KR100926013B1

KR100926013B1 - 현장기기연계모듈

Info

Publication number: KR100926013B1
Application number: KR1020070088629A
Authority: KR
Inventors: 조창호; 이성진; 김성태; 구영호; 임성한; 김봉석; 이관중
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-11-11
Also published as: KR20090022929A

Abstract

현장기기연계모듈이 개시된다. 작동제어장치와 연계되어 현장기기를 제어하는 현장기기연계모듈에 있어서, 하드웨어 기반 프로세스는 작동제어장치로부터 입력된 작동신호를 기초로 현장기기를 구동하기 위한 제어논리를 수행하여 제어신호를 산출한다. 연계제어기는 작동제어장치로부터 작동신호를 입력받거나 현장기기로부터 기기상태신호를 입력받고, 하드웨어 기반 프로세스가 산출한 제어신호를 현장기기로 출력하거나 입력된 기기상태신호를 작동제어장치로 출력한다. 본 발명에 따른 현장기기연계모듈에 의하면 공학적안전설비-기기제어계통의 고장으로 인한 안전관련 개별 기기들의 오작 여부를 확인 및 방지할 수 있으며 오작동이 발생한 경우에는 이에 대해 적절히 대처함으로써 오작동으로 인한 발전소의 운전에 심각한 악영향을 미치는 것을 막을 수 있고, 루프제어기, 다양성보호계통, 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치, 보조제어장치와 각각 연계되어 각각으로부터 출력되는 작동신호를 통합적으로 관리할 수 있으며, 하드웨어 기반 프로세스가 이중화됨으로서 소자의 단일 고장에 의해 기기제어가 동작 불능을 방지하고 정상가동 중에도 하드웨어 기반 프로세스에 시험신호를 주입하여 논리 동작의 건전성을 확인할 수 있다.

공학적안전설비, 기기제어계통, 루프제어기, 현장기기

Description

현장기기연계모듈{Component Interface Module}

현장기기연계모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공학적안전설비 기기제어계통에 응용할 수 있는 안전등급 현장기기연계모듈에 관한 것이다.

신고리 3,4호기 이후 신형경수로 APR1400에 적용될 공학적안전설비-기기제어시스템(ESF-CCS)은 원자로 냉각재 유량 상실 사고, 주증기관 파단사고, 제어봉 집합체 이탈사고 및 급수 유량증가 사고 등의 발전소 설계기준 사고가 발생하는 경우에는 발전소 보호계통 및 방사선 감시 계통으로부터 공학적안전설비 작동 개시신호 또는 운전원으로부터 수동작동 개시 제어신호를 수신 받아 사고 영향 완화를 위해 공학적안전설비 기기들을 제어하는 기능을 수행한다. 이러한 공학적안전설비-기기제어계통은 그룹제어기, 제어채널 게이트웨이, 험 및 연계 프로세서, 캐비닛운전원모듈 및 루프제어기로 구성된다.

그룹제어기는 발전소 보호계통 네 개의 채널 및 방사선 감시계통 두 개의 채널로부터 지속적으로 공학적안전설비 작동 개시신호를 입력받아 각각 2/4, 1/2 보팅 논리를 수행하고 그 결과를 루프제어기에 제공한다. 그룹제어기가 루프제어기에 제공하는 공학적안전설비 작동신호는 핵증기 공급계통 관련 신호와 보조설비계통 관련 신호로 구분되고, 핵증기 공급계통 관련 신호는 안전주입작동신호, 격납용기격리작동신호, 주증기격리작동신호, 격납용기살수작동신호 보조급수작동신호 등의 5개의 신호로 구성되며, 보조설비계통 관련 신호는 주제어실비상환기작동신호, 핵연료취급지역 비상환기작동신호, 격납용기퍼지격리작동신호 등의 3개의 신호로 구성된다.

제어채널 게이트웨이는 주제어실과 원격정지실에 설치된 소프트제어기에 표기된 기기로부터 개별기기에 대한 제어 명령을 수신하며, 이를 해당되는 루프제어기에 전송하는 게이트웨이 기능을 수행한다. 여기서 소프트제어기는 컴퓨터 화면의 터치스크린을 통해 운전원이 개별기기를 제어하도록 하는 시스템을 의미하고, 게이트웨이는 2개 이상의 다른 종류 또는 같은 종류의 통신망을 상호 접속하여 통신망 간 정보를 주고받을 수 있게 하는 기능 단위 또는 장치를 의미한다. 그리고 주제어실과 원격정지실의 기기제어 권한은 전환 스위치 신호에 의해 선택된다. 또한, 제어채널 게이트웨이는 루프제어기로부터의 개별기기 상태, 공정계측값, 개별기기 오류 상태를 입력받아 소프트제어망을 통해 소프트제어기에 전송한다.

제어반신호다중기는 주제어실과 원격정지실에 위치하며 발전소 비상운전절차에 따라 주제어실에 상주하는 운전원에 의한 수동작동을 요하는 기기인 최소재고량 관련 기기에 대한 제어신호를 실배선으로 취득한다. 그리고 제어반신호다중기는 취득한 제어신호를 디지털 데이터화 및 다중화하고 이를 루프제어망을 통하여 루프제어기로 전송한다.

시험 및 연계 프로세서는 공학적안전설비-기기제어계통의 운전상태를 감시하 고, 일정 시간마다 그룹제어기 입력모듈, 그룹제어기 작동논리 및 루프제어기 제어논리를 자동으로 시험한다. 또한 시험 및 연계 프로세서는 보수요원의 요구에 의한 수동 시험을 수행할 수 있는 기능을 제공하고 이들 시험에 대한 결과를 피드백 받아 결과에 대한 건전성을 확인한다.

