KR100943884B1 - 멀티포인트 신호 변환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수 개의 신호변환모듈로 구성되며, 다채널로 운용되는 멀티포인트 신호 변환 시스템으로서, 신호변환모듈은 각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 아날로그신호를 입력받아 디지털신호로 변환하는 주기가변형 A/D변환부와, 외부기기와 연결되어 센서의 입력상태, 출력상태, 내부 설정 값을 외부기기로 전송하는 외부통신부와, 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어, 연결된 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부로 상기 아날로그신호, 디지털신호 및 전원신호를 전송하는 것으로서, 아날로그신호, 디지털신호는 상호 병렬적으로 전송되고, 전원신호는 환상으로 직렬적으로 전송되도록 연결되는 시스템 공용 통신부와, 시스템 공용 통신부 간 또는 외부통신부와 외부기기를 상호 접속시키는 시스템 제어 및 신호전달 커넥터와, A/D변환부로부터 디지털신호를 입력받아 센싱값을 연산하고, 시스템 공용 통신부와 연결되어 다른 신호변환모듈들의 아날로그신호가 변환된 디지털신호를 입력받아 복수 개의 센서의 센싱값들을 상호 공유하며, 다른 신호변환모듈의 디지털신호를 입력받아 신호변환모듈의 이상여부를 판단하고, 이상이 있는 경우 이상신호를 출력하며, 이상이 있는 신호변환모듈의 전원공급을 차단시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤러와, 이상신호를 입력받은 경우 경보를 출력하는 경보 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
신호변환모듈, 주기가변형 A/D 변환, 전원제어

Description

멀티포인트 신호 변환 시스템{Universal Multipoint Signal Transform System}
본 발명은 멀티포인트 신호 변환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 신호를 신호변환모듈에서 변환한 후 자체적으로 마련된 디스플레이부에 표시하거나, 신호변환모듈에 포함된 통신부 및 이 통신부와 시스템 공용 통신하는 통신모듈을 통해 원격지 호스트 컴퓨터 등의 제어기기와 송수신하거나, 이상여부를 감지하여 이상경보를 출력하고, 이상이 있는 신호변환모듈의 전원을 차단하며, 상기 이상이 있는 신호변환모듈의 신호의 연산 및 출력을 인접한 신호변환모듈에서 대신 처리하도록 하는 멀티포인트 신호 변환 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 각 측정지점에 설치되는 센서들이 제대로 동작하고 있는지 여부를 확인하기 위해 다수의 센서에는 현장 작업자가 센서의 동작 여부를 파악할 수 있는 램프 또는 경보기가 마련되어 있어 기기의 정상 동작 여부를 표시해 주고 있다.
그러나, 측정지점에 설치되어 있는 센서들은 현장에서뿐만 아니라 원거리에 있는 제어기기 등에서 센서들의 정상동작 여부를 파악할 필요성이 있다.
이와 같이, 원거리에 있는 호스트 컴퓨터 등의 제어기기에서 센서의 동작상태를 파악하거나, 특정한 제어신호를 전송하여 센서를 관리할 필요성이 있을 경우에, 센서와 호스트 컴퓨터 사이에서 인터페이스 기능을 수행할 수 있는 "신호 변환 장치"가 설치될 수 있으며,
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다수의 슬롯이 구성된 마더보드(Mother Board)에 신호변환모듈을 필요에 따라 다수개 삽입하여 다채널 기능을 수행하는 공지기술(통신용 다채널 신호 변환기, 등록특허 제10-0346892호)이 존재하나,
이는 하나의 센서에 하나의 신호변환모듈이 대응되도록 구성되고, 다수의 신호변환모듈이 하나의 통신모듈에 결합됨에 따라 진정한 의미에서의 다채널 기능을 수행하는데 그 한계가 있었다. 게다가, 입력되는 신호(RTD, T/C, DC VOLLTALGE/CURRENT)가 변경될 경우, 즉 센서가 변경될 경우에 신호변환모듈 자체를 변경하여야 하므로 다양한 입력에 대응할 수 없다는 단점도 있었다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 센서로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 신호변환부와 디지털 신호를 외부 기기에 송신하는 1개이상의 공통커넥터를 구비한 신호변환모듈에 관한 공지기술(일본특개평9-311993호, 공개특허10-2009-0082631)이 존재하나,
이는 각각의 신호변환모듈이 다른 신호변환모듈과 연결되어 네트워크를 형성 하도록 구성할 수 있으나, 데이터를 공유하고 전달할 뿐, 관측지점의 센서나 신호변환모듈에 이상이 있는 경우 이상여부를 감지하고 이를 알리는 경보기능이 없으며, 신호변환모듈에 이상이 있는 경우, 이상이 있는 신호변환모듈의 전원을 차단하여 전력의 낭비를 막고, 잘못된 데이터를 연산하지 못하도록 하는 방안이 필요하며, 이상이 있는 신호변환모듈을 대신하여 당해 신호변환모듈이 입력받은 아날로그 신호를 다른 신호변환모듈이 대신하여 처리할 수 있도록 하는 방안이 필요하다.
