KR100823720B1 - 주기적으로 입력 채널의 입력 상태를 모니터링하는 진단능력을 갖는 ｐｌｃ 입력 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주기적으로 입력 채널의 입력 상태를 모니터링하는 진단 능력을 갖는 PLC 입력 모듈에 대하여 개시된다. PLC 입력 모듈은 입력 단자로 수신되는 입력 전압에 응답하여 입력 데이터를 발생하는 입력부와, 주기적으로 발생되는 진단 신호에 응답하여 진단 데이터를 발생하는 진단 표시 장치, 그리고 입력 데이터와 진단 데이터를 비교하는 비교 장치 및 제어부를 포함한다. 비교 장치 및 제어부는 진단 데이터 발생에 따른 지연 시간 후에 발생되는 비교 동기 신호에 응답하여 입력 데이터와 진단 데이터를 비교하여 입력 제어 신호를 발생하고 입력 채널의 이상 여부를 연산 장치에게 통보한다. 입력 제어 신호는 버퍼부로 제공되어 입력 데이터의 연산 장치로의 전달을 차단한다. 따라서, 본 발명의 PLC 입력 모듈에 의하면, 주기적으로 발생되는 진단 신호에 응답하여 나타나는 진단 데이터를 입력 전압에 응답하여 나타나는 입력 데이터와 비교함에 따라 PLC 입력 모듈의 입력 상태를 모니터링한다. 그리고, 이 PLC 입력 모듈의 입력 상태 모니터링은 발광 다이오드의 발광 여부로 외부에서 직접 PLC 입력 모듈의 고장 여부를 확인할 수 있다.
Figure R1020050003189
PLC 입력 모듈, 포토 커플러, 진단 신호, 진단 주기, 발광 다이오드

Description

주기적으로 입력 채널의 입력 상태를 모니터링하는 진단 능력을 갖는 ＰＬＣ 입력 모듈{PLC input module having periodically diagnostic ability for monitoring input channel}
도 1은 종래의 PLC 입력 모듈을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1의 PLC 입력 모듈에서 입력 데이터의 전압 레벨에 따른 포토-커플러의 턴온/턴오프 응답 기준을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 PLC 입력 모듈을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3의 PLC 입력 모듈의 구체적인 회로 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 진단 신호의 주기를 설명하는 도면이다.
본 발명은 PLC 입력 모듈에 관한 것으로, 특히, 주기적으로 입력 채널의 입력 상태를 모니터링하는 진단 능력을 갖는 PLC 입력 모듈에 관한 것이다.
산업 현장에서 공장 설비의 자동화에 필수적으로 PLC(Programmable Logic Controller)를 사용하고 있다. PLC는 생산 라인의 주변 장치들을 효율적으로 제어 할 수 있는 기능을 내장하여, 예컨대 컨베이어의 총괄 제어, 각종 근접 센서, 온도 센서, 솔레노이드 밸브 및 모터 등과 같은 외부 부하를 접속한 뒤 일정한 시퀀스로 움직이게 하는 작업을 수행한다. 또한, PLC는 로보트, 상위 컴퓨터 등과 이더넷과 같은 통신을 통하여 대단위 공장 자동화 또는 무인 공장 자동화를 가능케 한다.
일반적으로, PLC 입력 모듈은 교류 전원을 입력받아 5V, 12V, 24V 등의 직류 전원으로 변환하고, 입력되는 데이터를 인식하여 턴온, 턴오프 상태에 따른 출력 신호를 발생하고, 이 출력 신호를 내부 연산하여 발생되는 제어 신호를 제어 대상에게 출력한다.
