KR100685443B1

KR100685443B1 - 선박 자동화 제어용 원격단말장치

Info

Publication number: KR100685443B1
Application number: KR1020020019564A
Authority: KR
Inventors: 노홍석; 이태석; 하준호; 이병군; 조상희
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-02-23
Also published as: KR20030080774A

Abstract

본 발명은 선박 자동화 제어용 원격단말장치에 관한 것으로, 선박의 각 야드(yard)에 분산되어 설치되고 이기종 통신을 수행하는 통신중계기를 사이에 두고 이중화된 LAN에 연결된 서버 및 비디오 클라이언트와 통신을 수행할 수 있도록 이중화된 CAN에 각각 연결되며, 그 내부에 이중화를 위해 동일한 구성을 갖는 메인-MPM(main-MPM) 및 리저브-MPM(reserve-MPM)으로 이루어진 메인 프로세스 모듈(Main Process Module)이 구비됨으로써 선박의 각종 설비로부터 디지털 및 아날로그 입력신호와 출력신호가 중앙 시스템에 집중되어 발생하는 문제점을 해결하고, 상단 시스템과 통신상의 문제가 발생하더라도 자체적인 로직(logic) 수행이 이루어져 각종 입력(input) 및 출력(output) 신호를 처리할 수 있다.

선박 자동화 시스템, 원격단말장치, 메인프로세스모듈, LAN, CAN

Description

선박 자동화 제어용 원격단말장치{Remote Terminal Unit for integrated ship automation control}

도 1은 본 발명에 따른 선박용 감시제어 시스템의 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 선박 자동화 제어용 원격단말장치의 메인 프로세스 모듈의 블록 구성도.

도 3은 도 2의 선박 자동화 제어용 원격단말장치의 메인 프로세스 모듈 이중화 알고리즘의 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 서버 및 비디오 클라이언트 20 : RTU

30 : 통신중계기 41 : LAN-메인

42 : LAN-리저브 51 : CAN-메인

52 : CAN-리저브 60 : 메인-MPM

70 : 리저브-MPM 61, 71 : CPU

63, 73 : 메인/리저브 점퍼핀 64, 74 : 메모리

80 : I/O 버스

본 발명은 선박 자동화 제어용 원격단말장치(Remote Terminal Unit:RTU ; 이하, RTU라 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 기관(engine)의 온도, 각 계전기의 접점, 선박의 각도 및 속력, 각종 밸브 개폐 제어기기, 냉각수, 윤활유, 연료, 각종 펌프 등의 제어를 종합적으로 관리할 수 있는 선박용 감시제어 시스템에 이용될 수 있는 선박 자동화 제어용 원격단말장치에 관한 것이다.

선박용 감시제어 시스템이란 선박 내의 각종 설비에 장착된 센서(sensor)로부터 입력되는 디지털 및 아날로그 입력신호를 RTU의 메인 프로세스 모듈(Main Process Module:MPM ; 이하, MPM이라 함)에서 받아들여 필드 버스(Field Bus)의 통신선을 통해 통신중계장치를 거쳐 상단 시스템으로 전송하면 상단 시스템의 모니터 상에 각종 설비의 상태가 디스플레이 되거나, 또는 상단 시스템에서의 디지털 및 아날로그 출력신호를 통신중계장치를 거쳐 하단 시스템인 RTU의 MPM으로 필드 버스의 통신선을 통해 전송하면 MPM에서는 상단 시스템의 통신상의 명령에 따라 각종 설비의 구동장치로 출력시키는 시스템을 말한다.

