KR100402757B1 - 시스템보드의 오류검사 장치 및 방법 - Google Patents

시스템보드의 오류검사 장치 및 방법 Download PDF

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KR100402757B1 KR10-2001-0050775A KR20010050775A KR100402757B1 KR 100402757 B1 KR100402757 B1 KR 100402757B1 KR 20010050775 A KR20010050775 A KR 20010050775A KR 100402757 B1 KR100402757 B1 KR 100402757B1
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Abstract

본 발명은 시스템보드의 고장감지 및 유지기에 관한 것으로, 특히 다수의 공정을 제어하여 신뢰성이 요구되는 정교한 시스템보드에 연결하여 시스템보드의 고장을 감지하고 고장 발생시에도 동작을 정상으로 유지시킬 수 있는 시스템보드의 오류검사 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 시스템보드의 오류검사 장치는 신뢰성과 안정성이 요구되는 시스템보드에 연결되어 고장의 발생을 진단하고 동작을 유지시키는 것으로서 하나의 칩으로 구성될 수 있으며, 시스템보드에서 입력되는 신호를 2/4이상의 동시발생논리로 판단하여 출력 신호를 내는 보터(voter)와, 시스템보드의 동작중에 4개의 채널에서 송신하는 신호를 비교하여 고장 신호를 출력하는 채널을 인지하는 비교기(comparator)와, 고장채널을 감지하여 시스템보드의 동작을 유지시키기 위한 정상신호를 궤환시키는 감지기(detector)와, 감지기에서 입력되는 신호를 시스템보드에서 입력되는 신호와 OR연산하여 다시 보터로 전송하는 OR게이트로 구성되어, 시스템보드의 동작을 정상으로 유지시킴으로써 전체 공정을 제어하는 시스템보드의 안전성과 신뢰성을 높여주는 것이다.

Description

시스템보드의 오류검사 장치 및 방법{Signal Processing Method and Module for Reliable System Considering Safety}
본 발명은 시스템보드의 고장감지 및 유지에 관한 것으로, 상세하게는 다수의 공정을 제어하여 신뢰성이 요구되는 정교한 시스템보드에 고장감지 및 유지기를 연결하여 시스템보드의 고장을 감지하고 고장 발생시에도 시스템보드의 동작을 정상적으로 유지하도록 처리하여 시스템보드의 신뢰성과 안정성을 증가시키는 시스템보드의 오류검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공장자동화 또는 홈오토메이션 기타 여러 중요 시스템의 동작의 급작스런 중지로 인한 치명적인 손실의 발생을 방지하기 위해서 보터(voter)를 사용하여 리든던시(redundancy)를 증가시켜 시스템의 신뢰성을 증가시킨다.
한편, 리든던시는 정보를 전달하는데 있어서 정보량에 따른 필요량 이상의 수단이 어느 정도 준비되어 있는가를 나타내는 값으로, 리던던시가 클수록 고장에 의하여 기능 정지의 가능성이 적게된다.
종래의 한국특허 등록번호 특허 제 0039064호의 "마이크로프로세서의 고장 감지 방식"은 고장감지 방식에 있어서 일정주기의 클럭을 발진하여 마이크로 프로세서에 입력시켜 고장진단을 하고 고장상태를 표시하는 동시에 고장상태 알람신호를 출력하게 동작하는 것이다.
또한, 한국특허 등록번호 특허 제 0169808호의 "고장진단용 전문가 시스템 및 고장진단 방법"은 과거의 고장진단 정보를 사례 베이스화하여 고장진단 결과의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 것으로, 구축되어진 현재의 고장사례와 과거의 고장 진단 정보를 비교하여 과거 고장사례 중 가장 유사한 사례를 찾아내는 과정 및 현재 고장사례를 이전 고장 사례에 등록할 것인지를 판별하는 가정으로 이루어진다.
한편, 미국특허 등록번호 특허 제 0015184호의 "원자로 안전시스템"은 원자로의 안전시스템에 있어서 변환기를 포함시켜서 원자로 작동의 여러 가지 매개 변수를 측정하게 하고, 원자로 작동의 한 매개 변수를 측정하는 각 변환기에 개별적으로 병렬 연결된 계산과 전부하의 백분비를 표시한 원자로 매개변수의 함수를 계산하게 하는 안전시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래의 신뢰성을 요구하는 시스템보드(10)에 보터(voter)(11)를 연결하여 동작하는 장치의 개략도로 설명하면 다음과 같다.