또한, 일반적인 A/D변환기의 경우 비트수가 높아질수록 가격이 비싸지며, 정류기 및 평활회로를 포함하여 구성되어 회로가 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 각 측정지점에 설치되는 센서로부터의 다양한 신호에 모두 대응하여 A/D 변환할 수 있으며, 주기가변형 A/D변환기를 사용함으로써 펄스폭의 가변만으로도 비트수를 변경하여 사용할 수 있어 저비용으로 고비트의 A/D변환기를 구현할 수 있으며, 자체적으로 통신부를 갖춤으로써 정보를 공유할 뿐만 아니라 각 신호변환모듈의 정보를 입력받아 이상여부를 판단하고, 이상이 있는 경우 이상신호를 출력하여 경보를 출력하고, 이상이 있는 신호변환모듈의 전원공급을 차단하며, 전원공급이 차단된 신호변환모듈의 작업을 인접한 신호변환모듈이 대신 처리하여 원격지 호스트 컴퓨터 등에 송수신할 수 있는 신호변환모듈을 적어도 하나 이상 조합하여 다채널로 운용하는 멀티포인트 신호 변환 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 아날로그신호를 입력받아 디지털신호로 변환하는 A/D변환부와 외부기기와 연결되어 상기 센서의 입력상태, 출력상태, 내부 설정 값을 상기 외부기기로 전송하는 외부통신부와 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어, 연결된 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부로 상기 아날로그신호, 디지털신호 및 전원신호를 전송하는 것으로서, 상기 아날로그신호, 디지털신호는 상호 병렬적 으로 전송되고, 상기 전원신호는 환상으로 직렬적으로 전송되도록 연결되는 시스템 공용 통신부와 시스템 공용 통신부 간 또는 외부통신부와 외부기기를 상호 접속시키는 시스템 제어 및 신호전달 커넥터와 상기 A/D변환부로부터 상기 디지털신호를 입력받아 센싱값을 연산하고, 상기 시스템 공용 통신부와 연결되어 다른 신호변환모듈들의 아날로그신호가 변환된 디지털신호를 입력받아 복수 개의 센서의 센싱값들을 상호 공유하며, 다른 신호변환모듈의 디지털신호를 입력받아 신호변환모듈의 이상여부를 판단하고 이상이 있는 경우 이상신호를 출력하며 이상이 있는 신호변환모듈의 전원공급을 차단시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤러와 상기 이상신호를 입력받은 경우 경보를 출력하는 경보 출력부를 포함한다.
여기서 상기 A/D 변환부는 복수개의 센서로부터 상기 아날로그 신호가 입력되고, 상기 마이크로 컨트롤러의 제어신호에 기초하여 복수개의 아날로그 신호 중 어느 하나의 신호를 제 1 펄스파형으로 변환하는 입력선택부와 상기 펄스파형으로 변환된 신호를 증폭하는 신호증폭부와 상기 펄스파형의 신호 크기에 따라 펄스신호의 펄스폭을 가변시키는 가변펄스구동부와 상기 가변된 펄스신호를 적분하는 적분회로와 상기 적분회로의 출력신호가 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 기준값을 출력하고, 상기 적분회로의 출력신호가 설정된 기준값보다 작은 경우 0을 출력하여 제 2 펄스파형을 생성하는 비교기를 포함하되, 상기 마이크로 컨트롤러는 상기 비교기에서 출력되는 펄스의 듀티를 측정하여 센싱값을 산출하는 것을 특징으로 하는 것이 타당하다.
또한, 마이크로 컨트롤러는 센싱값이 센서출력의 비선형 구간에 속하는 것으 로 판단되는 경우 상기 제 1 펄스파형의 1주기 내에서의 펄스폭을 제어하여 비선형구간 출력을 보상하는 것을 특징으로 하는 것이 타당하다.