이러한 기능을 수행하는 선박용 감시제어 시스템에 이용되는 종래의 ACONIS-1000 선박 자동화 시스템은 각종 입/출력(Input/Output) 모듈, 통신중계장치 및 상단 시스템의 하드웨어가 하나의 스테이션(station)으로 구성됨으로 상기 시스템을 설치할 공간(space) 확보가 필요하고, 야드(yard)에서의 각종 디지털 및 아날로그의 입력신호와 출력 신호가 스테이션으로 집중되는 관계로 신호 케이블(Signal Cable)에 의한 가격상승 및 유지보수에 많은 인력(man hour)의 손실을 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 상단 시스템이 고장(Fault)이나 이상 신호에 의해 다운(down)이 되었을 때 입출력(I/O; Input/Output)에 연결된 로직(Logic)이 멈추게 됨으로 전체적인 시스템에 악영향을 초래하고, 이러한 I/O 로직 구성에 관련하여 오프라인(Off-Line)으로 작업된 프로그램이 이피롬(EPROM)으로 프로그램화 됨으로 작업자가 직접 EPROM을 교체하는 작업이 필요하게 되어 유지보수에 어려움이 있다.

이에, 본 발명의 목적은 선박의 각 야드에 분산 설치됨으로써 각종 설비로부터 디지털 및 아날로그 입력신호와 출력신호가 중앙 시스템에 집중되어 발생하는 문제점을 해결할 수 있도록 한 선박 자동화 제어용 원격단말장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 MPM의 구조를 이중화(redundancy)함으로써 상단 시스템과 통신상의 문제가 발생하더라도 자체적인 로직(logic) 수행이 이루어져 각종 입력(input) 및 출력(output) 신호를 처리할 수 있도록 한 선박 자동화 제어용 원격단말장치에 관한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박 자동화 제어용 원격단말장치는 선박의 각 야드(yard)에 분산되어 설치되고 이기종 통신을 수행하는 통신중계기를 사이에 두고 이중화된 랜(LAN; Local Area Network)에 연결된 서버 및 비디오 클라이언트와 통신을 수행할 수 있도록 이중화된 캔(CAN)에 각각 연결되며, 그 내부에 이중화를 위해 동일한 구성을 갖는 메인-MPM(main-MPM) 및 리저브-MPM(reserve-MPM)으로 이루어진 메인 프로세스 모듈(Main Process Module)이 구비된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 감시제어 시스템의 전체 구성도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 선박용 감시제어 시스템(1)은 선박의 각종 로직(logic)과 입력정보 및 출력정보를 데이터베이스(database)로 저장하고 모니터링(Monitoring)의 MMI(Man-Machine Interface)를 보여주는 다 수의 서버 및 비디오 클라이언트(10)와, 선박 내의 각 야드에 설치되어 각종 설비에 장착된 센서로부터 입력되는 디지털 및 아날로그 입력신호를 상기 다 수의 서버 및 비디오 클라이언트(10)로 출력하고, 상기 서버 및 비디오 클라이언트(10)로부터 입력되는 각종 로직과 입력정보를 입력받아 각종 설비에 출력하는 다 수의 RTU(20)와, 상기 다 수의 서버 및 비디오 클라이언트(10)와 RTU(20) 간의 통신이 가능하도록 제어하는 통신중계기(30)가 구비된다.

이때, 상기 서버 및 비디오 클라이언트(10)와 통신중계기(30) 간에는 신뢰성 향상을 위해 LAN통신이 수행되는데, 상기 각 서버 및 비디오 클라이언트(10)와 통신중계기(30)는 이중화(redundancy)로 구성된 LAN-메인(LAN-Main)(41) 및 LAN-리저브(LAN-Reserve)(42)와 각각 연결된다.

또한, 상기 RTU(20)와 통신중계기(30) 간에는 CAN 통신이 수행되는데, 상기 각 RTU(20)와 통신중계기(30)는 이중화로 구성된 CAN-메인(CAN-Main)(51) 및 CAN-리저브(CAN-Reserve)(52)와 각각 연결된다.

상기 RTU(20)는 최대 64 포인트(point)의 데이터 입/출력이 가능하고, 메인 프로세스 모듈(Main Process Module), 디지털 입력 모듈(Digital Input Module), 디지털 출력 모듈(Digital Output Module), 아날로그 입력 모듈(Analog Input Module), 아날로그 출력 모듈(Analog Output Module) 등으로 구성된다.

