KR101036025B1 - 전력선통신 시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명장치는 항공기의 이착륙을 안내하기 위한 항공등화 제어시스템에서 사용하는 등화 제어를 위한 전력선통신 제어시스템으로서 일반적으로 할로겐 램프를 주로 사용하고 있다. 이 할로겐 램프를 직렬로 연결하여 구동하다 보니 하나의 램프만 단선 되어도 전체 램프가 꺼지게 되는 현상을 막기 위해 교류 전원을 공급하고 할로겐 램프구동용 변압기를 직렬로 연결하여 사용하고 있다. 따라서 할로겐 램프가 단선이 되어도 다른 할로겐 램프들은 정상으로 구동이 되는 장점은 있으나 할로겐 램프를 개별적으로 ON/OFF제어를 위한 전력선 통신을 하기에는 많은 어려움이 있다. 이와 같이 전력선 통신을 원할 하게 하기 위한 것을 특징으로 하는 발명장치이다.

전력선통신, 항공등화제어

Description

전력선통신 시스템. {Power line communication system.}

본 발명장치는 항공 이착륙 안내를 위한 항공등화 제어장치로 그 제어 방법을 전력선통신을 이용하여 제어하기 위한 발명장치이다.

할로겐 램프를 구동하기 위한 전기선 두 가닥 외에 별도의 제어선로 없이 제어하기 위해서는 전력선을 이용한 통신 방법이 가장 효과적이다. 이와 같은 전력선 통신방법은 이미 잘 알려진 공지기술이다.

본 발명에서 중앙제어실에서 제어하고자 하는 항공등화 모듈을 개별적으로 ON/OFF하기 위해서는 중앙제어 마이컴 보드와 등화제어 마이컴 보드를 설치하여 서로 간에 전력선통신을 할 수 있도록 전력선모뎀을 부착하여 등화기를 ON/OFF 할 수 있도록 하고, 만약 할로겐 램프가 수명을 다해 단선이 되었을 경우 램프고장 메시지를 중앙제어실로 알릴 수 있도록 하는 등등의 통신 프로토콜 기술이 필요하다.

상술한 것과 같이 이와 같은 기술들은 당 분야에 종사하는 사람이라면 흔히 잘 사용하는 분야로 현재도 이와 같은 방법으로 많이 사용하고 있는 기술들이다.

그러나 전력선통신에 있어 여러 가지 시설 조건에 따라서는 전력선 통신이 불가능한 경우 매우 어려운 기술이 요구되거나 특별한 아이디어가 필요하게 된다. 특히 본 발명에서는 전력선통신이 할로겐 램프 구동용 변압기로 인하여 통신이 불 가능함은 이론적으로 충분히 풀어낼 수 있다. 왜냐하면, 변압기는 상용주파수인 50/60Hz에 맞도록 설계 및 제작을 하게 된다. 하지만, 전력선 통신을 하기 위해서는 이보다 높은 고주파를 이용하게 되는데 이 고주파 성분은 변압기로 인하여 모두 차단됨으로 통신을 할 수 없는 문제가 발생하여 본 발명에서는 이를 해결하기 위한 것을 특징으로 하는 발명장치이다.

본 발명장치는 항공등화기 제어를 위한 전력선통신 제어장치로 전력선 조건이 매우 까다로운 상태에서도 통신 가능하도록 하기 위한 발명장치이다. 항공등화기 전원장치의 경우 2선 식 전력을 공급하기 위해서는 정전류방식을 주로 사용한다. 정전류 방식을 사용하는 이유는 항공등화기 구동 수에 관계없이 직렬로 연결하여 구동할 수 있고 또한 구동램프가 단선이 되어도 다른 램프가 작동되도록 하기 위해서이다. 그 예로 도 1과 같이 변압기를 직렬로 결선하고 전원은 교류를 사용하도록 한다면 램프가 단선이 되어도 변압기는 전원 회로망과 연결되어 있으므로 지속적인 전력 공급가능하게 된다.

