KR100446687B1 - 중장비제어시스템 - Google Patents

Abstract

굴착기 등과 같은 각종 중장비에서 각종 제어신호 및 센서 들의 신호를 전송하는 데 사용되는 배선 선로의 수를 감소시키기 위한 것으로서 중장비의 구동부를 기능과 위치에 따라 다수의 모듈로 구분하고, 이들 모듈은 각기 독립된 제어기에 의해 독립적으로 제어되게 하며, 각각의 모듈은 전송 선로로 연결하여 상호간에 데이터를 전송하게 하며, 데이터의 전송 선로는 광 화이버를 버스 구조로 연결하여 사용하고, 데이터는 패킷 데이터로 변환하여 전송한다.

Description

중장비 제어 시스템

본 발명은 굴삭기 등과 같은 각종 중장비를 제어하는 데 사용되는 중장비 제어 시스템에 관한 것이다.

다수의 액츄에이터 등을 비롯하여 각종 구동 수단을 구비하고 있는 중장비는 각각의 구동 수단의 운전을 제어하기 위하여 마이크로 프로세서 등으로 이루어진 제어부를 각각의 구동 수단에 구비하고 있다.

그리고 중장비의 운전석 내부에서 수행되는 운전자의 조작에 따른 제어신호가 각각의 구동 수단의 운전을 제어하는 제어부에 전달된다.

또한 각각의 구동 수단의 구동 상태 등을 감시하는 각종 센서들의 신호가 각각의 제어부에 전달된다.

이러한 각종 신호를 전송하기 위하여 종래에는 각각의 신호에 대한 전용의 배선 선로를 연결하고, 이들 각각의 신호를 전용의 배선 선로를 통해 개별적으로 전송하였다.

이러한 종래의 기술은 배선 선로의 수가 적을 경우에 중장비의 설계 및 제조가 간단하고, 효과적으로 제어할 수 있다.

그러나 중장비에 다양한 기능이 요구되고, 이들 요구되는 기능이 증가됨에 따라 배선 선로의 수가 증가되고 있다.

그러므로 중장비를 설계 및 제작할 경우에 증가되는 상기 배선 선로를 위치시킬 여유 공간을 확보하는 데 많은 어려움이 있고, 중량이 증가됨은 물론 전체 체적이 증가하게 되며, 연결한 배선 선로는 구부리기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

또한 배선 선로의 수가 증가함에 따라 이들 배선 선로를 연결하기 위한 커넥터의 수가 급격하게 증가되고 있다.

그러므로 배선 선로의 단자대에, 각각의 배선 선로를 통해 전송되는 신호 등을 기재하는 라벨을 붙여놓지 않을 경우에 어느 배선 선로가 어느 부위에 연결되는지를 판단하기가 어려웠으며, 배선 선로를 잘못 연결하는 경우가 빈번하게 발생하였다.

이와 더불어 배선 선로에 접촉불량 또는 단선이 발생하였을 경우에는 어느 부위에서 어떠한 연유로 접촉불량 또는 단선이 발생하였는 지를 인식하기가 매우 어려웠다.

이러한 배선 선로의 배치 및 연결의 어려움은 중장비의 새로운 모델을 개발할 경우에 전장 부위의 처리에 대하여 염두해야 되는 어려움이 따르게 된다.

중장비의 모델이 소비자의 기호와 편이를 고려하여 다양화되어야 하는 필요성을 고려할 경우에 굴삭기의 제어는 부분별로 독립적인 제어를 수행할 수 있어야 하고, 기능의 추가 및 확장이 용이해야 된다.

그러나 종래의 중장비는 상기한 바와 같이 각각의 제어부로 전송되는 신호가 각각의 전용 배선 선로를 통해 전송되므로 기능의 추가 및 모델의 변경이 용이하지 않으며, 또한 전체적으로 굴삭기의 생산 원가를 증가시키고, 유지 및 보수가 복잡함은 물론 난해하여 애프터 서비스의 소요 시간과 소비자의 불만이 증가되는 실정이다.

