입력된다. 즉, 제1 신호 처리부(241)는 제1 통신부(231)를 입력된 입력신호 데이터(C_1)를 로직 연산에 따라 처리한다. 제1 신호 처리부(241)에서 처리된 신호는 제1 통신부(231)를 거쳐 다시 제1 입출력부(221)의 I/O 모듈로 전달된다.

출력 보터부(750)는 각 입출력부(721 내지 723)로부터 다중화된 신호 O_1, O_2, O_3를 입력받아 다수 우선의 로직에 따라 3개 신호 중 동일한 2개 신호에 해당하는 값 Y를 선택하여 플랜트(100)로 출력한다.

도 8 은 본 발명에 따른 도 7의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 고장 제어에 대한 일실시예 설명도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 플랜트(100)의 센서 및 게이지로부터 오는 전기적 신호 X는 입력 터미널부(710)와 전선(Hard-wire)으로 연결되고 입력 터미널부(710)에서 동일한 입력신호(I_1, I_2, I_3)로 복사되어 다시 전선을 통하여 각 시스템의 입출력부(721 내지 723)로 전달된다. 여기서, 전기적 신호 X와 입력신호(I_1, I_2, I_3)는 회로적으로 연결되어 시간지연 및 오류가 없다고 할 수 있다.

제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)는 이 전기적 신호를 디지털 값으로 변환하고 통신데이터화하여 직렬(Serial) 통신선로(C_1, C_2, C_3)를 통하여 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)의 포트 1 내지 3으로 전달한다. 즉, 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)는 포트 1 내지 3을 통해 N개의 입력 신호 데이터를 수집하게 된다.

이러한 변환과정에서 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)에서 수집한 플랜트(100)의 전기적 신호 X는 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)의 내부 프로세스의 연산 시간 및 통신 전송시간에 따른 지연 및 오차로 인하여 실제 신호와 값이 다른 왜곡이 발생할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 통신부(731 내지 733)는 어느 하나의 통신부의 포트 1이 제어권을 가지는 통신선로(C_1) 외에 다른 두 개의 통신선로(C_2, C_3)의 입력신호 데이터를 항상 수신하고(Listening), 그 수신된 입력신호 데이터를 비교하여 통신선로(C_1, C_2, C_3) 및 I/O 모듈의 건전성 및 이상 유무를 확인할 수 있다.

만약, 제1 통신부(731)의 통신 포트 1, 2, 3으로 들어오는 데이터가 일정시간(시간지연 오차 발생허용시간) 이상 다른 값을 유지한다면 제어 시스템에 문제가 발생했다고 할 수 있다. 여기서, 통신 포트 1, 2, 3의 문제인지 통신선로(C_1, C_2, C_3)의 문제인지, 또는 I/O 모듈 1_1, 2_1, 3_1의 문제인지 판단할 수는 없다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 통신부(731)의 통신포트 3(701)에 고장이 발생할 경우에 고장난 기호는 고장 기호(

)로 표시된다. 통신포트 3(701)에 고장이 발생하여 각 통신부(731 내지 733)의 입력신호 데이터가 일정시간 이상 다를 경우에 제1 입출력부(721)의 I/O 모듈 1_1에 대한 제어권은 제2 통신부(732)가 가지게 된다. 제2 통신부(732)가 I/O 모듈 1_1의 제어권을 가진다. 이후, 각 통신부(731 내지 733)의 데이터가 동일하다면, 제2 통신부(732)는 통신부(731 내지 733)의 통신 포트 문제로 판단하게 된다. 반면, 각 통신부(731 내지 733)의 데이터가 동일하지 않으면, 제2 통신부(732)는 I/O 모듈 1_1의 고장으로 판단할 수 있다.

도 9 는 본 발명에 따른 도 7의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 신호 흐름에 대한 일실시예 설명도이다.

플랜트(100)에 설치된 센서 또는 게이지 등에서 측정된 신호는 입력 터미널부(710)로 전달된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 입력 터미널부(710)의 다중화 개수에 따라 3개의 신호로 복사하여 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)로 각각 전달된다.