상술한 봐와 같이 항공등화기 구조는 상기와 같이 구성하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이런 항공등화기를 각각 개별 제어가 가능하도록 하기 위해 전력선 통신을 이용하여 램프의 ON/OFF, 시스템 점검 등을 할 수 있도록 하기 위한 발명장치이다.

본 발명장치는 교류 정전류 전원장치로 구동되는 부하장치를 제어하기 위한 발명장치로,

항공등화기 전원장치의 경우 시설이 용이하고 시설비 절감 등등을 위해 2선 식 전력공급을 하게 된다. 여기서 전원공급은 먼 거리에 일정한 밝기로 램프를 구동하기 위해서는 정전류 전원방식을 주로 사용하게 된다. 또한, 정전류 구동방식은 항공등화기 구동 수에 관계없이 직렬로 구성하여 구동할 수 있는 장점이 있다. 또한, 구동램프가 단선이 되어도 다른 램프가 작동되도록 하기 위해서는 도 1과 같이 변압기를 직렬로 사용하여 램프에 전력을 공급하게 된다.

전력선통신을 사용하기 위해 도 2의 (204)에 전력선통신 모듈을 부착하게 되면 변압기 (205)에 의해 대부분의 전력선 통신을 위한 변조신호가 감쇄되어 통신하기가 매우 어려워진다. 특히 다수의 변압기가 직렬로 부착되게 되면 변압기의 인덕턴스가 증가 되어 변조신호가 거의 전달이 되지 않을 정도로 신호가 극도로 감쇄되어 전력선통신을 할 수 없는 상태가 된다. 이러한 문제를 해결하여야만 전력선 통신이 원할 하게 이루어질 것이다.

또한, 램프의 단선 유무를 검출하기 위해서 특별한 방법을 사용해야 할 것이다. 항공등화기의 개별적으로 램프를 ON/OFF 방법은 램프 양단에 오픈 또는 쇼트를 하여야만 한다. 만약 램프 양단에 쇼트 할 경우에는 램프가 정상인지 단선 되었는지 구분하기가 어려울 것이다. 본 발명에서는 램프의 단선 유무를 램프가 ON/OFF 상태에 관계없이 검출할 수 있는 수단이 필요하다.

본 발명장치는 교류 정전류 전원장치에서 사용할 수 있는 전력선 통신시스템이다. 만약 항공등화기를 부착한다면 정전류이기 때문에 모든 등화기를 직렬로 접속해야 함은 당연한 일일 것이다. 또한, 등화기 내부에는 할로겐 램프나 LED 램프를 주로 사용하는데 이 램프가 하나만 단선이 된다면 모든 등화기가 OFF가 될 것이다. 따라서 이와 같은 문제를 해소하기 위하여 도 1과 같은 방법으로 교류 정전류 전원 공급기(101)에 변압기(103)를 직렬로 구성하여 램프(102)가 단선이 되어도 나머지 램프는 점등하게 된다.

이와 같은 방식은 전체 전원을 ON/OFF는 가능하지만 개별적으로 ON/OFF 제어를 하거나 램프의 고장상태 또는 램프에 흐르는 전류 및 전압 등등의 상태를 모니터하기 위해서는 전력선통신을 해야할 것이다. 도 2는 전력선 통신 제어장치 단말기(204)와 전력선 통신 제어장치 서버(202)와 통신하기 위한 구성도이다.