구성은 시스템보드(10)와 보터(11)로 이루어지며, 시스템보드(10)는 전체 시스템의 동작의 제어를 담당하는 보드이며, 보터(11)는 시스템 보드(10)의 여러 채널로부터 입력되는 신호를 판단하여 동작을 진행시키는 것이다.
시스템보드(10)의 채널 A, 채널 B, 채널 C, 채널 D 네개의 채널에서 입력되는 하이(high) 또는 로우(low) 신호를 인지하여 보터(11)는 동작의 실행을 판단하는 것으로 4개의 채널의 입력중에서 2개 이상이 하이신호를 송신하면 해당 신호를 인정하여 출력단자로 전송하는 것이다. 채널 A, 채널 B, 채널 C, 채널 D 네개의 단자에서 하이신호가 2~4개의 입력이 들어오면 해당 신호를 인정하여 출력단자로 전송을 하며, 하이신호가 하나의 채널에만 입력이 되면 하이신호를 인정하지 않으며 출력단자로 해당신호를 전송하지 않는다.
종래에는 보터(11)를 사용하여 시스템보드(10)의 4개의 채널에서 출력되는 신호에서 2개 채널 이상의 단자가 정상 신호를 출력하면 1차적으로 시스템보드(10)의 동작을 유지시킬 수 있으나 두 개 이상의 채널에서 정상신호를 출력하지 못하면전체공정을 제어하는 시스템보드(10)의 오작동의 발생으로 손실이 발생하는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 종래의 보팅메카니즘에 의한 보터(11)를 사용하여 리든던시로 시스템의 동작을 유지시키는 것은 시스템보드(10)에 고장이 발생하여 다수의 채널에서 고장신호를 발생시에는 일정 시간동안 동작을 유지시킬 수 없어서 시스템보드(10)는 오작동하며 따라서 전체공정의 제어에 치명적으로 작용할 수 있으며 작동중지 등으로 큰 손실이 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시스템보드에서 입력되는 신호를 2/4 이상의 동시발생논리로 판단하여 출력 신호를 내는 보터(voter)와, 시스템보드의 동작중에 4개의 채널에서 송신하는 신호를 비교하여 고장 신호를 출력하는 채널을 인지하는 비교기(comparator)와, 고장채널에서 출력하는 신호와 동시에 궤환신호를 논리회로로 입력시켜 동작을 정상으로 유지시키는 감지기(detector)로 구성되며, 시스템보드에 연결되어 신뢰성과 안정성이 요구되는 시스템보드에서 발생하는 고장을 진단하여 시스템보드가 동작중에 고장이 발생하여도 그 동작을 정상으로 유지시켜 줌으로써 시스템보드의 안전성과 신뢰성을 높여주는 시스템보드의 오류검사 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 보터(voter)를 사용하여 시스템보드의 동작을 제어하는 장치의 개략도.
도 2는 본 발명의 고장감지 및 유지기를 사용하여 시스템보드의 동작을 제어하는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 고장감지 및 유지기의 동작 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10, 20 : 시스템 보드 11, 31 : 보터(voter)
30 : 오류검사 장치 32 : 비교기(comparator)
33 : 감지기(detector) 34 : OR 게이트
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 시스템보드의 오류검사 장치의 일 실시예는, 일 시스템의 전체 동작을 제어하며 다수의 채널로 이루어진 시스템 보드의 오류검사 장치에 있어서, 상기 시스템보드의 4개 채널에서 각각 출력되어 입력되는 신호 중 2/4개 이상의 채널 신호가 하이신호이면 입력신호를 인정하여 출력하는 보터와; 상기 시스템보드의 4개 채널 중에서 어느 하나의 채널이 나머지 3개의 채널들과 다른 신호를 출력하면 이 어느 하나의 채널을 고장채널로 판단하여 고장신호를 출력하는 비교기; 상기 비교기의 고장신호가 입력되면 해당 고장채널에서 상기 보터로 입력되는 이상신호에 의한 상기 시스템보드의 이상동작을 방지하기 위하여 해당 고장채널의 출력신호를 다른 정상채널의 출력신호와 같은 신호로 변환하기 위한 궤환신호를 출력하는 감지기; 및 상기 시스템보드의 각각의 채널에서 출력되는 신호와 상기 감지기에서 출력되는 궤환신호를 OR연산하여 상기 보터로 전달하는 4개의 OR게이트로 구성된다.