그러면, 제1 통신부(731)는 통신 포트 1 내지 3을 통해 제1 입출력부(721)뿐만 아니라 다른 제2 및 제3 입출력부(722 및 723)로부터 입력신호를 전달받는다. 이와 같이, 제1 및 제2 통신부(731)는 세 개의 입출력부(721 내지 723) 모두로부터 통신 포트 1 내지 3을 통해 입력신호를 수신한다.

그리고 제1 통신부(731)에서 출력된 입력신호 데이터는 제1 신호 처리부(741)로 전달되고, 제1 신호 처리부(741)에서 신호처리된 출력신호 데이터는 제1 통신부(731)로 전달된다. 이와 같이, 제2 및 제3 통신부(732 및 732)에 대해서도 동일하게 적용된다.

도 10 은 본 발명에 따른 도 8의 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 고장 제어인 경우 신호 흐름에 대한 일실시예 설명도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1 통신부(731)와 제1 신호 처리부(741) 사이의 경로에서 이상이 발생하는 경우에 고장 제어를 살펴보기로 한다.

제1 통신부(731)와 제1 신호 처리부(741) 사이의 경로에 고장(1001, 1002)이 발생하면 고장난 기호는 고장 기호(

)로 표시된다. 제1 통신부(731)와 제1 신호 처리부(741) 사이의 경로에 고장이 발생하더라도, 제2 통신부(732) 또는 제3 통신부(733)의 통신 포트 1 은 제1 입출력부(721)로부터 직렬 통신선로(C_1)를 통해 제1 입출력부(721)에서 출력된 입력신호 데이터를 수집하게 된다. 제2 통신부(732) 또는 제3 통신부(733)가 이에 대한 입력신호 데이터를 구조화하면, 각 신호 처리부(741 내지 743)는 동일한 입력신호 데이터를 기준으로 제어 로직에 대한 연산을 수행할 수 있다.

제1 신호 처리부(741)는 제2 통신부(732) 또는 제3 통신부(733)의 통신 포트 1을 통해 전달된 입력신호 데이터를 신호처리하여 제1 통신부(731)로 출력신호 데이터를 전달한다. 그러면, 제1 통신부(731)에서 출력신호 데이터는 제1 입출력부(721)를 거쳐 최종적으로 출력 보터부(750)로 전달될 수 있다. 제2 및 제3 입출력부(722 및 723)로 입력되는 입력신호는 도 9에서 설명된 대로 전달 및 신호처리 과정을 거쳐 플랜트(100)로 최종 출력된다.

따라서 본 발명에 따른 다중화 제어 시스템은 고장의 원인에 관계없이 시스템 전체가 페일-오버(Fail Over)하지 않는다. 이에 따라, 플랜트(100)로부터 입력되는 입력신호의 개수 및 플랜트(100)를 제어하기 위한 출력신호의 개수가 감소되지 않는다는 장점이 있다.

도 11 은 본 발명에 따른 도 7의 출력 보터부의 일실시예 상세구성도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템에서의 출력 보터부(750)는 3개의 출력신호(O_1, O_2, O_3)를 입력받아 6개 출력신호의 온/오프 동작을 수행하는 다수의 스위치(1110), 서로 다른 스위치(1110)의 출력신호를 논리곱하는 다수의 곱셉기(1120) 및 각 곱셈기(1120)의 출력신호를 전체 논리합하는 다수의 덧셈기(1130)를 포함한다.

출력 보터부(750)는 플랜트(100)를 제어하는 신호 Y를 출력할 때, 제1 내지 제3 입출력부(721 내지 723)로부터 출력신호를 받아 다수의 스위치(1110), 다수의 곱셉기(1120) 및 다수의 덧셈기(1130)로 이루어진 내부 회로를 통해 다수 우선의 로직에 따라 출력 값을 결정한다. 즉, 출력 보터부(750)는 각 입출력부(721 내지 723)로부터 출력신호(O_1, O_2, O_3)를 전달받아 도 11에 도시된 회로 로직을 통해, 각 신호의 논리곱의 논리합의 결과값을 출력한다. 출력 보터부(750)의 출력 신호 Y는 하기의 [수학식 2]와 같이 표현된다.