그리고 중장비는 작업 환경이 열악한 조건에서 운전하는 것으로서 상기한 신호들을 전용의 배선 선로 및 커넥터를 통해 전송함에 따라 기계적 신뢰성이 급격하게 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 중장비의 운전에 필요한 각종 제어신호 및 센서 들의 검출 신호를 전송하는 데 사용되는 배선 선로의 수를 감소시킬 수 있도록 하는 중장비 제어 시스템를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 중장비 제어 시스템는, 중장비 내에 구비되어 있는 각종 액츄에이터와 센서들의 위치 및 동작 기능을 고려하여 중장비의 전체 제어 시스템을 다수의 분할된 모듈로 정의한다. 각각의 모듈은 그 모듈에 할당된 제어 및 자체 진단 기능을 수행하고, 각 모듈간에는 필드 버스(Field Bus)를 활용하여 필요한 정보를 공유하도록 한다. 그리고 분할한 모듈이 데이터를 공유할 수 있도록 버스를 통해 데이터를 상호간에 전송한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 중장비에 소정의 기능이 추가될 경우에 전체 배선 선로의 재배치 및 배선 선로의 증가 등의 문제점을 해결할 수 있고, 소정의 기능을 추가할 경우에 그 기능을 추가할 모듈만을 검토하여 설계하면 된다.

그리고 모듈간의 신호 전송은 디지털 버스를 사용하여 행해지므로, 안정되고 신뢰성이 높은 통신을 확보할 수 있고, 전송되는 정보는 각 모듈의 유기적인 결합을 도모할 뿐만 아니라 모듈 자체의 이상 유무를 다른 모듈에서 분석할 수 있는 기능을 제공하므로 전체 시스템의 보수 및 유지에 편리성을 제공한다.

또한 중장비의 제작 및 제어가 용이하게 되고, 유지/보수를 간편히 할 수 있게 하면서 모델의 변경 및 기능 추가를 용이하게 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 중장비 제어 시스템를 상세히 설명한다.

도 1은 중장비 중에서 굴삭기를 예로 들어 본 발명의 중장비 제어 시스템의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 굴삭기의 전체 시스템에 대한 기능 및 설치 위치에 따라 운전 모듈(10)과, 엔진/유압 제어모듈(20)로 분할된다.

운전 모듈(10)은 중장비의 운전에 관련된 각종 스위치의 상황을 알리는 표시장치와, 와이퍼에 관련된 장치들의 제어와, 안전 솔레노이드 및 운전자의 편의 시설들이 포함된 부분으로서 운전석에 위치한다.

엔진/유압 제어모듈(20)은 엔진 계통에 관련된 각종 센서, 밸브 및 모터 들과 유압 계통에서 주행과 작업에 관련된 각종 솔레노이드 및 센서 들이 연결된 부분으로서 엔진실의 인접 위치에 위치한다.

운전 모듈(10) 및 엔진/유압 제어모듈(20)은, 소정의 데이터를 처리하기 위한 주제어기(11)(21)와, 상호간에 데이터 통신을 수행하는 통신 제어기(12)(22) 및 데이터를 입력 및 출력하는 입력/출력 포트(13)(23)가 구비되고, 통신 제어기(12)(22)를 통해 운전 모듈(10) 및 엔진/유압 제어모듈(20)이 상호간에 데이터 통신을 수행하게 연결된다.

그리고 운전 모듈(10)은, 와이퍼에 관련된 장치들을 동작시키는 와이퍼 제어기(14)와, 운전자의 조작에 따른 신호를 입력시키는 스위치부(15)와, 경보음을 발생하는 경보부(16)와, 동작 상태를 표시하는 계기 표시부(17) 및 지시등(18)이 입력/출력 포트(13)를 통해 연결된다.

또한 엔진/유압 제어모듈(20)은, 엔진을 구동시키는 엔진 제어부(24)와, 유압 및 엔진의 구동에 따른 신호를 입력시키는 유압/엔진 신호 입력부(25)와, 릴레이 및 솔레노이드를 구동시키는 릴레이/솔레노이드 구동부(26)가 입력/출력 포트(23)를 통해 연결된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 중장비 제어 시스템은 운전자의 조작에 따라 스위치부(15)에서 출력되는 각종 스위치의 신호를 운전모듈(10)이 입력/출력 포트(13)를 통해 입력하고, 관련된 데이터는 통신 제어기(12)(22)를 통해 엔진/유압 제어모듈(20)의 주제어기(21)로 전송하며, 또한 엔진/유압 제어모듈(20)은 유압/엔진 신호 입력부(25)를 통해 입력되는 유압 및 엔진 제어의 관련 신호 데이터를 통신 제어기(22)(12)를 통해 운전모듈(1)로 전송한다.