또한, 상기 보터는 시스템 보드의 고장 채널의 수리 등으로 인하여 신호를 차단시킬 필요가 있을 때 고장채널의 신호를 분리시키는 바이패스 단자와, 상기 보터의 출력값을 강제적으로 바꾸어 동작을 전환시킬 수 있는 메뉴얼트립 단자를 더 포함한다.
본 발명에 따른 시스템보드의 오류검사 방법에 따른 일 실시예는, 시스템보드의 4개 채널로부터 각각 출력되는 신호 중 2/4개 이상의 채널 신호가 하이신호로 입력되면 보터가 입력신호를 인정하여 출력하는 단계와; 상기 시스템보드의 4개 채널 중에서 어느 하나의 채널이 나머지 3개의 채널들과 다른 신호를 출력하면 비교기가 이 어느 하나의 채널을 고장채널로 판단하여 고장신호를 감지기로 출력하는 단계; 및 감지기가 해당 고장채널의 출력신호를 다른 정상채널의 출력신호와 같은 신호로 변환하기 위한 궤환신호를 출력하면 해당 고장채널에 연결된 OR게이트가 고장채널의 이상신호와 상기 궤환신호를 OR연산하여 상기 이상신호를 정상신호로 변환하여 상기 보터로 전달하는 단계로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 신뢰성과 안전성이 요구되는 시스템보드에 연결하여 고장을 감지하고 동작을 유지시키는 고장감지 및 유지기의 개략도로 설명하면 다음과 같다.
전체 공정의 동작을 제어하는 시스템보드(20)와 시스템보드(20)에 연결되어 고장을 진단하고 고장의 발생시에 동작을 유지시키는 오류검사 장치(30)로 구성된다.
오류검사장치(30)는 시스템보드(20)와 연결되어 시스템보드(20)의 다수(예컨대 4개)의 채널로부터 출력되는 신호를 감지하고 판단하여 출력신호를 송신하며, 시스템보드(20)가 작동 중에 고장이 발생시에 고장 채널에서 출력하는 비정상신호를 정상신호로 유지시켜줌으로써 전체시스템의 동작을 제어하는 시스템보드(20)의 동작을 고장시에도 안전한 방향으로 유도하여 급작스런 시스템보드(20)의 작동 중단으로 오는 전체시스템의 손실을 막을 수 있다.
오류검사장치(30)의 세부 구성은 보터(31)와 비교기(comparator)(32), 감지기(33)와 다수(예컨대, 4개)의 OR 게이트(34)로 이루어진다.
보터(31)는 신뢰성을 재고하기 위하여 병렬 리든던시를 갖는 것으로 다수의 단자를 가지고 있으며 시스템보드(20)의 채널 A, 채널 B, 채널 C, 채널 D 4개의 채널에서 입력되는 하이 또는 로우 신호를 인지하고 입력되는 4개 채널의 신호에서 두개 이상의 신호가 하이신호를 발생하였을 시에 해당 입력신호를 인정하여 출력하는 것으로 2/4이상의 동시발생 논리를 가지며, 바이패스단자는 시스템보드(20)의 다수의 채널중에서 고장이 발생하여 오작동 신호를 출력할 때에 시스템보드(20)의수리를 위하여 채널의 신호를 분리 시킬 필요가 있을 때 분리시키는 역할을 하며, 보터(31)의 출력값에 상관없이 관리자가 동작을 강제적으로 신호를 바꿀 수 있는 메뉴얼트립 단자 등이 있다.
비교기(32)는 시스템보드(20)의 다수의 채널에서 출력하는 신호를 비교하는 것으로 4개의 채널에서 출력하는 신호 중에서 나머지 3개의 채널과 다른 신호를 출력하는 채널을 고장채널로 판단하여 시스템보드(20)의 이상을 감지하는 것이다. 즉, 시스템 보드(20)의 채널에서 출력하는 신호가 일치하지 않고 다른신호를 출력하는 채널이 고장이 발생한 채널임을 판단하는 신호를 송신한다. 예로 A, B, C, D 네개의 채널중에서 A, B, C 채널은 하이신호를 출력하고, D채널이 로우신호를 출력하면, D채널에 고장이 발생 하였음을 알리는 신호를 송신하는 것이다.
한편, 순간적인 노이즈(noise)에 의한 고장 신호를 발생하는 채널의 경우는 초기화 신호를 송신하여 고장감지 신호를 제거 후에 다시 정상작동을 시킬 수 있다.
