KR101024466B1 - 아날로그 출력모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출력단자를 효과적으로 줄일 수 있는, PLC에 구비되는 아날로그 출력모듈을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 입력신호를 전압형태의 제1 신호 또는 전류형태의 제2 신호로 제공하기 위한 신호전달부; 상기 신호전달부로 부터 제공되는 신호를 외부로 출력하기 위한 출력터미널; 상기 제1 신호 또는 제2 신호를 선택적으로 상기 출력터미널로 제공하기 위한 아날로그 멀티플렉서를 구비하는 아날로그 출력모듈을 제공한다.
PLC, 아날로그 출력모듈, 멀티플렉서, DA 컨버터, 포토커플러.

Description

아날로그 출력모듈{ANALOG OUTPUT MODULE}
본 발명은 아날로그 신호를 외부로 출력하는 아날로그 출력모듈에 관한 것이며, 보다 구체적으로 디지털 신호를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 Programmable Logic Controller(이하 PLC)의 아날로그 신호 출력모듈에 관한 것이다.
전통적인 산업현장에서 자동화 설비는 릴레이등을 사용한 기계적인 장비로 구성되어 있었다. 기계적인 장비로 되어 있는 자동화 설비의 기능을 바꾸기 위해서는 설비 내부회로의 배선을 다시 일일히 고쳐야 하는 어려움이 있었다. 이러한 점을 해결하고자 만들어진 것이 PLC이다.
PLC는 프로그램 가능한 논리적인 컨트롤러이다. PLC는 일반적으로 컴퓨터와 같은 역할을 하는데, 기계에서 오는 신호를 받아서 내부에 프로그램된 내용대로 처리한 이후에 처리된 신호를 기계로 출력한다. PLC는 릴레이, 타이머 및 카운터 등과 같은 제어장치의 기능을 집적소자 및 트랜지스터 등과 같은 반도체 소자로 대체 한 것으로서 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치 연산 기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하고, 내부의 메모리에 미리 저장된 프로그램에 따라 소정의 로직을 수행한다. PLC는 장치제어, 장치 수치세팅, 시간제어, 실시간감시, 실시간 데이타수집, 및 안전장치 가동등 다양한 작업에 적용될 수 있다.
PLC는 자동화 설비등의 기계로 신호를 제공하기 위한 아날로그 출력모듈과 기계로부터 오는 신호를 입력받기 위한 아날로그 입력모듈을 구비하고 있다. 아날로그 입력모듈은 기계로부터 제공되는 아날로그신호를 디지털신호로 전환하여 내부의 연산처리부로 제공하기 위한 것이다. 아날로그 출력모듈은 연산처리부에서 제공하는 연산처리결과를 반영하는 디지털신호를 입력받아 아날로그신호로 변환하여 기계로 전달하기 위한 것이다.
기계로 전달되는 아날로그신호는 전압형태로 되어 있는 것과 전류형태로 되어 있는 것이 있다. PLC의 아날로그 출력모듈은 전압형태의 아날로그신호를 출력하기 위한 전압출력단자와 전류형태의 아날로그신호를 출력하기 위한 전류출력단자를 함께 구비하고 있어야만 한다. 통상적으로 하나의 PLC는 다양한 형태의 기계를 실질적으로 통시에 제어하기 때문에 다수의 터미널을 구비하고 있다. 따라서 전압형태의 아날로그 신호와 전류형태의 아날로그 신호를 다수의 터미널을 통해 제공하기 위해서는 아날로그 출력모듈은 연결할 수 있는 기계의 수보다 2배 많은 출력단자를 가지고 있어야만 한다.
본 발명은 출력단자를 효과적으로 줄일 수 있는 PLC의 아날로그 출력모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력신호를 전압형태의 제1 신호 또는 전류형태의 제2 신호로 제공하기 위한 신호전달부; 신호전달부로 부터 제공되는 신호를 외부로 출력하기 위한 출력터미널; 상기 제1 신호 또는 제2 신호를 선택적으로 상기 출력터미널로 제공하기 위한 아날로그 멀티플렉서를 구비하는 아날로그 출력모듈을 제공한다.
또한, 상기 아날로그 출력모듈은 상기 멀티플렉서가 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 선택할 수 있도록 제어신호를 제공하기 위한 전류전압 선택스위치를 더 구비한다.
또한, 신호전달부는 상기 입력신호를 입력받아 아날로그 신호로 컨버팅하여 제공하기 위한 DA 컨버터; 상기 DA 컨버터에서 제공되는 전압신호를 증폭하여 상기 제1 신호로 제공하기 위한 전압증폭부; 및 상기 DA 컨버터에서 제공되는 전류신호를 증폭하여 상기 제2 신호로 제공하기 위한 전류증폭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈을 제공한다.