운전 모듈(10)은 미리 정의되어진 어드레스에 따라 입력/출력 포트(13)를 통해 경보부(16), 계기 표시부(17) 및 지시등(18)을 동작시켜 중장비의 운전 상태를 운전자가 알 수 있도록 한다.

이를 위하여 엔진/유압 제어모듈(20)은, 운전 모듈(10)에서 전송된 지령에 따라, 유압/엔진 신호 입력부(25)의 신호를 주제어기(21)가 입력/출력 포트(25)를 통해 엔진 제어신호와 각종 릴레이 및 솔레노이드 제어신호들을 출력하고, 출력한 엔진 제어신호와 각종 릴레이 및 솔레노이드 제어신호에 따라 엔진 제어부(24)가 엔진의 구동을 제어하고, 릴레이/솔레노이드 구동부(26)가 릴레이 및 솔레노이드를 제어하여 각종 액츄에이터를 동작시킨다.

엔진 및 액츄에이터이의 구동에 따른 신호를 각종 센서들이 검출하고, 센서들이 검출한 데이터들을 엔진/유압 제어모듈(20)이 유압/엔진 신호 입력부(25)를 통해 입력하며, 운전모듈(10)과 공유하여야 할 데이터는 통신 제어기(22)를 통해 운전 모듈(10)로 전송한다.

본 발명에서 예시한 제어 시스템은 제어에 관한 전반적인 명령이나 시스템의 상태 표시를 나타내기 위한 역할을 운전모듈(10)에서 전담하고 있다.

운전 모듈(10)과 엔진/유압 제어보듈(20)의 2개로 구분하였으므로 이들 모듈(10)(20)의 연결구조는 전체적인 면에서 보았을 때, 포인트 투 포인트(POINT TO POONT)로 연결되며, 모듈(10)(20)간의 정보를 공유하기 위하여 복합전선 시스템의 일예인 CAN(Controlier Area Network) 콘트롤러를 사용하였는데, 이 CAN콘트롤러는 기존의 데이터 전송에서 오는 여러 가지의 한계를 극복하고,높은 데이터의 전송률과 발생되는 에러는 하드웨어적으로 처리하므로 데이터 전송 에러가 적으며, 안정성을 바탕으로 분산된 실시간(REAL TIME) 제어를 효율적으로 지원한다.

중장비의 기능이 다양하게 추가되는 현재의 추세에 따라 모듈의 수가 증가하게 되면, 정보 교환의 대역폭이 커지게 되는데, 이에 따라 동축 케이블이나 광케이블을 사용하여 스타(star)또는 버스(bus) 토폴로지(topology)를 사용하는 것이 적합하다.

CAN 콘트롤러는 소정의 인식(Identification) 신호를 사용하여 여러 모듈들이 있을 경우 자신의 메시지인가의 여부를 확인하고, 우선권을 부여하므로써 메시지가 충돌할 경우에 우선 순위가 높은 인식 신호를 가진 메시지가 계속 전송되고, 사용되는 모든 모듈들은 동등한 제어권을 가지는 멀티마스터(multi-master)의 원칙을 가지고 있다.

각각의 모듈(10)(20)의 주제어기(11)(21)는 수신된 패킷 데이터을 해석하고, 해석한 결과에 따라 모듈(10)(20)에 연결된 각종 액츄에이터를 동작시키는 제어알고리즘을 수행한다.

이러한 액츄에이터의 작동과 각종 센서로부터의 신호처리는 입력/출력 포트(13)(23)를 통해 입력 및 출력 처리하는 데, 획득된 각종 센서들의 데이터는 다른 모듈로 전송하기 위해 출력 포맷에 따라 하나의 데이터 프레임으로 구성된다.

그리고 주제어기(11)(21)에 통신을 위한 부하를 줄이기 위하여, 다른 모듈과 통신만을 전담하는 통신 제어기(13)(23)로 CAN 콘트롤러를 추가하였으며, 여기에서 패킷 데이터를 송신 및 수신하게 하였다.

도 2는 도 1에서 운전모듈(10) 및 엔진/유압 제어모듈(20)의 구성을 보인 블록도이다.

여기서, 주제어기(11)(21)는 6비트의 마이크로 프로세서를 사용하여 다른 모듈보다 많은 여러 종류의 신호들을 처리하고 16MHz의 수정발진기를 사용하여 속도적인 측면에서도 중장비에 사용하기에 적합하도록 하였다.

프로세서는 주메모리/입력 및 출력 소자(31)에 포함된 외부 램을 사용한다.

