KR100687628B1

KR100687628B1 - 원격 통합감시제어장치 및 그의 이중화시스템 구동방법

Info

Publication number: KR100687628B1
Application number: KR1020060098584A
Authority: KR
Inventors: 나홍배; 김성경
Original assignee: 탑시스템주식회사
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2007-02-27

Abstract

본 발명은 이중화 시스템이 적용되는 원격 통합감시제어장치에 관한 것으로, 특히 시스템의 신뢰도를 높이기 위하여 메모리 미러링(memory mirroring) 방식을 구현하여 하나의 시스템과 동일한 동작특성을 갖는 다른 서브-시스템 (Sub-system) 으로 이중화시켜 동작시키는 원격 통합감시제어장치를 제공한다. 이러한 이중화 시스템의 구현은 제1 시스템이 마스터로 선택되어 메모리 초기화, 에러 체크를 하는 단계와, 제1 시스템과 제2 시스템의 링크 상태를 판정하는 단계와, 상기 링크의 에러시에 제1 시스템이 단독 실행되는 단계와, 상기 링크의 정상시 제1 시스템이 이중화 시스템 구동 단계에 돌입하는 단계로 이루어진다. 특히, 상기 이중화 시스템은 광통신을 이용하여 시스템 간에 데이터의 메모리 미러링이 가능한 RTM 모듈에 의해 구현되고, 시스템이 초기화하여 시작 단계가 아닌 저장된 메모리 유지 상태에서 구동하게 됨으로서 시스템이 중단이 없이 실시간으로 연속 안전 운전을 한다.

스위칭 허브, 이더넷, 원격 감시제어반, 메모리 미러링, 리플렉트 메모리

Description

원격 통합감시제어장치 및 그의 이중화시스템 구동방법{Integrated supervisory control/monitoring system and operating method of duplex system thereof}

도 1은 본 발명인 이중화 시스템이 적용된 원격 통합감시제어장치의 개략적인 하드웨어 블록도이다.

도 2는 도 1에서의 RTM 모듈의 내부 구조도이다.

도 3은 본 발명인 이중화 시스템의 작동 원리를 흐름도이다

도 4는 도 3의 이중화 시스템에서의 메모리 미러링 동작을 도시한 것이다.

도 5는 마스터인 주제어 PLC가 슬레이브 PLC를 제어하는 것을 도시한 것이다.

도 6은 본 발명인 원격 통합감시제어장치의 일 실시 예를 도시한 것이다.

본 출원은 2003년 3월 28일 출원되어 2003년 6월 7일 등록된 등록 실용 제 20-0317023호인 “지능형 분산제어 시스템”의 개선된 시스템으로 그 내용 일부를 여기에 인용하여 참조한다.

본 발명은 이중화 시스템이 적용되는 원격 통합감시제어장치에 관한 것으로, 특히 시스템의 신뢰도를 높이기 위하여 메모리 미러링(memory mirroring) 방식을 구현하여 한 시스템과 동일한 동작특성을 갖는 다른 서브시스템(Sub-system)으로 이중화시켜 동작시키는 원격 통합감시제어장치에 관한 것이다.

고도의 신뢰도를 요하는 시스템의 회로장치는 일반적으로 이중화 형태로 구성되며 이러한 이중화 시스템은 별도의 제어장치에 의해 이중화 동작을 위한 제어를 받고, 상기 이중화 시스템의 제어는 프로세서를 사용하여 제어하며 프로세서가 서브시스템의 상태를 주기적으로 감시하며, 한쪽의 서브시스템에 이상이 발생하면 다른 쪽의 서브시스템으로 동작을 전환시켜 시스템의 동작을 정상적으로 유지시키도록 제어해준다.

이러한 이중화 제어방식은 시스템 내에 제어프로세서가 존재해야 되며 만약 시스템 내에 제어프로세서가 없을 경우 이중화 제어를 위한 별도의 프로세서 장치가 추가되어야 하고, 이에 따라서 프로세서를 이용한 이중화 제어를 할 경우 제어 프로세서 장치를 구성하기 위하여 많은 부품 소자들이 소요되며 이로 인하여 시스템의 하드웨어가 복잡해지고 따라서 고-집적도를 요하는 회로나 시스템에서는 시스템 구성이 어려운 문제점이 생기게 되며 또한 제어장치에 대한 많은 부품 추가에 따라 경제성이 감소되고 특히 각 부품소자에 대한 신뢰도가 전체적인 이중화 시스템의 제어회로에 커다란 영향을 미치게 되어 높은 신뢰도를 위한 시스템의 이중화 구성에 악영향을 미치게 된다.