도 1은 종래의 PLC 입력 모듈을 개략적으로 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, PLC 입력 모듈(100)은 다수개의 입력 채널들이 존재하는 데, 예컨대 하나의 입력 채널에 외부 전원(Vext)과 연결된 외부 부하(120)로부터 입력 전압이 수신된다. 외부 전원(Vext)이 예컨대, 24V일 때 입력 전압 레벨에 따른 포토-커플러(102)의 턴온/턴오프 응답 기준이 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 입력 전압이 13V 내지 30V 범위에 있으면 포토 커플러(102)는 턴온 상태에 있고, 입력 전압이 0V 내지 6V 범위에 있으면 포토 커플러(102)는 턴오프 상태에 있다. 포토 커플러(102)의 턴온 상태는 내부 회로(104)의 데이터로 전달되어 내부 연산을 일으키게 된다.
이러한 PLC 입력 모듈의 동작에 있어서, PLC 입력 모듈 내부의 구성 부품들의 파손으로 인한 회로 단락(short) 또는 오픈(open)에 따라 내부 회로(104)로 잘못된 데이터가 전달되거나 외부 노이즈에 의해 PLC 입력 모듈 회로의 오동작 등의 문제들이 발생할 수 있다. 이런 문제들을 해결하기 위하여, PLC 입력 모듈의 아날 로그 신호 동작 블락과 디지털 신호 동작 블락을 포토-커플러 절연시키고 필터 회로를 추가로 사용하여 외부 노이즈를 차단하는 방법이 있다.
이런 방법들 외에, PLC 입력 모듈의 입력 채널로 입력되는 입력 전압에 따라 발생되는 입력 데이터를 진단 데이터와 비교하여 PLC 입력 모듈의 입력 상태 여부를 확인할 수 있고, 또 PLC 입력 모듈의 고장 여부를 직접 눈으로 확인할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명의 목적은 주기적으로 입력 채널의 입력 상태를 모니터링하는 진단 능력을 갖는 PLC 입력 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 PLC 입력 모듈은 입력 전압을 수신하는 적어도 하나 이상의 입력 채널; 입력 전압에 응답하여 발광하는 제1 포토 다이오드와 제1 포토 다이오드의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제1 포토 트랜지스터를 갖고, 턴온된 제1 포토 트랜지스터에 의해 입력 데이터를 발생하는 입력부; 소정의 진단 신호에 응답하여 발광하는 제2 포토 다이오드와 제2 포토 다이오드의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제2 포토 트랜지스터를 갖고, 턴온된 제2 포토 트랜지스터에 의해 진단 데이터를 발생하고, 제2 포토 트랜지스터와 제1 포토 다이오드와 연결되는 진단 장치 표시부; 및 입력 제어 신호에 응답하여 입력 데이터를 연산 장치로 전달하는 버퍼부; 및 상기 진단 데이터 발생에 따른 지연 시간 후에 발생되는 비교 동기 신호에 응답하여 입력 데이터와 진단 데이터를 비교하여 입력 제어 신호를 발생하고 입력 채널의 이상 여부를 연산 장치에게 통보하는 비교 장치 및 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따라, PLC 입력 모듈은 제1 포토 다이오드와 연결되고 제1 포토 다이오드로 흐르는 전류에 의해 발광하는 제3 포토 다이오드와 제3 포토 다이오드의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제3 포토 트랜지스터를 갖고, PLC 입력 모듈의 입력 전압 또는 진단 신호의 입력 상태를 육안으로 확인하도록 제3 포토 트랜지스터를 흐르는 전류에 응답하여 발광하는 발광 다이오드를 갖는 외부 표시 장치를 더 포함한다. 그리고, 진단 신호는 진단 주기(T1) 동안 소정 구간(T2, T2<T1) 로직 로우레벨로 발생된다.