본 발명에서 메모리/입력 및 출력 소자(31)로 사용되는 칩 번호 'PSD302'는 2킬로 바이트의 램을 가지고 있으므로 신호 처리 알고리즘에서 내부적으로 처리해야 할 데이터나 플래그의 양들을 충분히 수용할 수 있다.

각각의 모듈은 서로 다른 모듈과 통신을 수행하여야 하고, 도 1의 스위치부(15)에서 입력되는 온/오프 신호들을 계속 감시하며, 경보부(16), 계기 표시부(17) 및 지시등(18)을 모두 동작시켜야 한다.

그러므로 각각의 모듈에서는 통신 제어기(12)(22)를 사용하여 주제어기(11)(21)의 통신 부하를 경감시키고, 효율이 향상되게 하였다.

제 1 통신제어기(121)(221) 및 제 2 통신 제어기(122)(222)는 전송된 데이터를 수신하게 되면, 주제어기(11)(21)로 인터럽트를 출력하고, 주제어기(11)(21)는 제 1 통신 제어기(121)(221) 및 제 2 통신 제어기(122)((222)의 인터럽트 신호를 입력하고, 입력한 인터럽트 신호에 따라, 제 1 통신 제어기(121)(221) 및 제 2 통신 제어기(122)((222)의 수신 버퍼에 있는 저장되어 있는 데이터를 메모리/입력 및 출력 소자(31)에 저장하게 된다.

본 발명에서는 도 2에 도시된 바와같이, 통신 제어기(12)(22)를 제 1 통신 제어기(121)(221) 및 제 2 통신 제어기(122)(222)로 2개를 사용하는 것은 시스템의 안정성을 위한 것으로서 하나의 통신 제어기가 오동작을 할 경우에 대기하고 있던 다른 통신 제어기로 데이터 통신을 수행하도록 하였다.

각각의 모듈(10)(20)에서는 많은 수의 입력 및 출력 신호를 사용하는 데 이들 신호중에서 아날로그 신호와 빠르게 처리해야 될 신호는 주제어기(10)(20)에 구비되어 있는 각각의 포트, 즉 아날로그/디지털 변환기(32)와, 중앙 처리 장치의 처리를 거치지 않는 HSI 및 HSO 단자들에 연결되어 사용된다.

그 외의 신호들은 메모리 맵 입력/출력(memory mapped Input/Output) 방식을 사용하여 메모리/입력 및 출력 소자(31)로 입력/출력 포트를 확장하였다.

메모리/입력 및 출력 소자(31)에서는 주제어기(11)(21)의 어드레스를 메모리/입력 및 출력 소자(31)인 'PSD302'에서 해독하여 제 1 통신 제어기(121)(221) 및 제 2 통신 제어기(122)(222)와, 각각의 아날로그 출력단에 출력 신호를 내보내기 위해 사용되는 디지털/아날로그 변환기(32)를 선택하는 제어 신호도 함께 발생한다.

또한, 각각의 모듈(10)(20)은 자체의 고유 기능을 수행하기 위한 프로그램이 메모리/입력 및 출력 소자(31)에 저장되어 있으므로 전원의 상태에 관계없이 모듈의 기본 기능을 기억하게 하였다.

본 발명은 전체 시스템의 구성에 있고, 현재 개별적인 모듈 구성 요소의 기능들을 충실히 수행할 수 있으며, 중장비 기능의 확장 및 변경을 충분히 할 수 있다는 점을 감안하여 16비트 마이크로 프로세서인 인텔(intel)사의 '80C196KC'를 사용하여 엔진/유압 제어모듈(20)를 설계하였다.

도 3에서는 운전모듈(10)과 엔진/유압 제어모듈(20)간에 전송되어야 할 신호를 보인 도표이다. 디지털 신호인 온/오프(ON/OFF)신호는 각각 1비트로 인식하고, 아날로그 신호의 경우는 현재 주제어기(11)(21)에 구비되어 있는 8비트의 아날로그/디지털 변환기를 사용하여 256개의 해상도를 가지는 디지털 신호로 변환한 후 전송한다.

도 3a는 운전모듈(10)에서 엔진/유압 제어모듈(20)로 전송되는 신호를 보인 도표로서, 이는 주로 운전자를 위한 각종 편의장치 및 운행을 위한 전기 계통과 직접 연결된 것이다.