또한, 마이크로 컨트롤러는 인접한 신호변환모듈이 이상이 있다고 판단되는 경우 상기 이상이 있는 신호변환모듈이 입력받은 아날로그 신호를 입력받아 이를 디지털 신호로 변환하도록 하며, 상기 변환된 디지털신호의 센싱값을 연산하여 교호적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 것이 타당하다.
또한, 신호변환모듈은, 아날로그신호 및 디지털신호의 제어에 대한 사용자 설정을 지원하는 키조작부와 마이크로 컨트롤러에 의해 처리된 입력상태, 출력상태 및 경보상태를 표시하며, 내부 설정값을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 타당하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면,
입력되는 신호의 종류에 상관없이 A/D변환이 가능하므로 신호변환모듈 자체를 교체하지 않아도 되는 효과가 있으며, 다수의 신호변환모듈이 시스템 공용 통신을 통해 정보 공유가 가능하므로, 멀티포인트 신호 변환 시스템의 입출력간 관계에 있어 1:1, 1:N, N:1, N:N 다양한 운용이 가능하며 또한, 원격지 호스트 컴퓨터를 포함한 제어기기에서 각 관측지점에 설치된 센서를 제어하는 등의 다양한 활용이 가능하다.
또한, 주기가변형 A/D 변환기를 사용함으로써 정류기 및 평활회로가 필요 없 어 회로가 간단해지며, 비트수가 증가하게 되면 가격이 상승하는 기존의 A/D변환기와 달리 펄스폭을 가변하여 원하는 비트수를 만들어 쓸 수 있는 장점이 있다.
또한, 시스템 공용 통신을 이용한 정보 공유를 통해 다른 신호변환모듈의 이상여부를 판단할 수 있으며, 이상이 있다고 판단되는 경우 해당 신호변환모듈의 전원을 차단할 수 있으며, 전원이 차단된 신호변환모듈의 역할은 인접한 신호변환모듈이 대신하여 수행할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템의 개략도이다.
본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 하나의 신호변환모듈(20)로 구성할 수 있으며, 도 1c에 도시된 바와 같이, 다수의 신호변한모듈(20)을 조합하여 구성할 수도 있다. 이와 같은 멀티포인트 신호 변환 시스템에 통신모듈(30)을 선택적으로 적용할 수 있다. 또한, 다수의 신호변환모듈(20)에 공통전원을 공급하기 위한 전원공급부(40)를 별도로 더 마련할 수 있다.
신호변환모듈(20)의 케이스 후면에는 벽면 등에 부착할 수 있는 고정부와 각 신호변환모듈(20)간 결합을 위한 체결부가 형성되어 있다. 또한 케이스의 일측면에는 신호변환모듈(20)의 슬롯에 삽입되는 삽입단자가 형성되어 있다. 또한, 케이스 의 일측면에는 신호변환모듈(20)간의 통신 및 전원공급을 위한 슬롯(Slot)(21)이 돌출 형성되어 있으며, 케이스의 타측면에는 타 신호변환모듈(20)의 슬롯에 삽입되는 삽입단자가 형성되어 있다. 이렇게 형성된 슬롯과 삽입단자를 포함하여 본 발명에서는 시스템 제어 및 신호 전달 커넥터라 정의하기로 하며, 시스템 제어 및 신호 전달 커넥터를 이용하여 신호변환모듈(20)을 계속 결합함으로써 다수의 신호변환모듈(20)로 이루어진 하나의 멀티포인트 신호 변환 시스템을 구성할 수 있다.
이와 같이, 다수의 신호변환모듈(20)이 결합되는 경우에 시스템 제어 및 신호전달 커넥터는 통신을 수행하기 위해 각 신호변환모듈(20)을 병렬로 연결한다. 그러나 전원신호는 전원공급부(40)로부터 환상으로 직렬적으로 전송되도록 연결한다(도 4a참조). 즉, 최초의 신호변환모듈은 전원부와 연결되어 있으며, 두번째 신호변환모듈은 최초의 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어 전원을 공급받으며, 최후의 신호변환모듈은 직전의 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부로부터 전원을 공급받으며, 전원부와 연결되어 있다.
