KR100929014B1 - 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템 및 방법 - Google Patents

제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개방형 실시간 제어시스템에 모의 입출력신호를 제공하여 제어시스템의 입출력신호를 시뮬레이션하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템은, 제어시스템으로부터 모의 출력값을 입력받아 플랜트 시뮬레이션하고, 상기 플랜트 시뮬레이션 계산 결과를 모의 입력신호로 생성하여 상기 제어시스템에게 제공하는 시뮬레이션 서버를 포함한다. 또한 제어시스템은, 시뮬레이션 서버와 TCP/IP 통신하여 시뮬레이션 서버로부터 모의 입력신호를 입력받는 모의신호입력부와, 시뮬레이션 서버와 TCP/IP 통신하여 시뮬레이션 서버에게 모의 출력값을 제공하는 모의신호출력부와, 제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 때에는 모의신호입력부로 입력되는 신호를 데이터변환부에게 제공하고, 실시간 제어모드로 동작할 때에는 입력부로 입력되는 신호를 데이터변환부에게 제공하는 입력선택부와, 제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 때에는 데이터변환부에서 출력되는 신호를 모의신호출력부에게 제공하고, 실시간 제어모드로 동작할 때에는 데이터변환부에서 출력되는 신호를 출력부에게 제공하는 출력선택부를 포함한다.
제어시스템, 입출력신호, 시뮬레이션

Description

제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템 및 방법{ System and method for input/out signal simulation of a controller }
도 1은 종래의 제어시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제어시스템의 동작 흐름도,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 시뮬레이션 서버의 동작 흐름도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
200 : 제어시스템 201 : 제어로직수행부
202 : 데이터변환부 203 : 입력선택부
204 : 출력선택부 205 : 입력부
206 : 출력부 207 : 입력보드
208 : 출력보드 209 : 모의신호입력부
210 : 모의신호출력부 220 : 플랜트(PLANT)
230 : 시뮬레이션서버 231 : 모의신호송신부
232 : 모의신호수신부 233 : 데이터변환부
234 : 모의신호 발생부 235 : 화면표시부
본 발명은 개방형 실시간 제어시스템에 모의 입출력신호를 제공하여 제어시스템의 입출력신호를 시뮬레이션하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 실시간 제어시스템의 구성도이다. 제어시스템(110)은 플랜트(PLANT)(120)의 각종 센서 신호값들을 입력받아 처리한 후, 각종 제어신호를 플랜트(120)에게 출력한다. 이 제어시스템(110)은 제어로직수행부(111)와, 데이터변환부(112)와, 입력부(113)와, 출력부(114)와, 입력보드(115), 및 출력보드(116)로 구성된다.
플랜트(PLANT)(120)의 각종 센서 신호값들은 입력보드(115)를 통해 입력되고, 이 값들은 입력부(113)에서 읽혀져서 데이터 변환부(112)를 거쳐 제어로직수행부(111)에 입력된다. 이 입력신호는 디지털신호와 아날로그신호로 구성되는데, 디지털 신호는 1(ON)/0(OFF) 값으로 변환되며, 0 ~ 10V, -10 ~ +10V, 4 ~ 20mA 등과 같은 아날로그 신호는 물리적 값으로 변환된다. 예를 들어, 0 ~ 10톤의 무게를 측정하는 로드셀이 0 ~ 10V의 전압신호를 출력할 경우, 입력보드(115)에 5V의 전압이 입력되면 데이터변환부(112)는 이 입력전압을 5톤이라는 무게값으로 변환하여 제어로직수행부(111)에게 제공한다. 또한, 제어로직수행부(111)는 필요한 조치를 취한 후 그 수행결과를 물리적인 값으로 출력하는데, 데이터변환부(112)는 이 물리적인 값을 신호값으로 변환하여 출력부(114)와 출력보드(116)를 통해 플랜트(120)에게 출력한다.
제어시스템(110)을 플랜트(120)에 연결할 때, 수천의 디지털 입출력신호와 수백의 아날로그 입출력신호가 입출력보드(115, 116)에 연결된다. 제어시스템(110)이 정상적으로 구동하는 지를 테스트하려면, 모든 입출력 신호를 연결하여 시뮬레이션할 수 있어야 한다.
