KR100959593B1 - 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치에 관한 것이다. 본 발명은 복수개의 네트워크를 하나의 통신규격에 맞추어 상기 주제어장치와 지역제어장치간을 피드백제어가능하도록 통신하는 게이트웨이; 상기 서로 다른 기반의 데이터(운전데이터, 실험데이터 등)를 서로 다른 네트워크를 통해 입력받아 각각 저장하기 위한 복수개의 데이터수집서버; 상기 데이터수집서버로부터 수집된 데이터를 할당된 영역에 저장하는 데이터저장서버; 및 저장된 데이터를 가공하는 데이터분석서버를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 데이터처리장치는 데이터 통신, 정확한 시간동기화, 이벤트전달, 매우 낮은 지연시간, 높은 데이터전송률, 및 고도의 장애 복구 등을 만족할 수 있는 효과를 제공한다.
미들웨어, 토카막,

Description

토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치{A data processor for remote-control of tokamak}
본 발명은 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치에 관한 것이다.
현재까지 개발된 초전도자석은 지구자장의 26만배에 달하는 13테슬라의 자장을 얻을 수 있으며, 이러한 자장은 핵융합 반응에서 요구되는 플라즈마를 만들고 가두기 위해 필요한 것이다. 따라서, 초전도자석의 핵심 기술은 '관내연선도체'(CICC:Cable-in Conduit-Conductor)라고 알려진 각각의 전선을 감아 코일을 형성하여 초전도자석을 제조함에 있다. 관내연선도체(CICC)는 35kA급의 대전류 운전을 위해서 360 또는 486가닥의 선재를 사각형의 금속관으로 둘러싸인 방식의 도체를 사용하여 자석을 제작하는 것으로, 초전도자석의 운전시 발생하는 열을 4.5K로 냉각하기 위해 약 5기압의 초임계 헬륨을 관내연선도체로 강제순환시킨다.
도 1은 이러한 초전도자석을 이용한 토카막장치의 일예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 도 1에서는 초전도자석(SC Magnet)을 사용한 토카막장 치(100)는 고온의 플라즈마를 진공용기 벽에 닿지 않고 가두어두기 위한 것이다. 토카막장치(100)는 CS(Central Solenoid)코일, TF(Toroidal Field) 및 PF(Poloidal Field) 코일을 사용하여 플라즈마의 생성, 구속, 제어를 담당한다. 도 1에서 참조부호 101번은 TF코일을 보여준다.
이러한 대규모의 토카막장치(100)는 제어를 필요로 하며 플라즈마 실시간제어 등을 위한 지역제어기들을 복수개 구비하고 있다. 토카막장치(100)에는 압력제어기, 토카막모니터링제어기, 헬륨제어기, 전류인입선제어기, ??치검출기, 히팅제어기 등이 있다. 토카막장치(100)가 운전되기 위해서는 이러한 지역제어기들을 각각 제어하여야하는데 여러 공간에 산재해 있었으므로 각각을 제어해야하는 어려움이 있었다.