따라서, 본 발명의 PLC 입력 모듈에 의하면, 주기적으로 발생되는 진단 신호에 응답하여 나타나는 진단 데이터를 입력 전압에 응답하여 나타나는 내부 데이터와 비교함에 따라 PLC 입력 모듈의 입력 상태를 모니터링한다. 그리고, 이 PLC 입력 모듈의 입력 상태 모니터링은 발광 다이오드의 발광 여부로 외부에서 직접 눈으로 확인할 수 있기 때문에, PLC 입력 모듈의 고장 여부를 확인할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 PLC 입력 모듈을 설명하는 도면이다. 이를 참조하면, PLC 입력 모듈(300)은 다수개의 입력 채널들을 포함하는 데, 대표적으로 하나의 입력 채널(324) 만이 도시되어 있다. PLC 입력 모듈(300)은 외부 부하(340)에 연결된 외부 전원(Vext)으로부터 입력 전압을 수신하는 입력 채널(324)과, 입력 전압 레벨에 응답하여 턴온/턴오프되어 제1 포토 커플러(322)를 통해 발생되는 입력 데이터를 프로그래머블 장치(310)로 전달하는 입력부(320)와, 그리고 프로그래머블 장치(310)에서 제공되는 진단 신호에 응답하여 턴온/턴오프되는 제2 포토 커플러(332)를 통해 진단 데이터를 발생하는 진단 표시 장치(330)를 포함한다. 제1 포토-커플러(322)와 제2 포토-커플러(332)는 광 차단되는 것이 바림직하다.
입력부(320)의 제1 포토 커플러(322)는 입력 전압에 응답하여 발광하는 제1 포토 다이오드(PD1)와 제1 포토 다이오드(PD1)의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제1 포토 트랜지스터(PT1)를 포함한다. 턴온되는 제1 포토 트랜지스터(PT1)에 의해 발생되는 입력 데이터는 버퍼부(312)를 통해 연산 장치(350)로 전달되고 비교 장치 및 제어부(314)로 전달된다.
진단 표시 장치(330)의 제2 포토 커플러(332)는 프로그래머블 장치(310)에서 제공되는 진단 신호에 응답하여 발광하는 제2 포토 다이오드(PD2)와 제2 포토 다이오드(PD2)의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제2 포토 트랜지스터(PT2)를 포함한다. 턴온되는 제2 포토 트랜지스터(PT2)를 통해 흐르는 전류는 입력부(320)로 제공되어 제1 포토 다이오드(PD1)로 흐르게 된다. 이에 따라 발광되는 제1 포토 다이오드(PD1)에 의해 제1 포토 트랜지스터(PT1)가 턴온되어 진단 데이터가 발생된다. 진단 데이터는 비교 장치 및 제어부(314)로 전달된다.
프로그래머블 장치(310)의 비교 장치 및 제어부(314)는 입력 데이터와 진단 데이터를 비교하여, 그 비교 결과를 버퍼부(312)로 전달되는 입력 제어 신호로 발생하고 연산 장치(350)로 진단 통보한다. 버퍼부(312)는 입력 제어 신호에 응답하여 입력 데이터의 연산 장치(350)로의 전달을 차단한다. 연산 장치(350)로의 진단 통보는 PLC 입력 모듈로 수신된 입력 데이터의 이상 여부를 연산 장치(350)로 알림으로써 연산 장치의 동작 수행 여부를 결정한다.
도 4는 도 3의 PLC 입력 모듈의 예시적인 회로 다이어그램을 나타내는 도면이다. 이를 참조하면, 입력 채널(324)로 수신되는 입력 전압의 레벨을 예컨대, 24V라고 설정하자. 입력 채널(324)에서 바라다 보이는 입력 임피던스는 RA2 저항 값으로 나타나는 데, RA2 저항값을 2.7KΩ으로 설정하자. 이에 따라, 제1 포토 커플러(322)와 제3 포토 커플러(402)의 포토 다이오드들(PD1, PD3)로 흐르는 전류는 다음과 같이 나타난다.
Figure 112006069365212-pat00007
8.8mA가 흐르는 제1 포토 다이오드(PD1)가 발광하면서 제1 포토 트랜지스터(PT1)를 턴온시킨다. 이 때, RA3 저항은 제1 포토 커플러(322)의 응답 전압 레벨을 조절하기 위하여 사용되는 데, 도 2와 같이 입력 전압 레벨에 따른 제1 포토 커플러(322)의 턴온/턴오프 응답 기준이 설정된다. 제1 포토 트랜지스터(PT1)가 턴온됨에 따라 버퍼(410)의 출력인 입력 데이터는 로직 로우레벨로 전달된다.