앞서 설명하였듯이, 플랜트(120)의 각종 센서로부터 전기적 신호가 입력되면 데이터변환부(112)는 이 전기적 신호값을 물리적 값으로 변환한 후 제어로직수행부(111)에게 출력한다. 종래에는 이 전기적 신호값을 물리적 값으로 변환하는 과정을 검증하기 위해 입력보드(115)의 모든 채널에 대해 각각 전기적 신호값을 인가하고 데이터변환부(112)가 올바른 물리적 값으로 변환하는 지 검사하였다. 또한, 제어시스템(110)에서 강제로 출력보드(116)에 출력값을 인가하여 각 채널별로 오실로스코프나 멀티 테스터와 같은 측정장비를 연결하여 출력값을 측정함으로써, 데이터변환부(112)가 올바른 전기적 신호값으로 변환하였는 지를 측정하였다. 즉, 종래에는 각 채널마다 각각 별도의 측정장비를 이용하여 별도로 측정하였기 때문에 제어시스템의 테스트에 많은 어려움이 있었다.
이러한 채널별 개별 테스트의 문제점을 해결하기 위하여 제어시스템에 별도의 시뮬레이션 시스템을 연결하여 테스트하는 방법이 제안된 바 있다. 대한민국공개특허 제2001-111228호에는, 제어시스템의 입출력신호의 테스트를 위해 별도의 시 뮬레이션 시스템에 입출력보드를 설치하고, 시뮬레이션 시스템의 입력보드와 제어시스템의 출력보드를 케이블로 연결하고, 시뮬레이션 시스템의 출력보드와 제어시스템의 입력보드를 케이블로 연결하여, 시뮬레이션 시스템이 제어시스템에게 모의신호를 제공하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 선행발명은, 제어시스템의 모든 신호를 별도의 시뮬레이션 시스템의 입출력보드와 케이블로 연결해야 하는 불편함이 있고, 제어시스템은 실시간 수행을 하는 반면 시뮬레이션 시스템은 실시간 수행을 하지 못하기 때문에 두 시스템간 스캔 시간의 동기화가 이루어지지 않는 문제점이 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 목적은, 제어시스템의 각 채널에 별도의 계층장비를 연결하지 않고도 제어시스템의 입출력신호를 테스트할 수 있는 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템은, 제어시스템으로부터 모의 출력값을 입력받아 플랜트 시뮬레이션하고, 상기 플랜트 시뮬레이션 계산 결과를 모의 입력신호로 생성하여 상기 제어시스템에게 제공하는 시뮬레이션 서버를 포함하고,
상기 제어시스템은, 상기 시뮬레이션 서버와 TCP/IP 통신하여 상기 시뮬레이션 서버로부터 모의 입력신호를 입력받는 모의신호입력부와, 상기 시뮬레이션 서버와 TCP/IP 통신하여 상기 시뮬레이션 서버에게 모의 출력값을 제공하는 모의신호출력부와, 상기 제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 때에는 모의신호입력부로 입력되는 신호를 상기 데이터변환부에게 제공하고, 실시간 제어모드로 동작할 때에는 상기 입력부로 입력되는 신호를 상기 데이터변환부에게 제공하는 입력선택부와, 상기 제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 때에는 상기 데이터변환부에서 출력되는 신호를 상기 모의신호출력부에게 제공하고, 실시간 제어모드로 동작할 때에는 상기 데이터변환부에서 출력되는 신호를 상기 출력부에게 제공하는 출력선택부를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 방법은, 제어시스템은 시뮬레이션모드로 동작하여 시뮬레이션 서버에게 모의신호 입력을 요청하는 모의신호 입력 요청단계와, 상기 제어시스템은 상기 시뮬레이션 서버로부터 모의신호 입력값이 전송되면 상기 모의신호 입력값을 물리적 값으로 변환하고 제어로직을 수행하는 제어로직 수행단계와, 상기 제어시스템은 상기 제어로직 수행 결과 출력값을 신호 출력값으로 변환하고 상기 시뮬레이션 서버에게 출력하는 신호 출력단계를 포함하여, 상기 시뮬레이션 서버가 상기 모의신호 입력값과 제어로직 수행 결과 출력값을 이용하여 상기 제어시스템의 상태를 검증할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템 및 방법"을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 제어시스템(200)은, 입력값에 제어로직을 수행하여 그 결과를 출력하는 제어로직수행부(201)와, 입력 신호값을 물리적 값으로 변환하여 제어로직수행부(201)에게 제공하고 제어로직수행부(201)의 물리적 값을 전기적 신호값으로 변환하여 출력하는 데이터변환부(202)와, 플랜트(PLANT)(220)와의 실제 신호 입출력을 위한 입출력보드(207, 208) 및 입출력부(205, 206)와, 모의신호 입출력을 위한 모의신호입력부(209) 및 모의신호출력부(210)와, 상기 모의신호와 실제신호를 선택하는 입력선택부(203) 및 출력선택부(204)로 구성된다.
