KR100602198B1 - 서로 다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 네트워크시스템을 통합할 수 있는 게이트웨이(Gateway) 시스템에서 호스트장치에 특정 필드버스가 추가될 경우 해당하는 필드버스 인터페이스 카드를 장착하므로서 구현되는 게이트웨이 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 복수개이상의 서브노드(11, 12, 13)를 포함하는 프로피버스노드(10)와, 복수개이상의 독립노드(21, 22, 23)를 포함하는 캔노드(20)와, 호스트장치(30)를 포함하는 통합네트워크 시스템에 있어서, 상기 호스트장치(30)는 상기 프로피버스노드(10)의 입출력신호를 전달하는 프로피버스 인터페이스(32)와; 상기 캔노드(20)의 입출력신호를 전달하는 캔 인터페이스(33)와; 상기 프로피버스노드(10)의 출력신호를 상기 캔노드(20)의 프로토콜에 적합한 데이타프레임으로 데이타맵핑하고, 상기 캔노드(20)의 출력신호를 상기 프로피버스노드(10)의 프로토콜에 적합한 데이타프레임으로 데이타맵핑하는 제어부(31)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

프로피버스, 캔, 게이트웨이장치

Description

서로 다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템 및 그 방법{Integration gateway system of a different field bus and the method}

도 1은 본 발명에 따른 서로 다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템을 나타낸 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 호스트장치를 나타낸 블럭도,

도 3 본 발명에 따른 서로다른 필드버스의 통합게이트웨이시스템의 구동방법을 나타낸 순서도,

도 4는 본 발명에 따른 프로피버스의 관점에서의 데이타맵핑을 나타낸 테이블,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 게이트웨이관점에서의 데이타맵핑을 나타낸 테이블이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 프로피버스노드 11, 12, 13 : 서브노드

32 : 프로피버스 인터페이스 321 : 송신버퍼

322 : 수신버퍼 323 : 마스터제어부

20 : 캔노드 21, 22, 23 : 독립노드

30 : 호스트장치 31 : 제어부

33 : 캔 인터페이스 331 : 송신버퍼

332 : 수신버퍼

본 발명은 게이트웨이 시스템에 관한것으로써, 상세하게는 서로 다른 방식의 네트워크에 대한 호환성을 높임으로써 통합 환경의 네트워크시스템을 구축할 수 있는 서로 다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 제조업을 둘러싸고 있는 환경이 크게 바뀌고, 생산시스템의 글로벌화가 진행되면서 생산라인의 감시/제어에서 정보전송에 이르기까지 모든 정보를 통합시키기 위한 네트워크 시스템의 중요성이 날로 증가하고 있다. 그러나 제조시스템의 종류가 다양하고 이러한 제품들의 제작사들 간의 통신 호환성이 없어 통합환경의 네트워크 시스템을 구축하는데 어려움이 많다. 그래서 많은 필드버스(Fieldbus)제조업체들이 표준화의 필요성을 느끼고 1990년대 초반부터 표준화 작업을 진행해 왔으나 여러가지 기술적인 문제와 이해 관계로 명쾌한 결론을 내리지 못하고 있다.

오늘날 디지털 통신기술은 날로 발전하고 있고, 미래형공장은 네트워크구축이 필수적이다. 따라서, 그 대안으로 서로 다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템은 다음과 같은 종류가 있다.

먼저, 가장 일반적인 형태로써 여러 필드버스 시스템(Fieldbus System)을 시리얼 인터페이스나 이더넷망으로 연결시켜 게이트웨이 시스템(Gateway System)을 구현하는 방법이 있다. 또 다른 방법으로는 특정필드들이 독립된 보드안에 내장된 형태로 개발된 게이트웨이 시스템이 존재하며, 이는 대한민국 특허공개2003-60585호에 개시된 바와 같다.

즉, 종래의 기술에서는 서로다른 네트워크를 통합시키는 별도의 게이트웨이 시스템으로 구성되며, 이는 공장자동화 네트워크 시스템을 구축하는데 있어 생산설비의 교체나 증설에 있어 기존에 설치되어 있는 필드버스와의 호환을 위해 특정필드버스간의 인터페이스장치를 구비해야 되므로 비용이 증가되는 문제점이 있다.