이때, 상기 RTU(20) 내부의 각종 입력 및 출력 모듈은 착탈이 용이하도록 콤팩트(compact)한 모듈로 구성됨으로 유지보수가 용이하여 전체적인 선박 감시제어 시스템(1)의 성능을 향상시킨다.

도 2는 본 발명에 따른 선박 자동화 제어용 원격단말장치의 메인 프로세스 모듈의 블록 구성도이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 RTU(20)는 이중화된 CAN-메인(51) 및 CAN-리저브(52)에 각각 접속되는 메인-MPM(60) 및 리저브-MPM(70)으로 구성된다.

상기 메인-MPM(60) 및 리저브-MPM(70)은 각각 CPU(61)(71), 메인/리저브 점퍼핀(Main/Reserve Jumper Pin)(63)(73), 다 수개의 메모리(Memory)(64)(74) 및 I/O 버스(Input/Output Bus)(80)가 구비된다.

상기 각각의 메인-MPM(60) 및 리저브-MPM(70)은 CPU(61)(71)에 연결된 메인/리저브 점퍼핀(63)(73)에 연결되는 점퍼(Jumper)의 유, 무에 따라 메인-MPM(60) 또는 리저브-MPM(70)으로 구분된다. 즉, 상기 메인/리저브 점퍼핀(63)(73)에 점퍼가 연결되면 메인으로 인식하고, 점퍼가 제거되면 리저브로 인식한다.

상기 CPU(61)(71)는 서버 및 비디오 클라이언트(10)와의 통신중 고장(Fault)이나 이상 신호에 의해 메인-MPM(60)이 다운(down)되면 리저브-MPM(70)이 메인-MPM의 기능을 수행하도록 제어한다. 이때, 메인-MPM(60) 및 리저브-MPM(70) 간의 메인/리저브 체크(check)는 하트 비트 체크(Heart Beat Check)를 통해 이루어진다.

또한, 상기 CPU(61)(71)에는 통신중계기(30)와의 CAN 통신을 이중화로 제어하기 위한 CAN 컨트롤러(CAN Controller)(62)(72)가 각각 2개씩 장착된다.

상기 다 수개의 메모리(64)(74)는 롬(ROM)이나 RAM의 형태로, MPM(60)(70)의 구동을 위한 프로그램(program)과 상기 서버 및 비디오 클라이언트(10)로부터 다운로드된 로직(logic)이 저장된다.

상기 I/O 버스(80)는 RTU(20) 내부의 각종 입력 및 출력 모듈로부터 디지털(digital) 또는 아날로그(analog)의 입/출력 데이터를 주고 받는다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 선박 자동화 제어용 원격단말장치의 구동예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 2의 선박 자동화 제어용 원격단말장치의 메인 프로세스 모듈 이중화 알고리즘의 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, CPU(61)(71)의 초기화가 이루어지면(S301), 상기 CPU(61)(71)에서는 메인/리저브 점퍼핀(63)(73)에 장착된 점퍼의 유, 무에 따라 각각의 MPM(60)(70)이 메인-MPM(60) 또는 리저브-MPM(70)인지를 판단한다(S302).

이때, 상기 메인/리저브 점퍼핀(63)(73)에 점퍼가 연결되어 있으면 상기 CPU(61)(71)는 점퍼가 연결된 MPM을 1차적(Primary)으로 인식하고, 점퍼가 연결되지 않은 MPM을 2차적(Secondary)으로 인식한다.

상기 판단결과, MPM(60)이 1차적(Primary)으로 인식되면 하트비트체크(Heart Beat Check)를 통해 2차적(Secondary)으로 인식된 MPM이 얼라이브(alive) 되었는지를 판단한다(S303). 이때, 2차적(Secondary)으로 인식된 MPM이 얼라이브 되었으면 2차적(Secondary)으로 인식된 MPM으로 절체되어 리저브-MPM(70)이 CAN 통신을 수행하고(S312), 2차적(Secondary)으로 인식된 MPM이 데드(dead) 되었으면 메인-MPM(60)이 CAN 통신을 수행한다(S304).