또한, 이러한 지역제어기은 확장성이 용이해야하며 초전도 자석을 사용함으로써 실험이외의 시간에도 장치의 유지와 안전을 위해 24시간 운전되어야한다. 따라서, 다양한 지역제어기를 분산제어 가능해야하며, 다양한 플렛폼에 대응해야한다. 또한, 여러 공간에 산재해 있는 지역제어기를 네트워크를 이용해 통합해야하며 24시간 연속 운전 및 안정성을 위한 원격제어 가능한 시스템의 요구성이 증대되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 토카막장치를 제어하기 위한 복수개의 지역 제어 장치를 다섯 개의 네트워크망을 사용하는 게이트웨이를 통해 주제어장치와 복수개의 지역제어장치와의 통신이 가능토록 하여 원격제어를 위한 데이터송수신이 가능한 데이터처리장치를 제공함을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토카막장치를 제어하기 위한 지역제어장치와 주제어장치간에 데이터처리장치에 있어서, 복수개의 네트워크를 하나의 통신규격에 맞추어 상기 주제어장치와 지역제어장치간을 피드백제어가능하도록 데이터를 송수신하는 게이트웨이; 상기 서로 다른 기반의 데이터(운전데이터, 실험데이터 등)를 서로 다른 네트워크를 통해 입력받아 각각 저장하기 위한 복수개의 데이터수집서버; 상기 데이터수집서버로부터 수집된 데이터를 할당된 영역에 저장하는 데이터저장서버; 및 저장된 데이터를 가공하는 데이터분석서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 데이터수집서버는 토카막장치의 운전데이터를 수집하는 운전데이터수집서버와 상기 토카막장치의 실험데이터를 수집하는 실험데이터수집서버인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 데이터수집서버는 토카막장치의 운전상황이나 모니터링 운전일정을 관리하기 위한 웹서버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 운전데이터수집서버는 지역제어장치와 리얼타임네트워크(RTN)를 수행하여 운전데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실험데이터수집서버는 지역제어장치와 실험데이터네트워크(EDN)를 수행하여 실험데이터를 수집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 운전데이터수집서버와 상기 데이터저장서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실험데이터수집서버와 상기 데이터저장서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 데이터저장서버와 상기 데이터분석서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 웹서버와 데이터저장서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 게이트웨이는 상기 주제어장치와 지역제어장치간의 리얼타임네트워크(RTN)로 통신하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 데이터처리장치는 채널억세스 통신방식으로 전달되는 데이터를 가공하지 않은 상태로 정해진 위치에 데이터를 송수신하여 실시간으로 데이터들을 수집하여 저장, 분석 및 제공 가능한 다양한 서버들을 구성하여 토카막장치의 피드백제어가 가능하도록 하는 효과를 제공한다.
이하, 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 2는 본 발명에 적용된 토카막장치의 원격제어시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 주제어장치(10)와 주제어장치(10)에 의해 감시 및 제어되는 지역제어장치(30), 및 주제어장치(10)와 지역제어장치(30) 사이를 네트워크로 연결하여 토카막장치(40)를 통합제어하기 위한 미들웨어장치(20)로 구성된다. 지역제어장치(30)는 다수개의 지역제어기(31)로 구성되며 지역제어기(31)들은 토카막장치의 각 구성을 제어하며, 미들웨어장치(20)를 통해 주제어장치(10)와 데이터송수신하도록 연결된다. 미들웨어장치(20)는 지역제어장치(30)와 통신을 위해 이더넷을 통해 네트워크로 연결되어 있으며 주제어장치(10)와 통신을 위해 네트워크로 연결되어 있다. 이때, 미들웨어장치(20)는 분산제어를 위해 에픽(experimental physics and industrial control : EPICS)을 도입하여 구성한다. 에픽은 거대한 과학 실험 장치 및 산업용 장치제어를 목적으로 개발되어 입자가속기, 방사관 가속기 등에서 세계적으로 널리 사용되고 있는 미들웨어중 하나이다. 이러한 미들웨어인 에픽을 도입하여 토카막의 지역제어기들을 주제어기와 통신가능하도록 하는데 에는 에픽이 오픈 소스(open source)라이센스 정책을 취하고 있어 이용이 자유로운데 있다. 따라서, 본 실시예의 통합제어시스템에 도입된 미들웨어장치(20)는 에픽을 사용하여 구현한 예로 한다.
도 2에서, 주제어장치(10)는 복수개의 운전자인터페이스(11)를 구성하며, 각 운전자 인터페이스(11)는 지역제어장치(30)와 통신하여 토카막장치(40)를 제어할 수 있다. 주제어장치(10)의 운전자인터페이스(11)는 운전자가 토카막장치를 감시 및 제어할 수 있도록 구성한 화면을 포함하며, 색상표시 및 상태변수의 현재알람상태표시 등이 가능하다. 여기서 미들웨어장치(20)는 게이트웨이(21)를 구성하며, 게이트웨이(21)는 주제어장치(10)의 운전자인터페이스(11)와 지역제어장치(30)간의 CA(channel access)프로토콜을 통해 중계하여 통신한다. CA프로토콜에 따르면, 데이터를 가공하지 않고 상태변수(PV : processing variable)형태로 송수신하되, 고유이름에 명령을 부여하여 상태변수와 함께 송수신하므로 리얼타임네트워크를 가능하게 한다.