또한, 다수의 신호변환모듈(20)이 결합되는 경우에 다채널 운용 및 네트워크 구성을 위해 통신모듈(30)을 더 결합시킬 수도 있다. 이때, 신호변환모듈(20)과 통신모듈(30)간 통신에 있어, 본 발명에서는 통신모듈이 마스터(Master)로서 동작하고 신호변환모듈이 슬레이브(Slave)로 동작하는 것으로 한다.
한편, 신호변환모듈(20)의 전면 상단에는 아날로그신호가 입력되는 입력단자(22)가 형성되어 있으며, 신호변환모듈의 전면 하단에는 전원단자(23)가 형성되어 있다. 입력단자(22)는 모든 신호에 적용할 수 있도록 다수의 단자를 형성시키고 있으며, 해당 단자의 접속방법에 따라 입력되는 신호가 처리될 수 있도록 각 단자와 회로가 상호 연결되어 있다. 그리고, 전원단자(23)는 개별적 사용시 가능하도록 형성된 것이며, 상기한 바와 같이 다수의 신호변환모듈이 결합된 경우에는 시스템 공용 통신부(260) 통해 환상으로 직렬적으로 연결되어 전원공급이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈(20)을 나타낸 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 신호변환모듈(20)은 크게 각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 아날로그신호를 입력받아 디지털신호로 변환하는 A/D변환부(210)와, 외부기기와 연결되는 외부통신부(230)와, 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부 및 전원부와 연결되는 시스템 공용 통신부(260)와, 시스템 공용 통신부 간 또는 외부통신부와 외부기기를 상호 접속시키는 시스템 제어 및 신호전달 커넥터와, 디지털신호를 입력받아 센싱값을 연산하고, 다른 신호변환모듈들의 센싱값들을 상호 공유하며, 신호변환모듈의 이상여부를 판단하고, 이상이 있는 경우 이상신호를 출력하며 이상이 있는 신호변환모듈(20)의 전원공급을 차단시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤러(220)와, 경보를 출력하는 경보 출력부(240)를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명은 신호변환모듈(20)의 입력/출력에 대한 사용자 설정을 지원하는 키조작부(280)와, 센서로부터 전달된 신호의 입력상태, 출력상태 및 경보상태 등을 표시하며, 각종 내부 설정값을 표시하는 디스플레이부(290)와 센서로부터 전달된 신호에 대응하여 마이크로 컨트롤러(220)에서 계산된 센싱값을 아날로그신호 로 출력하는 아날로그신호 출력부(250)를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
A/D변환부(210)는 각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 아날로그신호(RTD, T/C, DC VOLTALGE/CURRENT)를 입력받아 디지털신호로 변환하여 마이크로 컨트롤러(220) 및 시스템 공용 통신부(260)로 전달한다.
마이크로 컨트롤러(220)는 키조작부(280)에 대응한 처리를 수행하고, A/D변환부(210)로부터 디지털신호를 입력받아 센싱값(센서의 입/출력상태 등)을 연산하여 각 해당 출력부에 출력한다. 마이크로 컨트롤러(220)는 시스템 공용 통신부(260)와, 연결되어 다른 신호변환모듈들의 아날로그신호가 변환된 디지털신호를 입력받아 복수 개의 센서의 센싱값들을 상호 공유한다. 또한, 공유된 인접한 신호변환모듈의 디지털 신호들을 연산하여 자신의 연산결과인 센싱값과 비교하여 오차허용범위 내에 있는지를 판단하되, 허용범위를 벗어난 경우 이상신호를 출력하며, 이상이 있는 신호변환모듈의 전원공급을 차단시키도록 제어한다. 전원은 시스템 공용 통신부(260)를 통해 각 신호변환모듈이 환상으로 직렬적으로 연결되어 있기 때문에 전원이 공급되는 쪽의 신호변환모듈에서 이상이 있는 신호변환모듈의 전원공급을 차단시키도록 동작이 가능하다.
또한, 마이크로 컨트롤러는 인접한 신호변환모듈이 이상이 있어 전원이 차단된 경우 상기 전원공급이 차단된 신호변환모듈의 연산 동작을 인접한 신호변환모듈이 대신 처리하여 원격지 호스트 컴퓨터 등에 교호적으로 송수신하도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 이상이 있는 신호변환모듈이 입력받은 아날로그 신호를 입력받아 이를 A/D 변환부로 보내 디지털 신호로 변환하도록 하며, 상기 변환된 디지털신호를 입력받아 센싱값을 연산하여, 자신의 데이터와 상기 이상이 있는 신호변환모듈을 대신하여 처리한 데이터를 해당 신호변환모듈의 식별번호와 함께 교호적으로 출력하도록 한다.