따라서 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은 서로다른 네트워크시스템을 통합할 수 있는 게이트웨이(Gateway) 시스템에서 호스트장치에 특정 필드버스가 추가될 경우 간단하게 슬롯상에 해당하는 필드버스 인터페이스 카드를 장착하므로서 저렴한 비용으로써 구현되는 게이트웨이 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 아날로그 및 디지털 제어점의 데이타를 수집, 가공, 입/출력 처리하는 복수개이상의 서브노드를 포함하는 프로피버스노드와, 독립 컨트롤러를 구비하여 각각의 데이타를 입출력 처리하는 복수개이상의 독립노드를 포함하는 캔노드와, 상기 프로피버스노드 및 캔노드의 입출력데이타를 상호전달하는 호스트장치를 포함하는 통합네트워크 시스템에 있어서, 상기 호스트장치는 상기 프로피버스노드의 입출력신호를 전달하는 프로피버스 인터페이스와; 상기 캔노드의 입출력신호를 전달하는 캔 인터페이스와; 상기 프로피버스노드의 출력신호를 상기 캔노드의 프로토콜에 적합한 데이타프레임으로 데이타맵핑하고, 상기 캔노드의 출력신호를 상기 프로피버스노드의 프로토콜에 적합한 데이타프레임으로 데이타맵핑하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프로피버스 인터페이스는 상기 서브노드에서 필드버스 전송매체의 사용권을 제어하는 마스터노드인것을 특징으로 한다.

또는, 서로다른 필드버스 네트워크시스템을 통합하는 통합네트워크시스템의 구동방법에 있어서, 서로다른 필드버스 네트워크시스템을 초기화하는 단계와 게이트웨이장치를 온하여 대기모드로써 구동하는 대기모드단계와; 서로 다른 필드버스 네트워크 시스템으로부터 타 네트워크의 데이타가 요청되는 지를 판단 하는 단계와; 상기 단계에서 타 네트워크의 데이타 송신요청이 있으면 해당 네트워크의 노드로부터 해당 데이타를 추출하고 이를 송신버퍼(321, 331)에 일시저장하는 송신버퍼저장단계와; 상기 송신버퍼저장단계에서 저장된 데이타프레임에서 I/O데이타를 추출하는 단계와; 상기 단계에서 추출된 송신측 I/O데이타를 수신측 네트워크의 데이타프레임의 I/O데이타필드에 구성하는 데이타맵핑단계와; 상기 단계에서 변환된 데이타를 해당 노드에 전달하는 데이타송신단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 데이타맵핑단계는 상기 송신버퍼에 저장된 송신측 네트워크의 데이타프레임에서 I/O데이타만을 추출하여 수신측 네트워크의 데이타프레임의 I/O데이타필드에 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이타맵핑단계는 송신측 네트워크의 데이타프레임에서 적어도 하나이상의 바이트를 에러비트, 시작비트 및 정지비트를 갖는 헤더부로써 수신측 네트워크의 데이타프레임으로 변환하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 서로다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템을 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 복수개이상의 서브노드(11, 12, 13)가 포함되는 프로피버스노드(10)와 복수개이상이 독립노드(21. 22. 23)가 포함되는 캔노드(20)는 공통의 호스트장치(30)에 연결된다.

상기 호스트장치(30)는 윈도우기반의 PC로써 상기 프로피버스노드(10)에서 출력되는 데이타를 상기 캔노드(20)에 맞도록 데이타를 변환하는 데이타맵핑을 실시하여 상기 캔노드(20)에 전달하거나 또는 캔노드(20)에서 출력된 데이타를 상기 프로피버스노드(10)에 맞도록 데이타를 맵핑하여 상기 프로피버스노드(10)에 전달하므로써 게이트웨이장치로써 구동한다.

즉, 호스트장치(30)는 게이트웨이장치로써 캔(CAN, Controlled Area Network)과 프로피버스(Profibus)와의 데이타 송수신을 위해 상호간의 프로토콜을 해독하여 필요한 데이타만을 캡춰하여 수신측의 프로토콜에서 정의된 데이타프레임으로 변환시키는 데이타맵핑을 시행한다.

또한 상기 프로피버스노드(10)로써 복수개이상의 서브노드(11, 12, 13)와 상 기 서브노드(11, 12, 13)의 필드버스 전송매체의 사용권을 제어하는 마스터노드(Master Node)가 구비된다. 상기 마스터 노드는 전체 노드들 사이, 예를들면, 제 1 내지 제 3 서브노드(11, 12, 13)에서 필드버스 전송 매체의 사용권을 제어하는 노드로서, 상기 서브노드(11, 12, 13)들 중 한 개의 노드가 마스터 노드가 되거나 또는 호스트장치(30)의 프로피버스 인터페이스(32, 도 2참조)가 마스터노드로써 역할을 하게 되어 상기 서브노드(11, 12, 13)에 소정의 데이타를 요청하여 이를 외부 네트워크로 전달하는 게이트웨이노드(Gateway Node)로써 구동한다.

