KR100806937B1 - 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 브이엠이 버스 기반의아날로그/디지털 변환장치 - Google Patents

원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 브이엠이 버스 기반의아날로그/디지털 변환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피엘디(PLD)를 통해 아날로그/디지털 변환기능의 제어 및 VME 규격에 따른 출력신호를 제공하므로써 회로를 단순화하여 소자의 결함율을 최소화하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치에 관한 것이다.
본 발명은, VME 컨넥터로부터 제공되는 전원을 미리 설정된 일정한 직류전압으로 변환하여 공급하는 아날로그 전원공급부와; 상기 아날로그 전원공급부로부터 제공되는 직류전압에 의해 동작되고, 아날로그 컨넥터를 통해 입력되는 아날로그 신호를 증폭하는 차동증폭부와; 상기 차동증폭부에서 증폭된 신호로부터 잡음 등을 제거하는 아날로그 필터부와; 상기 아날로그 필터부에서 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와; 상기 VME 컨넥터로부터 전송된 제어신호에 따라 상기 아날로그/디지털 변환부의 동작을 제어하여 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 디지털신호를 제공받아 VME 포맷으로 신호를 처리한 후 상기 버퍼부에 제공하는 논리회로부와; 상기 논리회로부로부터 전송된 출력신호를 VME 컨넥터를 통해 외부로 제공하고, 외부로부터 VME 컨넥터를 경유하여 주소신호 및 전원을 제공받도록 상기 논리회로부에 의해 제어되는 버퍼부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
VME, 아날로그/디지털 변환, 버퍼부, PLD, 원자력, 발전소, 차등증폭부

Description

원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 브이엠이 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치{Apparatus for converting analog to digital signal based on VME bus used in nuclear plant safety system}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전소 안전계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 아날로그 전원공급부를 상세히 나타내는 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시된 차동증폭부 및 아날로그 필터부를 상세히 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시된 아날로그/디지털 변환부를 상세히 나타내는 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 버퍼부 20 : 아날로그 전원공급부
30 : 차등증폭부 40 : 아날로그 필터부
50 : 아날로그/디지털 변환부 60 : 논리회로부
본 발명은 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME(Versa Module Eurocard)버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치에 관한 것으로서, 피엘디(PLD)를 통해 아날로그/디지털 변환기능의 제어 및 VME 규격에 따른 출력신호를 제공하므로써 회로를 단순화하여 소자의 결함율을 최소화하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치에 관한 것이다.
최근에 급증하는 에너지 수요에 대처하기 위해 원자력 발전소가 많이 건설되고 있으나, 이러한 원자력 발전소를 유지 관리하는데에는 많은 비용과 기술을 필요로 하고 있으며, 대규모의 안전사고를 발생시킬 수도 있다는 위험성이 항상 내포되고 있다.
즉, 원자력 발전소에서는 핵연료를 사용하는 관계로 다른 일반 공장이나 발전소에 비하여 매우 안정되고 확실하게 동작되는 제어시스템이 구비되어야하며, 이러한 제어시스템에서 사용되는 전자 제어모듈은 진동이 심한 발전소의 환경에서도 오동작이 없도록 높은 신뢰성을 필요로 한다.
특히, 원자력 발전소에서는 반도체와 같은 전자회로 소자들이 방사능에 노출되어 오작동의 확률이 높다는 문제점이 있다.