외부통신부(230)는 RS232/RS485 통신 방식을 취할 수 있으며, 외부기기와 연결되어 센서의 입력상태, 출력상태, 내부 설정 값을 등을 변경할 수 있도록 통신한다.
시스템 공용 통신부(260)는 RS485 및 아날로그 통신 방식을 취할 수 있으며, 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어, 연결된 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부로 아날로그신호, 디지털신호 및 전원신호를 전송하는 것으로서, 아날로그신호, 디지털신호는 상호 병렬적으로 전송되고, 상기 전원신호는 환상으로 직렬적으로 전송되도록 연결된다. 상기 병렬적으로 전송되는 아날로그 신호는 A/D 변환기나 마이크로 컨트롤러를 거치지 않고 센서로부터 직접 입력된다. 시스템 공용 통신부(260)는 슬레이브(Slave)로 동작되며, 시스템 공용 통신부(260)에 통신모듈(30)을 연결하여 사용할 수 있다(도 5참조).
경보 출력부(240)는 마이크로 컨트롤러(220)로 부터 이상신호를 입력받은 경우 경보를 출력한다. 경보출력부(240)는 경보 발생 여부를 릴레이(Relay) 접점 상태로 출력하는 제1경보접점출력부 및 제2 경보접점출력부로 구성할 수도 있다. 경보의 종류에 따라 Hi/Lo 경보, Deviation 경보를 지원할 수 있다.
아날로그신호 출력부(250)는 D/A컨버터를 포함하도록 구성할 수 있으며 센서 로부터 전달된 신호에 대응하여 마이크로 컨트롤러(220)에서 계산된 센싱값을 아날로그신호로 변환하여 출력한다. 출력신호로 전압, 전류를 출력할 수 있다.
디스플레이부(290)는 센서로부터 전달된 신호의 입력상태, 출력상태 및 경보상태 등을 표시하며, 각종 내부 설정값을 표시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주기가변형 A/D변환기를 나타낸 블록도, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 주기가변형 A/D변환기의 입력선택부를 나타낸 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 A/D 변환부는, 입력선택부(211), 신호증폭부(212), 가변펄스구동회로부(213), 적분회로(214), 비교기(215)를 포함하도록 구성할 수 있다.
입력선택부(211)는 복수개의 센서로부터 아날로그 신호(RTD, T/C, DC VOLTALGE/CURRENT)가 입력되고, 마이크로 컨트롤러(220)의 제어신호에 기초하여 복수개의 아날로그 신호 중 어느 하나의 신호를 제 1 펄스파형으로 변환한다.
입력선택부(211)는 2n의 입력과 n개의 선택제어신호 및 1개의 출력신호를 갖는 멀티플렉서(MUX,multiplexer)가 사용될 수 있다.
예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 입력선택부(211)는 22의 MUX로 구성될 수 있으며, 여기서 A0~A3는 입력신호로서 A0 ~ A2는 센서 아날로그 입력신호, A3은 0(접지)이고, B는 출력신호, E0, E1은 마이크로 컨트롤러(220)로부터 인가되 는 선택 제어신호이다. 예를 들어, A0의 신호를 제 1 펄스파형으로 변환하기 위해, 마이크로 컨트롤러(220)는 입력선택신호(E0, E1)에 각각 동일한 주기를 가지는 펄스신호를 입력한다(입력신호는 0, 0과 1, 1이 주기적으로 선택된다). 상기 입력선택신호에 따른 입력은 A0와 0이 번갈아가며 선택되어 B에서 제 1 펄스 파형이 출력된다.
신호증폭부(212)는 펄스파형으로 변환된 신호를 증폭하며, 가변펄스구동부(213)는 펄스파형의 평균값의 크기에 따라 펄스신호의 펄스폭을 가변시킨다.
적분회로(214)는 가변된 펄스신호를 적분하기 위한 회로로서, 적분된 펄스신호는 삼각파(톱니파)와 유사한 파형을 갖는 펄스 파형이 나타나게 된다.
비교기(215)는 적분회로(214)의 출력신호가 설정된 기준값보다 큰 경우 기준값을 출력하고, 적분회로(214)의 출력신호가 설정된 기준값보다 작은 경우 0을 출력하여 제 2 펄스파형을 생성한다. 여기서, 제 2 펄스파형은 적분회로(214)의 삼각파(톱니파) 성분을 DC값으로 변환하여 얻어지는 깨끗한 펄스파형이다.