교류 정전류 전원 공급 구동방식에서 변압기(205), (205-1), (205-n)를 사용할 경우 변압기의 인덕턴스로 인하여 변조신호가 모두 차단되어 전력선 통신 장치인 (202)와 (204), (204-1), (204-n)와 통신이 불가능하다. 본 발명은 이와 같은 상황에서 전력선 통신이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 전력선 통신제어 장치의 발명이다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 변압기를 특별하게 제작할 필요가 있다. 도 3의 경우 전력선 통신하기 위한 변조신호가 차단되지 않도록 하기 위한 수 단으로 변압기(303)의 1차 권선 양단에 콘덴서(307)와 코일(309)을 부착하고 변압기의 1차와 2차 간에 전력선 통신의 변조신호인 고주파 신호가 잘 통과할 수 있도록 하기 위해 콘덴서(306, 307)를 부착하여 고주파 신호가 통과 되도록 한다. 물론 변압기의 특성에 따라 (306) 또는 (307)에 콘덴서와 코일을 직/병렬로 접속을 할 수도 있다. (307), (309) 역시 마찬가지로 변압기 특성에 따라 회로 결선 방법은 회로망 이론에 대한 기술을 가진자라면 충분히 다양하게 변화를 줄 수 있음을 잘 알고 있을 것이다.

중요한 것은 변압기로 인한 전력선통신을 위한 변조신호가 차단되는 것을 변압기 주변회로에 전력선통신을 위한 변조신호에 해당하는 공진 회로를 부착하여 원할 하게 변조신호가 전달 되도록 하여 각각의 램프를 제어할 수 있고, 또한 각각의 램프 모듈에 대한 정보를 습득할 수 있게 된다.

램프 단선 유무를 알기 위해서는 여러 가지 방법이 있겠으나 램프를 쇼트 시킨 후에 단선 유무를 검출은 일반적인 방법으로는 불가능하다. 본 발명에서는 도 6과 같이 특별한 방법으로 램프의 양단에 쇼트 또는 오픈에 관계없이 실시간으로 검출할 수 있도록 발명한 것이 특징이다.

본 발명장치는 교류 정전류 전원시스템의 직렬형 변압기가 부착된 시스템에서 전력선 통신을 할 수 없었지만 본 발명장치로 인하여 전력선 통신을 원만하게 할 수 있어 특수 목적용 전력선 통신에 매우 큰 효과를 얻을 수 있다. 본 발명에서 예를 제시한 것처럼 항공등화 안내 장치의 경우처럼 개별 장치 제어나 고장 등등을 모니터가 가능하여 관리자가 시스템에 대한 정보에 따라 필요한 조치를 신속하게 취할 수 있는 장점이 있다.

본 발명장치는 교류 정전류 전원시스템의 변압기가 부착된 시스템에서 전력선 통신을 할 수 있도록 한 발명장치이다. 본 발명장치의 구체적 실시 예는 다음과 같다.

실시 예1) 전력선 통신 구성

교류 정전류 전원장치(401)와 특별히 제작한 다수의 변압기(405), (405-1), (405-n)를 설치하여 각 변압기에 전력이 공급되도록 하고, 전력선 통신용 서버 모듈(402)과 다수의 전력선 통신용 클라이언트 모듈(404), (404-1), (404-n)을 설치하고 상기 전력선 통신용 클라이언트의 마이컴 제어장치에서는 항공용 등화기인 할로겐 램프를 제어할 수 있도록 회로를 구성한다.

교류 정전류 전원장치(401)는 항상 일정전류가 흐르도록 하기 위한 방법으로 위상제어를 주로 하게 된다. 따라서 위상제어를 함에 따라 원치 않는 잡음이 발생할 수 있으므로 이를 제거하기 위해 전력선 서버 모듈(402)에서 필터회로를 구성하여 잡음이 각각의 변압기(404), (404-1), (404-n)로 가지 않도록 회로를 구성한다.

전력선 통신 서버 모듈에서 데이터 전송을 위해 변조신호를 전송할 경우 변조신호가 변압기의 인덕턴스 성분 때문에 대부분 감쇄되어 데이터 통신이 불가능함 으로 본 발명에서 특별한 방법으로 구성한 변압기를 사용하여야 한다. 이 변압기(401)는 도 3의 (300)과 같이 회로를 구성하여 연결하여야 한다. 여기서, 도 3의 구체적 설명으로 전력선 연결단자(301), (302)는 전원공급 선과 연결하기 위한 단자이고, 콘덴서(306), (307)은 전력선통신 모듈(304)의 변조신호가 잘 전달 되도록 하기 위한 수단이고, 콘덴서(308)와 인덕턴스(309)는 자신의 전력선 통신 모듈에서 발생한 변조신호와 직렬로 연결된 다른 전력선 통신 모듈과 전력선 통신 서버 모듈로 변조신호가 잘 전달되도록 하기 위한 수단이다. 만약 (306), (307), (308), (309)가 없다면 변압기(301)의 고유 인덕턴스로 인하여 변조된 신호를 전달할 수 없게 된다.