상기와 같이 원자력 발전소에서 사용되는 소자의 안정적인 동작이 중요함에도 불구하고, 종래의 아날로그 디지털 변환기에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 다수의 낸드 게이트(NAND GATE), 트랜지스터, 증폭기, 먹스(MUX) 등의 다양한 소자를 필요로 하며, 이러한 다수의 소자로 인해 오작동의 확률이 높다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 피엘디(PLD)를 통해 아날로그/디지털 변환기능의 제어 및 VME 규격에 따른 출력신호를 제공하므로써 회로를 단순화하여 소자의 결함율을 최소화하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME(Versa Module Eurocard)버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치는, VME 컨넥터로부터 제공되는 전원을 미리 설정된 일정한 직류전압으로 변환하여 공급하는 아날로그 전원공급부와; 상기 아날로그 전원공급부로부터 제공되는 직류전압에 의해 동작되고, 아날로그 컨넥터를 통해 입력되는 아날로그 신호를 증폭하는 차동증폭부와; 상기 차동증폭부에서 증폭된 신호로부터 잡음 등을 제거하는 아날로그 필터부와; 상기 아날로그 필터부에서 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와; 상기 VME 컨넥터로부터 전송된 제어신호에 따라 상기 아날로그/디지털 변환부의 동작을 제어하여 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 디지털신호를 제공받아 VME 포맷으로 신호를 처리하는 논리회로부와; 상기 논리회로부로부터 전송된 출력신호를 VME 컨넥터를 통해 외부로 제공하고, 외부로부터 VME 컨넥터를 경유하여 주소신호 및 전원을 제공받도록 상기 논리회로부에 의해 제어되는 버퍼부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 원자력 발전소 안전계통에 사용되는 VME버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치의 구성을 설명하는데, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자력 발전소 안전계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 도 1에 도시된 아날로그 전원공급부를 상세히 나타내는 회로도이며, 도 3은 도 1에 도시된 차동증폭부 및 아날로그 필터부를 상세히 나타내는 회로도이고, 도 4는 도 1에 도시된 아날로그/디지털 변환부를 상세히 나타내는 회로도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 원자력 발전소 안전계통에 사용되는 VME(Versa Module Eurocard)버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치는 아날로그 전원공급부(10), 아날로그 컨넥터(20), 차등증폭부(30), 아날로그 필터부(40), 아날로그/디지털 변환부(50), 논리회로부(60), 버퍼부(70) 및 VME 컨넥터(80)를 포함한다.
아날로그 전원공급부(10)는 VME 컨넥터(80)로부터 제공되는 전원을 미리 설정된 일정한 직류전압으로 변환하여 공급하며, 직류전압 +15V를 직류전압 ±12V로 격리(Isolator)하여 +12V의 일정한 전원을 공급하도록 전압을 직접 변환시키는 직류/직류 변환기를 구비하고, 상기 직류전압 +12V를 직류전압 +5V로 변환시키는 전압조절기를 구비하여 +5V의 일정한 전원을 공급하며, 비드(Bead)를 통해 잡음과 같 은 불필요한 주파수 성분의 인입을 방지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 아날로그 전원공급부(10)는 차등증폭부(30), 아날로그 필터부(40), 및 아날로그/디지털 변환부(50)에 전원을 공급하며, VME 컨넥터(도 1의 80)의 C31번 핀으로부터 과전류를 방지하는 퓨즈(F2)와 비드(Bead, L1)를 경유하여 직류/직류 변환기(U2,U4)의 1번 핀에 연결되며, 접지는 VME 컨넥터(도1의 80)의 A19번핀과 비드(L4)에 연결된다.
직류/직류 변환기(U2,U4)의 7번 핀에서는 +12V의 전압이 출력되고, 4번 핀에서는 -12V의 전압이 출력되며, 5번 핀은 2개의 채널로 격리된 차동증폭부(30)의 접지(Ground)에 각각 연결된다.
직류/직류 변환기(U2,U4)의 +12V의 출력은 차동증폭부(30)에 공급되고, 직류전압조절기(U3,U5)의 8번 핀에 연결된다. 전압조절기(U3,U5)의 2번 핀에서는 +5V의 전압이 출력되고, 4번, 5번 및 6번 핀은 2개의 채널로 격리된 차동증폭부(30)의 접지(Ground)에 각각 연결된다.
차동증폭부(30)는 아날로그 컨넥터(20)로부터 비드를 통해 인입되는 잡음과 같은 불필요한 주파수를 방지하며, 출력 신호 값을 설정하기 위해서 피드백 저항값과 입력 저항값에 따라 게인(Gain)을 결정하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차동증폭부(30)는 입력신호에 인입되는 불필요한주파수 성분을 방지하도록 비드(L5, L6, L7, L8)를 지나 증폭기(U12, U16)에 연결된다.