감지기(33)는 비교기(32)로부터 입력되는 이상신호를 발생하는 채널을 감지하고 해당 고장채널의 이상신호로 인하여 시스템보드(20)의 동작의 이상을 방지하기 위하여 다른채널과 같은 하이 또는 로우 신호를 OR 게이트(34)로 궤환시켜준다.
OR 게이트(34)에서 입력된 신호는 다시 보터(31)로 송신되어 시스템보드(20)에 고장이 발생하여도 동작을 유지시킬 수 있는 것이다. 한편 시스템보드(20)의 동작의 이상이 발생하면 경보기 등을 통하여 시스템보드(20)의 이상을 알릴 수 있어 전체시스템의 공정의 동작이 정지되는 것을 막을 수 있어서 손실의 발생을 제거할수 있다.
따라서 시스템보드(20)의 채널의 고장을 감지하면 신호는 래치 등에 의해 초기화 신호가 들어올 때까지 액티브 상태를 유지하면서 외부로 신호를 보낸다. 순간적인 노이즈의 경우는 초기화 신호를 보내어 고장감지신호를 제거한 후에 다시 정상작동을 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 오류검사 장치(30)는 EPLD, CPLD, FPGA 등 하나의 칩으로 구성함으로써 직렬로 연결되는 부품의 수를 줄여 하드웨어의 고장률을 낮출 수 있어서 오류검사 장치(30) 자체의 신뢰도를 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 시스템보드(20)의 고장을 진단하고 유지시키는 오류검사 장치(30)의 OR 게이트(34)에 의한 안전성을 설명하면 다음과 같다.
보터(31) 부분의 신뢰성은 일반적인 2/4 리든던시의 신뢰성을 따르므로 여기서는 생략한다. 유도과정은 생략하고 결과만 보면 다음과 같다.
P0-λt
PFS-λt
PFU-λt
S(t)= P0FSλt
P0(t)는 시스템보드(20)가 정상작동 중일 때, PFS(t)는 시스템보드(20)에 고장이 발생하였으나 시스템보드(20)의 동작을 유지시키는 안전한 방향으로의 고장, PFU(t)는 시스템보드(20)에 고장이 발생하여 시스템보드(20)의 오작동 등이 발생하는 비안전한 방향으로의 고장이 발생하는 경우에 대해서 각각의 상태가 발생할 확률로 두면 마르코프 모델에 의한 미분방정식을 유도하여 해를 구할 수 있게 된다.
수학식 1은 고장률이 상수 λ인 단일 채널시스템의 신뢰도이며, 이 시스템의 안정성은 신뢰도 (P0(t))와 안전한 방향으로 고장의 확률인 수학식 2를 더하여 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
즉 감지기(33)에 의해 고장 채널에 대하여 신호를 궤환하여 정상적으로 작동할 수 있도록 설계된다면 안전성이 부과되어 진다. 만약 수학식 4에서 C가 1(perfect)이면 S()는 1이며, 이 시스템은 완전한 안전성을 가지고 C가 어떤 상수라면 정상상태 안전성은 S()=C로 수렴하게 된다. 여기서 OR 게이트(34)가 C의 역할을 하며 분명 0보다는 크다. 따라서 시스템의 안전성을 분명히 높이는 결과를 가져오는 것이다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 시스템보드의 고장을 감지하고 유지시키는 오류검사 장치(30)의 동작 순서도로 설명하면 다음과 같다.
시스템보드(20)가 일반적인 동작을 실행중에는 A 채널, B 채널, C 채널, D 채널에서 출력되는 신호가 오류검사 장치(30)의 보터(31)의 입력 A, 입력 B, 입력 C, 입력 D 단자로 입력되면 보터(31)는 입력된 신호중에 2개 단자 이상에서 하이신호가 발생되면 해당 신호를 인정하여 출력단자로 송신을 한다(스텝 S40, S41).
한편, 시스템보드(20)의 A 채널, B 채널, C 채널, D 채널에서 출력되는 신호가 오류검사 장치(30)의 보터(31)로 입력되는 동시에 시스템보드(20)의 고장을 진단하고 동작을 유지시키기 위해 비교기(32)에도 시스템보드(20)의 4개 채널에서 입력되는 신호가 입력되며, 비교기(32)는 입력된 신호를 비교하여 다른 채널과 다른 신호를 송신하는 하나의 채널이 발생하면 고장으로 해당 채널을 인지하도록 송신한다(스텝 S42).