그리고, 8.8mA가 흐르는 제3 포토 다이오드(PD3)가 발광하면서 제3 포토 트랜지스터(PT3)를 턴온시킨다. 이에 따라, 제1 전원(Va)에 의한 전류가 제3 포토 다이오드(PD3)와 발광 다이오드(LED)를 통해 흐른다. 제1 전원(Va)는 5V 정도의 전압 레벨을 갖는다. 발광 다이오드(LED)는 발광되어 PLC 입력 모듈(300)의 입력 전압 또는 진단 신호의 입력 상태를 육안으로 확인하기 위한 용도로 사용된다. L1 인덕터는, 외부로부터의 고주파 전류 노이즈 성분이 접지 전원(GND)을 타고 들어오면서 주파수 성분을 가질 때, 감지된 전류 변화에 의해 저항 성분이 매우 커지게 되어 전류 노이즈 성분을 차단한다.
한편, 입력 채널(324)로 입력 전압이 인가되지 않으면, 제1 포토 커플러(322)의 제1 포토 트랜지스터(PT1)가 턴오프되기 때문에, 입력 데이터는 로직 하이레벨로 발생된다. 이 경우, 제3 포토 커플러(402)의 제3 포토 다이오드(PT3)도 턴오프 상태이므로 발광 다이오드(LED)도 발광되지 않는다.
제2 포토 커플러(332)는 도 5에 도시된 진단 주기(T1) 동안 소정 구간(T2, T2<T1) 로직 로우레벨로 발생되는 진단 신호에 응답하여 제2 포토 다이오드(PD2)로 제2 전원(Vb)에 의한 제2 전류가 흐른다. 진단 신호는, 예컨대 53초의 진단 주기(T1) 동안 로직 로우 구간(T2)이 1.6ms 정도로 설정된다. 진단 신호의 로직 하이레벨은 5V 정도의 전압 레벨을 갖고, 로직 로우 레벨은 0V의 전압 레벨을 갖는다. 제2 전원(Vb)는 5V 정도의 전압 레벨을 갖는다. 제2 포토 다이오드(PD2)로 전류가 흐르면서 발광하여 제2 포토 트랜지스터(PT2)를 턴온시킨다. 턴온된 제2 포토 트랜지스터(PT2)를 통하여 제3 전원(Vc)에 의한 전류가 흐르게 된다. 이 때, 제3 전원(Vc)은 외부 전원(Vext, 도 3)과 동일한 데, 제3 전원(Vc)의 전압 레벨이 입력 전압 레벨과 동일하면 즉, 제3 전원(Vc)이 24V 정도의 전압 레벨을 가지면, 제1 포토 커플러(322)와 제3 포토 커플러(402)의 동작은 입력 전압이 인가되었을 때와 동일하게 동작한다. 즉, 제1 포토 커플러(322)의 제1 포토 트랜지스터(PT1)가 턴온되어 진단 데이터가 되는 입력 데이터는 로직 로우레벨로 전달된다.
여기에서, 진단 신호가 인가되었을 때 나타나는 진단 데이터는 소정의 응답 지연 시간 후에 발생되는 데, 이는 고주파 노이즈를 제거하기 위하여 설계된 노이 즈 필터 회로 때문이다. 즉, Ta, Tb 및 Tc 부분에 의해 진단 지연이 발생한다. 그러므로, 비교 장치 및 제어부(314)는 Ta+Tb+Tc 시간 후에 발생되는 비교 동기 신호에 응답하여 입력 데이터와 진단 데이터를 비교하는 것이 바람직하다.