상술한 봐와 같이 변압기를 도 3의 (300)과 같이 특별하게 구성하여 전력선 통신이 원할 하게 하기 위한 것을 특징으로 하는 전력선 통신 시스템이다.

실시 예2) 잡음신호에 강한 전력선 통신방법

교류 정전류 전력공급장치의 경우 전류제어를 위상제어로 하는 것이 일반적이다. 이와 같이 위상제어를 할 경우 많은 잡음이 동반되게 되며 특히 변압기와 연결될 경우 2차적인 잡음이 발생하게 된다. 따라서, 전력공급장치의 종단에 필터회로를 부착하여야 한다. 또한, 필터는 위상제어에 큰 영향을 주지 않는 범위 내에서 구성하다 보면 완벽한 필터를 구성하기가 어렵다. 도 5는 교류 정전류 전원공급장치의 파형을 도시한 것이며, 트리거 지점인 (501)과 (501')에서 전력이 공급되기 시작한다. 다시 말해 (503)과 (503')의 면적만큼 전력이 공급되는 것이고 (502) 및 (502')는 전력이 공급되지 않는 상태를 의미한다.

변압기(405)에서 위상제어된 전력을 공급받게 되면 위상제어 파형의 (501) 및 (501')지점에서 강한 잡음이 발생하게 된다. 이때 전력선 통신을 하게 되면 경우에 따라서 전력선 변조신호가 검출이 되지 않을 경우가 발생할 수가 있다.

본 발명장치에서는 이와 같은 위상제어로 인한 잡음이 발생하여도 전력선 통신에 지장이 없도록 하기 위한 방법을 다음과 같이 제시한다.

트라이액과 같은 다리스터를 구동할 때 제로크로스 점을 포착하여 구동 신호를 주는 경우가 많이 있다. 본 발명장치에서는 이와 반대로 전압이 포착되는 지점(501)을 검출하고 포착된 지점에서 약간 시간을 지연 후 전력선 통신을 위한 변조신호를 출력하도록 한다. 이와 같은 방법으로 실시하게 되면 데이터의 중간에 강력한 잡음으로 데이터 손실을 막을 수 있는 장점이 있어 본 발명에서는 이와 같은 방법으로 데이터통신을 하도록 하였다.

구체적 설명으로 정전류 전력의 위상제어된 트리거 신호(501) 및 (501')의 위치 변화가 발생할 수 있으므로 위상의 위치를 검출하기 위한 수단으로 전력선 통신 모듈 내부에 마이컴 제어부의 A/D 컨버터로 전압을 읽거나 전압검출기 사용하여 위상을 검출할 수 있다. 따라서 트리거 신호(501)를 검출하면 트리거 신호(501')는 예측이 가능함으로 전력선 통신을 위한 데이터 신호는 (510) 및 (510')기간 동안 데이터 신호를 송출하고 잡음발생이 생길 수 있는 (511) 및 (511')기간 동안은 데이터 통신을 하지 않도록 프로그램 처리한다.

상술한 것과 같이 정전류 전력공급 장치의 경우 위상제어 때문에 강한 잡음이 발생하는 위치를 피하여 전력선 통신을 하도록 함으로 데이터 통신의 에러율을 현저히 낮출 수 있는 특징을 가진 발명장치이다.