그리고, 상기 복수개 이상의 서브 노드(11, 12, 13)의 데이타를 수집, 가공, 입/출력 처리하고, 필요시 통신망을 통해 다른 서브 노드와 데이타를 주고 받는다. 즉, 현장의 서로 관련이 있는 각각의 센서 또는 구동기 등이 하나의 서브노드(11, 12, 13)에 접속되고, 접속된 상기 서브 노드(11, 12, 13)는 이들에 대한 입/출력 데이타를 처리한다.

또한, 상기 캔노드(20)는 각각의 노드(21, 22, 23)가 캔 콘트롤러가 탑재되는 독립노드로써 본시스템이 탑재되는 구동장치의 각 구성요소의 데이타를 입출력하므로써 타 독립노드(21, 22, 23)에 데이타를 입출력하고 또는 상기 호스트장치(30)를 통하여 상기 프로피버스노드(10)와 데이타를 전달한다.

도 2는 본 발명에 따른 호스트장치의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도시된 바와 같이, 호스트장치(30)는 윈도우 기반의 PC로써 상기 프로피버스노드(10)의 데이타를 입출력하는 프로피버스 인터페이스(32)와, 상기 캔노드(20)의 데이타를 입출력하는 캔 인터페이스(33)와, 상기 프로피버스 인터페이스(32)와 상 기 캔 인터페이스(33)를 제어하는 제어부(31)가 포함된다.

상기 제어부(31)는 상기 프로피버스노드(10)로부터 전달되는 데이타를 상기 캔노드(20)에서 인지 및 처리될 수 있는 데이타로 변환시키는 데이타맵핑을 하고, 상기 프로피버스 인터페이스(32)를 제어하여 상기 캔 인터페이스(33)에 전달되도록 한다. 아울러 상기 제어부(31)는 상기 캔노드(20)에서 출력되는 데이타를 상기 프로피버스노드(20)에서 인지 또는 처리될 수 있도록 데이타맵핑을 실시하여 상기 캔 인터페이스(33)를 통하여 상기 프로피버스 인터페이스(32)에 데이타를 전달한다.

여기서 데이타맵핑은 상기 캔노드(20)와 프로피버스노드(10)의 입출력데이타의 프레임구조가 서로 상이하므로 상호간의 데이타전송을 주고 받기 위한 데이타변환과정을 말한다. 즉 캔노드(20)에서 받은 데이타를 프로피버스노드(10)에 보낼려면 I/O데이타만 가져와서, 이것을 프로피버스노드(10)의 데이타프레임구조상에서 I/O데이타가 들어가는 부분에 넣어서 프레임을 구성한다.

또한 상기 프로피버스 인터페이스(32)는 상기 서브노드(11, 12, 13)의 데이타전송을 제어하는 마스터 노드로써 구성되어 상기 서브노드(11, 12, 13)의 필드버스 전송매체 사용권을 제어하는 것이 바람직하다. 그리고 그 구성은 먼저 각각의 서브노드(11, 12, 13)에서 전달되는 송신데이타를 일시저장하는 송신버퍼(321)와, 예를들면, 캔노드(20)에서 전달되는 데이타를 일시저장하는 수신버퍼(322)와, 상기 송신버퍼(321) 및 수신버퍼(322), 서브노드(11, 12, 13)의 전송권을 제어하는 마스터제어부(323)가 포함된다.

그리고, 캔 인터페이스(33)는 각각의 독립노드(21, 22, 23)에서 전달되는 송 신데이타를 일시저장하는 송신버퍼(331)와, 예를들면, 상기 프로피버스노드(10)에서 전달된 수신데이타를 일시저장하는 수신버퍼(332)를 포함한다.

도 3은 본 발명에 따른 서로다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템의 구동방법을 나타낸 순서도이며, 이를 이용하여 본 발명의 작용을 더욱상세히 설명한다.

먼저 시스템이 온되면, 예를들면, 프로피버스노드(10)와 캔노드(20)는 초기화되고(S11), 호스트장치(30)가 온되어 대기모드로 구동된다(S12).

이후, 예를들면, 캔노드(20) 또는 프로피버스노드(10)로부터 다른 필드버스의 데이타의 송신을 요청하면(S13), 제어부(31)는 상기 요청된 데이타를 추출하여 각각의 인터페이스(32, 33)의 송신버퍼(321, 331)에 일시저장한다(S32). 즉 상기 제어부(31)는 상기 캔노드(20)로부터의 데이타전송요청을 수신하면, 상기 프로피버스노드(10)의 프로토콜이 내장된 인터페이스(32, 33)에 요청신호를 전달하여 온시킨다.