캐비닛운전원모듈은 모든 제어기의 상태정보, 현장기기에 대한 상태 정보 및 시험에 대한 결과를 입력받아 운전원에게 제공하며, 운전원에 의한 시험 지원 기능을 제공한다.

루프제어기는 그룹제어기로부터의 공학적안전설비 작동신호, 제어채널 게이트웨이를 통해 입력되는 소프트제어기 개별기기 제어신호 및 제어반신호다중기를 통해 입력되는 최소재고량 관련 기기제어신호를 받는다. 루프제어기는 이들 기기제어신호를 받아 공학적안전설비를 작동시키기 위한 제반 제어논리를 수행하고 모터제어반이나 전기분전반을 통하여 관련 현장기기에 작동 명령을 출력한다. 이러한 루프제어기가 구동하는 현장기기는 솔레노이드구동 밸브(SOV, Solenoid Operated Valve) 제어, 전동기구동 밸브(MOV, Motor Operated Valve) 제어, 비 역회전 전동기 시동자 제어, 중전압 스위치기어 및 부하반 제어, 전기유압식 전동기 댐퍼 제어의 5가지 유형으로 분류된다.

디지털 장비를 사용하는 공학적안전설비-기기제어계통의 잠재적인 공통모드고장에 의한 시스템 기능 상실에 대비하기 위해 계통 수준의 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치가 제어실에 제공된다. 이러한 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치는 공학적안전설비 기능별로 스위치가 제공해야 하고, 실배선을 통해 공학적 안전설비-기기제어계통에 연계하여야 하지만, 공학적안전설비-기기제어계통과의 연계는 디지털 기기에 의해 수행되는 수동 및 자동 논리 기능과는 다양성을 가져야 한다.

그리고 다양성보호계통은 발전소 보호계통 내부의 디지털 컴퓨터 로직의 공통유형고장의 영향을 완화시키도록 설계된 계통으로 원자로 정지 및 보조급수작동기능을 포함한다. 다양성보호계통의 보조급수작동기능은 공학적안전설비-기기제어계통으로 연계되어야 하지만, 안전계통인 공학적안전설비-기기제어계통과는 전기적인 격리를 유지해야 하고 공학적 안전설비-기기제어계통의 컴퓨터 로직의 공통유형고장의 영향을 완화시키기 위해 기기제어부의 최종 출력단에 실배선으로 연계되어야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공학적안전설비-기기제어계통의 현장기기를 제어하는 루프제어기의 출력단에 설치되고, 디지털 공통모드고장에 대비한 제어실의 다양성 공학적안전설비 수동작동신호 및 다양성보호계통으로부터 실배선으로 전송되는 보조급수작동 신호의 접속 기능을 수행하며, 하드웨어 근간의 게이트들로 구성되어 소프트웨어적인 기능을 배제한 현장기기연계모듈을 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 현장기기연계모듈은 작동제어장치와 연계되어 현장기기를 제어하는 현장기기연계모듈에 있어서, 상기 작동제어장치로부터 입력된 작동신호를 기초로 상기 현장기기를 구동하기 위한 제어논리를 수행하여 제어신호를 산출하는 하드웨어 기반 프로세스; 및 상기 작동제어장치로부터 상기 작동신호를 입력받거나 상기 현장기기로부터 기기상태신호를 입력받고, 상기 산출된 제어신호를 상기 현장기기로 출력하거나 상기 입력된 기기상태신호를 상기 작동제어장치로 출력하는 연계제어기;를 구비한다.

여기서, 작동제어장치는 루프제어기, 다양성보호계통, 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치, 보조제어장치 등을 포함한다. 상기 연계제어기는 상기 루프제어기로 상기 기기상태신호를 출력한다. 또한 상기 하드웨어 기반 프로세스는 상기 루프제어기로부터 출력되는 작동신호를 기초로 상기 루프제어기의 고장 여부를 판단한다. 상기 하드웨어 기반 프로세스는 상기 루프제어기가 고장인 경우에는 상기 현장기기의 고장설정 상태에 따라 상기 루프제어기의 작동신호를 재설정한다.

또한, 본 발명에 따른 현장기기연계모듈은 현장기기로부터 상기 기기상태신호를 입력받고 상기 산출된 제어신호를 현장기기로 출력한다.

바람직하게, 하드웨어 기반 프로세스는 이중화되어 각각 상기 제어논리를 개별적으로 수행하여 상기 제어신호를 산출한다. 여기서 상기 연계제어기는 상기 하드웨어 기반 프로세스가 각각 산출한 제어신호 중에서 상기 각각의 하드웨어 기반 프로세스의 우선순위 또는 상태에 따라 어느 하나를 선택한다. 또한, 상기 연계제어기는 상기 하드웨어 기반 프로세스가 동시에 고장이 나는 경우에는 사전에 설정된 제어신호를 출력한다. 그리고 상기 연계제어기는 상기 하드웨어 기반 프로세스 중 어느 하나에 시험신호를 입력하여 상기 하드웨어 기반 프로세스의 제어논리의 건전성을 확인하며, 바람직하게 상기 연계제어기는 상기 시험신호를 상기 작동제어장치로부터 입력받고, 시험의 결과값을 루프제어기로 전송한다. 상기 연계제어기는 어느 하나의 하드웨어 기반 프로세스가 시험 가동 중인 경우에는 다른 하드웨어 기반 프로세스로 하여금 상기 제어논리를 수행하도록 제어한다.