또한, 아날로그 출력모듈은 연산처리 결과에 대응하는 디지털신호를 상기 입 력신호로 제공하기 위한 연산처리장치를 더 구비한다.
또한, 신호전달부는 상기 DA 컨버터, 상기 전압증폭부 및 상기 전류증폭부를 포함하는 아날로그 회로부와 상기 연산처리장치를 절연시키기 위한 포토커플러를 더 구비한다.
또한, 아날로그 출력모듈은 상기 아날로그 멀티플렉서는 상기 전압증폭부에서 제공되는 제1 신호를 상기 출력터미널로 제공하거나 상기 전류증폭부에서 제공되는 제2 신호를 상기 출력터미널로 제공하기 위한 경로변경 스위치;및 상기 전류전압 선택스위치에서 제공되는 제어신호를 버퍼링하여 상기 경로변경 스위치의 제어신호로 출력하기 위한 버퍼를 구비한다.
본 발명에 의해서, PLC에 구비되는 아날로그 출력회로는 이전에 2n개의 출력터미널이 필요했던 것을 n개의 출력터미널만으로 회로의 구성 및 성능을 그대로 유지할 수 있다. 따라서 본 발명에 의해 제공되는 아날로그 출력회로를 PLC에 적용하면 시스템의 배선 배치를 보다 효과적으로 할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도1은 일반적인 아날로그 출력모듈의 블럭도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 아날로그 출력모듈은 마이크로프로세스 유닛(Microprocessor unit, 이하 MPU)(10), 제1 아날로그 출력회로(20_1), 제2 아날로그 출력회로(20_2),..., 제n 아날로그 출력회로(20_n)를 구비한다. 각각의 아날로그 출력회로(20_1 ~ 20_n)는 대응하는 출력터미널을 통해 외부기기 구동을 위해 아날로그 전압출력 신호와 외부기기 구동을 위해 아날로그 전류출력 신호를 출력한다. MPU(10)는 입력된 디지털 신호를 연산처리하고, 그 결과에 대응하는 디지털 신호를 아날로그 출력회로(20_1 ~ 20_n)으로 제공한다.
제1 아날로그 출력회로(20_1)는 포토커플러(21), DA 컨버터(22), 전압증폭부(23), 전류증폭부(24), 전압신호 출력터미널(25) 및 전류신호 출력터미널(26)를 구비한다. 제2 아날로그 출력회로(20_2)~ 제n 아날로그 출력회로(20_n)도 제1 아날로그 출력회로(20_1)와 실질적으로 같은 구성을 가진다. 포토커플러(21)는 MPU(10)에서 제공되는 신호를 DA컨버터(22)로 전달하고, 디지털 신호를 처리하여 출력하는 MPU(10)와, DA 컨버터(22), 전압증폭부(23), 및 전류증폭부(24)를 포함하는 아날로그 회로부를 서로 절연시키기 위한 것이다. DA컨버터(22)는 포토커플러(21)을 통해 전달되는 디지털 신호를 아날로그신호로 변환한다. 전압증폭부(23)는 DA 컨버터(22)에서 제공하는 전압신호를 증폭하여 대응하는 전압신호 출력터미널(25)로 출력한다. 전류증폭부(24)는 DA 컨버터에서 제공하는 전류신호를 증폭하여 대응하는 전류신호 출력터미널(26)로 출력한다.
일반적인 아날로그 출력회로가 n개의 채널(CH1,CH2,...,CHn)을 가지고 있는 경우에, 2n개의 출력터미널을 구비한다. 각각의 채널에 전압신호와 전류신호를 전달할 수 있는 터미널이 필요하기 때문이다. 그러므로, 아날로그 출력회로의 채널이 많아질수록 필요로 하는 터미널의 수는 2n개 만큼 증가하게 되고, 이 때문에 아날로그 출력회로를 구비하는 PLC의 소형화가 쉽지 않은 문제점이 생긴다. 또한 2n개의 출력터미널과 외부기기와 배선 연결하는 것도 많은 어려움을 발생시킨다. 만약 아날로그 출력회로에 연결된 외부기기들을 변경한다던지 해서 외부배선을 변경해야 할 경우에 2n개의 배선을 다시 연결해야 하는 어려움이 생기는 것이다. 이런 어려움을 해결하고자 본 발명에서는 출력터미널을 줄일 수 있는 아날로그 출력회로를 제안한다.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아날로그 출력모듈의 블럭도이다.