실시 예3) 램프 고장(단선 유무) 실시간 검출 방법

항공등화용 램프는 도 1과 같이 변압기 1차 권선을 직렬로 구성하고 램프를 2차 권선에 부착하게 된다. 만약 특정한 램프만 OFF 할 경우 해당 램프 양단을 쇼트 시켜 주어야 한다. 전원공급장치는 정전류 구동 방식이기 때문에 상기와 같은 방법으로 램프를 OFF 하게 된다. 통상적으로 이 분야에 종사하는 사람이라면 잘 알고 있을 것이다. 그러나 램프를 OFF 한 상태에서 램프의 고장을 검출하기 위해서는 일반적인 방법으로는 불가능함에 따라 본 발명에서는 도 6과 같이 특별한 방법으로 발명하게 되었다.

정전류 공급은 (603), (604)에 공급이 되고, 스위칭 회로(605)가 OFF 되어 있다면 램프(607)는 점등이 될 것이다. 여기서, 고주파 트랜스(601), (602)는 상용주파수(50Hz/60Hz)에 대해서는 임피던스가 매우 낮기 때문에 정상으로 램프가 점등된다. 만약 스위칭 회로(605)가 ON이 된다면 전류 흐름이 스위칭 회로(605)로 전류가 모두 흘러 감에 따라 램프는 OFF 되게 된다. 여기서 스위칭 회로는 릴레이 또는 반도체 소자로 구성할 수 있을 것이다.

램프 단선을 검출하기 위해서 고주파 발진기(608)에서 고주파 트랜스(601)로 신호를 전달하면 스위칭 회로(605)가 ON/OFF에 관계없이 콘덴서(606)를 통해 고주파 신호가 전달되고, 만약 램프(607)가 정상이면 고주파 트랜스(602)로 신호전달이 이루어질 것이다. 하지만, 램프(607)가 단선 되었다면 고주파 신호가 고주파 트랜스(602)로 신호전달이 불가능하게 된다. 고주파 트랜스(602)로 신호를 전달받았을 경우 검출장치(609)에서 검출하여 마이컴으로 신호전달(610)하여 신호처리하면 될 것이다.

여기서 고주파 신호는 통상적으로 상용 주파수보다는 높은 주파수를 의미한다.

상기 검출장치(609)는 여러 가지 방법이 있겠다. 본 발명의 실시 예로는 톤 디코딩 제어 방식을 이용하여 특정한 주파수를 가지는 신호가 접수되면 제어신호를 출력하도록 하는 방법을 사용할 수 있겠다.

실시 예4) 램프 고장(단선 유무) 실시간 검출 다른 방법

본 발명의 실시 예4)는 실시 예3)처럼 램프의 ON 또는 OFF에 상관없이 램프 단선 유무를 검출할 수 있는 것으로 동작 방식은 유사하지만 주변회로를 많이 줄일 수 있는 장점을 가지는 특징이 있다.

도 7에서 교류 정전류 공급은 (701), (702)에 공급이 되고, 스위칭회로 703이 ON 또는 OFF에 따라 램프 706은 꺼졌다, 켜졌다 할 것이다. 통상적으로 교류 정전류 공급 장치는 위상제어를 하기 때문에 도 5의 501, 501'처럼 순간 전압이 급격히 상승한다. 본 발명에서 램프 단선 유무를 순간 전압이 급격히 상승하는 것을 이용하여 검출하도록 발명하게 된 것이다. 그 원리로 평소 교류 위상제어 정전류 장치는 50Hz 또는 60Hz를 가지고 있으나 상술한 순간 전압이 급격히 상승할 때의 순간 주파수는 상당히 높다고 볼 수 있다. 여기서 이와 같은 신호를 고주파 신호 A 이라 칭하기로 하고, 만약 스위칭회로 703이 OFF 되었을 경우 램프 706이 정상이라면 고주파 트랜스 707로 고주파 신호 A는 콘덴서 704와 공진하여 필요한 신호를 얻어 검출장치 708로 보내어 지게 된다. 만약 램프가 단선 되었다면 고주파 트랜스 707이 회로가 오픈 되었으므로 검출장치 708로 전달이 되지 않게 된다.