상기 메인-MPM(60)에 의해 CAN 통신이 수행되지 않으면, 설정된 시간을 기다린 후 통신이 수행되는지를 판단한다(S307). 이때, 설정된 시간이 경과된 후에도 통신이 수행되지 않으면 다시 일정시간 더 기다린 후 통신이 수행되는지를 판단한다(S308).

상기 판단결과, 통신이 되지 않으면 통신 드라이버(driver)를 재설정 한 후 자동 감시시스템(Self-Watchdog System)을 리셋(reset)한 후 하트비트체크(Heart Beat Check)를 수행한다(S313). 이때, 하트비트체크(Heart Beat Check)를 수행한 결과, 메인 MPM(60)이 다운된 상태이면 1차적(Primary)으로 인식된 MPM으로 다시 절체된다(S314).

한편, 단계 S304에서 메인-MPM(60)이 CAN 통신을 수행하고 있으면 I/O 카드 데이터를 처리하고(S305), 메인-MPM(60)의 하트비트(Heart Beat)가 얼라이브 임을 2차적(Secondary)으로 인식된 MPM으로 전송한다(S306).

상술한 바와 같은 이중화 알고리즘을 통해 본 발명에 따른 선박 자동화 제어용 원격단말장치의 MPM은 메인-MPM(60)이 다운되더라도 리저브-MPM(70)이 다시 메인-MPM의 기능을 수행함으로써 전체 시스템의 성능을 향상시킨다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선박 자동화 제어용 원격단말장치에 대한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 자동화 제어용 원격단말장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 중앙에 집중된 시스템이 아닌 각 야드(yard)에 분산되어 설치됨으로써 중앙으로의 각종 신호케이블을 통신선으로 교체하여 케이블에 의한 가격저감 및 유지보수가 용이한 잇점이 있다.

둘째, 상단 시스템이 다운되었을 때 RTU 내에 구성된 I/O 로직이 독립적으로 처리됨으로써 시스템의 신뢰성을 향상시키고, I/O 로직 구성이 통신라인을 통해 온라인으로 다운로드되어 기존의 작업자가 일일이 EPROM을 교체해야하는 어려움을 해결함으로써 유지보수 및 시스템 업그레이드(Up-Grade)가 편리한 장점이 있다.

셋째, MPM이 이중화로 구성됨으로써 메인-MPM이 다운되더라도 리저브-MPM이 다시 메인-MPM이 됨으로써 전체 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

선박의 각 야드(yard)에 분산되어 설치되고 이기종 통신을 수행하는 통신중계기를 사이에 두고 이중화된 LAN에 연결된 서버 및 비디오 클라이언트와 통신을 수행할 수 있도록 이중화된 CAN에 각각 연결되며,

그 내부에 이중화를 위해 동일한 구성을 갖는 메인-MPM(main-MPM) 및 리저브-MPM(reserve-MPM)으로 이루어진 메인 프로세스 모듈(Main Process Module)이 구비됨을 특징으로 하는 선박 자동화 제어용 원격단말장치.
청구항 1에 있어서, 상기 메인 프로세스 모듈은,

상기 서버 및 비디오 클라이언트와의 통신중 고장이나 이상 신호에 의해 메인-MPM이 다운되면 리저브-MPM이 메인-MPM의 기능을 수행하도록 제어하는 CPU;

상기 CPU 내부에 장착되어 상기 통신중계기와의 CAN 통신이 이중화로 수행되도록 제어하는 CAN 컨트롤러(CAN Controller);

상기 CPU에 연결되어 점퍼(Jumper)의 유, 무에 따라 메인-MPM 또는 리저브-MPM으로 구분하여 인식되도록 하는 메인/리저브 점퍼핀;

상기 서버 및 비디오 클라이언트로부터 다운로드된 로직(logic) 및 상기 CPU의 구동을 위한 프로그램(program)이 저장되는 다 수개의 메모리; 및

각종 입력 및 출력 모듈로부터 디지털 또는 아날로그의 입/출력 데이터를 주고 받는 I/O 버스(Input/Output bus)가 구비됨을 특징으로 하는 선박 자동화 제어 용 원격단말장치.