도2를 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 아날로그 출력모듈(1000)은 MPU(100), 다수의 아날로그 출력회로(200_1~200_n) 및 전류전압 선택스위치부(300)를 구비한다. MPU(100)는 입력된 디지털 신호를 연산처리하고, 그 결과에 대응하는 디지털 신호를 각 아날로그 출력회로(200_1~200_n)로 제공한다. 도2에 도시된 바와 같이, 다수의 아날로그 출력회로(200_1~200_n)는 모두 같은 구성을 가지고 있기 때문에, 아날로그 출력회로(200_1)의 내부구성에 대해서 자세히 설명하고 나머지에 대해서는 설명을 생략한다.
아날로그 출력회로(200_1)는 아날로그 멀티플렉서(210), 신호전달부(220), 및 출력터미널(230)를 구비한다. 아날로그 멀티플렉서(210)는 신호전달부(220)로부터 제1 신호 또는 제2 신호를 입력받아 출력터미널(230)로 제공하기 위한 것이다. 신호전달부(220)는 MCU(100)로 부터 제공되는 디지털 신호를 전압형태의 제1 신호 또는 전류형태의 제2 신호로 변환하여 아날로그 멀티플렉서(210)로 제공한다. 출력터미널(230)은 아날로그 멀티플렉서(210)에서 제공되는 신호를 외부로 출력하기 위한 단자이다. 전류전압 선택스위치부(300)는 멀티플렉서가 제1 신호 또는 제2 신호를 선택할 수 있도록 제어신호를 제공하기 위한 것이다.
신호전달부(220)는 DA 컨버터(222), 전압증폭부(223) 및 전류증폭부(224)를 포함하는 아날로그 회로부와 디지털 신호를 출력하는 MPU(100)를 절연시키기 위한 포토커플러(221)와, 입력신호를 입력받아 아날로그 신호로 컨버팅하여 제공하기 위한 DA 컨버터(222)와, DA 컨버터(222)에서 제공되는 전압신호를 증폭하여 제1 신호로 제공하기 위한 전압증폭부(223)와, DA 컨버터(222)에서 제공되는 전류신호를 증폭하여 제2 신호로 제공하기 위한 전류증폭부(224)를 구비한다. 전압증폭부(223) 및 전류증폭부(224)는 각각 전압신호와 전류신호를 증폭하기 위해 연산증폭기(OP-AMP)를 이용하여 구성한다.
도2에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 아날로그 출력모듈은 아날로그 멀티플렉스(210)를 구비하고 있기 때문에, 아날로그 전압신호와 아날로그 전류신호를 출력터미널 하나로 이용하여 출력할 수 있다.
도3은 도2에 도시된 아날로그 멀티플렉서의 내부회로도와 전류전압 선택스위치의 내부회로를 보여준다. 도4는 도3에 도시된 아날로그 멀티플렉서의 동작을 나타내는 도표이다.
도3을 참조하여 살펴보면, 아날로그 멀티플렉서(210)는 전압증폭부(223)에서 제공되는 제1 신호를 출력터미널(230)로 제공하거나 전류증폭부(224)에서 제공되는 제2 신호를 출력터미널(230)로 제공하기 위한 경로변경 스위치(SW1,SW2)와, 전류전압 선택스위치부(300)에서 제공되는 제어신호를 버퍼링하여 경로변경 스위치(SW1,SW2)로 출력하는 버퍼(211,212)를 구비한다.
전류전압 선택스위치부(300)는 아날로그 멀티플렉서와 접지전압단을 연결하는 전류전압 선택스위치(SW3)를 구비한다. 전류전압 선택스위치(SW3)의 일측에는 풀업저항이 배치된다. 전류전압 선택스위치(SW3)가 턴온되었을 때는 아날로그 멀티플렉서(210)는 전류증폭부(224)에서 출력하는 제2 신호를 출력터미널(230)로 전달하고, 전류전압 선택스위치(SW3)가 턴오프되었을 때는 아날로그 멀티플렉서(210)는 전압증폭부(223)에서 출력하는 제1 신호를 출력터미널(230)로 전달한다.
도4에는 전류전압 선택스위치가 턴온될 때와 턴오프될 때에 출력되는 신호와 아날로그 멀티플렉서(210)의 내부 배선의 연결관계가 진리표로 자세히 나타나 있다. 전류전압 선택스위치(SW3)가 턴오프되면, 아날로그 멀티플렉서(210)의 배선(S1,S3)이 배선(D1,D2)과 각각 연결된다. 이때는 전압증폭부(223)에서 출력하는 제1 신호가 출력터미널(230)로 전달된다. 전압전류 선택 스위치(SW3)가 턴온되면, 아날로그 멀티플렉서(210)의 배선(S2,S4)가 배선(D1,D2)과 연결된다. 이때는 전류증폭부(224)에서 출력하는 제2 신호가 출력터미널로 전달된다.