본 발명에 따른 시뮬레이션 서버(230)는 제어시스템(200)의 모의신호입력부(209)에게 모의 입력값을 전송하는 모의신호송신부(231)와, 제어시스템(200)의 모의신호출력부(210)로부터 출력되는 모의 출력값을 수신하는 모의신호수신부(232)와, 모의신호송수신부(231,232)로 입출력되는 신호값을 물리적 값으로 변환하는 데이터변환부(233)와, 제어시스템의 모의 출력값을 입력받아 플랜트를 모사하여 모의 입력값을 생성하는 모의신호발생부(234)와, 모의 입출력값을 화면에 보여주는 화면표시부(235)로 구성된다.
제어시스템(200)은 수행모드에 따라 시뮬레이션모드와 실시간제어모드로 동작하며, 시뮬레이션모드로 동작할 때 입력선택부(203)는 모의신호입력부(209)를 선택하고 출력선택부(204)는 모의신호출력부(210)를 선택한다. 실시간제어모드로 동작할 때 입력선택부(203)는 입력부(205)와 입력보드(207)를 선택하고 출력선택부(204)는 출력부(206)와 출력보드(208)를 선택한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제어시스템의 동작 과정을 도시한 동작 흐름도이다.
제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 경우(S301), 입력선택부(203)는 모의신호입력부(209)에 모의신호 입력을 요청하고(S302), 모의신호입력부(209)는 시뮬레이션서버(230)의 모의신호송신부(231)에게 TCP/IP 통신을 통해 모의신호 입력을 요청한다(S303). 모의신호송신부(231)로부터 TCP/IP 통신을 통해 신호 입력이 될 때까지 기다린다. 모의신호송신부(231)로부터 모의 입력값이 전송되면(S304), 모의신호입력부(209)는 이 모의 입력값을 입력선택부(203)에게 전달한다(S305). 입력선택부(203)는 모의 입력값을 데이터변환부(202)에게 전달하고 데이터변환부(202)는 이 모의 입력값을 물리적 값으로 변환하여 제어로직수행부(201)에게 전달한다(S306). 제어로직수행부(201)는 모의 물리적 값에 대해 제어로직을 수행하고 출력값을 계산한다(S307). 제어로직수행부(201)에서 계산된 모의 출력값은 다시 데이터변환부(202)에서 신호값으로 변환된다(S308). 출력선택부(204)는 모의신호출력부(210)에 모의 출력값을 전달하며 전송을 요청하고(S309), 모의신호출력부(210)는 TCP/IP 통신을 이용하여 시뮬레이션 서버(230)의 모의신호수신부(232)에게 이 모의 출력값을 전송한다(S310).
