KR100564235B1 - 알티유(ｒｔｕ)의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어장치와 방법 - Google Patents

알티유(ｒｔｕ)의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어장치와 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력 감시 시스템 또는 분산처리 제어 시스템에서 사용하고 있는 RTU(Remote terminal unit)의 마이크로 콘트롤러에 관한 것으로서, 분산처리 요구되는 플랜트 공정의 압력이나 유량, 액위, 성분의 투입 및 공정제어를 하기 위한 수치들을 지시하고, 처리하기 위하여 사용하는 입력, 출력 장치와 제어방법에 관한 것이다.
종래에는 RTU에 마이크로 콘트롤러가 1개 혹은 2개가 구비되어, 상기 마이크로 콘트롤러에 이상발생시 RTU의 동작 불능 상태가 되거나, 수동으로 서브 마이크로 콘트롤러로 절체를 하여야 해서 운용자가 운용함에 있어 불편함을 초래하고 신속한 고장조치에 상응하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 마이크로 콘트롤러를 이중으로 구성하여, 메인으로 동작하는 주 마이크로 콘트롤러의 이상 동작으로 인하여 문제가 발생하면 서브 마이크로 콘트롤러로 모든 기능을 자동으로 절체할 수 있도록 하여, 전반적인 기기의 오동작에 대한 신뢰도를 향상시키고, 이에 따른 기기의 효율적인 제어를 가능하게 한다.
RTU, 마이크로 콘트롤러.

Description

알티유(ＲＴＵ)의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어장치와 방법{Dual control appratus and method of micro controller in RTU}
도 1은 본 발명 RTU의 평면도.
도 2는 일반적인 마이크로 콘트롤러 구조를 보인 블록도.
도 3는 본 발명 RTU의 메인 마이크로 콘트롤러와 서브 마이크로 콘트롤러의 중재 구성을 보인 블록도.
도 4는 본 발명 RTU의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어 과정을 나타낸 플로우 챠트.
본 발명은 RTU(Remote terminal unit)의 마이크로 콘트롤러(CPU) 2중화 제어장치와 방법에 관한 것으로서, 마이크로 콘트롤러를 2중으로 구성하여 메인으로 동작하는 메인 마이크로 콘트롤러의 이상 동작으로 인하여 문제가 발생하면 예비로 구성된 서브 마이크로 콘트롤러가 메인 마이크로 콘트롤러의 모든 기능을 자동으로 절체할 수 있도록 하여, 전반적인 기기의 오동작을 방지하도록 한 RTU의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어장치와 방법에 관한 것이다.
일반적으로, RTU는 중앙국 또는 감시국 상황실의 주컴퓨터에서 각종 내용의 데이터를 소정의 통신 인터페이스를 통해 전달받아 각종 센서를 제어하고, 현장에서 계측한 다양한 데이터를 중앙국에 전달하는 일종의 제어장치이다.
종래의 RTU는 마이크로 콘트롤러가 1개 혹은 2 개가 구비되어, 상기 마이크로 콘트롤러에 이상발생시 RTU의 동작 불능 상태가 되거나, 수동으로 서브 마이크로 콘트롤러로 절체를 해서 운용자가 운용함에 있어 불편함을 초래하고 신속한 고장조치에 상응하지 못하는 문제점이 있었다.
이에 본 발명에서는 RTU에 2개의 마이크로 콘트롤러를 구비하고, 상기 2개의 마이크로 콘트롤러가 상호 동작 상태를 인지할 수 있는 신호를 교환함으로써, 메인 마이크로 콘트롤러의 상태를 서브 마이크로 콘트롤러에서 인식하여, 메인 마이크로 콘트롤러에 문제가 발생하더라도 자동으로 서브 마이크로 콘트롤러로 모든 기능이 절체되어 전반적인 기기의 오동작에 대한 신뢰도를 향상시키고, 이에 따른 기기의 효율적인 제어를 가능하게 한 것이다.
상기와 같은 목적을 갖는 본 발명의 구성 및 동작을 첨부된 도면 도 1~도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 일반적인 마이크로 콘트롤러의 내부 구조를 보인 블럭도이다.
