KR100964261B1 - 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템에 관한 것이다. 본 발명은 주제어장치와 주제어장치에 의해 감시 및 제어되는 지역제어장치, 및 주제어장치와 지역제어장치 사이를 네트워크로 연결하여 토카막장치를 주제어장치에 의해 통합제어 가능하도록 하는 미들웨어장치로 구성된다. 따라서, 본 발명은 다양한 플랫폼과 다양한 하드웨어를 사용하고 있으며 여러 장소에 산재한 복수개의 지역제어기를 일괄 모니터링 및 원격 제어할 수 있어 토카막장치를 효율적으로 제어 및 운전이 가능한 효과를 제공한다.
토카막, 통합제어, 미들웨어
Description
본 발명은 토카막장치를 제어하는 복수개의 지역제어장치를 제어하기 위한 원격제어시스템에 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 토카막장치(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, 켄치검출기, 히팅제어기 등이 있다. 토카막장치(100)가 운전되기 위해서는 이러한 지역제어기들을 각각 제어하여야하는데 여러 공간에 산재해 있었으므로 각각을 제어해야하는 어려움이 있었다.
또한, 이러한 지역제어기는 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 통합 및 원격제어 가능한 시스템의 요구성이 증대되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 토카막장치를 제어하기 위한 복수개의 지역제어기는 여러 공간에 산재해 있으며 다양한 플랫폼과 다양한 하드웨어를 사용하고 있고 이러한 복수개의 지역제어기를 일괄 모니터링 및 원격 제어할 수 있는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템은 복수개의 운전자 인터페이스를 갖는 주제어장치와; 토카막장치의 각 구성을 제어하기 위해 상기 운전자 인터페이스로부터의 제어명령에 대응하여 제어하는 지역제어장치; 및 주제어장치의 운전자 인터페이스와 상기 지역제어장치가 상호 대응되어 데이터송수신 및 제어 가능하도록 인터페이스하기 위한 미들웨어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 운전자인터페이스는 운전자가 토카막장치를 감시 및 제어할 수 있도록 구성한 화면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 지역제어장치는 토카막장치의 플랜트 전체의 제어를 위한 복수개의 지역제어기와 장치보호와 인명보호 및 방사선안전등을 담당하는 인터락 및 실험데이터를 출력하는 진단장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 미들웨어장치는 CA(channel access)프로토콜을 통해 상기 주제어장치와 지역제어장치를 중계하여 통신가능하도록 하는 게이트웨이를 포함하는 것을 특 징으로 한다.
또한, 미들웨어장치와 상기 지역제어장치는 복수개의 네트워크를 통해 데이터송수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 네트워크는 리얼타임네트워크와 실험데이터네트워크와 머신네트워크와 인터락네트워크 및 타이밍네트워크인 것을 특징으로 한다.
또한, 주제어장치와 지역제어장치는 리얼타임네트워크를 통해 데이터송수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 게이트웨이는 주제어장치와 지역제어장치간의 리얼타임네트워크시에 상태변수상태로 데이터를 가공하지 않고 송수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 미들웨어장치는 EPICS의 오픈소스를 사용하여 상기 지역제어장치를 분산제어 가능하도록 구현하는 것을 특징으로 한다.
또한, 리얼타임네트워크는 고속의 실시간 데이터교환이 필요한 피드백 운전데이터를 송수신하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 장치는 다양한 플랫폼과 다양한 하드웨어를 사용하고 있으며 여러 장소에 산재한 복수개의 지역제어기를 일괄 모니터링 및 원격 제어할 수 있어 토카막장치를 효율적으로 제어 및 운전이 가능한 효과를 제공한다.
본 발명의 원격제어시스템은 데이터 통신, 정확한 시간동기화, 이벤트전달, 매우 낮은 지연시간, 높은 데이터전송률, 및 고도의 장애 복구 등을 만족할 수 있 는 효과를 제공한다.
이하, 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 통합망을 사용한 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 자유로운 데 있다. 따라서, 본 실시예의 통합망을 사용한 원격제어시스템에 도입된 미들웨어장치(20)는 에픽을 사용한 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 따른 통합망을 사용한 원격제어시스템에서 사용되는 네트워크들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 운전자인터페이스(11)와 지역제어장치(30)간의 중계를 위한 미들웨어장치(20)를 포함하며, 각 구성 간에 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 지역제어 장치(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 통합망을 사용한 원격제어시스템은 다섯 개의 네트워크에 의해 미들웨어장치(20)의 중계로 운전자인터페이스(11)와 지역제어장치(30)간의 통신이 가능하다.
도 3에서, 미들웨어장치(20)의 대표적인 구성인 게이트웨이(21)만을 도시하고 있으나, 미들웨어장치(20)는 인터락(33)과 인터락네트워크를 수행하기 위한 인터락제어부(미도시)와 타이밍네트워크를 수행하기 위한 시간동기화부(미도시), 및 데이터를 저장하는 데이터저장부(미도시)를 포함하는 구성이다.
도 1은 이러한 초전도자석을 이용한 토카막장치의 일예,
도 2는 본 발명에 따른 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템에서 사용되는 네트워크들을 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 주제어장치
20 : 미들웨어장치
30 ; 지역제어장치
Claims (10)
- 토카막장치를 제어하기 위한 원격제어시스템에 있어서,복수개의 운전자 인터페이스를 갖는 주제어장치와;상기 토카막장치의 각 구성을 제어하기 위해 상기 운전자 인터페이스로부터의 제어명령에 대응하여 제어하는 지역제어장치; 및상기 주제어장치의 운전자 인터페이스와 상기 지역제어장치가 상호 대응되어 데이터송수신 및 제어 가능하도록 인터페이스하기 위한 미들웨어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 운전자인터페이스는운전자가 토카막장치를 감시 및 제어할 수 있도록 구성한 화면을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 지역제어장치는상기 토카막장치의 플랜트 전체의 제어를 위한 복수개의 지역제어기와 장치보호와 인명보호 및 방사선안전등을 담당하는 인터락 및 실험데이터를 출력하는 진단장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 미들웨어장치는CA(channel access)프로토콜을 통해 상기 주제어장치와 지역제어장치를 중계하여 통신가능하도록 하는 게이트웨이를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 4항에 있어서,상기 미들웨어장치와 상기 지역제어장치는 복수개의 네트워크를 통해 데이터송수신하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 5항에 있어서,상기 네트워크는리얼타임네트워크와 실험데이터네트워크와 머신네트워크와 인터락네트워크 및 타이밍네트워크인 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 6항에 있어서,상기 주제어장치와 지역제어장치는 리얼타임네트워크를 통해 데이터송수신하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 7항에 있어서,상기 게이트웨이는상기 주제어장치와 지역제어장치간의 리얼타임네트워크시에 상태변수상태로 데이터를 가공하지 않고 송수신하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 8항에 있어서,상기 미들웨어장치는EPICS의 오픈소스를 사용하여 상기 지역제어장치를 분산제어 가능하도록 구 현하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
- 제 7항에 있어서,상기 리얼타임네트워크는고속의 실시간 데이터교환이 필요한 피드백 운전데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 통합망을 사용한 토카막장치의 원격제어시스템.
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