먼저, 중장비를 운전하여 소정의 작업을 시작하기 위해 엔진을 구동시키는 시동 스위치를 온하면, 배터리 릴레이가 구동되어 연료 차단 솔레노이드에 전압을 걸고, 예열기의 제어기에 예열 시작신호를 주게 된다.

브레이커 스위치는 암석을 부수는 작업을 하기 위하여 브레이커 솔레노이드를 작동시킨다. 파워업스위치는 작업 도중에 파워를 잠시 증가시킬 필요가 있을 때 사용되는 스위치이다. 연료 예열 스위치는 연료를 예열시키기 위해서 사용되고, 엔진속도 제어장치는 아날로그 신호를 발생시켜 엔진의 회전수를 제어하는데 사용된다. 붐 속도 제어장치는 아날로그 신호를 발생시켜 붐을 상하로 움직이면서 좌우로 움직일 경우에 속도를 조절하기 위하여 사용된다.

작동되는 와이퍼모터 스위치, 워셔펌프 스위치, 주행독립 스위치, 브레이커 스위치 및 엔진시동 스위치의 신호를 입력받아 와이퍼 및 워셔펌프를 직접 구동시키고, +24V의 전원을, +12V으로 변환시켜 출력한다. 엔진에 관련된 붐/스윙 회전속도, 스위치 보드신호, 연료가열 스위치 및 브레이커와 파워 업 등의 신호를 엔진/유압 모듈(20)로 전송한다.

도 3b는 엔진/유압 제어모듈(20)에서 운전모듈(10)로 전송하는 신호들을 보인 도표이다. 엔진/유압 제어모듈(20)로부터 엔진 및 펌프에 관련된 센서 신호를 전송받고, 음성 경보장치를 구동하여 운전자에게 엔진 및 펌프의 상태를 인식시키며, 운전모듈(10)의 클러스터에 표시한다. 수위 온도 측정기는 엔진의 냉각수 온도 센서로부터 냉각수의 온도 정보(아날로그 신호)를 입력하여 게이지를 구동시키고, 음성 경보장치로 엔진이 과열되었음을 알린다. 시간 표시기는 아날로그 신호를 주파수/전압 변환기를 사용하여 장비의 가동시간을 보여준다.

충전기는 변환기의 출력단자로부터 신호를 입력받아 발전이 되지 않을 경우에 램프를 점등시키고, 음성 경보장치에 충전의 이상 여부를 출력하여 경보한다.

예열기는 온도 센서로부터 온/오프 신호를 입력받고, 시동 스위치의 온/오프 신호와 시간 표시기의 신호를 받아 음성 경보장치로 예열이 다 되었음을 알린다. 공기 청정기는 공기 청정기 센서의 압력이 높아지면 온상태로 되어 음성 경보장치에 이를 전송하게 된다.

도 3c는 엔진/유압 제어모듈(20)에서 운전모듈(10)로 전송하는 신호를 보인 도표이다.

중장비의 핵심 구성 부품인 엔진과 펌프에서, 엔진으로부터의 엔진 오일

압력과, 레벨 엔진 냉각수 온도 및 레벨과, 엔진 예열 작동 상태와 같은 엔진에 관련된 신호와 유압에 관련된 충전지의 충전 상태, 잔존하는 연료량 등의 유압관련 신호들을 검출하여 이를 운전모듈로 전공한다. 엔진오일 압력스위치는 엔진 오일의 압력이 낮아지면 오프되어 표시기의 램프를 소등시키고, 음성경보 장치로 혼 멜로디를 출력한다.

도 3d는 엔진/유압 제어모듈(20)이 운전모듈(10)로부터 전송받는 신호들을 보인 도표이다. 운전모듈(10)에서 스위치 보드, 엔진, 붐속도 제어신호, 펌프토출 압력신호, 엔진 회전수, 평상시 압력과 작업시의 압력 및 트로듈 위치센서들을 검출하여 장비의 작동과 관련된 엔진 제어량 및 펌프 토출유량 등을 제어한다.

도 3에 기재된 각각의 신호들은 운전모듈(10) 및 엔진/유압 제어모듈(20)에 구비되어 있는 통신 제어기(12)(22)에서 도 4와 같이 패킷 데이터로 구성되어 전송된다.

도 4에서는 도 3에서 정의한 신호들의 다중화 전송을 위하여 데이터를 할당된 크기의 수로 분할하고, 정해진 형식에 따라 형성한 데이터 블록을 나타낸 것이다. 도 4a는 운전모듈(10)에서 엔진/유압 제어모듈(20)로 전송하는 패킷 데이터의 구성을 보인 것이다.