시스템 버스(Sys bus)로부터 각각의 카드 어드레스 및 채널 어드레스를 입력받은 래치(L1)는 칩셀렉트 신호(CS1)의 의해 버퍼(B1)에 출력, 버퍼(B1)는 외부 입 출력 버스(Local I/O Bus)를 통하여 각각의 카드에, 해당하는 카드 어드레스 및 채널 어드레스를 출력한다.
시스템 버스(Sys bus)로부터 카드 응답신호를 입력받은 버퍼(B2)는 입출력 제어신호(IO-ACS : In/Out Access Control Signal)에 의해 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)에 각각의 카드의 응답신호를 출력한다.
이후, 제어하는 대상인 각각의 카드의 응답을 검사하여, 그후 응답한 카드는 설정된 자신의 신호를 출력하여 마이크로 콘트롤러에 자신의 카드 타입을 알리게 되고, 시스템 버스(Sys Bus)로부터 각각의 카드에 해당하는 데이터를 입력받아 제어 명령신호(R/W CMD)에 의해 제어 동작하게 된다.
즉, 마이크로 콘트롤러를 내부 입출력 제어신호의 레벨이 로우(Low)일 때 동작하는 로우 액티브(Low Active)로 설정하여, 시스템 전체의 데이터 및 어드레스 신호들을 입??출력하는 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)를 점유, 제어하는 대상인 각각의 디지털 입/출력 카드, 아날로그 입/출력 카드, 펄스 입/출력의 응답을 검사하고, 그후, 응답한 카드는 설정된 코드를 마이크로 콘트롤러에 출력하여 자신이 어떤 유형의 카드인가를 마이크로 콘트롤러에서 분석토록 한다.
이후 해당카드는 RTU 보드에서 시스템 리셋 또는 이중화 절체가 되지 않는한 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)를 점유하고, 삽입된 각각의 입/출력 카드의 데이터를 제어한다.
그러나, 상기 정상 운용되던 마이크로 콘트롤러의 이상동작으로 장비에 문제가 발생하면 서브 마이크로 콘트롤러에 자동으로 절체가 되는바,
마이크로 콘트롤러가 리셋동작 또는 워치독(Watch dog)발생시, 두 마이크로 콘트롤러 모두가 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)에 접근할 수 없도록 하고, 또는 두 마이크로 콘트롤러가 동시에 기동했을 때 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)의 접근 우선 순위를 두 개의 마이크로 콘트롤러가 삽입되는 RTU 후면의 점퍼(Jumper)핀을 이용하여 주로 동작하는 메인 마이크로 콘트롤러와, 부로 동작하는 서브 마이크로 콘트롤러를 구분한다.
즉, 도 1에서 마이크로 콘트롤러가 삽입되는 첫 번째 채널의 후면에 항상 메인(Main)이 되도록 점퍼를 설정하고, 두 번째 채널의 후면에 항상 서브(Sub)가 되도록 점퍼를 설정함으로써, 마이크로 콘트롤러가 실장되는 첫 번째 채널의 마이크로 콘트롤러는 무조건 메인으로 동작하게 되며, 두 번째 채널의 마이크로 콘트롤러는 서브로 동작하게 된다.
상기의 메인과 서브 마이크로 콘트롤러의 구분방법, 메인 마이크로 콘트롤러와 서브 마이크로 콘트롤러의 절체 과정 및 그 구성을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 RTU의 메인 마이크로 콘트롤러와 서브 마이크로 콘트롤러의 중재 구성을 보인 블럭도이다.