도 3은 본 발명에 적용된 토카막장치의 원격제어시스템에서 사용되는 네트워크들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 운전자인터페이스(11)와 지역제어장치(30)간의 중계를 위한 미들웨어장치(20)를 포함하며, 각 구성간에 네트워크로 연결된 일예를 도시한다. 지역제어장치(30)는 토카막장치의 플랜트 전체의 제어를 위한 복수개의 지역제어기(31)와 장치보호와 인명보호 및 방사선안전등을 담당하는 인터락(33) 및 실험데이터를 출력하는 진단장치(32) 등을 포함한다. 미들웨어장치(20)와 지역제어장치(30)간에는 리얼타임네트워크와 실험데이터네트워크와 머신네트워크와 인터락네트워크 및 타이밍네트워크를 통해 네트워킹된다. 리얼타임네트워크는 고속의 실시간 데이터교환이 필요한 피드백 운전데이터를 운전자인터페이스와 지역제어기(31)간에 송수신하기 위한 것이다. 실험데이터네트워크는 미들웨어장치(20)가 플라즈마 실험데이터 등을 플라즈마실험도중 각종 진단장치(32)로부터 입력되는 데이터를 저장하기 위한 것이다. 머신네트워크는 토카막장치(40)의 운전과 관련된 이벤트 및 데이터교환을 위한 네트워크이고, 토카막장치(40) 플랜트 전체의 운전데이터를 수집하고 저장하기 위한 것이다. 실험데이터네트워크를 머신네트워크와 분리하여 별도의 이더넷으로 구성한다. 이는 실험데이터를 개별 진단장치(32)에서 저장을 위해 전송하는 순간 네트워크에서 발생할 수 있는 시간지연이나 장애 등으로부터 머신네트워크의 플랜트 제어기능을 보호하기 위한 것이다. 인터락네트워크는 장치보호를 위한 인터락(33)에서 사용하는 네트워크이고, 타이밍네트워크는 각 토카막장치(40)의 시간을 동기화하고 정교한 타이밍이벤트를 전달하는데 사용하는 네트워크이다. 이렇게 하여 본 발명의 통합제어시스템은 다섯 개의 네트워크에 의해 미들웨어장치(20)의 중계로 운전자인터페이스(11)와 지역제어장치(30)간의 통신이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원격제어를 위한 데이터처리장치의 상세블럭도를 포함한다.
토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치(211)는 토카막 지역제어기의 통합운전을 위해 지역제어장치 전체를 모니터링하고 운전모드를 제어할수 있도록 데이터를 처리하고 이를 저장 및 가공을 수행한다. 미들웨어장치(20)는 이러한 데이터처리장치(211)와 데이터송수신을 위한 게이트웨이(21)를 포함한다.
또한, 미들웨어장치(20)는 지역제어기와 통신을 위해 이더넷을 통해 머신네트워크에 연결되어 있으며, 채널억세스프로토콜을 이용해 개별 지역제어기와 데이 터송수신한다. 또한, 실시간 피드백정보를 교환하기 위해서는 리얼타임네트워크로 연결되어 있으며 인터락시스템과는 하드와이어연결을 통하여 연결되어 있다.
도 4에서는 네트워크망을 중심으로 데이터송수신을 위한 주요 구성만을 도시하여 설명한다.