마이크로 컨트롤러(220)는 비교기(215)에서 출력되는 펄스의 듀티를 측정하여 최종적으로 아날로그 센서신호를 디지털 센싱값으로 산출하게 된다. 여기서, 듀티의 측정은 하나의 펄스에서 1/4주기의 길이, 2/4주기의 길이, 3/4주기의 길이 및 4/4주기의 길이 중 어느 하나를 선택하여 이루어지게 되는데, 센싱값의 변화에 따라 듀티의 변화량이 가장 많아 측정 오차가 가장 작은 부분의 길이를 측정하는 것도 가능하다.
또한, 마이크로 컨트롤러(220)는 센싱값이 센서출력의 비선형 구간에 속하는 것으로 판단되는 경우 제 1 펄스파형의 1주기 내에서 비선형구간의 펄스폭을 제어하여 비선형구간 출력을 선형에 가깝도록 보상할 수 있는 것이 바람직하다.
예를 들면, 마이크로 컨트롤러(220)는 센서 출력값 A0가 비선형구간에 속하는 것으로 판단된 경우 센서출력값이 선형으로 가정할 경우의 값이 되도록 선택 제어신호(E0, E1)가 0, 0 (A0 선택)이 되는 펄스폭을 길게 제어하며, 비선형구간의 값이 상기 실제값보다 큰 경우에는 상기 입력선택신호(E0, E1)가 1, 1 (A3 선택)이되는 펄스폭을 길게 제어함으로써 비선형구간 출력을 보상하게 되는 것이다.(도 3a참조)
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈간의 시스템 공용 통신 개념도이다.
도 4를 참조하면, 도 2에서와 같이 구성된 신호변환모듈(20)의 시스템 공용 통신부(210)를 모두 시스템 제어 및 신호 전달 커넥터에 연결하여 각 신호변환모듈(20)의 내부 설정값 읽기/쓰기 및 Multi 출력을 위한 통신을 수행한다.
도 4a를 참조하면, 다수의 신호변환모듈이 결합된 경우에는 전원부(40)는 제 1 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되고, 제 1 신호변환모듈은 제 2 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어 있으며, 제 2 신호변환모듈은 제 3 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어 있으며, 제 3 신호변환모듈은 전원부와 연결되어 있다. 즉, 전체적으로 직렬로 연결되어 있으며, 환상으로 연결되어 있어 특정 신호변환모듈에 이상이 검출되는 경우 상기 이상이 있는 신호변환모듈의 전원이 공급되는 쪽의 인접한 신호변환모듈에서 전원을 차단하도록 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈과 통신모듈이 결합된 멀티포인트 신호 변환 시스템의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템은 하나의 신호변환모듈(20)과 하나의 통신모듈(30)로 구성될 수 있다. 즉, 도 2에서와 같이 구성된 신호변환모듈(20)의 시스템 공용 통신부(260)를 통신모듈(30)에 연결하여 내부 설정값 읽기/쓰기 및 Multi 출력을 위한 통신을 수행한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호변환모듈과 통신모듈이 결합된 멀티포인트 신호 변환 시스템의 제어회로 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템은 다수의 신호변환모듈(20)과 하나의 통신모듈(30)로 구성될 수 있다. 즉, 도 2에서와 같이 구성된 신호변환모듈(20)의 시스템 공용 통신부(260)를 모두 통신모듈(30)에 연결하여 내부 설정값 읽기/쓰기 및 Multi 출력을 위한 통신을 수행한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 신호변환모듈과 통신모듈로 이루어진 신호변환 그룹의 네트워크 구성도이다.
도 7을 참조하면, 도 5에서와 같이 구성된 신호변환 그룹(G)을 네트워크로 연결할 수 있다. 이때, 신호변환 그룹의 RS232/RS485 외부통신부를 네트워크로 연결하여 내부 설정값 읽기/쓰기 및 Multi 출력을 위한 통신을 수행한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템의 동작에 대해 설명하기로 한다.