여기서, 엔진속도 제어신호, 붐속도 제어신호 및 페달압력 센서신호는 아날로그 신호로서 각각 0 ∼ 5V까지 변환하는데 256가지의 분해능을 가지는 8비트 아날로그/디지털 변환을 거치도록 정의하였다. 이는 약 20mV의 분해능을 가지므로 충분히 사용할 수 있다.

그리고 시동 스위치는 신호의 종류에 따라 3비트를 할당하고, 나머지 신호들은 온/오프에 의해 작동이 가능하므로 1비트씩 할당하였다. 프로그램상의 편의를 위하여 입력포트에 들어오는 8비트를 한 번에 읽어들여 패킷 데이터를 구성하였고, 현재는 사용되지 않으나 필요한 기능이 추가되어 운전모듈(10)에서 엔진/유압 제어모듈(20)로 전송되어야할 신호들은 위해 예비 비트를 할당하였다.

이와 같이 정의된 패킷 데이터의 길이는 40비트로서 5바이크로 구성되고, 11개의 디지털 신호와 3개의 아날로그 신호로 구성된다.

도 4b는 엔진/유압 제어모듈(20)에서 운전모듈(10)로 전송되는 패킷 데이터의 구조를 보닌 것이다. 여기서 수위온도 센서와 주파수/전압 변환기를 통해 출력되는 R상의 나오는 시각파는 8비트를 할당하여 충분한 분해능을 갖도록 하였다.

엔진오일 압력스위치는 고전위 및 저전위의 2상태 논리연산을 수행하기 위하여 1비트로 할당하였고, 그외의 신호들도 1비트씩 할당하였다.

여기에서는 엔진/유압 제어모듈(20)에서 입력되는 신호들을 임의로 배열하였고 이와 같은 정의에 따라 패킷 데이터의 길이는 24비트 3바이트로서 7개의 디지털 신호의 2개의 아날로그 신호로 구성되고, 앞으로의 기능 확장을 위해 1비트의 예비 비트를 두었다.

운전모듈(10)과 엔진/유압 제어모듈(20)이 상호간에 데이터 전송을 위해서는 도 4와 같이 정의된 패킷 데이터를 적절한 절차에 따라 송신 및 수신해야 된다.

도 5와 도 6은 운전모듈(10)과 엔진/유압 제어모듈(20)이 상호간에 데이터 통신을 수행하는 과정을 보인 신호 흐름도로서 송신 및 수신을 수행하고 과정과, 운전모듈(10)과 엔진/유압 제어모듈(20)간의 데이터 통신에 있어 각 모듈(10)(20)의 고장이나 이상여부를 검출하는 기능을 통신 제어기(12)(22) 자체에서 수행한다. 이를 사용하므로써 본 발명은 데이터를 전송하는 데 따른 에러를 줄이고, 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되었다.

패킷 데이터를 전송하는 동작은 도 5에 도시된 바와 같이 단계(S10)에서 운전모듈(10) 및 엔진/유압 제어모듈(20)은 초기화 동작을 수행하고, 단계(S11)에서 전송할 신호가 있을 경우에 도 4의 도표와 같이 패킷 데이터를 구성한다.

전송할 패킷 데이터가 구성되면, 단계(S12)에서 메모리 및 입력/출력소자(31)의 램의 일부 영역에 패킷 데이터를 저장하고, 단계(S13)에서 송신 버퍼의 사용 여부를 확인 즉, 통신 제어기(12)(22)의 송신 버퍼에 전송할 패킷 데이터를 저장할 수 있는 지의 여부를 확인한다.

이 때, 송신 버퍼에 먼저 저장되어 있는 패킷 데이터들이 모두 전송되지 않고, 대기하고 있을 경우에는 단계(S11)에서 다시 입력 신호로부터 패킷 데이터를 구성하는 과정부터 반복 수행하고, 송신 버퍼가 비어있어 사용이 가능할 경우에는 단계(S14)에서 전송할 패킷 데이터를 송신 버퍼에 저장한다.

송신 버퍼에 전송할 패킷 데이터의 저장이 완료되면, 단계(S15)에서 송신 레지스터를 세트시켜 통신 제어기(12)(22)에 전송할 패킷 데이터가 있음을 알리고, 통신 제어기(12)(22)에서는 이를 인식하여 다른 모듈로 패킷 데이터를 전송하는 동작을 수행하게 된다.