차동증폭부(30)는 도 3에 도시된 저항(R16, R17, R20, R23, R24, R25, R30, R31)과 증폭기(U12,U16)를 통해 입력신호의 전압차를 검출하여 미리 설정된 게인에 따른 출력 신호를 제공한다.
상기 게인설정에 따른 출력 신호 전압은 다음과 같이 식으로 표현된다.
Figure 112006053135849-pat00001
이고 R1=Ra, R2=Rb이므로 이를 간단히 하면 다음과 같다.
Figure 112006053135849-pat00002
상기 식에서 v1은 R17에 인가되는 전압이고, v3는 R22에 인가되는 전압이며, v2는 U12의 출력전압이고, 저항은 R1=R17,R2=R16, Ra=R22, Rb=R23이다.
아날로그 필터부(40)는 원자력 발전소에서 발생하는 기계적 진동 및 전자파 환경 내에서 안정적 동작을 위해 차동증폭부(30)에서 증폭된 신호에 포함된 외부 잡음신호를 제거하는 저주파통과필터로 이루어지며, 차동증폭부(30)의 게인이 유지되도록 1의 게인값을 갖는다.
이때, 아날로그 필터부(40)는 수동소자(C,R)와 연산증폭기로 구성된 능동필터로서, 저주파통과필터를 통해 차단 주파수를 낮게 하고 감쇠 특성이 뛰어나게 설계되는 것이 바람직하다.
아날로그/디지털 변환부(50)는 ±10V의 전압을 입력받고, 16bit의 분해능을 가지며, 연속근사형(successive approximation) 방식을 통해 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜 앨리어싱(Aliasing)이 발생되지 않도록 한다.
논리회로부(60)는 복수의 채널을 통해 VME 컨넥터(80)로부터 전송되는 제어신호에 따라 아날로그/디지털 변환부(50)에서 아날로그신호가 디지털신호로 변환되도록 아날로그/디지털 변환부(50)를 제어한다.
또한, 논리회로부(60)는 VME 컨넥터(80)로부터 전송되는 제어신호에 따라 아날로그/디지털 변환부(50)에서 출력되는 디지털신호를 VME 규약에 따른 디지털 데이터로 버퍼부(70)에 전달하며, VME 슬레이브(slave)로서의 기능을 수행한다.
버퍼부(70)는 VME 버스로부터 VME 컨넥터(80)를 경유하여 주소신호 및 전원을 제공받고, 논리회로부(60)에 제공되는 제어신호에 따른 논리회로부(60)의 제어에 의해 논리회로부(60)로부터 전송되는 디지털 데이터를 VME 컨넥터(80)를 경유하여 VME 버스(미도시)로 제공한다.
VME 컨넥터(80)는 VME 버스(미도시)를 사용하는 다른 카드와 주소 및 데이터를 주고받도록 구비된다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 원자력 발전소 안전계통에 사용되는 VME버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치의 동작을 설명한다.
외부로부터 VME 컨넥터(80)를 경유하여 제어신호 및 주소신호가 논리회로부(60) 및 버퍼부(70)에 공급되고, 아날로그 컨넥터(20)를 통해 아날로그 신호가 입력되어 차동증폭부(30)에 전송한다.
차동증폭부(30)에 아날로그 신호가 입력되면, 입력신호 전압차이만큼의 전압이 증폭기(U12,U16)에 인가되고 반전되어 출력신호를 발생하게되며, 상기 출력신호는 아날로그 필터부(40)에 전달된다.
아날로그 필터부(40)에 전달된 신호에서 잡음 등의 불필요한 신호를 차단하여 아날로그/디지털 변환부(50)에 전달한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 아날로그/디지털 변환부(50)에서는, 아날로그/디지털 변환기(U19,U18)의 제어가 아날로그/디지털 변환기(U19,U18)의 24번 및 26번 핀에 인가되는 디지털 신호에 의해 이루어진다.