바람직하게, 상기 연계제어기는 상기 현장기기의 응용 용도에 따라 상기 작동신호 또는 상기 기기상태신호 각각이 선택적으로 사용될 수 있도록 설정가능한 점퍼를 구비한다.

바람직하게, 상기 연계제어기는 개폐용 릴레이의 코일 상태 및 접점 상태를 감지하여 감지신호를 출력한다.

본 발명에 따른 현장기기연계모듈에 의하면 공학적안전설비-기기제어계통의 고장으로 인한 안전관련 개별 기기들의 오작 여부를 확인 및 방지할 수 있으며 오작동이 발생한 경우에는 이에 대해 적절히 대처함으로써 개별 기기의 오작동으로 인한 발전소의 운전에 심각한 악영향을 미치는 것을 막을 수 있고, 루프제어기, 다양성보호계통, 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치, 보조제어장치와 각각 연계되어 각각으로부터 출력되는 작동신호를 통합적으로 관리할 수 있으며, 하드웨어 기반 프로세스가 이중화됨으로서 소자의 단일 고장에 의해 기기제어가 동작 불능을 방지하고 이의 이용도를 높일 수 있고 정상가동 중에도 개별기기에 대한 시험을 수행하기 위해 제어논리를 수행하는 하나의 하드웨어 기반 프로세스에 상위 루프제어기가 시험신호를 주입하여 논리 동작의 건전성을 확인할 수 있고, 또한 시험을 위한 신호는 현장기기에서 직접 생성하여 시험하지 않고 루프제어기에서 소프트웨어에 의한 디지털 논리로 시험 신호를 생성하고 판단함으로 인해 공학적안전설비-기기제어계통 내의 캐비닛운전원모듈을 통해 컴퓨터 화면으로 개별기기의 현재 상태 및 시험상태를 확인 가능함으로 개별기기의 시험 편이성과 시험 시 오동작에 의해 발전소에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 현장기기연계모듈에 의하면 제어논리를 하드웨어 근간의 게이트 논리 소자에 의해서만 수행함으로 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치 및 다양성보호계통으로부터 실배선으로 전송되는 보조급수작동 신호의 접속 기능을 수행할 수 있으며 복합 프로그램 가능 논리 소자(CPLD: Complex Programmable Logic Device)를 사용하여 구현됨으로 PCB면적이 증가되는 것을 막아 제품을 소형화할 수 있으며 논리 소자가 복잡해지는 것을 막아 단순하게 구현할 수 있다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 현장기기연계모듈(100)은 연계제어기(110), 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)를 구비한다.

연계제어기(110)는 작동제어장치(160)로부터 작동신호를 입력받거나 현장기기(170)로부터 기기상태신호를 입력받고, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 산출한 제어신호를 현장기기(170)로 출력하거나 현장기기(170)로부터 입력된 기기상태신호를 작동제어장치(160)로 출력한다. 이러한 연계제어기(110)를 구성하는 논리는 일예 일반 게이트 소자(74 Series 패밀리)로 구현될 수 있다.

여기서 작동제어장치(160)는 루프제어기(LC:Loop Controller, 162), 다양성보호계통(DPS:Diverse Protection System, 164), 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(DSW:Diverse Manual ESF Actuation Switch, 166), 보조제어장치(168)를 포함한다. 루프제어기(162))는 자동 공학적안전설비 작동신호와 주제어실 및 원격정지실의 컨트롤스위치 모듈의 수동 신호를 받아 우선순위논리를 수행하여 15번의 작동신호를 연계제어기(110)에 전송한다. 루프제어기(162)가 연계제어기(110)에 출력 하는 작동신호(15)는 다음 표 1과 같이 구성된다.

신호명	의미
Open	루프제어기로부터의 MOV 열림 지령
Close	루프제어기로부터의 MOV 닫힘 지령
Testing Req.	루프제어기로부터의 시험 요청
Open_t	루프제어기로부터의 MOV 열림 시험 지령
Close_t	루프제어기로부터의 MOV 닫힘 시험 지령
LC_HB	루프 제어기가 전송하는 박동 신호 :50ms 간격의 HIGH/LOW 발진 신호

루프제어기(162)가 구동하는 현장기기(170)는 솔레노이드구동 밸브(SOV:Solenoid Operated Valve) 제어, 전동기구동 밸브(MOV:Motor Operated Valve) 제어, 비 역회전 전동기 시동자 제어, 중전압 스위치기어 및 부하반 제어, 전기유압식 전동기 댐퍼 제어의 5가지 유형으로 분류된다.

다양성보호계통(164)은 정지불능 예상운전 과도사건시에 발전소 보호계통의 원자로정지 실패에 의한 영향을 완화시키고 또한 보호계통 내부의 디지털 컴퓨터 로직의 공통유형영향을 완화시키기 위한 설비이며, 연계제어기(110)에 출력하는 작동신호(25)는 다음 표 2와 같이 구성된다.