신호변환모듈은(20) 각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 아날로그신호(T/C, RTD, 전류, 전압 등)는 주기가변형 A/D변환부(210)에 입력되고, 상기 입력된 아날로그 신호는 입력선택부(211)에서 마이크로 컨트롤러(220)의 제어신호에 기초하여 상기 중 어느 하나의 신호를 선택하여 제 1 펄스파형으로 변환된다. 펄스파형으로 변환된 신호는 증폭부(212)에서 증폭되며, 펄스가변구동부(213)에서 펄스파형의 신호 크기에 따라 펄스신호의 펄스폭이 가변된다. 가변된 펄스신호는 적분회로(214)와 비교기(215)를 거쳐 제 2 펄스파형이 된다. 상기와 같이 변환된 디지털 신호는 디스플레이부(290)에 표시되며, 마이크로 컨트롤러(220)는 비교기(215)에서 출력되는 펄스의 듀티를 측정하여 센싱값을 산출하며, 센싱값이 비선형구간에 속하는 것으로 판단되는 경우 제 1펄스파형의 1주기 내에서의 펄스폭을 제어하여 비선형구간 출력을 보상해 준다.
상기와 같이 아날로그신호에 대한 출력값을 설정값에 따라 연산하여 아날로그신호 또는 경보접점 및 RS485/RS232 형태로 출력한다. 이때, 시스템 공용 통신부(260)를 통해 각 신호변환모듈간의 정보가 공유되게 되며, 해당 신호변환모듈의 고유번호를 포함하여 각 신호변환모듈에 데이터 공유가 이루어진다. 이와 함께, 필 요할 경우에 외부통신부(230)를 이용하여 해당 제어기기로 데이터를 직접 전달할 수도 있다.
이후, 각 신호변환모듈의 데이터 공유가 이루어지면, 통신모듈은 시스템 공용 통신부(260)를 이용하여 각 신호변환모듈로부터 해당 데이터를 전달받거나, 또는 정보 공유된 하나의 신호변환모듈로부터 해당 데이터들을 전달받는다. 즉, 정보 공유가 이루어지는 점을 고려하여 통신회선의 운용을 효율화시키기 위해 모든 정보를 가지고 있는 하나의 신호변환모듈로부터 해당 데이터들을 전달받을 수 있다는 것이다.
또한, 공유되는 데이터를 분석하여 각 관측지점에 설치되어 있는 센서 및 각 신호변환모듈에 이상이 있는지 여부를 검출해낼 수 있다. 신호변환모듈의 이상이 검출되는 경우 이상신호를 출력하여 경보를 발생하고, 인접한 신호변환모듈에서는 이상이 있는 신호변환모듈의 전원을 차단하며, 이상이 있는 신호변환모듈을 대신하여 공유된 데이터를 바탕으로 작업을 수행하여 교호적으로 데이터를 출력하게 된다. 이 경우에 데이터들은 해당 신호변환모듈의 고유번호를 가지고 있으므로 구분이 가능하게 된다. 이에 통신모듈은 원격지 호스트 컴퓨터 등의 제어기기에 해당 데이터를 전달하는데, 다수의 제어기기가 접속되어 있을 경우에는 해당 제어기기가 필요로 하는 데이터만을 전달하여야 하므로, 해당 데이터와 해당 제어기기를 매칭시키는 과정을 거친 후 해당 데이터를 해당 목적지인 제어기기로 전달한다. 이후, 제어기기를 통해 제어명령이 전달된 경우에는 통신모듈에서 해당 신호변환모듈의 고유번호를 매칭시키는 과정을 거쳐 해당 신호변환모듈을 통해 각 측정지점에 설치 되는 센서로 제어명령을 전달하게 된다. 이에 센서의 입력상태 및 출력상태, 내부 설정값 등을 변경하는 제어가 이루어질 수 있다. 이와 같은 방법으로 본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템은, 입력되는 다양한 종류의 신호를 다양한 형태로 원격지 호스트 컴퓨터에 전달할 수 있다. 또한, 예를 들어 1개의 입력 신호로 10개의 출력을 지원할 수 있다. 그리고, 출력 최대 지원 개수는 32출력까지 사용할 수 있다. 즉, 각 신호변환모듈은 한 개 입력으로 2개의 아날로그출력을 사용할 수 있으며, 사용자가 1개의 입력으로 10개의 아날로그 출력을 이용하고자 할때 Multi 출력Option을 이용하여 사용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 멀티포인트 신호 변환 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주기가변형 A/D변환기를 나타낸 블록도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 입력선택부를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈간의 시스템 공용 통신 개념도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈간의 전원연결을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호변환모듈과 통신모듈이 결합된 멀티포인트 신호 변환 시스템의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호변환모듈과 통신모듈이 결합된 멀티포인트 신호 변환 시스템의 제어회로 블록도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 신호변환모듈과 통신모듈로 이루어진 신호변환 그룹의 네트워크 구성도이다.