또한, 상기 방식은 각 서브시스템의 상태를 감시하여 이중화 제어 동작을 취 하는 데 일정한 시간이 소요되므로 즉각적인 이중화 전환이 필요한 곳에서 시간적인 제약을 받는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 시스템을 동일한 서브시스템으로 이중화하여 구성할 때에 메모리 미러링 방식으로 구현하여 이중화 제어를 해주며, 한 쪽 시스템에서 상대 서브시스템의 동작 상태를 실시간으로 감지하여 돌발 사고시에 이중화 시스템이 시간적으로 지연이 없이 실시간으로 자동 전환되도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 광 미러 이중화 시스템과 원격감시제어반인 RCS(Remote control station)와 RCS간 멀티 통합감시제어시스템이 적용된 원격 통합감시제어장치는 IEC 61131 기반으로서, 상기 IEC 61131 표준은 제어 로직이 PLC(Programmable Logic Control)기능을 이용하여 구성되는데 이것은 소프트웨어로 정의되고 상기 PLC 기능은 상기 IEC 61131-3 기반의 프로그래밍 언어로 기록된다.

본 발명의 원격 통합감시제어장치는 정수장, 배수지, 하수/폐수 처리장, 펌프장, 수문, 저수지, 변전소, 발전소 등의 현장 계측제어설비와 원격지에 산재해 있는 전력 및 수 처리 설비를 실시간으로 감시제어, 관리할 수 있도록 설계된 통합감시제어용 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 현장에 설치된 계측기를 통해 측정되는 데이터를 원격으로 감시 및 제어하는 원격 통합감시 제어장치에 있어서, 중앙제어실에서 모니터를 통해 현장의 데이터를 계측, 감시 및 제어하는 엔지니어링 콘솔(400)과; 상기의 엔지니어링 콘솔과 하부의 시스템을 이더넷(Ethernet)을 이용하여 링크하는 스위칭 허브(Switching hub: 300)와; 상기 스위칭 허브 하위에 제어기간 고속으로 통신하는 광 송수신기, 기가 비트 스위치(Giga-bit switch), 기가 비트 송수신기를 구비하며, MPU부로부터 데이터를 수신하여 메모리 미러링 동작을 하는 RTM(Real Time Mirroring Module)모듈과, CPU가 마스터(Master) 보드로서 프로그램을 갖고 상기 RTM으로부터 데이터를 공유하는 MPU(Main processor unit)부와, 상기 MPU부에 비-동기 시리얼 통신기능을 제공하며 외부장치의 프로토콜 변환기능을 갖고서 통신 인터페이스 하는 SIO(Serial Input Output Module)모듈과, 상기 소자에 전원을 공급하는 전원부로 구성되어 제1의 제어 모듈로 동작하는 제1 시스템(100); 및 상기 제1 시스템의 맞은편에 제1 시스템과 동일한 구성 요소를 구비하여 동일한 동작 특성을 갖는 제2의 제어 모듈로 동작하는 제2 시스템(200)을 포함하며, FPGA(40)를 구비하여 메모리 미러링을 하는 RTM 모듈을 구비한 상기 제1 시스템(100)과 제2 시스템(200) 사이에 이중화 동작을 구현하는 것을 특징으로 하는 원격 통합감시 제어장치를 제공한다.

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상기 이중화 시스템은 광통신을 이용하여 시스템 간에 데이터의 메모리 미러링(memory mirroring)이 가능한 상기 RTM 모듈에 의해 구현되고, 상기 장치에서 시스템이 여러 대인 경우에도 리플렉트(reflect) 메모리를 이용하여 실시간(Real Time)으로 데이터 메모리를 공유하며 또한 MPU 로부터 데이터를 수신하여 MPU 의 확장 메모리로 사용하여 고속 동작이 가능하다. 상기 이중화 시스템의 구현은 제1 시스템이 마스터로 선택되어 메모리 초기화, 에러 체크를 하는 단계와, 제1 시스템과 제2 시스템의 링크 상태를 판정하는 단계와, 상기 링크의 에러시에 제1 시스템이 단독 실행되는 단계와, 상기 링크가 정상일 때 제1 시스템이 이중화 시스템 구동 단계에 돌입하는 단계로 이루어진다.