신호명	의미
Open	다양성보호계통으로부터의 MOV 열림 지령
Close	다양성보호계통으로부터의 MOV 닫힘 지령

다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(166)는 공학적안전설비-기기제어계통의 공통유형고장시 주제어실에서 운전원이 수동으로 공학적안전설비를 작동시킬 수 있도록 하는 설비로 공학적안전설비-기기제어계통의 디지털 기기에 의한 수동 및 자동 논리 기능과는 다양성을 갖는 설비이며 안전주입신호, 주증기 격리신호, 원자로건물격리작동신호, 원자로건물살수신호, 보조급수작동신호-1, 보조급수작동신호-2로 구성된다. 이러한 각 구성신호는 최하부 실행단계까지 현장기기연계모듈(100)에 연결된 실배선을 통해 연계제어기(110)로 전달된다. 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(166)가 연계제어기(110)에 제공하는 각 구성신호에 대한 작동신호(35)는 다음 표 3과 같이 구성된다.

신호명	의미
Open	다양성공학적안전설비수동작동스위치로부터 MOV 열림지령
Close	다양성공학적안전설비수동작동스위치부터의 MOV 닫힘지령

보조제어장치(168)는 예비로 현장기기연계모듈(100)을 제어하기 위한 장치로 현장기기연계모듈(100)과 연계되어 연계제어기(110)에 제공하는 작동신호(45)는 다음 표 4와 같이 구성된다.

신호명	의미
Open	보조제어장치로부터의 MOV 열림 지령
Close	보조제어장치로부터의 MOV 닫힘 지령
Stop	보조제어장치로부터의 MOV 정지 지령
Open_Permissive	보조제어장치로부터의 MOV 열림 허용 지령
Close_Permissive	보조제어장치로부터의 MOV 닫힘 허용 지령

여기서 현장기기연계모듈(100)과 작동제어장치(160)와의 신호 연계는 일예로 실배선으로 연계할 수 있으며 신호다중기(Multiplexer)를 사용하여 산업계에서 널리 사용되는 RS232 및 485/422 등의 직렬 통신(Serial Communication 통신)으로 상호 신호를 수신하는 것으로도 변형도 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 현장기기연계모듈과 작동제어장치와의 입출력 신호의 연계를 도시한 도면이고, 도 3은 신호 드라이버 기호를 도시한 도면이다.

도 2와 3을 참조하면, 연계제어기(110)는 작동제어장치(160)로부터 입력받은 작동신호를 변환하여 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)에 전달하는 기능을 수행한다.

신호 드라이버(210)는 전위차가 다른 신호를 변환하는데 사용되며 입력포트(310)와 출력포트(320)를 구비한다. 기본적으로 현장기기연계모듈(100)은 공학적안전설비-기기제어계통의 루프제어기(162) 캐비닛 내에 설치되고 캐비닛 내의 전원을 공급받는데 통상적으로 48V의 직류 전원(V1)이 사용된다. 연계제어기(110)는 48V를 입력받아 통상의 로직 게이트의 운전전압인 5V로 변환한다. 즉 루프제어기(162)가 전달하는 신호의 전위는 48V 이므로 신호 드라이버(210)에 의해 5V 전원(V2)으로 변환된다.

도 4는 아이솔레이터의 회로를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 다양성보호계통(164), 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(166), 보조제어장치(168)의 기기는 루프제어기(162)의 전원과는 다른 전원을 사용하므로 전기적인 절연을 위해 아이솔레이트(ISO, 230)를 사용한다. 본 발명에서 제시한 아이솔레이터(230)는 광 절연기(Photo Coupler, PC1)를 사용하여 구현된다.

도 5는 본 발명에 따른 현장기기연계모듈 및 루프제어기와 현장기기와의 입출력 신호의 연계를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 연계제어기(110)는 현장기기(170)의 기기상태신호를 아이솔레이터(530)로 변환하여 하드웨어 기반 프로세스(510)에 전송하거나 신호 드라이버(540)를 거쳐 루프제어기(520)에 전달하는 기능을 수행한다. 사용되는 기기상태신호 목록은 표 5와 같다.

신호명	의미
OPEN LIMIT	현장기기로부터 MOV 열림 리미트 스위치 동작 상태
CLOSE LIMIT	현장기기로부터 MOV 닫힘 리미트 스위치 동작 상태
OPEN CONTACT	현장기기로부터 MOV 열림 지령 동작 상태
CLOSE CONTACT	현장기기로부터 MOV 닫힘 지령 동작 상태
OPENNING TORQUE HIGH	현장기기로부터 MOV 열림 지령 동작 과부하 상태
CLOSING TORQUE HIGH	현장기기로부터 MOV 닫힘 지령 동작 과부하 상태
MCC POWER FAIL	현장기기 구동전원 이상 상태

참고로, 본 발명에 따른 현장기기연계모듈(100)의 각 도면에 도시된 논리에서 사용된 논리 기호의 설명은 다음 표 6과 같다.

논리기호	설명
	모든 입력이 High 일 때 High로 출력하는 논리 유닛
	입력 중 하나 이상의 입력이 High일 때 High로 출력하는 논리 유닛
	입력이 Low 일 때 High로 반대일 때 High로 출력하는 논리 유닛
	전원 인가 시 정해진 시간 동안만 High로 출력하는 논리 유닛
	입력이 High일 때 정해진 시간 동안만 High로 출력하는 논리 유닛
	입력이 연속적으로 High일 때 정해진 일정 기간이 경과 후 High로 출력하고 입력이 Low가 되면 Low로 출력하는 논리 유닛
	S단자 입력이 High이면 High로 출력하고 S단자 입력이 해제되어도 출력을 계속 유지하다가 R 단자 입력이 High가 되면 Low로 출력하는 논리 유닛

도 6은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 상세 동작 상태를 설정하는 점퍼 목록을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 연계제어기(110)는 현장기기(170)의 응용 용도에 따라 작동신호 또는 기기상태신호 각각이 선택적으로 사용될 수 있도록 설정가능한 점퍼(601 내지 616)를 구비한다. 하드웨어 기반 프로세스(620)가 현장기기를 구동하기 위한 제어논리를 수행하기 위해 발전소 현장에 설치된 현장기기(170)별 동작 상태가 상이하므로 적합한 동작 상태를 결정하기 위해 설정하는 점퍼(601 내지 616)를 연계제어기(110)는 제공하고, 사용 개소에 따라 연계제어기(110)는 점퍼(601 내지 616)의 설정 상태를 하드웨어 기반 프로세스(610)에 전송하거나 내부 논리로 사용한다. 사용되는 점퍼 신호 목록은 다음 표 7과 같다.