지금까지 살펴본 바와 같이, 도2와 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아날로그 출력회로는 전체적인 블럭구성은 도1에 도시된 아날로그 출력회로와 유사하나, MCU에서 제공하는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한 이후에 변환된 신호를 멀티플렉서를 거쳐서 출력터미널로 전달한다. 따라서 변환된 신호가 전압신호인지 전류신호인지에 따라서 각각 대응하는 출력터미널을 거쳐서 외부로 출력되는 것이 아니라 멀티플렉서를 통해 선택적으로 하나의 출력터미널로 출력되는 것이다.
만약 n개 채널에 각각 전압신호와 전류신호를 제공할 수 있는 아날로그 출력모듈을 구성하는 경우에 종래에는 아날로그 출력모듈에 2n개의 출력터미널이 필요하다. 그러나, 본 발명에서는 이를 n개의 아날로그 멀티플렉서와 n개의 출력터미널로 대치하였다. 따라서 본 발명의 아날로그 출력회로는 외부기기를 연결하기 위한 회로구성이 간편한 장점이 있다. 또한, 아날로그 출력회로와 연결되는 외부기기의 변경시 이전에 2n개의 배선을 재배치해야 했던 것을 본 발명에 의해서는 n개의 배선만 재배치하면 되기 때문에 배선의 변경에 대한 부담을 크게 줄일 수 있다. 이상과 같이, 본 발명에 의해 제공되는 아날로그 출력모듈은 이전의 아날로그 출력모듈의 회로 구성 및 성능을 그대로 유지하면서 배선의 효율성을 높일 수 있는 것이다. 또한, 아날로그 출력회로에 배치되는 출력터미널의 수가 크게 줄었기 때문에, 본 발명에 따른 아날로그 출력회로를 적용한 PLC 회로의 소형화가 용이하다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도1은 일반적인 아날로그 출력모듈의 블럭도.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아날로그 출력모듈의 블럭도.
도3은 도2에 도시된 아날로그 멀티플렉서의 내부회로도와 전류전압 선택스위치의 내부회로도.
도4는 도3에 도시된 아날로그 멀티플렉서의 동작을 나타내는 도표.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: MCU 210: 아날로그 멀티플렉서
220: 신호전달부 230: 출력터미널
300: 전류전압 선택스위치

Claims (6)

  1. 복수의 채널을 구비하는 아날로그 출력모듈에 있어서,
    입력신호를 전압형태의 제1 신호 또는 전류형태의 제2 신호로 제공하기 위한 복수의 신호전달부;
    상기 복수의 신호전달부로부터 제공되는 신호를 상기 복수의 채널로 각각 출력하기 위한 복수의 출력터미널; 및
    상기 제1 신호 또는 제2 신호를 선택적으로 상기 출력터미널로 제공하기 위한 복수의 아날로그 멀티플렉서;를 포함하며,
    상기 복수의 아날로그 멀티플렉서 각각은 상기 복수의 채널 각각과 연결되는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아날로그 멀티플렉서가 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 선택할 수 있도록 제어신호를 제공하기 위한 전류전압 선택스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호전달부는
    상기 입력신호를 입력받아 아날로그 신호로 컨버팅하여 제공하기 위한 DA 컨버터;
    상기 DA 컨버터에서 제공되는 전압신호를 증폭하여 상기 제1 신호로 제공하기 위한 전압증폭부; 및
    상기 DA 컨버터에서 제공되는 전류신호를 증폭하여 상기 제2 신호로 제공하기 위한 전류증폭부를 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    연산처리 결과에 대응하는 디지털신호를 상기 DA 컨버터의 입력신호로 제공하기 위한 연산처리장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호전달부는
    상기 DA 컨버터, 상기 전압증폭부 및 상기 전류증폭부를 포함하는 아날로그 회로부와 상기 연산처리장치를 절연시키기 위한 포토커플러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 아날로그 멀티플렉서는
    상기 전압증폭부에서 제공되는 제1 신호를 상기 출력터미널로 제공하거나 상기 전류증폭부에서 제공되는 제2 신호를 상기 출력터미널로 제공하기 위한 경로변경 스위치;및
    상기 전류전압 선택스위치에서 제공되는 제어신호를 버퍼링하여 상기 경로변경 스위치의 제어신호로 출력하기 위한 버퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그 출력모듈.
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