통신 제어기(12)(22)에서는 데이터 전송을 계속 수행하고, 단계(S16)에서 패킷 데이터의 전송이 완료되면 다시 단계(S11)로 복귀하여 다음의 데이터를 전송할 준비를 한다.

운전 모듈(10)과 엔진/유압 제어보듈(20)은 상기한 도5와 같은 과정을 수행하여 모듈(10)(20)간의 데이터 전송을 수행하게 되는 데, 데이터를 전송하는 도중에 에러가 발생하게 되면, 통신 제어기(12)(22)가 자체적으로 에러를 인식하고, 통신 제어기(12)(22)에 포함되어 있는 에러 카운터를 증가시키면서 패킷 데이터를 송신한 모듈에 에러가 발생한 패킷 데이터를 다시 전송하도록 요구한다. 패킷 데이터를 송신하는 모듈(10)(20)의 통신 제어기(12)(22)에서는 에러가 발생한 패킷 데이터의 재전송 요구가 입력되면, 그 패킷 데이터를 다시 수신측 모듈(10)(20)로 전송하고, 수신측의 통신 제어기(12)(22)에서는 재 전송된 패킷 데이터를 에러가 발생됨이 없이 수신하게 될 경우에 에러 카운터의 값을 감소시켜 가는 기능을 수행하므로써 전송상의 에러를 방지한다.

패킷 데이터를 수신하는 동작은 도 6에 도시된 바와 같이, 운전 모듈(10) 및 엔진/유압 제어모듈(20)의 주제어기(11)(21)는 단계(S20)에서 통신 제어기(12)(22)가 수신 인터럽트를 발생시키는 지의 여부를 감시하여 수신된 패킷 데이터가 있는 지의 여부를 확인한다. 통신 제어기(12)(22)의 수신 버퍼에 패킷데이터가 입력되면, 통신 제어기(12)(22)는 수신 인터럽트를 주제어기(11)(21)로 출력하여 패킷 데이터가 수신되었음을 알리고, 주제어기(11)(21)에서는 인터럽트 신호가 발생하였을 경우에 단계(S21)에서 수신된 패킷 데이터를 통신 제어기(12)(22)의 수신 버퍼에서 리드하여 메모리 및 입력/출력 소자(31)의 램에 저장하고, 단계(S22)에서 통신 제어기(12)(22)의 수신 레지스터를 세트시키며, 단계(S23)에서 주제어기(11)(21)는 수신된 패킷 데이터를 해석하여 그에 따른 필요한 기능들을 수행하게 된다.

수신된 패킷 데이터의 처리가 완료되면, 통신 제어기(12)(22)의 수신 레지스터를 리세트시켜 다음의 패킷 데이터를 수신할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 중장비의 제어 시스템을 2개의 모듈(10)(20)로 구분하므로 네트워크의 구조를 모듈(10)(20)별로 보게 되면, 포인트 투 포인트로 구성되어 있고, 통신 제어기(12)(22)로 CAN 콘트롤러를 사용하여 데이터 통신을 하면서 발생되는 에러를 하드웨어적으로 직접 처리함으로써 시스템의 성능과 신뢰성을 향상시키는데 큰 역할을 담당하고 있다.

그리고 메모리 및 입력/출력 소자(31)로 'PSD302'를 사용하므로 모듈(10)(20)의 구성이 매우 간단하게 되고, 고장 진단 및 수리에 있어서 편리함을 제공한다.

또한 시스템의 성능 향상과 기능의 추가를 위하여 모듈의 수가 증가하게 되면, 네트워크의 구조를 버스 형이나 스타 형으로 사용할 수 있고, 모듈의 설계를 변경할 경우에는 서로 다른 모듈에 의한 영향을 받지 않으므로 해당 모듈만을 변경하여 시스템을 재구성할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 패킷 전송 방식으로 데이터를 전송하므로 배선 선로를 효율적으로 사용할 수 있고, 기능의 확장이 매우 용이하게 되며, 조립이 편리하고 기능의 추가와 확장시 별도의 전신을 추가하지 않고, 해당되는 모듈만을 수정 설계하면 된다.