그리고 상기 프로피버스 인터페이스(32)의 마스터제어부(323)는 내장된 프로토콜에 따라서 해당 서브노드(11, 12, 13)의 I/O데이타를 추출하여 이를 송신버퍼(321)에 일시저장한다(S15).

그리고, 제어부(31)는 상기 송신버퍼(321)에 저장된 데이타프레임에서 I/O데이타만을 추출하여 수신측 네트워크에서 정의된 프로토콜에 맞도록 데이타맵핑을 시행하며(S16), 이는 하기의 도 4 및 도 5의 테이블을 이용하여 후술한다.

그리고 제어부(31)는 데이타맵핑이 완료되면, 이를 캔 인터페이스(33)에 전달한다. 그러므로 캔 인터페이스(33)는 전송된 데이타를 수신버퍼(332)에 일시 저 장한 후 해당 독립노드(21, 22, 23)에 전달된다(S17).

도 4는 프로피버스 인터페이스의 관점에서 캔의 데이타맵핑을 나타낸 테이블로써 캔노드에서 프로피버스노드로 전송할 때의 텔레그램을 나타낸 테이블이다.

도 4를 참조하면, 캔 프로토콜의 데이타프레임에서 I/O데이타의 최대바이트(Byte)수는 8바이트이므로 캔노드(20)에서 출력된 I/O데이타는 캔 인터페이스(33)를 통하여 상기 프로피버스노드(10)에서 정의되는 프로토콜에 적합하도록 변환된다. 이를 상세히 설명하자면, 상기 제어부(31)는 상기 캔 인터페이스(33)의 송신버퍼(331)에 저장되는 데이타프레임에서 I/O 데이타만을 추출하여 상기 프로피버스노드(10)의 프로토콜에서 정의되는 데이타프레임의 I/O데이타부분에 삽입하는 데이타맵핑을 실행한다.

여기서 상기 캔노드(20)에서 송신되는 I/O데이타는 1프레임당 최대 8바이트이고, 상기 프로피버스노드(10)의 데이타프레임(Data Frame)의 I/O데이타는 최대 254바이트가 되므로 상기 캔 인터페이스(33)로부터 전송되는 최대 8바이트가 프로피버스의 데이타프레임중 I/O데이타부분에 삽입되는 것이 용이하다.

즉, 상기 제어부(31)는 수신측에 기준을 두어 송신측 인터페이스의 송신버퍼(321, 331)에 저장된 데이타를 수신측에서 인지할 수 있도록 맵핑한다.

도 5a 및 도 5b는 게이트웨이장치 관점에서의 데이타맵핑을 나타낸 테이블로써, 도 5a는 프로피버스노드에서 캔노드로 데이타를 전송할 때의 캔헤더의 텔레그램을 나타낸 테이블이고, 도 5b는 프로피버스노드에서 캔노드로 데이타를 전송할 때의 캔 데이타 텔레그램을 나타낸 테이블이다.

도 5a를 참조하면, 게이트웨이 관점에서 보면, 프로피버스노드(10)에서 출력되어 게이트웨이장치, 즉 호스트장치(30)에 입력되는 프로피버스 입력데이타는 캔노드(20)에서 처리가능한 데이타로 맵핑되며, 상기 캔노드(20)의 데이타프레임은 최대 8바이트의 I/O데이타외에 에러비트, 시작비트, 정지비트등의 헤더부분을 갖고 있으므로, 상기 제어부(31)는 송신되는 상기 프로피버스노드(10)의 I/O데이타에서 첫번째 바이트(Byte 0)와 두번째 바이트(Byte 1)를 헤더부분으로 데이타프레임을 구성한다.

도 5b를 참조하면, 첫번째 열의 항목은 프로피버스노드(10)의 출력데이타(Byte 2, Byte 3, Byte 4,...Byte 9)이고, 두번째 열의 항목은 프로피버스노드(10)에서 출력되어 게이트웨이장치, 즉 호스트장치(30)에 입력되고, 상기 제어부(31)의 제어에 의해 캔노드(20)로 송신되는 I/O데이타이다(프로피버스 입력데이타 Byte0, 프로피버스 입력데이타 Byte1, ...프로피버스 입력데이타 Byte7). 즉, 게이트웨이장치 관점에서 보면, 프로피버스노드(10)에서 출력되는 데이타는 게이트웨이장치에 입력되므로 프로피버스 입력데이타로써 호칭하게 된다.