상기 이중화 시스템 구동단계는, 제1 시스템이 액티브, 제2 시스템이 대기상태로서, 제1 시스템이 메모리 영역의 데이터를 제2 시스템의 영역에 고속 복사하는 단계와, 제1 시스템이 디세이블시, 제2 시스템이 메모리영역의 데이터를 시프트하면서 마스터로 구동하는 단계와, 제1 시스템의 복원시에 제2 시스템이 제1 시스템 메모리 영역에 고속 복사하는 단계와, 제1 시스템이 다시 마스터로 구동하여 제2 시스템에 메모리 미러링 동작을 반복하는 단계를 포함하는 원격 통합감시제어장치 를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이하, 본 발명인 원격 통합감시제어장치의 이중화 시스템의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 기술한다.

도 1은 본 발명인 원격 통합감시제어장치의 이중화 시스템의 하드웨어 구성을 도시한 도면으로, 상부에 운용자가 제어하는 엔지니어링 콘솔(POS, PES)이 도시되고, 이에 접속된 스위칭 허브 하단에 제1 시스템, 제2 시스템이 도시되어 있다. 상기 제 1, 제2 시스템은 그 주요 구성요소가 RTM(Real Time Mirroring Module) 모듈, MPU(Main Processor Unit)부, 전원부, SIO(Serial Input Output Module) 모듈 부분으로 이루어진다. 여기서 상기 전원부는 시스템에 전원을 공급하는 부분이고, MPU부는 CPU가 멀티-태스킹(multi-tasking)하는 프로세서로서 상기 CPU가 마스터보드로서 프로그램을 갖고 RTM으로부터 데이터를 공유하고, SIO 모듈은 상기 MPU부에 비동기 시리얼 통신 기능을 제공하여 외부장치와 연계 기능 시에 사용되며 다양한 외부 장치의 프로토콜 변환기능을 구비하여 인터페이스 기능을 담당하는 통신 IO보드이다. 그리고 상기 RTM 모듈은 고속통신으로 제어기간의 데이터 메모리를 실시간(Real Time)으로 공유하며 또한 CPU의 확장메모리로 사용하는 보드이다. 도 1에 도시되듯이, 상기 제1 시스템의 맞은 편에는 이와 동일한 구성 요소를 구비하여 동일한 동작 특성을 갖는 제2 시스템이 위치한다. 도면에서 RTM 모듈을 구비한 제1 시스템과 제2 시스템의 하부에 여러 대의 CPU와 I/O장치가 이더넷 또는 리플렉트 메모리(Reflect memory) 방식으로 연결되어 있는 것을 볼 수 있다. 도 1 에 도시된 이러한 구조는 한 대의 마스터 PLC가 여러 대의 슬레이브 PLC를 제어하는 도 5에서 상세히 기술된다.

이와 같은 구성요소를 구비하는 본 발명의 원격 통합감시제어장치의 기술적인 요지는 제1 시스템과 제2 시스템으로 이루어지는 이중화 시스템에 있는 것으로, 상기 엔지니어링 콘솔(Engineering console: 400)은 중앙 제어실에서 모니터를 통 해 현장의 데이터를 계측, 감시 및 제어하고, 스위칭 허브(Switching hub: 300)는 상부의 엔지니어링 콘솔(400)과 하부의 메커니즘을 이더넷(ethernet)을 이용하여 링크하는 스위칭 포인트이다.

원칙적으로 도 1의 이러한 장치는 제1 시스템이 구동될 때 제2 시스템은 대기 상태로 있고, 제1 시스템이 이상이 있을 때는 제2 시스템이 정상 가동되는 패턴이다. 즉, 시스템이 끊어지지 않고 계속적으로 고속 동작을 실행하여 한 쪽 시스템이 에러등으로 디세이블(disable)되면 다른 시스템이 기존의 작업을 수행하도록 하는 이중화 시스템이다. 이러한 이중화 시스템의 동작이 가능하도록 하는 아래 기술되는 메모리 미러링은 상기 RTM 모듈에서 일어난다.

도 2는 도 1에서의 RTM 모듈의 내부통신 구조를 도시한다. 전술하였듯이, 본 RTM 모듈은 고속통신으로 제어기간의 데이터 메모리를 실시간(Real Time)으로 공유하며 또한 CPU의 확장 메모리로 사용하는 보드로서, 광통신을 이용하여(도면의 광 송수신기: 10) 제어기 간에 데이터의 미러링 기능을 할 수 있는 고성능보드이다.

상기 RTM 모듈은 도 1에서도 여러 대가 광통신으로 접속되어 있는 것을 볼 수 있듯이, 여러 대의 RTM 모듈이 링(Ring) 구조로 서로 링크되어, 데이터 통신할 때에 인접 RTM모듈이 에러가 발생했을 때는 에러 발생 모듈을 바이패스 하는 RTB(Redundant transfer bus) 광 바이패스(Optical Bypass) 기능으로 내부적으로 바이패스 기능을 갖는 멀티 포트 메모리 장치이다. 도시된 기가비트 스위치(giga-bit switch)는 네트워크 통신을 위한 네트워크 스위치로서, 데이터 포트 인터페이스, CPU와 통신하는 CPU 인터페이스, 메모리 관리 유닛을 포함하는 고속 동작의 스 위치이다.