도 4에서, 미들웨어장치(20)는 복수개의 네트워크를 하나의 통신규격에 맞추어 주제어장치(10)와 지역제어장치(30)간을 피드백제어가능하도록 통신하는 게이트웨이(21)와 지역제어장치(30)로부터 입력되는 데이터들을 처리하고 이를 저장 및 가공하기 위한 데이터처리부(211)를 포함한다. 데이터처리부(211)는 서로 다른 기반의 데이터(운전데이터, 실험데이터 등)를 서로 다른 네트워크를 통해 입력받아 각각 저장하기 위한 복수개의 데이터수집서버(22, 23)와 상기 데이터수집서버(22, 23)로부터 수집된 데이터를 할당된 영역에 저장하는 데이터저장서버(24) 및 저장된 데이터를 가공하는 데이터분석서버(25)를 포함하여 구성한다.
그리고, 데이터수집서버(22, 23)는 지역제어장치(30)와 리얼타임네트워크(RTN)를 수행하여 운전데이터를 수집하는 운전데이터수집서버(22)와 실험데이터네트워크(EDN)를 수행하여 실험데이터를 수집하는 실험데이터수집서버(23)로 구성된다.
또한, 운전데이터수집서버(22)와 실험데이터수집서버(23)는 별도의 스토리지에어리어네트워크(storage area network :SAN)로 데이터저장서버(24)와 개별 통신을 수행한다. 이러한 스토리지에어리어네트워크(SAN)를 통해 데이터수집서버(24)에 데이터를 저장하고 데이터분석서버(25)를 이용해 저장된 데이터들을 독출하여 제공한다. 이때 데이터분석서버(25)는 주제어장치(10)와는 콘트롤네트워크(CN)를 사용하여 데이터를 송수신한다.
도 4에서는 개시되지 않았으나, 운전상황이나 모니터링 운전일정을 관리하기 위한 웹서버를 별도로 구성하는 것도 가능하다. 웹서버도 스토리지에어리어네트워크(SAN)을 통해 데이터저장서버(24)와 통신가능함은 물론이다.
도 1은 이러한 초전도자석을 이용한 토카막장치의 일예,
도 2는 본 발명에 적용된 토카막장치의 통합제어시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 적용된 통합제어시스템에서 사용되는 네트워크들을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원격제어를 위한 데이터처리장치의 상세블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 게이트웨이 22 : 운전데이터수집서버
23 : 실험데이터수집서버 24 : 데이터저장서버
25 : 데이터분석서버

Claims (10)

  1. 토카막장치를 제어하기 위한 지역제어장치와 주제어장치간에 데이터처리장치에 있어서,
    복수개의 네트워크를 채널억세스프로토콜을 이용해 하나의 통신규격에 맞추어 상기 주제어장치와 지역제어장치간을 피드백 제어 가능하도록 데이터를 송수신하는 게이트웨이;
    상기 복수개의 네트워크를 통해 입력받은 서로 다른 기반의 운전데이터와 실험데이터를 각각 저장하기 위한 복수개의 데이터수집서버;
    상기 데이터수집서버로부터 수집된 데이터를 할당된 영역에 저장하는 데이터저장서버; 및
    상기 저장된 데이터를 가공하는 데이터분석서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터수집서버는
    상기 토카막장치의 운전데이터를 수집하는 운전데이터수집서버와 상기 토카막장치의 실험데이터를 수집하는 실험데이터수집서버인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터수집서버는
    상기 토카막장치의 운전상황이나 모니터링 운전일정을 관리하기 위한 웹서버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 운전데이터수집서버는
    상기 지역제어장치와 리얼타임네트워크(RTN)를 수행하여 운전데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 실험데이터수집서버는
    상기 지역제어장치와 실험데이터네트워크(EDN)를 수행하여 실험데이터를 수집하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 운전데이터수집서버와 상기 데이터저장서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 실험데이터수집서버와 상기 데이터저장서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 데이터저장서버와 상기 데이터분석서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 웹서버와 데이터저장서버간은 스토리지영역네트워크(SAN)로 통신하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트웨이는
    상기 주제어장치와 지역제어장치간의 리얼타임네트워크(RTN)으로 통신하는 것을 특징으로 하는 토카막장치의 원격제어를 위한 데이터처리장치.
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