상술한 바와 같이, 상기 캔노드(20)의 I/O데이타는 최대 8바이트이고, 상기 프로피버스노드(10)의 I/O데이타는 최대 254바이트이므로 상기 제어부(31)는 순차적으로 상기 프로피버스노드(10)의 출력데이타를 8바이트씩 캔노드(20)의 데이타프레임으로 구성한다. 따라서, 예를들면, 상기 프로피버스노드(10)의 송신데이타프레임이 하나라면, 캔노드(20)측은 각각 8바이트의 I/O 데이타필드버스가 구성되는 다수개의 데이타프레임이 포함된 데이타를 수신한다.

따라서 상기 게이트웨이장치에 입력되는 프로피버스입력데이타, 즉 캔노드(20)의 입력데이타는 프로피버스노드(10)의 세번째 바이트가 캔노드(20)의 첫번째 바이트, 네번째 바이트가 캔노드(20)의 두번째 바이트등으로써 상기 프로피버스노드(10)의 출력데이타는 캔노드(20)의 I/O데이타로써 맵핑하게된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 서로 다른 통합 네트워크시스템에서 전용의 게이트웨이보드를 사용하는 대신 PC를 사용함으로써 필드버스들간의 통신호환성을 제공하기 때문에 새로운 필드버스가 추가될 경우, 간단하게 PC슬롯상에 해당하는 필드버스 인터페이스카드를 교체하고, 소프트웨어를 추가함으로써 적은 비용으로 빠른 시간안에 새로운 필드버스를 적용시킬 수 있으므로 사용자는 생산비의 절감 및 작업시간이 단축되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 아날로그 및 디지털 제어점의 데이타를 수집, 가공, 입/출력 처리하는 복수개이상의 서브노드(11, 12, 13)를 포함하는 프로피버스노드(10)와, 독립 컨트롤러를 구비하여 각각의 데이타를 입출력 처리하는 복수개이상의 독립노드(21, 22, 23)를 포함하는 캔노드(20)와, 상기 프로피버스노드 및 캔노드(10, 20)의 입출력데이타를 상호전달하는 호스트장치(30)를 포함하는 통합네트워크 시스템에 있어서,

   상기 호스트장치(30)는

   상기 서브노드(11, 12, 13)에서 필드버스 전송매체의 사용권을 제어하는 마스터노드이고, 상기 프로피버스노드(10)의 입출력신호를 전달하는 프로피버스 인터페이스(32)와;

   상기 캔노드(20)의 입출력신호를 전달하는 캔 인터페이스(33)와;

   상기 프로피버스노드(10)의 출력신호를 상기 캔노드(20)의 프로토콜에 적합한 데이타프레임으로 데이타맵핑하고, 상기 캔노드(20)의 출력신호를 상기 프로피버스노드(10)의 프로토콜에 적합한 데이타프레임으로 데이타맵핑하는 제어부(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서로다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템.
2. 삭제
3. 서로다른 필드버스 네트워크시스템을 통합하는 통합네트워크시스템의 구동방법에 있어서,

   서로다른 필드버스 네트워크시스템을 초기화하는 단계(S11)와;

   게이트웨이장치를 온하여 대기모드로써 구동하는 대기모드단계(S12)와;

   서로 다른 필드버스 네트워크 시스템으로부터 타 네트워크의 데이타가 요청되는 지를 판단 하는 단계(S13)와;

   상기 단계(S13)에서 타 네트워크의 데이타 송신요청이 있으면 해당 네트워크의 노드로부터 해당 데이타를 추출하고 이를 송신버퍼(321, 331)에 일시저장하는 송신버퍼저장단계(S14)와;

   상기 단계(S14)에서 저장된 데이타프레임에서 I/O데이타를 추출하는 단계(S15)와;

   상기 단계(S15)에서 추출된 송신측 I/O데이타를 수신측 네트워크의 데이타프레임의 I/O데이타필드에 구성하되, 송신측 네트워크의 데이타프레임에서 적어도 하나이상의 바이트를 에러비트, 시작비트 및 정지비트를 갖는 헤더부로써 수신측 네트워크의 데이타프레임으로 변환하는 데이타맵핑단계(S16)와;

   상기 단계(S16)에서 변환된 데이타를 해당 노드에 전달하는 데이타송신단계(S17)를 포함하는 것을 특징으로 하는 서로다른 필드버스의 통합 게이트웨이 시스템.
4. 삭제

Images