통상, 기본적인 이더넷은 전송 속도가 초당 10메가비트까지이고, 빠른 이더넷은 초당 100메가비트이지만, 가장 최근의 이더넷인 기가비트 이더넷은 초당 1,000메가비트(1GB)까지의 비율(rate)로 네트워크 상에서 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 고속 스위칭은 고속 메모리를 요하여 패킷 데이터의 적절한 버퍼링(buffering)을 제공한다. 막대한 데이터 트래픽 처리를 위한 상기 광 송수신기(10)와 연동하여 설명된 상기 기가비트 스위치가 도시되고, 이러한 데이터 송수신의 프로토콜 제어용으로 프로그램이 내장된 프로토콜 제어 FPGA(Field Programmable Gate Array:40)가 접속되어 있다. 본 발명의 이중화 시스템을 구현하는 RTM 모듈에서의 메모리 미러링의 실질적인 작동은 상기 FPGA(40)에서 일어난다. 상기 메모리 미러링 은 도 3이하에 상세히 기술된다. 상기 FPGA(40) 하단에 데이터 기록/판독이 순차적으로 액세스되도록 저장 기능을 갖는 FIFO(60)가 연결되고 하단에 배터리 백업(back-up)을 위한 SRAM(50)이 연결 접속된다. 상기 SRAM(50)은 RTM 상태를 VME 버스를 통해 읽고 FIFO로 기록하는 판독/쓰기(Read/Write)를 동시에 하는 듀얼 포트(dual port)의 램이다. 이러한 RTM 모듈의 데이터 입출력은 VME 버스 상에서 일정 영역은 공유 메모리 형태로 제어기간에 데이터를 미러링할 수 있는 기능을 갖는다.

이와 같이 구성된 상기 RTM 모듈은 메모리 미러링(memory mirroring) 동작을 실행한다. 통상, 메모리 미러링은 메모리 시스템에서 메모리 액세스 제어 로직에 의해 실행되는데, 검출된 에러에 응답하여 백업 메모리 복사를 복원하는 이러한 유형의 액세스는 메모리 미러링을 실행하는데 두 개 메모리 포트의 동기화를 적용하 여 이루어진다. 그러한 동기화는 각 메모리 액세스 요구가 동시에 각각의 거울로 비치듯이 복사되는 메모리 영역에서 일어난다. 상기 두 개 포트는 각각의 데이터 동작에 대해 동기화되어야 하여서, 데이터 읽기 요구가 메모리 자원과 함께 시스템 커플링 읽기 요청기에서 수신되어 수신된 읽기 요구가 메모리 제어 장치 내에 적어도 두 개 미러링 메모리 포트 중 특정한 것에 할당된다. 이리하여 메모리 미러링이 실행되는데, 통상의 메모리 미러링 시스템은 시스템 메모리, 메모리 버스, 메모리 콘트롤러를 구비한다. 이러한 메모리 미러링 동작은 본 발명의 기술적인 요지인 이중화 시스템을 구현하는데 있어 핵심적인 요소로 그 원리를 도3을 참조하여 상술한다.

도 3은 본 발명의 요지인 이중화 시스템을 구현하기 위한 흐름도로서, 이중화 시스템은 도 1의 원격 통합감시제어장치에서 제1 시스템(Primary system: 100)과 제2 시스템(Secondary system: 200)에 의해 구현된다. 도시되지는 않았지만, 상기 장치를 수동/자동으로 선택하여 운전하는 토글(toggle) 스위치가 기기의 프런트 패널(front panel)에 있는데, 수동 모드는 로컬(local)로 단독 운전하는 것을 나타내고, 자동 모드는 이중화 구동을 의미한다. 통상 수동 모드의 구동은 단독 운전 모드로 PLC(programmable logic control) 프로그램 루틴으로 들어간다. 자동 모드로 선택하면, 도 3의 단계(S10)인 모드 1로 들어간다.

여기서는 통상 디폴트(default) 값을 1로 설정하여 제1 시스템을 구동한다. 이것은 제1 시스템이 항상 작동 모드(액티브:active)로 들어가고, 제2 시스템은 대기 모드(스탠바이:stand-by)로 동작하는 것을 의미한다. 제1 시스템이 액티브 모드 로 구동되는 중에 CPU-IO 에러가 발생하는 때만 제2 시스템이 액티브로 전환한다. 즉, 단계(S20)에서 제1 시스템과 제2 시스템 중에 제1 시스템을 선택한 경우에, S30에서 S70까지의 단계가 실행되고, 제2 시스템을 선택한 경우에 단계 S31에서 S71까지 실행된다.