제어시스템이 실시간 모드로 동작할 경우(S301), 제어로직수행부(201)는 수 밀리세컨드(millisecond) 내지 수백 밀리세컨드(millisecond) 주기로 제어로직을 수행한다. 이를 위해 매 주기마다 이벤트가 발생하는데, 실시간 제어모드에서는 주기적으로 이벤트가 발생하면(S311), 제어시스템의 입력선택부(203)는 입력부(205)를 통해 플랜트(220)로부터 전기적 신호값을 입력받는다(S312). 데이터 변환부(202)는 입력되는 전기적 신호값을 실제 물리적 값으로 변환하고(S313), 제어로직수행부(201)는 제어로직을 수행하여 플랜트(220)에게 출력할 제어값을 계산하여 데이터변환부(202)에게 출력한다(S314). 데이터변환부(202)는 제어로직수행부(201)로부터 입력되는 물리적 값을 전기적 신호값으로 변환하고(S315), 출력선택부(204)는 이 전기적 신호값을 출력부(206)와 출력보드(208)를 통해 플랜트(220)로 출력한다(316).
다음, 도 4는 본 발명에 따른 시뮬레이션 서버의 동작과정을 도시한 동작 흐름도이다.
제어시스템(200)의 모의신호입력부(209)로부터 모의 입력값 전송이 요청되면(S401), 모의신호송신부(231)는 모의신호발생부(234)로부터 입력되는 모의 입력값을 제어시스템(200)의 모의신호입력부(209)에게 전송한다(S403). 한편, 제어시스템(200)의 모의신호출력부(210)로부터 모의 출력값이 전송되면(S402), 모의신호수신부(232)는 TCP/IP 통신으로 제어시스템(200)으로부터 모의 출력값을 수신하여 데이터변환부(233)에게 전달한다(S404). 데이터변환부(233)는 입력된 모의 출력값을 물리적 값으로 변환하여 모의신호발생부(234)에게 전달한다(S405). 그러면 모의신호발생부(234)는 제어시스템으로부터 입력된 모의 출력값을 이용하여 플랜트 시뮬레이션하고, 그 플랜트 시뮬레이션 결과값을 데이터변환부(233)에게 출력한다(S406). 데이터변환부(233)는 모의신호 발생부의 시뮬레이션 결과를 신호값으로 변환하고(S407), 단계 S401로 궤환하여 모의신호입력부(209)로부터 모의 입력값 송신 요청이 있으면 모의 입력값을 모의신호 입력부(209)에게 송신한다. 각각의 신호값과 물리적 값이 화면표시부(235)에 표시된다.
플랜트(공장 설비)(220)의 모든 엑추에이터들은 각기 입력에 대한 출력의 특성곡선을 가지고 있다. 이 특성곡선을 이용하여 시뮬레이션 서버의 모의신호발생부(234)는 제어시스템의 모의 출력값에 따른 엑추에이터의 동작을 예측할 수 있다. 이 동작 예측 결과를 모의신호발생부의 플랜트 시뮬레이션 결과로 사용하며, 플랜트를 시뮬레이션한 결과값이 제어시스템의 모의 입력값으로 입력된다. 시뮬레이션 서버의 화면표시부(235)는 각 신호값과 물리적 값을 화면에 보여줌으로써, 데이터변환부의 신호 변환 결과를 검증할 수 있다. 이러한 검증이 사용되지 않으면, 입력보드(207)의 모든 채널에 대해 각 채널에 전기적 신호를 인가하여 데이터변환부(202)에서 올바른 값으로 변환하는지 여부를 검사해야 한다. 또한, 화면표시부(235)를 통해 제어시스템의 모의 입력값과 모의 출력값을 모니터링함으로써, 제어로직수행부가 제 기능을 수행하는 지 여부를 검증할 수 있다.