<주요도면부호에 관한 설명>
20 : 신호변환모듈 30 : 통신모듈
40 : 전원공급부 210 : A/D 변환부
211 : 입력선택부 212 : 신호증폭부
213 : 가변펄스구동회로부 214 : 적분회로
215 : 비교기 220 : 마이크로 컨트롤러
230, 303 : 외부통신부 240 : 경보출력부
250 : 아날로그 신호출력부 260, 301 : 시스템 공용 통신부
270 : 전원제어부 280 : 키조작부
290 : 디스플레이부

Claims (5)

  1. 복수 개의 신호변환모듈로 구성되며, 다채널로 운용되는 멀티포인트 신호 변환 시스템에 있어서, 상기 신호변환모듈은,
    각 측정지점에 설치되는 센서로부터 전달된 아날로그신호를 입력받아 디지털신호로 변환하는 A/D변환부와;
    외부기기와 연결되어 상기 센서의 입력상태, 출력상태, 내부 설정 값을 상기 외부기기로 전송하는 외부통신부와;
    다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부와 연결되어, 연결된 다른 신호변환모듈의 시스템 공용 통신부로 상기 아날로그신호, 디지털신호 및 전원신호를 전송하는 것으로서, 상기 아날로그신호, 디지털신호는 상호 병렬적으로 전송되고, 상기 전원신호는 환상으로 직렬적으로 전송되도록 연결되는 시스템 공용 통신부와;
    시스템 공용 통신부 간 또는 외부통신부와 외부기기를 상호 접속시키는 시스템 제어 및 신호전달 커넥터와;
    상기 A/D변환부로부터 상기 디지털신호를 입력받아 센싱값을 연산하고, 상기 시스템 공용 통신부와 연결되어 다른 신호변환모듈들의 아날로그신호가 변환된 디지털신호를 입력받아 복수 개의 센서의 센싱값들을 상호 공유하며, 다른 신호변환모듈의 디지털신호를 입력받아 상기와 다른 신호변환모듈의 이상여부를 판단하고 이상이 있는 경우 이상신호를 출력하며 이상이 있는 신호변환모듈의 전원공급을 차단시키도록 제어하는 마이크로 컨트롤러와;
    상기 이상신호를 입력받은 경우 경보를 출력하는 경보 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 신호 변환 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 A/D 변환부는,
    복수개의 센서로부터 상기 아날로그 신호가 입력되고, 상기 마이크로 컨트롤러의 제어신호에 기초하여 복수개의 아날로그 신호 중 어느 하나의 신호를 제 1 펄스파형으로 변환하는 입력선택부와;
    상기 펄스파형으로 변환된 신호를 증폭하는 신호증폭부와;
    상기 펄스파형의 신호 크기에 따라 펄스신호의 펄스폭을 가변시키는 가변펄스구동부와;
    상기 가변된 펄스신호를 적분하는 적분회로와;
    상기 적분회로의 출력신호가 설정된 기준값보다 큰 경우 상기 기준값을 출력하고, 상기 적분회로의 출력신호가 설정된 기준값보다 작은 경우 0을 출력하여 제 2 펄스파형을 생성하는 비교기를 포함하되,
    상기 마이크로 컨트롤러는 상기 비교기에서 출력되는 펄스의 듀티를 측정하여 센싱값을 산출하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 신호 변환 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 센싱값이 센서출력의 비선형 구간에 속하는 것으로 판단되는 경우 상기 제 1 펄스파형의 1주기 내에서의 펄스폭을 제어하여 비선형구간 출력을 보상하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 신호 변환 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는 인접한 신호변환모듈이 이상이 있다고 판단되는 경우 상기 이상이 있는 신호변환모듈이 입력받은 아날로그 신호를 입력받아 이를 디지털 신호로 변환하도록 하며, 상기 변환된 디지털신호의 센싱값을 연산하여 교호적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 신호 변환 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 신호변환모듈은, 상기 아날로그신호 및 디지털신호의 제어에 대한 사용자 설정을 지원하는 키조작부와;
    상기 마이크로 컨트롤러에 의해 처리된 입력상태, 출력상태 및 경보상태를 표시하며, 내부 설정값을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 신호 변환 시스템.
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