우선, 제1 시스템을 마스터(master)로 선택했을 때, 단계(S30)에서 메모리 초기화가 실행되어 소정의 설정된 루틴을 고속으로 실행한다. 이후에 단계(S40)에서 제1 시스템의 CPU-IO의 자체진단(self-test) 개념인 에러(상태) 체크가 이루어진다. 상기 메모리 초기화와 에러 체크가 끝난 후에 단계(S50)에서 제1 시스템과 제2 시스템과의 링크 상태가 에러가 있는지 정상인지가 판정된다. 상기 제1 시스템과 제2 시스템의 링크에 에러가 존재한다면 제1 시스템이 단독으로 정상 가동된다(S60).

만약 상기 제1 시스템과 제2 시스템의 광-케이블 링크 상태가 정상이라면, 제1 시스템이 액티브 상태로, 제1 시스템은 자기의 데이터를 제2 시스템의 메모리 영역에 계속적으로 자동 복사하는 이중화 시스템을 구동한다. 이때는 당연히 제1 시스템과 제2 시스템 사이에 링크 상태가 정상으로 제1 시스템이 마스터로 동작할 때이다. 즉, 도 4는 제1 시스템과 제2 시스템 사이에 메모리 미러링을 기술하기 위해 간략히 도시한 것으로, 도 4의 상단에서 보듯이 제1 시스템의 메모리 영역 A의 데이터를 제2 시스템의 B영역으로 계속적으로 복사를 고속으로 실행한다(①). 이는 제1 시스템의 정보 데이터는 그대로 제2 시스템의 메모리 영역으로 고속 복사되는 것을 의미한다.

단계(S20)에서 제1 시스템이 아닌 제2 시스템이 마스터로 선택된 경우에, 제1 시스템에서처럼 단계(S31)에서 제2 시스템의 메모리 초기화가 실행되고, 단계(S41)에서 제2 시스템의 CPU-IO 에러 체크가 실행된다. 이후에 제1 시스템과 제2 시스템 사이의 링크가 에러가 있으면 제1 시스템과 무관하게 제2 시스템이 마스터로 단독으로 정상 가동되고(S61), 상기 링크가 정상이라면 제2 시스템이 마스터로서 도 4의 하단에서 보듯이 제2 시스템의 메모리 영역 A의 데이터가 제1 시스템의 메모리 영역 B로 고속으로 자동 복사되어 메모리 미러링 동작을 한다. 즉, 이중화 시스템이 구동되는 것이다.

도 4는 이중화 시스템에서의 메모리 미러링 동작을 이해하기 쉽도록 간략히 도시한 것으로, 이를 좀 더 상술하면 다음과 같다. 상기 제1 시스템과 제2 시스템 중에 제1 시스템이 마스터로서 구동되고, 제2 시스템이 슬레이브(slave)로 대기 상태인 경우에 상기와 같이 제1 시스템이 도 4 상단에서 보듯이 메모리 영역 A의 데이터를 고속으로 제2 시스템의 메모리 영역 B로 자동 복사를 끊임없이 진행하다가(①), 제1 시스템이 디세이블되면 제2 시스템이 마스터로서 바로 전까지 복사했던 메모리 영역 B의 데이터를 제2 시스템의 A영역으로 이동(시프트)한다(②). 이것은 제2 시스템이 초기화됨이 없이 자동으로 전환되어 연속 운전을 하는 핫 스타트(hot start)를 구현하는 것으로, 콜드 스타트(cold start)와 대비된다. 즉, 처음에 제1 시스템이 마스터로서 구동되어 작동하다가 디세이블(disable)되어 제2 시스템이 마스터로 작동할 때의 메모리 미러링을 기술한다.