실제적인 입력 전압이 인가되었을 때 나타나는 입력 데이터와 진단 신호가 인가되었을 때 나타나는 진단 데이터가 동일하면, 프로그래머블 장치(310, 도 3) 내 비교기는 예컨대, 로직 로우레벨 출력을 발생하여, PLC 입력 모듈의 입력 상태가 양호함을 연산 회로(350)로 알려서, 전달된 내부 회로 데이터의 연산 동작을 수행한다.
반면, 실제적인 입력 전압이 인가되었을 때 나타나는 입력 데이터와 진단 신호가 인가되었을 때 나타나는 진단 데이터가 동일하지 않다면, 입력 제어 신호가 발생되어 입력 데이터의 연산 장치(350)로의 전달을 차단하고 PLC 입력 모듈의 입력 상태가 불량함을 연산 회로(350)로 진단 통보하여 연산 회로(350)의 연산 동작을 막는다.
따라서, 본 발명의 PLC 입력 모듈에 의하면, 주기적으로 발생되는 진단 신호에 응답하여 나타나는 진단 데이터를 입력 전압에 응답하여 나타나는 입력 데이터와 비교함에 따라 PLC 입력 모듈의 입력 상태를 모니터링한다. 그리고, 이 PLC 입력 모듈의 입력 상태 모니터링은 발광 다이오드의 발광 여부로 외부에서 직접 PLC 입력 모듈의 고장 여부를 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 본 명세서에서는 포토 다이오드와 발광 다이오드를 구분하여 설명하고 있으나, 이는 거의 동일한 소자인 것은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상술한 본 발명의 PLC 입력 모듈에 의하면, 주기적으로 발생되는 진단 신호에 응답하여 나타나는 진단 데이터를 입력 전압에 응답하여 나타나는 입력 데이터와 비교함에 따라 PLC 입력 모듈의 입력 상태를 모니터링한다. 그리고, 이 PLC 입력 모듈의 입력 상태 모니터링은 발광 다이오드의 발광 여부로 외부에서 직접 PLC 입력 모듈의 고장 여부를 확인할 수 있다.

Claims (3)

  1. 입력 전압을 수신하는 입력 채널;
    상기 입력 전압에 응답하여 발광하는 제1 포토 다이오드와 상기 제1 포토 다이오드의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제1 포토 트랜지스터를 갖고, 상기 턴온된 제1 포토 트랜지스터에 의해 입력 데이터를 발생하는 입력부;
    진단 신호에 응답하여 발광하는 제2 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제2 포토 트랜지스터를 갖고, 상기 턴온된 제2 포토 트랜지스터에 의해 진단 데이터를 발생하는 진단 장치 표시부; 및
    입력 제어 신호에 응답하여 상기 입력 데이터를 연산 장치로 전달하는 버퍼부; 및
    상기 진단 데이터 발생에 따른 지연 시간 후에 발생되는 비교 동기 신호에 응답하여 상기 입력 데이터와 상기 진단 데이터를 비교하여 상기 입력 제어 신호를 발생하고 상기 입력 채널의 이상 여부를 연산 장치에게 통보하는 비교 장치 및 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 PLC 입력 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PLC 입력 모듈은
    상기 제1 포토 다이오드와 연결되고 상기 제1 포토 다이오드로 흐르는 전류에 의해 발광하는 제3 포토 다이오드와 상기 제3 포토 다이오드의 발광 여부에 따라 턴온/턴오프되는 제3 포토 트랜지스터를 갖고, 상기 PLC 입력 모듈의 상기 입력 전압 또는 상기 진단 신호의 입력 상태를 육안으로 확인하도록 상기 제3 포토 트랜지스터를 흐르는 전류에 응답하여 발광하는 발광 다이오드를 갖는 외부 표시 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 PLC 입력 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 진단 신호는
    진단 주기(T1) 동안 상기 진단 주기보다 짧은 구간(T2, T2<T1)에 로직 로우레벨로 발생되는 것을 특징으로 하는 PLC 입력 모듈.
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KR102025736B1 (ko) 2019-04-30 2019-09-26 주식회사 엔케이시스템 Plc 원격 진단 장치 및 방법
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