신호명	의미
JP1	다양성보호계통 지령 사용/미사용 설정
JP2	다양성공학적안전설비작동스위치 지령 사용/미사용 설정
JP3	우선순위선택 모드 설정 1
JP4	우선순위선택 모드 설정 2
JP5	외부 장치 지령 사용/미사용 설정
JP6	허용지령 사용/미사용 설정
JP7	현장기기로부터 MOV 열림/닫힘 리미트 스위치 상태 신호 사용/미사용 설정
JP8	현장기기로부터 MOV 열림/닫힘 지령 동작 과부하 상태 신호 사용/미사용 설정
JP9	현장기기로부터 MOV 열림/닫힘 지령 동작 상태 신호 사용/미사용 설정
JP10	MOV 고장경보 판단 사용/미사용 설정
JP11	MOV 작동불능 경보 판단 사용/미사용 설정
JP12	CIM 회로 고장 시 열림 지령 상태 설정
JP13	CIM 회로 고장 시 닫힘 지령 상태 설정
JP14	두 개의 CPLD 중 우선 순위 선택
JP15	루프 제어기 고장시의 신호설정 선택1
JP16	루프 제어기 고장시의 신호설정 선택2

도 7은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 하드웨어 기반 프로세스로부터 산출된 제어신호 중에서 최종으로 출력할 신호를 선택하는 회로를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 바람직하게 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 이중화되어 각각 현장기기(170)를 구동하기 위한 제어논리를 개별적으로 수행하여 각각 제어신호를 산출한다. 이때, 연계제어기(110)는 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 각각 산출한 제어신호 중에서 각각의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)의 우선순위 또는 상태에 따라 어느 하나를 선택하여 출력한다. 바람직한 일실시예로 연계제어기(110)는 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 출력하는 제어 신호와 JP14의 우선 순위 선택신호(JP14= High이면 하드웨어 기반 프로세스(121) 우선, JP14= Low 이면 하드웨어 기반 프로세스(122) 우선)에 따라 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)중에서 현장기기(170)의 최종 출력할 제어신호를 선택한다. 즉 연계제어기(110)는 JP14= High 이고 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 동시에 정상이면 하드웨어 기반 프로세스(121)가 현장기기(170)를 제어하도록 하고 이때 TEST_REQ 신호가 High가 되면 하드웨어 기반 프로세스(122)가 현장기기(170)를 제어하도록 하고 하드웨어 기반 프로세스(121)는 시험상태에 놓이도록 한다. 그리고 연계제어기(110)는 TEST_REQ 신호가 Low로 복귀되면 다시 하드웨어 기반 프로세스(121)가 현장기기(170)를 제어하도록 한다. 또한 하드웨어 기반 프로세스(121)가 고장이 발생하면 자동으로 하드웨어 기반 프로세스(122)가 현장기기(170)를 제어하게 되며 또한 이때는 예비 하드웨어 기반 프로세스가 없는 상태가 되므로 하드웨어 기반 프로세스의 건전성을 확인하기 위한 시험이 불가하도록 동작된다.

도 8은 전동기구동 밸브(MOV: Motor Operated Valve)에 모터구동밸브 열림 제어신호를 전달하기 위한 회로를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 연계제어기(110)는 각 현장기기(170)의 개폐용 릴레이의 코일 상태 및 접점 상태를 감지하여 감지신호를 출력한다. 이를 위한 일실시예로 연계제어기(110)는 현장기기(170)에 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 산출한 제어신호인 OPEN 신호를 전달하기 위한 로직 및 구동 회로로 구비한다. 도 7에서 선정된 선택 신호에 따라 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)에서 출력되는 신호를 선택하여 열림 릴레이(K1)를 구동하게 된다.

여기서 연계제어기(110)는 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 동시에 고장이 나는 경우에는 사전에 설정된 제어신호를 출력하도록 제어한다. 즉 연계제어기(110)는 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 동시에 고장 난 경우와 고장에 의해 동시에 OPEN 및 CLOSE 신호가 동시에 생성되는 경우는 미리 설정된 값을 설정하도록 하여 고장시 밸브를 안전한 방향으로 가도록 설정한다.

그리고 연계제어기(110)는 개폐용 릴레이 중 열림 릴레이(K1)의 고장을 감지하기 위해 릴레이 코일의 전류 흐름 PC1로 감지하여 상위 루프제어기(162)로 전송한다. 상위 루프제어기(162)는 연계제어기(110)가 전송한 릴레이 코일의 전류 흐름 감지신호와 OPEN_FIN 신호를 조합하여 OPEN_FIN이 High이고 PC1의 전류가 감지되지 않은 경우에는, K1의 코일을 단선 고장으로 판단하는 것으로 응용 가능하다.