스위칭회로 703이 ON 되었다면 램프는 꺼지게 된다. 고주파 트랜스 707은 저주파에 대해서는 임피던스가 매우 낮기 때문에 고주파 트랜스는 무시해도 될 것이다. 또한, 여기서 스위칭회로는 반도체 소자인 트라이액을 주로 사용함으로 전압강하는 대략 0.7V 이므로 램프에 걸리는 전압이 매우 낮아 꺼지게 된다. 하지만, 스위칭회로에서 전압강하가 0V가 아니므로 램프 단선 검사가 가능하다. 비록 스위칭회로가 ON 되었다 하여도 약 0.7V의 전압 강하가 발생함으로 램프 단선 검사하는 데는 아무런 지장이 없게 된다. 따라서 위상제어된 고주파 신호 A가 고주파 트랜스 707로 충분히 신호전달이 되기 때문이다.

도면상에 705는 전력선 통신에 필요한 변조주파수를 필터 하기 위한 소자이며 램프 단선 검사와는 무관하다.

상술한 것과 같이 본 발명은 잡음 속에서 전력선 통신을 좀더 효과적이고 에러 발생률을 줄여 통신하도록 하고, 램프 ON/OFF에 관계없이 램프 불량 유무를 검출할 수 있도록 발명한 것이 특징이다.

도 1. 정전류 전력공급 방식의 부하장치 결선도.

도 2. 정전류 전력공급 방식에서 전력선 통신 모뎀을 부착한 것으로 통신이 불가는 한 변압기.

도 3. 전력선 통신장치의 변조신호 전달을 원할 하게 하기 위한 변압기 구조.

도 4. 정전류 전력공급 방식에서 전력선 통신 모뎀을 부착한 상태.

도 5. 위상제어로 인한 잡음을 피해서 전력선 통신을 하기 위한 방법을 성명하기 위한 도.

도 6. 램프 불량(단선) 검출 방법을 설명하기 위한 도면.

도 7. 램프 불량(단선) 검출 방법을 설명하기 위한 도면.

Claims (3)

1. 할로겐램프 또는 LED램프 단선을 검출하기 위한 장치로,

   상기 램프와 트랜스 1차 측과 직렬로 구성하고, 상기 램프를 ON 또는 OFF 제어할 수 있도록 램프와 트랜스 양단에 병렬로 반도체 스위칭 회로를 구비하고,

   상기 반도체 스위칭 회로가 ON 또는 OFF에 관계없이 상기 트랜스 2차 측에 램프 단선 유무를 검출하기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 램프단선 검출장치.
2. 할로겐램프 또는 LED램프 단선을 검출하기 위한 장치로,

   상기 램프와 트랜스 1차 측과 직렬로 구성하고(A), 상기 램프를 ON 또는 OFF 제어할 수 있는 스위칭회로와 고주파 신호를 입력하기 위한 수단으로 트랜스를 직렬로 연결하고(B), 상기 스위칭회로가 OFF 되어도 고주파 신호가 통과하도록 하기 위한 스위칭회로 양단에 콘덴서를 부착하고, 상기 (A)와 (B)를 병렬로 연결하고, 상기 스위칭 회로가 ON 또는 OFF에 관계없이 상기 트랜스 2차 측에 램프 단선 유무를 검출하기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 램프단선 검출장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   위상제어 정전류 구동 전원장치에서 전력선 통신하기 위한 장치에서,

   전원장치가 위상제어 트리거 위치에 강한 잡음이 발생하여 전력선 데이터통신의 장애를 해소하기 위해,

   정전류 구동 전원 장치의 위상제어 트리거 신호를 검출하기 위한 수단과, 상기 트리거 신호 시작과 다음 트리거 신호를 예측할 수 있는 마이컴 제어부, 상기 트리거 신호가 발생하는 위치를 피하여 전력선 데이터 통신하기 위한 모듈을 구비하고, 상기 전력선 데이터 통신 모듈에 램프 단선 유무를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 램프단선 검출장치.

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