이렇게 제2 시스템의 메모리 영역 B의 데이터가 영역 A로 시프트(shift)되어 매핑(mapping)된 후에, 제2 시스템은 마스터로서 전격적으로 구동한다. 그리하여 제2 시스템이 마스터로서 구동되는 일정 시간동안 가동한 후에, 제1 시스템이 정상으로 복원된다면, 도 4의 하단에 도시되듯이 제2 시스템의 메모리 영역 A의 데이터를 제1 시스템의 메모리영역 B로 자동으로 고속 복사 실행하는 메모리 미러링을 실행한다(③). 제2 시스템은 다시 제어권한을 제1 시스템으로 양도할 준비를 한다. 제1 시스템이 복원되어 정상적으로 가동된다고 판단되면, 제어권한은 제2 시스템에서 다시 제1 시스템으로 넘어가 제1 시스템이 액티브 상태로 구동되고, 제2 시스템은 대기 모드로 들어간다. 그렇지만 위에서 설명되듯이, 제1 시스템에서 제2 시스템으로의 메모리 미러링이 다시 반복된다. 즉, 제1 시스템과 제2 시스템 사이에는 둘 중의 하나의 시스템이 마스터가 되어 구동되며, 이상이 발생할 때에는 제어권한을 양자택일적으로 일정 시간을 두고 서로 주고받는 관계로서 본 이중화 시스템의 설명을 위해 단지 두 대만 예를 든 것이지만, 도 1에서 보듯이 여러 대를 연결하여 구동시킬 수도 있는 것이다. 이때에 이용되는 리플렉트(reflect) 메모리를 사용하는 이유는 초당 1,000메가비트(1GB) 이상의 데이터 처리 속도로 고속 동작을 하는데 유용하고, 특히 캐쉬(cache) 메모리를 써서 CPU 내부 I/O의 버스 속도보다 데이터 처리 속도가 더 빠른 것도 한 요인이 된다.

도 5는 본 발명의 핵심인 RCS(110)의 기능을 기술하기 위한 것으로, 도 1에서처럼 마스터 PLC와 슬레이브 PLC가 조합된 것을 도시한다. 즉, 마스터 역할을 하는 주제어 PLC 콘트롤러가 슬레이브인 PLC 모듈을 제어하는 것을 도시한 것으로, 우선 상기 주제어 PLC 콘트롤러는 로직을 구비하여 하위 PLC모듈을 제어하는 제어 기로서의 기능을 갖는다. 이에 반해 상기 슬레이브 PLC는 도시된 바와 같이, 이더넷(TCP,UDP/IP)으로 여러 대가 링크되었지만 마스터인 PLC 콘트롤러에 대해서 슬레이브 역할을 한다. 또한, 마스터 PLC 측에서 하단의 개별 슬레이브 PLC로 IP 어드레스와 I/O 모듈의 컨피규레이션(configuration)을 등록해 놓으면, 한 대의 PLC 콘트롤러가 하나의 슬레이브 PLC 모듈을 감시제어하기도 하고(1대 1 제어), 여러 대의 슬레이브 PLC 모듈을 감시/제어(1대 n 제어)하기도 한다. 또한, 마스터인 PLC 콘트롤러간에 통신 감시가 가능하고, 마스터 PLC측에서 슬레이브 PLC측으로의 IP어드레스인 주소지가 할당되기만 하면 무수한 하위의 슬레이브 PLC 모듈의 감시 제어가 가능하기에 사용자가 감시 제어 포인트 범위에 무관하게 수많은 하위 제어장치들을 감시 제어할 수 있는 것이다.

이것은 상기 마스터 PLC와 슬레이브 PLC로 이루어진 RCS(110)가 원격 감시 제어반으로서, RCS와 다른 RCS간의 통합 감시 제어를 한다. 이러한 시스템은 도 1의 예를 들면, 좌우측 2개의 RCS(110)에서 한 쪽이 이상 발생으로 디세이블되면 다른 쪽이 그 역할을 대행한다는 것이다. 즉, 도 6의 실시예의 도면에서 RCS가 여러 대인 것을 알 수 있고, 일 측의 RCS가 디세이블되면 다른 RCS가 시스템을 자동으로 절체 운전한다는 것이다. 이러한 개념은 본 발명의 원격 통합 감시제어장치에서의 이중화 이상의 다중화 개념을 나타낸다.

상기 슬레이브 PLC 모듈은 예를 들어, 도 6의 원격 통합감시제어장치에서 하위 노드 장치인 현장 제어반(TM/TC)에 해당한다. 상기 슬레이브 PLC모듈은 각각이 자체적으로 CPU와 I/O모듈을 구비한다. 이러한 상기의 제어 개념은 별도의 MMI(Man- Machine Interface)인 프로그램이 필요가 없이 IP 주소지만큼의 제어기기의 감시제어가 가능하다는 것을 의미한다.