또한 연계제어기(110)는 K1의 접점 K1의 양단의 전압변화에 따른 PC2 양단의 전류 흐름의 상태를 상위 루프제어기(162)로 전송한다. 상위 루프제어기(162)는 연계제어기(110)가 전송한 접점 상태 감지신호와 OPEN_FIN 신호의 조합에 의해 OPEN_FIN이 High 경우 전류가 계속 흐르면 K1의 접점이 고장으로 판단하는 것으로 응용 가능하다.

그리고 상위 루프제어기(162)는 접점 상태 감지신호, OPEN_FIN 신호 및 현장기기(170) 제어반의 열림 코일에 직렬로 인터록(Interlock)으로 사용되는 닫힘 상태 접점 감지신호를 조합하여 현장기기(170) 제어반의 열림 코일의 단선 고장으로 판단하는 것으로 응용 가능하다. 이는 실제 연계되는 현장기기(170) 제어반의 상세 구성 회로에 따라 상위 제어기에서 구현될 수 있다.

도 9는 전동기구동 밸브(MOV: Motor Operated Valve)에 모터구동밸브 닫힘 제어신호를 전달하기 위한 회로를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 연계제어기(110)는 현장기기(170)에 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 산출한 제어신호인 CLOSE 신호를 전달하기 위한 로직 및 구동 회로로 구비한다. 도 7에서 선정된 선택 신호에 따라 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)에서 출력되는 신호를 선택하여 닫힘 릴레이(K2)를 구동하게 된다. 두 개의 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 동시에 고장난 경우와 고장에 의해 동시에 OPEN 및 CLOSE 신호가 동시에 생성되는 경우는 미리 설정된 값을 설정하도록 하여 고장시 밸브를 안전한 방향으로 가도록 설정된다.

그리고 연계제어기(110)는 닫힘 릴레이(K2)의 고장을 감지하기 위해 릴레이의 코일의 전류 흐름 PC3으로 감지하여 상위 루프제어기(162)로 전송한다. 상위 루프제어기(162)는 연계제어기(110)가 전송한 릴레이의 코일의 전류 흐름 감지신호와 CLOSE_FIN 신호를 조합하여 CLOSE_FIN이 High이고 PC3의 전류가 감지되지 않은 경우에 K2의 코일을 단선 고장으로 판단하는 것으로 응용 가능하다.

또한 연계제어기(110)는 K2의 접점 K2의 양단의 전압변화에 따른 PC4 양단의 전류 흐름의 상태를 상위 루프 제어기(162)로 전송한다. 루프 제어기(162)는 연계제어기(110)가 전송한 접점 상태 감지신호와 CLOSE_FIN 신호의 조합에 의해 CLOSE_FIN이 High 경우 전류가 계속 흐르면 K2의 접점이 고장으로 판단하는 것으로 응용 가능하다.

그리고 루프 제어기(162)는 접점 상태 감지신호와 CLOSE_FIN 신호 및 현장기기(170) 제어반의 닫힘 코일에 직렬로 인터록으로 사용되는 열림 상태 접점 감지신호와 조합하여 현장기기 제어반의 닫힘 코일의 단선 고장으로 판단하는 것으로 응용 가능하다. 이는 실제 연계되는 현장기기(170) 제어반의 상세 구성 회로에 따라 상위 제어기에서 구현될 수 있다.

전동기구동 밸브(MOV, Motor Operated Valve)제어에 대해서만 구현 사례를 상세히 설명하나 전동기구동 밸브(MOV, Motor Operated Valve)제어에 대한 실시예를 바탕으로 솔레노이드구동 밸브(SOV, Solenoid Operated Valve) 제어, 비 역회전 전동기 시동자 제어, 중전압 스위치기어 및 부하반 제어 및 전기유압식 전동기 댐퍼 제어에 동일한 방법으로 적용 가능하다.

도 10은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 상태표시하기 위한 LED 목록을 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 현장기기연계모듈(100)은 현장기기연계모듈(100)의 주요상태를 사용자 및 관리자에게 전달하기 위해 주요상태를 LED로 표시한다. 이를 위한 일예로 하드웨어 기반 프로세스(121)의 출력 선택 지령의 상태값을 LED(D1)에 표시하고 하드웨어 기반 프로세스(122)의 출력 선택 지령의 상태값을 LED(D2)에 표시하며, TEST_RUN, OPEN_FIN 및 CLOSE_FIN의 상태값을 각 LED(D3, D4, D5)에 표시한다. 즉 현장기기연계모듈(100)은 선택된 기기 상태 및 열림/닫힘 지령 상태 및 시험상태 등 기기의 주요 상태를 LED를 통해 운전자에게 표시한다.

도 11은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈로부터 루프제어기로의 신호 전송 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 연계제어기(110)는 현장기기연계모듈(100)의 주요 상태를 상위 루프제어기(162)로 전송한다. 연계제어기(110)는 현장기기연계모듈(100)의 주요 상태를 상위 루프제어기(162)로 전송하기 위하여 신호 레벨을 48V로 변환하여 전달하는 기능을 수행한다. 전달하는 신호(51) 목록은 다음 표 8와 같다.