시스템의 백플레인(Back plane)상에 구비되어 실장되는 위치에 따라 마이크로 콘트롤러의 메인과 서브로 동작하는 우선 순위를 결정하는 우선 순위 결정 수단(도면에 표시안됨)과,
시스템 버스(SYS Bus)로부터 동작 신호를 읽어들여 상기 동작 신호를 칩셀렉 트 신호(CS3,CS13)에 의해 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1,IO-ACC11)에 공급하는 래치(L2,L12)와,
상기 래치(L2,L12)에서 공급하는 신호를 입력받아 서로 상대방 마이크로 콘트롤러(CPU1,CPU2)의 입력포트(E1,E11)에 크로스 하여 출력하는 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1,IO-ACC11)와,
상기 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1,IO-ACC11)에서 피드백 하여 상기 래치(L2,L12)에서 출력하는 값을 저장, 마이크로 콘트롤러(CPU1,CPU2)가 자신의 비지(BUSY)상태를 감시할 수 있도록 하는 피드백 수단(A1,A11)과,
서로 상대방의 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1,IO-ACC2)에서 출력하는 동작신호를 공급받아 칩셀렉트 신호(CS4,CS14)에 의해 동작 감지 수단(A2,A12)에 상기 동작신호를 공급하는 입력포트(E1,E11)와,
상기 입력포트(E1,E11)에서 입력받은 신호를 저장하여 두 마이크로 콘트롤러(CPU1,CPU2)가 상대방의 동작을 감시할 수 있도록 하는 동작 감시 수단(A2,A12)과,
상기 래치(L2,L3)를 감시하여 이상 발견시 리셋 신호 발생하여 래치(L2,L12)를 리셋 시켜 마이크로 콘트롤러의 시스템을 초기화시키는 리셋부(1,11)로 구성된다.
상기 마이크로 콘트롤러(CPU1,CPU2)는 삽입과 동시에 실장되는 위치에 따라 동작 우선 순위 결정 수단에 의해 메인으로 동작하는 마이크로 콘트롤러와 예비로 동작하는 마이크로 콘트롤러가 구분되는 바,
도 3에서 좌측에 위치하는 마이크로 콘트롤러(CPU1)를 메인(Main)으로, 우측에 위치하는 마이크로 콘트롤러(CPU2)를 서브(Sub)로 가정하여 동작을 설명하면 다음과 같다.
메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)에서,
래치(L2)는 시스템 버스로부터 동작신호를 읽어 들여 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1)에 칩셀렉트 신호(CS3)에 의해 동작신호를 공급한다.
입출력 제어 핀단자(IO-ACC1)는 입력받은 동작신호를 피드백 수단(A1)에 피드백하고, 서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)의 입력포트(E11)에 공급한다.
입력포트(E11)에 공급된 메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)의 동작신호는 칩셀렉트 신호(CS14)에 의해 동작 감시 수단(A12)에 전달되는데, 서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)는 상기 동작 감시 수단(A12)의 값을 읽어 메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)의 동작상태를 판단하게 된다.
또한, 상기 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1)에서 피드백된 값을 메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)는 읽어들여, 자신의 동작 상태를 감시하게 된다.
즉, 로우 엑티브(Low Active)방식으로 설정하여 정상 동작시,
시스템 버스(SYS Bus)의 신호레벨은 로우가 되어 래치(L2)의 출력단도 로우, 입출력 제어 핀단자(IO-ACC1)의 출력단도 로우가 된다.
이에 서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)의 입력포트(E12)도 로우가 되어 동작 감시 수단(A12)의 레벨 또한 로우가 된다.
서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)는 소정의 설정된 칩셀렉트 신호(CS14)의 사이 클에 의해 동작 감시 수단(A12)의 신호레벨을 읽어들인 결과 로우 레벨이므로 메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)의 동작상태를 정상상태로 인식하게 된다.
서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)에서,
메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)가 정상동작 하므로, 서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)의 래치(L12)는 시스템 버스로부터 하이레벨의 신호를 입력받아 입출력 제어 핀단자(IO-ACC11)로 공급한다.
입출력 제어 핀단자(IO-ACC11)는 상기 하이레벨의 신호를 메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)의 입력포트(E1)에 공급하여, 칩셀렉트 신호(CS4)에 의해 동작 감시 수단(A2)에 출력하게 된다.
메인 마이크로 콘트롤러(CPU1)는 소정의 설정된 칩셀렉트 신호(CS4)의 사이클에 의해 동작 감시 수단(A2)의 레벨을 읽어들인 결과, 신호레벨이 하이이므로, 피드백 수단(A1)의 레벨과 동작 감시 수단(A2)의 레벨을 인식하여 서브 마이크로 콘트롤러(CPU2)가 동작하지 않고 있음을 인식하게 된다.