도 6은 본 발명인 원격 통합감시제어장치의 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 장치는 초 정밀도를 요하는 제어 설비 외에도 정수장, 하수처리장, 폐수처리장, 펌프장등 수처리 계장 제어시스템과 변전소, 발전소등의 전력 감시제어시스템에 적용되며, 그 구성은 도시된 바와 같이 POS 및 PES(400), 원격감시제어반(RCS: 110)과 현장 제어반(600)으로서, POS(Process Operation Station)는 모니터를 통해 현장을 감시제어하고 운전 기능을 수행하며, PES(Process Engineering Station)는 각종 엔지니어링 프로그램을 담당하며, 원격감시제어반(RCS: 110)은 본 원격 통합감시제어장치의 핵심이 되는 부분으로 주요 기능은 시스템 자기 진단, 데이터베이스 관리, 호스트통신과 하위 노드 통신, 단위 현장 감시제어시스템과의 연계기능, GPS와의 시간동기 등이 있다. 상기 현장 제어반(600)은 원격감시제어반(110)과의 통신과 현장과의 데이터 입출력을 담당하는 I/O 기능 모듈들을 수용하여 필드와의 데이터 입출력을 제어하며, 다중의 전력 정보를 생성하거나 유량, 압력 등의 아날로그 정보를 계측하여 상위 원격감시제어반에 제공하는 장치로서, 위에 기술된 이중화 시스템 기능은 상기 원격감시제어반에서 구현된다.

이러한 원격 통합감시제어장치에 적용되는 원격감시제어반(110)은 분산 개방형 핵심장치로서, 호스트로부터 전달되는 명령을 수신한 뒤 이를 해독하여 적절한 처리를 수행하며, 시스템 하위인 현장 제어반(600)에서 취득한 현장 데이터를 비롯한 각 장치의 이상 유무를 POS및 PES(400)등에 전송한다. 현장에서 데이터를 취득 시 마스터 고속통신 라인에 이상이 생길 경우에 자동적으로 대기중에 있는 슬레이브 고속통신 라인으로 절체되어 현장 상태 취득 기능을 대체하게 된다. 이런 원격 감시제어반(110)의 구성 장치로는 주제어 모듈, 고속/저속 통신 모듈, 디지털/아날로그 I/O모듈, 시각 동기장치, 전원부가 있다. 여기서 TM/TC(Tele-meter Tele-control)는 원격지에 있는 유무선 원격감시제어장치이다.

상기 현장 제어반인 슬레이브(Slave) TM/TC에서 측정된 현장 데이터가 상부의 마스터(Master) TM/TC 원격감시제어반으로 전송되어 처리된다. 이렇게 처리된 데이터는 미리 설정된 설정 값과 비교되어 오차 범위를 벗어난 데이터에 대해 경보 기능을 갖고, 상위의 중앙 감시제어반에 보고되며 그에 따른 기능이 수행된다. 이렇게 구동되는 원격감시제어반의 시스템에 이상이 있을 때는 대기 중이던 다른 시스템이 구동되는 방식이 이중화 시스템이다.

즉, 도면에 도시되듯이 원격감시제어반인 RCS(Remote control station)와 RCS간의 멀티(Multi) 통합감시제어 시스템에서, RCS#1에 있어서 Master PLC로 선택된 시스템이 고장시에 제2의 RCS(RCS#2)가 RCS#1의 마스터 PLC 시스템으로 선택되어 RCS#1의 슬레이브 PLC를 중단이 없이 연속으로 안전 운전하는 멀티 통합 감시제어시스템의 역할을 한다.

본 이중화 시스템은 이더넷과 메모리 미러링을 이용한 핫 스타트(hot start: 저장된 메모리 데이터 유지 상태에서 구동) 모드와 콜드 스타트(cold start(초기화 상태를 지나 구동) 모드로 이중화를 구현한다. 이렇게 메모리 미러링 방식을 이용한 이중화 시스템의 적용으로 이상 발생시에도 시스템이 단절없이 고속으로 동작되 도록 한다.

본 발명은 이상에서 설명된 내용이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 특허 청구범위 이내에서 더 많은 변형과 수정이 가능함은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이러한 이중화의 구현은 초정밀도를 요하는 제어장치(설비)에서 가장 중대한 요소인 “안전‘에 대한 효과적인 대비책을 제공하는 것이다. 이는 역시 상기의 핫 스타트(hot start) 구동 즉, 시스템이 초기화하여 시작 단계가 아닌 저장된 메모리 데이터 유지 상태에서 구동하게 됨으로서 시스템이 중단이 없이 실시간으로 연속 안전운전을 제공하며, 분산 제어설비(DCS)기능이 내장되어 제어소와 통신이 두절되어도 자체 프로그램에 의해 운영이 가능하다. 특히, 리플렉트 메모리를 이용하여 시스템이 여러 대인 경우에도 데이터 메모리 공유로 고속 동작이 가능하기에 속도가 괄목할 정도로 빠른 장점이 있다. 본 발명의 장치는 정수장, 배수지, 하수/폐수 처리장, 펌프장, 수문, 저수지, 변전소, 발전소 등의 현장 계측제어설비와 원격지에 산재해 있는 전력 및 수 처리 설비를 실시간으로 감시제어, 관리할 수 있도록 설계된 원격 통합감시제어장치이다.