여기서, Y는 플랜트(100)로 출력되는 최종 출력신호, 및 A, B, C는 각 입출력부(721 내지 723)로부터 전달된 출력신호, A', B', C'는 각 입출력부(721 내지 723)로부터 전달된 출력신호의 이중 출력신호를 나타낸다.

상기의 [수학식 2]와 같이, 출력 보터부(750)는 전기적 신호를 온/오프하는 스위치(1110)의 이중화를 통해 회로의 고장 허용(Fault-tolerance)를 지원한다. 다수의 스위치(1110) 중에서 어느 하나의 스위치(1111)에 고장이 발생하면 고장난 기호는 고장 기호(

)로 표시된다. 어느 하나의 스위치(1111)에 고장이 발생하더라도 최종 출력신호 Y는 올바른 결과값으로 출력된다. 이는 플랜트(100)를 제어하는 최종 출력의 신뢰성을 높이기 위함이다. 출력 보터부(750)는 도 4에 도시된 종래의 출력 보터부(250)에 비해, 최종 출력회로의 로직을 개선하고 출력 신호에 대한 신뢰성을 향상시킨다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

본 발명에 따른 플랜트 다중화 제어 시스템은 어느 하나의 구성요소에 고장이 발생하더라도 해당 제어 시스템의 전체 동작이 중지되지 않도록 하여 플랜트를 제어하기 위한 출력 신호의 개수가 감소하지 않음으로써 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 출력 보터의 내부 스위치가 고장나거나 오동작하더라도 최종 출력 값에 영향이 없도록 하여 플랜트 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 직렬 통신을 이용한 플랜트 다중화 제어 시스템에 있어서,
   플랜트로부터 입력되는 하나의 전기적인 입력신호를 복수의 입력신호로 복사하기 위한 입력 터미널부;
   상기 복사된 복수의 입력신호를 복수의 입력신호 데이터로 변환하고, 통신부로부터 출력된 출력신호 데이터들을 복수의 출력신호로 변환하기 위한 입출력부;
   복수의 통신 포트를 통한 직렬 통신을 이용하여 상기 변환된 복수의 입력신호 데이터들을 수집하고, 신호 처리부로부터 출력된 출력신호 데이터를 상기 복수의 통신 포트를 통해 상기 입출력부로 출력하기 위한 상기 통신부;
   상기 수집된 복수의 입력신호 데이터를 각각 신호처리하여 출력신호 데이터를 출력하기 위한 상기 신호 처리부; 및
   상기 입출력부로부터 출력된 복수의 출력신호 중에서 어느 하나의 출력 신호를 결정하여 상기 플랜트로 출력하기 위한 출력 보터부
   를 포함하는 플랜트 다중화 제어 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 통신부는,
   상기 변환된 복수의 입력신호 데이터에 대응하는 복수의 통신 포트들과 직렬로 연결된 복수의 직렬 통신선로를 통해 상기 변환된 복수의 입력신호 데이터들을 수집하는 플랜트 다중화 제어 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 통신부는,
   상기 신호 처리부와 상기 입출력부 사이의 경로에서 상기 복수의 통신 포트들 중 어느 하나의 통신 포트에 고장이 발생하면, 상기 고장이 발생한 통신 포트와 다른 통신 포트를 통해 상기 변환된 복수의 입력신호 데이터들을 수집하는 플랜트 다중화 제어 시스템.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 보터부는,
   상기 출력된 복수의 출력신호를 이중화하고 상기 이중화된 복수의 출력신호를 다수 우선의 로직에 따라 논리곱 및 논리합 연산하여 상기 어느 하나의 출력 신호를 결정하는 플랜트 다중화 제어 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 출력 보터부는,
   상기 입출력부로부터 출력된 복수의 출력신호들을 제1 및 제2 복수의 출력신호로 이중화시키기 위한 복수의 스위치;
   상기 이중화된 제1 및 제2 복수의 출력신호를 각각 논리곱 연산하기 위한 복수의 곱셈기; 및
   상기 복수의 곱셈기에서 논리곱 연산된 출력신호를 논리합 연산하여 최종 출력 신호를 결정하고 상기 결정된 최종 출력 신호를 상기 플랜트로 출력하기 위한 복수의 덧셈기
   를 포함하는 플랜트 다중화 제어 시스템.

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