신호명	의미
A_CON	CPLD_A 출력 선택 지령
B_CON	CPLD_B 출력 선택 지령
TEST_ENABLE	CPLD 동작상태 시험가능상태; 두개의 CPLD가 동시에 건전할 때 High
TEST_RUN	임의의 CPLD가 시험 중일 때 High
OPEN_DRV_A	CPLD_A의 OPEN 명령 지령
OPEN_DRV_B	CPLD_B의 OPEN 명령 지령
CLOSE_DRV_A	CPLD_A의 CLOSE 명령 지령
CLOSE_DRV_B	CPLD_B의 CLOSE 명령 지령
OPEN_FIN	열림 릴레이(K1) 전단까지의 최종 열림 지령
CLOSE_FIN	닫힘 릴레이(K2) 전단까지의 최종 닫힘 지령
K1_COIL_MON	열림 릴레이(K1)의 코일 상태 감지 신호
K1_CON_MON	열림 릴레이(K1)의 접점 상태 감지 신호
K2_COIL_MON	닫힘 릴레이(K2)의 코일 상태 감지 신호
K2_CON_MON	닫힘 릴레이(K2)의 접점 상태 감지 신호
TROUBLE	MOV 고장경보 감지 신호
DISABLE	MOV 작동불능 감지 신호

도 12는 본 발명에 따른 현장기기연계모듈이 루프제어기가 고장이 나는 경우에 신호 설정을 위한 논리도를 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 루프제어기(162)로부터 출력되는 박동신호를 기초로 루프제어기(162)의 고장 여부를 판단한다. 이를 위한 일실시예로 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 루프제어기(162)가 출력하는 50msec 간격으로 HIGH/LOW로 계속 변하는 신호를 수신 받아 박동신호가 멈추면 루프제어기(162)의 고장을 판단하는 논리와 루프제어기(162) 고장 시 JP15, JP16에 의해 정해진 현장기기(170)의 고장설정 상태에 따라 루프 제어기의 제어 명령을 재설정하기 위한 논리를 구비한다. 다음의 표 9는 루프제어기(170)의 고장 시 각 점퍼 설정에 대한 의미를 나타낸다.

JP15	JP16	의미
HIGH	HIGH	루프제어기 고장 시 고장전의 제어지령 유지
LOW	HIGH	루프제어기 고장 시 CLOSE로 유지
HIGH	LOW	루프제어기 고장 시 OPEN로 유지
LOW	LOW	루프제어기 고장 시 STOP으로 유지

도 13은 루프제어기, 다양성보호계통 및 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치로부터 입력된 작동신호의 우선순위 설정을 위한 논리도를 도시한 도면이고, 도 14는 도 13의 출력을 바탕으로 보조제어장치의 작동신호를 조합하는 논리도를 도시한 도면이며, 도 15는 도 14의 출력을 바탕으로 최종 닫힘 및 열림 제어신호를 산출하는 논리도를 도시한 도면이다.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 작동제어장치(160)로부터 입력된 작동신호를 기초로 현장기기(170)를 구동하기 위한 제어논리를 수행하여 제어신호를 산출하며, 이러한 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 바람직한 일실시예로 복합 프로그램 가능 논리 소자(CPLD: Complex Programmable Logic Device)를 사용하여 구현될 수 있다. 또한 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 일반 게이트 소자 또는 현장 프로그램 가능 게이트 배열(FPGA: Field-Programmable Gate Array) 등으로 구현될 수 있다.

하드웨어 기반 프로세스(121, 122)가 제어논리를 수행하는 일실시예로, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 루프제어기(162) 및 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(166)의 열림/닫힘 지령 명령에 따라 OPEN, CLOSE 명령 논리를 처리하는 기능을 수행한다. 이때, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 루프제어기(162), 다양성보호계통(164)로부터 입력된 OPEN/CLOSE 작동신호를 JP3, JP4의 설정상태에 따라 다음 표 10과 같이 우선순위 논리를 적용하여 처리한다.

JP3	JP4	의미
HIGH	HIGH	LC에서의 명령 지령 우선
LOW	HIGH	DPS에서의 명령 지령 우선
HIGH	LOW	OPEN 지령 우선
LOW	LOW	CLOSE 지령 우선

만일 루프제어기(162)로부터의 시험 요청 명령이 입력되면 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 루프제어기(162)에서 입력되는 실제 신호를 우회하여 시험 신호(OPEN_t, CLOSE_t)를 전달한다. 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(166)의 작동신호를 사용하는 것으로 설정할 경우에는(JP2) 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 루프제어기(162) 및 다양성보호계통(164)의 논리보다 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치(166)의 작동신호를 우선하여 처리한다. 최종 결정된 OPEN_T1, CLOSE_T1 신호는 도 14에 도시된 회로로 전달한다.

하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 도 13의 우선순위 논리의 출력을 바탕으로 보조제어장치(168)의 명령 신호를 조합하여 OPEN_T2, CLOSE_T2 신호를 도 15에 도시된 회로로 전달한다.

하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 도 14에서 처리한 논리 결과를 바탕으로 보조제어장치(168)가 입력하는 정지 신호와 현장기기(170) 기기상태신호를 조합하여 최종 열림 및 닫힘 제어신호를 산출한다.

도 16은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈이 현장기기의 고장경보를 판단하는 논리도를 도시한 도면이다.

도 16을 참조하면, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 처리한 동작 상태(OPEN_CT, OPEN_LS, OPEN_REQ, CLOSE_CT, CLOSE_LS, CLOSE_REQ) 및 현장기기(170)의 기기상태신호MOV 열림/닫힘 리미트 스위치 상태, MOV 열림 지령 동작 상태)를 바탕으로 현장기기(170)의 고장경보를 판단하는 논리를 수행한다.

도 17은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈이 현장기기의 작동불능경보를 판단하는 논리도를 도시한 도면이다.