위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 보다 간단하게 시뮬레이션 환경을 구축할 수 있고, 제어시스템과 시뮬레이션 서버간에 동기를 맞출 수 있으며, 제어시스템의 각 채널에 별도의 계층장비를 연결하지 않고도 입출력신호를 검증할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (4)

  1. 제어로직수행부와 데이터변환부와 입력부 및 출력부를 구비한 제어시스템의 입출력신호를 시뮬레이션하는 시스템에 있어서,
    상기 제어시스템으로부터 모의 출력값을 입력받아 플랜트 시뮬레이션하고, 상기 플랜트 시뮬레이션 계산 결과를 모의 입력신호로 생성하여 상기 제어시스템에게 제공하는 시뮬레이션 서버를 포함하고,
    상기 제어시스템은, 상기 시뮬레이션 서버와 TCP/IP 통신하여 상기 시뮬레이션 서버로부터 모의 입력신호를 입력받는 모의신호입력부와,
    상기 시뮬레이션 서버와 TCP/IP 통신하여 상기 시뮬레이션 서버에게 모의 출력값을 제공하는 모의신호출력부와,
    상기 제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 때에는 모의신호입력부로 입력되는 신호를 상기 데이터변환부에게 제공하고, 실시간 제어모드로 동작할 때에는 상기 입력부로 입력되는 신호를 상기 데이터변환부에게 제공하는 입력선택부와,
    상기 제어시스템이 시뮬레이션 모드로 동작할 때에는 상기 데이터변환부에서 출력되는 신호를 상기 모의신호출력부에게 제공하고, 실시간 제어모드로 동작할 때에는 상기 데이터변환부에서 출력되는 신호를 상기 출력부에게 제공하는 출력선택부를 포함한 것을 특징으로 하는 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시뮬레이션 서버는,
    상기 모의신호입력부와 TCP/IP 통신하여 상기 모의 입력신호를 상기 모의신호입력부에 전달하는 모의신호송신부와,
    상기 모의신호출력부와 TCP/IP 통신하여 상기 모의신호출력부로부터 모의 출력값을 입력받는 모의신호수신부와,
    상기 모의신호수신부로부터 입력된 모의 출력값을 이용하여 플랜트 시뮬레이션하고 그 플랜트 시뮬레이션 계산 결과를 상기 모의 입력신호로 생성하여 상기 모의신호송신부에 전달하는 모의신호발생부와,
    상기 모의신호송신부 및 상기 모의신호수신부의 전기적 신호값과 상기 모의신호발생부의 물리적 값을 상호 변환하는 데이터변환부를 포함한 것을 특징으로 하는 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 시스템.
  3. 플랜트로부터 각종 센서 신호값을 입력받아 제어로직을 수행한 후 상기 플랜트로 제어신호를 출력하는 제어시스템의 입출력 신호를 시뮬레이션 서버를 이용하여 시뮬레이션하는 방법에 있어서,
    상기 제어시스템은 시뮬레이션모드로 동작하여 상기 시뮬레이션 서버에게 모의신호 입력을 요청하는 모의신호 입력 요청단계와,
    상기 제어시스템은 상기 시뮬레이션 서버로부터 모의신호 입력값이 전송되면, 상기 모의신호 입력값을 물리적 값으로 변환하고 제어로직을 수행하는 제어로직 수행단계와,
    상기 제어시스템은 상기 제어로직 수행 결과 출력값을 신호 출력값으로 변환 하고 상기 시뮬레이션 서버에게 출력하는 신호 출력단계를 포함하여,
    상기 시뮬레이션 서버가 상기 모의신호 입력값과 제어로직 수행 결과 출력값을 이용하여 상기 제어시스템의 상태를 검증할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 시뮬레이션 서버는,
    상기 모의신호 입력 요청단계에서 상기 제어시스템으로부터 모의신호 입력 요청이 접수되면 상기 모의신호 입력값을 상기 제어시스템에게 송신하는 단계와,
    상기 신호 출력단계에서 상기 제어시스템으로부터 상기 제어로직 수행 결과 출력 요청이 접수되면 상기 제어시스템으로부터 상기 제어로직 수행 결과 출력값을 수신하는 단계와,
    상기 수신된 제어로직 수행 결과 출력값을 물리적 값으로 변환한 후 플랜트 시뮬레이션하고 상기 시뮬레이션 계산 결과를 신호 출력값으로 변환하여 상기 모의신호 입력값으로 사용하는 단계와,
    상기 모의신호 입력값과 제어로직 수행 결과 출력값과 각각의 물리적 변환값을 화면에 표시하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 제어시스템의 입출력신호 시뮬레이션 방법.
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