한편, 상기 래치(L2,L12)의 이상동작으로 시스템에 문제 발생시, 리셋부(1,11)에서 감지, 리셋 신호를 발생시켜 시스템을 초기화 하게 된다.
상기와 같은 동작을 하는 본 발명의 실시예를 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명 RTU의 마이크로 콘트롤러의 2중화 제어 과정을 나타낸 플로우 챠트이다.
RTU에 삽입된 마이크로 콘트롤러가 자신이 메인 마이크로 콘트롤러인가를 판 단하는 과정과,
상기 과정에서 판단결과 메인 마이크로 콘트롤러이면 제어 대상 카드들과의 통신이 양호한가를 판단하는 과정과,
상기 판단과정에서 제어 대상 카드들과의 통신이 양호하면 데이터를 각각의 입출력 카드에 공급, 데이터를 처리하고 서브 마이크로 콘트롤러에 자신의 동작상태(Heart beat)를 알리는 신호를 전송하고, 상기 데이터 처리 동작을 반복 수행하는 과정과,
상기 제어 대상 카드들과의 통신이 양호한가를 판단하는 과정에서 양호하지 않으면 통신 구동신호를 재설정하며, 리셋 신호를 발생시켜 자신의 시스템을 리셋시키는 과정과,
상기 RTU에 삽입된 마이크로 콘트롤러가 메인 마이크로 콘트롤러인가를 판단하는 과정에서 메인 마이크로 콘트롤러가 아니면 메인 마이크로 콘트롤러의 동작신호(Heart beat) 수신 여부를 판단하는 과정과,
상기 메인 마이크로 콘트롤러의 동작신호(Heart beat) 수신 여부를 판단하는 과정에서 수신되지 않으면 메인 마이크로 콘트롤러의 기능을 절체, 데이터를 처리하는 동작을 반복 수행하는 과정의 수순으로 이루어진다.
본 발명은 RTU의 마이크로 콘트롤러를 이중으로 구성하여, 상기 두 개의 마이크로 콘트롤러가 상호 동작상태를 감시하여 메인으로 동작하는 마이크로 콘트롤러의 이상 발생시, 부 마이크로 콘트롤러가 자동으로 주 마이크로 콘트롤러의 기능을 절체하여 동작을 수행하도록 함을 특징으로 한다.
마이크로 콘트롤러가 삽입되는 첫 번째 채널의 후면에 항상 메인이 되도록 점퍼를 설정하고, 두 번째 채널의 후면에 항상 서브가 되도록 점퍼를 설정하여 RTU에 마이크로 콘트롤러(CPU1,CPU2)를 삽입과 동시에 마이크로 콘트롤러는 자신이 메인으로 동작하는 마이크로 콘트롤러인지, 서브로 동작하는 마이크로 콘트롤러인지를 판단하게 된다.
메인 마이크로 콘트롤러이면 제어 대상 카드들과의 통신이 양호한가를 판단하여, 양호하면 각각의 카드들에 해당하는 데이터를 해당 입/출력 카드에 공급, 데이터를 처리하고 서브 마이크로 콘트롤러에 자신의 동작 상태를 알리는 신호를 전송하고 상기 데이터 처리 동작을 반복 수행하게 된다.
그러나, 이상현상이 발생하여 제어 대상 카드들과의 통신이 양호하지 않으면 소정의 설정된 딜레이 타임을 주고, 설정된 딜레이 타임후에도 통신이 양호하지 않으면 상기 제어 대상 카드들과의 통신 구동신호를 재 설정하고 리셋 신호를 발생하여 시스템을 리셋 시킴과 동시에,
서브 마이크로 콘트롤러는 상기 메인 마이크로 콘트롤러의 동작상태 신호(Heart beat)를 감지하여 메인 마이크로 콘트롤러의 이상 현상을 인식, 메인 마이크로 콘트롤러의 기능을 절체하여 서브 마이크로 콘트롤러가 메인 마이크로 콘트롤러의 기능을 수행하게 된다.