도 17을 참조하면, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)는 처리한 동작 상태(OPEN_CT, CLOSE_CT)와 현장기기의 상태 신호(MOV 열림/닫힘 리미트 스위치 상태, MOV 열림 지령 동작 상태)를 바탕으로 현장기기(170)의 작동불능경보를 판단하는 논리를 수행한다.

도 18은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 건전성을 판단하는 논리도를 도시한 도면이다.

도 18을 참조하면, 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)의 동작 건전성을 판단하기 위해 현장기기연계모듈(100)은 내부에 8 Bit 상승 카운터를 동작시켜 이전값과 현재값의 차이를 계산하여 1 이 되는 경우 하드웨어 기반 프로세스(121, 122)의 건전성을 판단하는 논리를 수행한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명에 따른 현장기기연계모듈은 하드웨어 기반으로 구현될 수 있으며 발전소의 공학적안전설비-기기제어시스템과 연계되어 발전소 사고를 예방 및 방지하는데 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈에 대한 바람직한 일 실시예의 구성을 도시한 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 현장기기연계모듈과 작동제어장치와의 입출력 신호의 연계를 도시한 도면,

도 3은 신호 드라이버 기호를 도시한 도면,

도 4는 아이솔레이터의 회로를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 현장기기연계모듈 및 루프제어기와 현장기기와의 입출력 신호의 연계를 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 상세 동작 상태를 설정하는 점퍼 목록을 도시한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 하드웨어 기반 프로세스로부터 산출된 제어신호 중에서 최종으로 출력할 신호를 선택하는 회로를 도시한 도면,

도 8은 전동기구동 밸브(MOV: Motor Operated Valve)에 모터구동밸브 열림 제어신호를 전달하기 위한 회로를 도시한 도면,

도 9는 전동기구동 밸브(MOV: Motor Operated Valve)에 모터구동밸브 닫힘 제어신호를 전달하기 위한 회로를 도시한 도면,

도 10은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈의 상태표시하기 위한 LED 목록을 도시한 도면,

도 11은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈로부터 루프제어기로의 신호 전송 도시한 도면,

도 12는 본 발명에 따른 현장기기연계모듈이 루프제어기가 고장이 나는 경우에 신호 설정을 위한 논리도를 도시한 도면,

도 13은 루프제어기, 다양성보호계통 및 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치로부터 입력된 작동신호의 우선순위 설정을 위한 논리도를 도시한 도면,

도 14는 도 13의 출력을 바탕으로 보조제어장치의 작동신호를 조합하는 논리도를 도시한 도면,

도 15는 도 14의 출력을 바탕으로 최종 닫힘 및 열림 제어신호를 산출하는 논리도를 도시한 도면,

도 16은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈이 현장기기의 고장경보를 판단하는 논리도를 도시한 도면,

도 17은 본 발명에 따른 현장기기연계모듈이 현장기기의 작동불능경보를 판단하는 논리도를 도시한 도면, 그리고,

Claims

작동제어장치와 연계되어 현장기기를 제어하는 현장기기연계모듈에 있어서, 상기 작동제어장치로부터 입력된 작동신호를 기초로 상기 현장기기를 구동하기 위한 제어논리를 수행하여 제어신호를 산출하는 하드웨어 기반 프로세스; 및

상기 작동제어장치로부터 상기 작동신호를 입력받거나 상기 현장기기로부터 기기상태신호를 입력받고, 상기 산출된 제어신호를 상기 현장기기로 출력하거나 상기 입력된 기기상태신호를 상기 작동제어장치로 출력하는 연계제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 1항에 있어서,

상기 작동제어장치는 루프제어기, 다양성보호계통, 다양성 공학적안전설비 수동작동 스위치, 보조제어장치인 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 2항에 있어서,

상기 연계제어기는 상기 루프제어기로 상기 기기상태신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 2항에 있어서,

상기 하드웨어 기반 프로세스는 상기 루프제어기로부터 출력되는 작동신호를 기초로 상기 루프제어기의 고장 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 4항에 있어서,

상기 하드웨어 기반 프로세스는 상기 루프제어기가 고장인 경우에는 상기 현장기기의 고장설정 상태에 따라 상기 루프제어기의 작동신호를 재설정하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 1항에 있어서,

상기 하드웨어 기반 프로세스는 이중화되어 각각 상기 제어논리를 개별적으로 수행하여 상기 제어신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 6항에 있어서,

상기 연계제어기는 상기 하드웨어 기반 프로세스가 각각 산출한 제어신호 중에서 상기 각각의 하드웨어 기반 프로세스의 우선순위 또는 상태에 따라 어느 하나를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 6항에 있어서,

상기 연계제어기는 상기 하드웨어 기반 프로세스가 동시에 고장이 나는 경우에는 사전에 설정된 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 6항에 있어서,

상기 연계제어기는 상기 하드웨어 기반 프로세스 중 어느 하나에 시험신호를 입력하여 상기 하드웨어 기반 프로세스의 제어논리의 건전성을 확인하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 9항에 있어서,

상기 연계제어기는 상기 시험신호를 상기 작동제어장치로부터 입력받는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 1항에 있어서,

상기 연계제어기는 상기 현장기기의 응용 용도에 따라 상기 작동신호 또는 상기 기기상태신호 각각이 선택적으로 사용될 수 있도록 설정가능한 점퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.
제 1항에 있어서,

상기 연계제어기는 개폐용 릴레이의 코일 상태 및 접점 상태를 감지하여 감지신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 현장기기연계모듈.