그리고 각각의 모듈은 서로로 독립된 기능을 수행하면서 모듈간에 필요한 정보를 공유하므로 각각의 구동 수단을 제어하는 것이 간단하고, 통합된 환경에서 보다 효율적인 시스템을 구성할 수 있으며, 모듈화된 구조로 시스템을 정비할 경우에 각기 개별적인 모듈의 자체적 기능 진단과 원인 분석의 기능까지 수행하므로 고장이 발생하였을 경우에 조치방법까지 제시할 수 있다. 또한 각각의 모듈은 중장비가 위치된 장소에 관계없이 정상으로 동작하므로 작업 환경이나 기능에 따라 적절한 위치에 부착하여 시스템을 정상적으로 구동시킬 수가 있다.

도 1은 본 발명의 중장비 제어 시스템의 구성을 보인 블록도.

도 2는 도 1의 운전 모듈 및 엔진/유압 제어모듈을 보인 상세 블록도.

도 3a는 운전 모듈로 입력되는 신호를 보인 도표.

도 3b는 운전 모듈의 출력신호를 보인 도표.

도 3c는 엔진/유압 제어모듈의 입력신호를 보인 도표.

도 3d는 엔진/유압 제어모듈의 출력신호를 보인 도표.

도 4a는 엔진 모듈에서 엔진/유압 제어모듈로 출력하는 패킷 데이터의 구조를 보인 도표.

도 4b는 엔진/유압 제어모듈에서 엔진 모듈로 출력하는 패킷 데이터의 구조를 보인 도표.

도 5는 운전 모듈과 엔진/유압 제어모듈이 패킷 데이터를 송신하는 동작을 보인 신호 흐름도.

도 6은 운전 모듈과 엔진/유압 제어모듈이 패킷 데이터를 수신하는 동작을 보인 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 운전 모듈

11, 21 : 주제어기

12, 22 : 통신 제어기

13, 23 : 입력/출력 포트

14 : 와이퍼 제어기

15 : 스위치부

16 : 경보부

17 : 계기 표시부

18 : 지시등

20 : 엔진/유압 제어모듈

24 : 엔진 제어부

25 : 유압/엔진 신호 입력부

26 : 릴레이/솔레노이드 구동부

31 : 메모리 및 입력/출력 소자

32 : 디지털/아날로그 변환기

121, 122 : 제 1 통신 제어기

122, 222 : 제 2 통신 제어기

Claims (7)

1. 중장비의 전장부를 설치된 위치 및 기능에 따라 각각 독립된 모듈로 분리하고, 독립된 모듈이 상호간에 데이터 통신을 수행하면서 정보를 공유하고, 상기 독립된 모듈은 입력되는 신호와 상기 데이터 통신을 수행하여 공유하는 정보에 따라 전장부를 독립적으로 제어하는 것이고,

   독립된 모듈(10,20)은,

   신호의 입력, 데이터 통신 및 전장부의 동작을 제어하는 주제어기(11,21)와,

   주제어기(11,21)의 제어에 따라 독립된 모듈(10,20)과 상호간에 데이터 통신을 수행할 수 있도록 복수개로 형성하되, 하나의 통신 제어기로 통신을 수행하며, 통신을 수행하는 통신 제어기에 이상이 발생할 경우 다른 하나의 통신 제어기로 통신을 수행하게 되는 통신 제어기(12,22)와,

   데이터를 입력 및 출력하는 입력/출력 포트(13,23)와,

   주제어기(11,21)의 제어에 따라 처리할 데이터를 저장하고 출력하는 메모리/입력 및 출력소자(31)와,

   주제어기(11,21)의 제어에 따라 출력할 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기(32)로 구성되는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 데이터 통신은 전송 데이터를 패킷 데이터로 형성하여 전송하는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 데이터 통신은 광 화이버를 사용하고, 버스 형으로 수행하는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 데이터 통신은 광 화이버를 사용하고, 스타 형으로 수행하는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 데이터 통신은 전송할 데이터를 패킷 데이터로 형성하여 저장하고, 송신 버퍼의 사용이 가능할 경우에 상기 패킷 데이터를 송신 버퍼에 저장한 후 송신하는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.
6. 청구항 1에 있어서, 데이터 통신은 수신 인터럽트가 발생할 경우에 수신 패킷 데이터를 입력하고 수신 레지스터를 세트시킨 후 처리하며, 패킷 데이터의 처리가 완료될 경우에 수신 레지스터를 리세트시키는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.
7. 청구항 8에 있어서, 수신 데이터에 에러가 발생하였을 경우에 패킷 데이터의 재전송을 요청하여 재전송 받는 것을 특징으로 하는 중장비의 제어 시스템.