또한, 주로 동작하는 메인 마이크로 콘트롤러가 리셋신호 발생시, 두 마이크로 콘트롤러 모두가 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)에 접근할 수 없도록 하고, 또는 두 마이크로 콘트롤러가 동시에 기동했을 때 외부 입출력 버스(Local I/O Bus)의 접근 우선 순위를 두 개의 마이크로 콘트롤러가 삽입되는 RTU 후면의 점퍼(Jumper)핀을 이용하여 메인과 서브를 구분, 상기 두 개의 마이크로 콘트롤러가 상호 동작상태를 감시하여 메인으로 동작하는 마이크로 콘트롤러의 이상 발생시 서브 마이크로 콘트롤러로 모든 기능을 자동으로 절체하여 전반적인 기기의 안정성을 도모한 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 RTU의 마이크로 콘트롤러를 이중으로 구성하여, 메인으로 동작하는 메인 마이크로 콘트롤러의 이상 동작으로 인하여 문제가 발생하면 서브 마이크로 콘트롤러로 모든 기능을 절체하여, 전반적인 기기의 오동작에 대한 신뢰도를 향상시키고, 이에 따른 기기의 효율적인 제어를 가능하게 한다.

Claims (3)

  1. 시스템의 백플레인(Back plane)상에 구비되어 실장되는 위치에 따라 마이크로 콘트롤러의 메인과 서브로 동작하는 우선 순위를 결정하는 우선 순위 결정 수단과, 시스템 버스에서 공급하는 신호를 입력받아 서로 상대방 마이크로 콘트롤러의 입력포트에 크로스 하여 출력하는 입출력 제어 핀단자와, 서로 상대방의 입출력 제어 핀단자에서 출력하는 동작신호를 공급받아 칩셀렉트 신호에 의해 동작 감지 수단에 상기 동작신호를 공급하는 입력포트와, 상기 입력포트에서 입력받은 신호를 공급받아 두 마이크로 콘트롤러가 상대방의 동작을 감시할 수 있도록 하는 동작 감시 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 RTU의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서, 시스템 버스로부터 동작 신호를 읽어 들여 상기 동작 신호를 칩셀렉트 신호에 의해 입출력 제어 핀단자에 공급하는 래치와, 상기 입출력 제어 핀단자에서 피드백 하여 상기 래치에서 출력하는 값을 저장, 마이크로 콘트롤러가 자신의 비지상태를 감시할 수 있도록 하는 피드백 수단과, 상기 래치를 감시하여 이상 발견시 리셋 신호 발생하여 래치를 리셋 시켜 마이크로 콘트롤러의 시스템을 초기화시키는 리셋부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RTU의 마이크로 콘트롤러의 2중화 제어장치.
  3. RTU에 삽입된 마이크로 콘트롤러가 백플레인상의 설정된 점퍼값을 읽어들여 자신이 메인 마이크로 콘트롤러인가를 판단하는 과정과, 상기 판단결과 메인 마이크로 콘트롤러이면 제어 대상 카드들과의 통신이 정상인가를 판단하는 과정과, 상기 판단결과 제어 대상 카드들과의 통신이 정상이면 데이터를 각각의 입출력 카드에서 처리하고 서브 마이크로 콘트롤러에 자신의 동작상태(Heart beat)를 알리는 신호를 전송하는 과정과, 상기 제어 대상 카드들과의 통신이 정상인가를 판단하는 과정에서 정상적이지 않으면 통신 구동신호를 재설정하며, 리셋 신호를 발생시켜 자신의 시스템을 리셋시키는 과정과, 상기 RTU에 삽입된 마이크로 콘트롤러가 메인 마이크로 콘트롤러인가를 판단결과 메인 마이크로 콘트롤러가 아니면 메인 마이크로 콘트롤러의 동작신호(Heart beat)가 수신 여부를 판단하는 과정과, 상기 메인 마이크로 콘트롤러의 동작신호(Heart beat) 수신 여부 판단결과, 수신되지 않으면 메인 마이크로 콘트롤러의 기능을 절체, 메인 마이크로 콘트롤러의 동작신호(Heart beat)가 입력될 때까지 데이터를 처리하고 상기 메인 마이크로 콘트롤러의 동작신호(Heart beat)의 수신여부를 판단하는 동작을 반복 수행하는 과정의 수순으로 이루어짐을 특징으로 하는 RTU의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어방법.
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