Claims

현장에 설치된 계측기를 통해 측정되는 데이터를 원격으로 감시 및 제어하는 원격 통합감시 제어장치에 있어서,

중앙제어실에서 모니터를 통해 현장의 데이터를 계측, 감시 및 제어하는 엔지니어링 콘솔(400)과;

상기의 엔지니어링 콘솔과 하부의 시스템을 이더넷(Ethernet)을 이용하여 링크하는 스위칭 허브(Switching hub: 300)와;

상기 스위칭 허브 하위에 제어기간 고속으로 통신하는 광 송수신기, 기가-비트 스위치(Giga-bit switch), 기가-비트 송수신기를 구비하며, MPU부로부터 데이터를 수신하여 메모리 미러링 동작을 하는 RTM(Real Time Mirroring Module)모듈과, CPU가 마스터(Master) 보드로서 프로그램을 갖고 상기 RTM으로부터 데이터를 공유하는 MPU(Main processor unit)부와, 상기 MPU부에 비-동기 시리얼 통신기능을 제공하며 외부장치의 프로토콜 변환기능을 갖고서 통신 인터페이스 하는 SIO(Serial Input Output Module)모듈과, 상기 소자에 전원을 공급하는 전원부로 구성되어 제1의 제어 모듈로 동작하는 제1 시스템(100); 및

상기 제1 시스템의 맞은편에 제1 시스템과 동일한 구성 요소를 구비하여 동일한 동작 특성을 갖는 제2의 제어 모듈로 동작하는 제2 시스템(200)을 포함하며,

FPGA(40)를 구비하여 메모리 미러링을 하는 RTM 모듈을 구비한 상기 제1 시스템(100)과 제2 시스템(200) 사이에 이중화 동작을 구현하는 것을 특징으로 하는 원격 통합감시 제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 이중화 시스템은 광통신을 이용하여 시스템 간에 데이터의 메모리 미러링(mirroring)으로 데이터 공유 및 CPU 확장 메모리로 사용 가능한 상기 RTM 모듈에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 원격 통합감시제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 이중화 시스템은 이더넷(ethernet : TCP/IP, UDP/IP)의 네트워크 통신과 메모리 미러링 방식을 이용한 핫 스타트(hot start) 모드와 콜드 스타트(cold start) 모드로 이중화를 구현하는 것을 특징으로 하는 원격 통합감시제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 장치에서 시스템이 여러 대인 경우에 리플렉트(reflect) 메모리를 이용하여 고속 미러링 동작이 가능한 것을 특징으로 하는 원격 통합감시제어장치.
원격으로 제어되는 원격 감시 제어반(Remote control station)의 제1 시스템과 제2 시스템으로 이루어지는 원격 통합감시제어장치에서 이중화 시스템의 구현은, 제1 시스템이 마스터(Master)로 선택되어 메모리 초기화, 에러 체크를 하는 단계와; 제1 시스템과 제2 시스템의 링크 상태를 판정하는 단계와; 상기 링크의 에러 시에 제1 시스템이 단독 실행되는 단계와; 상기 링크의 정상시 제1 시스템이 이중화 시스템 구동 단계에 돌입하는 단계를 포함하고,

상기 이중화 시스템 구동 단계는, 제1 시스템이 액티브, 제2 시스템이 대기상태로서, 제1 시스템이 메모리 영역의 데이터를 제2 시스템의 영역에 고속 복사하는 단계와;　제1 시스템이 디세이블(disable)시, 제2 시스템이 메모리영역의 데이터를 시프트(shift)하면서 마스터로 구동하는 단계와; 제1 시스템 복원 시에 제2 시스템이 제1 시스템 메모리 영역에 고속 복사하는 단계와; 제1 시스템이 다시 마스터로 구동하여 제2 시스템에 메모리 미러링 동작을 반복하는 단계를 포함하는 원격 통합감시제어장치의 이중화 시스템 구동방법.
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제 5항에 있어서, 상기 제1 시스템이 작동할 때는 제2 시스템이 대기상태로 동작하고, 제2 시스템이 작동할 때는 제1 시스템이 대기 상태로 동작하여 자동 절체 연속 운전하는 것을 특징으로 하는 원격 통합감시제어장치의 이중화 시스템 구동방법.
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