이때, 아날로그/디지털 변환기(U19,U18)의 24번 및 26번 핀은 논리회로부(60)의 PLD(Programmable Logic Device:U1)에 연결되며, 상기 PLD에 의해 아날로그/디지털 변환기(U19,U18)의 상태가 체크되고 제어된다.
논리회로부(60)는 아날로그/디지털 변환부(50)의 변환 상태를 점검하여, 그 상태에 따라 아날로그/디지털 변환을 시키거나 변환된 디지털 값을 전송받는다. 이때, 2개의 채널 상태를 개별적으로 제어하므로써 상호 간섭에 따른 디지털 값의 획득시간을 최소화할 수 있다.
VME 컨넥터부(80)는 VME 버스(미도시)로부터 전송되는 디지털 신호 중 주소신호를 전송받아 논리회로부(60)의 PLD(U1)에 전달하며, PLD(U1)의 제어에 의해 디지털 값을 출력한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치는, 피엘디(PLD)를 통해 아날로그/디지털 변환기능의 제어 및 VME버스 포맷의 출력신호를 제공하므로써 회로를 단순화하여 소자의 결함율을 최소화한다.
또한, 공급되는 전원을 격리시켜 상호 간섭에 의한 오작동율을 최소화한다.
또한, VME 버스 규격에 따라 데이터를 입출력하므로써 다른 입/출력 카드와의 인터페이스 오작동을 최소화한다.

Claims (6)

  1. 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME(Versa Module Eurocard) 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치에 있어서,
    VME 컨넥터로부터 제공되는 전원을 미리 설정된 일정한 직류전압으로 변환하여 공급하는 아날로그 전원공급부와;
    상기 아날로그 전원공급부로부터 제공되는 직류전압에 의해 동작되고, 아날로그 컨넥터를 통해 입력되는 아날로그 신호를 증폭하는 차동증폭부와;
    상기 차동증폭부에서 증폭된 신호로부터 잡음 등을 제거하는 아날로그 필터부와;
    상기 아날로그 필터부에서 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와;
    상기 VME 컨넥터로부터 전송된 제어신호에 따라 상기 아날로그/디지털 변환부의 동작을 제어하여 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 디지털신호를 제공받아 VME 포맷으로 신호를 처리하는 논리회로부와;
    상기 논리회로부로부터 전송된 출력신호를 VME 컨넥터를 통해 외부로 제공하고, 외부로부터 VME 컨넥터를 경유하여 주소신호 및 전원을 제공받도록 상기 논리회로부에 의해 제어되는 버퍼부를
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 전원공급부는,
    +15V의 직류전압을 ±12V로 변환시켜 ±12V의 일정한 전원을 공급하는 직류/직류 변환기와;
    +12V의 직류전압을 +5V로 변환시켜 +5V의 일정한 전원을 공급하는 전압조절기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차동증폭부는 비드(bead)를 통해 임의의 외부 잡음의 인입을 방지하며, 피드백 저항값과 입력 저항값에 따라 게인을 결정하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그 필터부는 상기 차동증폭부에서 증폭된 신호에 포함된 외부 잡음신호를 제거하는 저주파통과필터로 이루어지며, 상기 차동증폭부의 게인이 유지되도록 게인값이 1인 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아날로그/디지털 변환부는 ±10V의 전압을 입력받고, 16bit의 분해능을 가지며, 연속근사형 방식을 통해 아날로그 신호를 디지털신호로 변환시켜 앨리어싱(Aliasing)이 발생되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 논리회로부는 복수의 채널을 통해 상기 아날로그/디지털 변환부의 상태에 따라 아날로그신호를 디지털신호로 변환시키거나 변환된 디지털 신호를 전송하도록 상기 아날로그/디지털 변환부를 제어하며, VME 버스 규약에 따른 VME 슬레이브(slave)기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 원자력 발전소 안전 계통에 사용되는 VME 버스 기반의 아날로그/디지털 변환장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01227030A (ja) * 1988-03-07 1989-09-11 Fujitsu Ltd 抵抗温度特性の検出回路
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