감지기(33)는 비교기(32)로부터 입력되는 이상이 발생한 채널 단자의 신호를 정상적으로 작동시키기 위해 하이신호를 OR 게이트(34)를 거쳐서 보터(31)로 입력시켜 시스템보드(20)에 이상이 발생되어도 오작동을 방지하고 작동을 유지시켜 전체공정의 제어에 사용되는 중요시스템에 신뢰도와 안전성을 주는 것이다(스텝 S44).
한편, 보터(31)의 바이패스 단자는 시스템보드(20)의 고장 등으로 인하여 수리 등을 실시할 때 신호를 분리 또는 우회시키는 역할을 하며, 메뉴얼트립 단자는보터(31)의 출력값을 입력에 상관없이 관리자가 동작신호를 강제적으로 바꿀 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 중요한 공정을 제어하는 시스템 보드(20)에 연결하여 고장의 진단과 동작을 유지시키는 것으로, 오류검사 장치(30)는 시스템보드(20)의 채널에서 출력하는 신호를 비교하여 시스템보드(20)의 고장채널을 감지하고 고장이 발생된 채널에는 신호를 궤환시켜 정상신호를 출력하게 함으로써 시스템 보드(20)가 고장이 발생하여도 정상적인 작동을 유지시켜 오작동으로 인한 손실을 방지할 수 있으며, EPLD, CPLD, FPGA 등의 하나의 칩형태로 구성하면 직렬로 연결되는 부품의 수를 줄일 수 있어서 하드웨어적인 신뢰도를 높일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 오류검사 장치는 신뢰성과 안전성이 요구되는 시스템보드에 연결하여 사용하며, 동작 중에 시스템보드의 고장을 감지하면 시스템보드의 고장으로 인한 오동작을 방지하여 유지시킬 수 있어서 전체공정을 제어하는 시스템보드의 오작동으로 인한 손실을 막을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 오류검사 장치를 EPLD, CPLD, FPGA 등의 칩형태로 구성함으로써 직렬로 연결되는 부품의 수를 줄여 하드웨어적 고장률을 낮추며 따라서 시스템보드의 신뢰도를 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 일 시스템의 전체 동작을 제어하며 다수의 채널로 이루어진 시스템 보드의 오류검사 장치에 있어서,
    상기 시스템보드의 4개 채널에서 각각 출력되어 입력되는 신호 중 2/4개 이상의 채널 신호가 하이신호이면 입력신호를 인정하여 출력하는 보터와;
    상기 시스템보드의 4개 채널 중에서 어느 하나의 채널이 나머지 3개의 채널들과 다른 신호를 출력하면 이 어느 하나의 채널을 고장채널로 판단하여 고장신호를 출력하는 비교기;
    상기 비교기의 고장신호가 입력되면 해당 고장채널에서 상기 보터로 입력되는 이상신호에 의한 상기 시스템보드의 이상동작을 방지하기 위하여 해당 고장채널의 출력신호를 다른 정상채널의 출력신호와 같은 신호로 변환하기 위한 궤환신호를 출력하는 감지기; 및
    상기 시스템보드의 각각의 채널에서 출력되는 신호와 상기 감지기에서 출력되는 궤환신호를 OR연산하여 상기 보터로 전달하는 4개의 OR게이트
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템보드의 오류검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    보터와 비교기, 감지기, 및 4개의 OR게이트는 하나의 칩 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템보드의 오류검사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보터는
    상기 시스템보드의 고장채널의 수리를 위하여 신호를 차단시킬 필요가 있을 때 상기 고장채널의 신호를 분리시키는 바이패스 단자와, 상기 보터의 출력 값을 강제적으로 바꾸어 동작을 전환시킬 수 있는 메뉴얼트립 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템보드의 오류검사 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 시스템보드의 4개 채널로부터 각각 출력되는 신호 중 2/4개 이상의 채널 신호가 하이신호로 입력되면 보터가 입력신호를 인정하여 출력하는 단계와;
    상기 시스템보드의 4개 채널 중에서 어느 하나의 채널이 나머지 3개의 채널들과 다른 신호를 출력하면 비교기가 이 어느 하나의 채널을 고장채널로 판단하여 고장신호를 감지기로 출력하는 단계; 및
    감지기가 해당 고장채널의 출력신호를 다른 정상채널의 출력신호와 같은 신호로 변환하기 위한 궤환신호를 출력하면 해당 고장채널에 연결된 OR게이트가 고장채널의 이상신호와 상기 궤환신호를 OR연산하여 상기 이상신호를 정상신호로 변환하여 상기 보터로 전달하는 단계
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템보드의 오류검사 방법.
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