KR101122796B1

KR101122796B1 - Ｐｌｃ 시스템

Info

Publication number: KR101122796B1
Application number: KR1020100064103A
Authority: KR
Inventors: 이용걸
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-03-21
Also published as: KR20110043415A

Abstract

본 발명은 제1 중앙처리장치를 구비한 제1 메인 베이스; 제2 중앙처리장치를 구비한 제2 메인 베이스; 및 상기 제1 중앙처리장치와 데이터를 주고 받기 위한 제1 증설 관리 모듈과, 상기 제2 중앙처리장치와 데이터를 주고 받기 위한 제2 증설 관리 모듈 및 예정된 동작을 수행하기 위한 동작 모듈을 구비하는 제1 증설 베이스를 구비하고, 상기 제1 증설 베이스는 상기 제1 증설 관리 모듈과 상기 제2 증설 관리 모듈에서 제공하는 신호를 내부의 로직에 의해 마스터 신호와 스탠바이 신호로 규정하고, 마스터 신호로 규정된 관리모듈에서 제공되는 제어신호를 상기 동작 모듈로 전달하기 위한 신호 전달 제어부를 포함하는 PLC 시스템을 제공한다.

Description

ＰＬＣ 시스템{PLC SYSTEM}

본 발명은 PLC(Programmable Logic controller, 이하 PLC) 시스템 및 그 구동방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 이중화 증설 베이스를 구비하고 있는 PLC 시스템에 관한 것이다.

전통적인 산업현장에서 자동화 설비는 릴레이 등을 사용한 기계적인 장비로 구성되어 있었다. 기계적인 장비로 되어 있는 자동화 설비의 기능을 바꾸기 위해서는 설비 내부회로의 배선을 다시 일일이 고쳐야 하는 어려움이 있었다. 이러한 점을 해결하고자 만들어진 것이 PLC이다.

PLC는 프로그램 가능한 논리적인 컨트롤러이다. PLC는 일반적으로 컴퓨터와 같은 역할을 하는데, 설비에서 오는 신호를 받아서 내부에 프로그램된 내용대로 처리한 이후에 처리된 신호를 설비로 출력한다. PLC는 릴레이, 타이머 및 카운터 등과 같은 제어장치의 기능을 집적소자 및 트랜지스터 등과 같은 반도체 소자로 대체한 것으로서 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치 연산 기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하고, 내부의 메모리에 미리 저장된 프로그램에 따라 소정의 로직을 수행한다. PLC는 장치제어, 장치 수치 세팅, 시간제어, 실시간 감시, 실시간 데이터 수집, 및 안전장치 가동 등 다양한 작업에 적용될 수 있다.

PLC를 이용하는 PLC 시스템은 오늘날 댐, 발전소, 반도체 제조 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. PLC 시스템은 발전시설 같은 사회기간 사업이나 산업적으로 중요한 데이터를 처리하기 위해 사용되기 때문에, PLC 시스템은 동작상 에러가 발생하면 큰 사회적 비용이 생기기 때문에 시스템의 안정성이 매우 중요하다. PLC 시스템에 에러가 발생하여 데이터가 날라가거나 오동작이 발생하면, 엄청난 비용이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해, PLC 시스템은 같은 기능을 수행하는 블럭을 이중화하여 구성하고 있다.

일반적으로, 이중화된 PLC 시스템에서는 중앙연산장치(Central Process Unit, 이하 CPU)를 2개 구비하여 만일의 사태에 대비하고 있다. 그러나, 실제 PLC 시스템의 예정된 동작을 수행하기 위한 각 베이스에서는 이중화가 이루어지지 않아, CPU 를 2개 구비하는 효과가 반감이 되고 있다.

본 발명은 보다 안정적이고 효과적으로 예정된 동작을 수행할 수 있는 이중화된 PLC 시스템을 제공하는 것이 특징이다.

본 발명에 의해서, 이중화된 PLC 시스템에서 각 베이스의 증설 드라이버 모듈을 이중화하여, 이중화 PLC 시스템의 동작상 신뢰성이 보다 높아졌다. 특히, PLC 시스템에 구비되는 각 베이스간, 또는 베이스와 메인 베이스와의 네트워크 상의 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.

도1은 이중화된 PLC 시스템의 블럭도.
도2는 도1에 도시된 증설베이스의 내부 블럭도.
도3는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중화된 PLC 시스템의 블럭도.
도4는 도3에 도시된 증설베이스의 내부블럭도.
도5과 도6는 도3에 도시된 이중화된 PLC 시스템의 동작을 나타내는 흐름도.
도7는 도3의 베이스를 나타내는 블럭도.
도8은 도3에 도시된 이중화된 PLC 시스템의 동작을 나타내는 흐름도.

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.

본 발명은 이더넷(Ethernet) 기반으로 증설 베이스를 제어하는 증설 드라이버 모듈의 이중화와 케이블 이중화를 이용한 이중화된 PLC 증설 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이중화 PLC 시스템에 관련된 발명으로서 기존의 이중화 PLC 시스템에서 가지고 있던 증설 베이스 관리 모듈의 단독 동작에 대한 이중화 방법에 관한 것이다. 특히, CPU와 전원부를 이중화하여 한쪽에서 문제가 생겼을 경우 전환이 되어서 시스템의 정지 없이 동작하도록 하여서, 시스템의 가용성이 증대하도록 한 것이다.

그러나 증설 시스템 쪽으로 집중하여 가져 보면 증설 베이스를 관장하는 모듈이 단독으로 동작 하기 때문에 증설 관리 모듈이 문제가 발생한다면, 해당 베이스와 장착된 모듈들은 정지하게 된다. 그렇지만 이중화 시스템 구조상 전체 시스템은 정지되지 않고 해당 베이스만 동작하지 않는다. 만약 문제가 발생한 베이스가 전체 시스템에 영향을 주지 않는다면 문제가 되지 않지만, 만일 중요한 부분을 관장하는 것이라면 결국에는 시스템을 정지하고 교체를 해야 한다.

따라서 증설을 관장하는 모듈이 이중으로 구성된다면 한쪽에서 문제가 발생하여도 대기하고 있는 모듈이 시스템 지연 등이 없이 전환을 하여서 지속적으로 시스템을 동작하게 하는 것이다. 따라서 불필요한 시스템 정지나 경제적 손실도 막을 수 있을 것이다.

공장 자동화의 지속적인 증가로 인한 PLC의 활용 범위가 확대됨에 따라서 여러 가지 분야에서 PLC를 사용하고 있다. 그 중에서 시스템이 정지하지 않고 지속적으로 사용해야 하는 플랜트 등에는 반드시 이중화 시스템을 사용하고 있다. 이중화 시스템은 메인으로 동작하고 있는 마스터 시스템과 그 옆에서 메인 시스템이 문제가 생겼을 때 시스템의 정지 없이 동작하도록 대기하는 스탠바이 시스템으로 구성되어 있다. 일반적으로 이중화 시스템은 CPU와 전원부만을 이중화한 것이다. 그러다 보니 증설 베이스에서는 이중화가 되어 있지 않아서 증설에서 문제가 생겼을 때 해당 베이스가 동작이 멈추는 결과가 생겼다.

따라서 이 단점을 극복하기 위해서는 증설 베이스에도 증설 관리 모듈을 이중으로 장착하여 메인으로 동작하고 있는 모듈이 문제가 생겼을 때도 바로 전환이 바로 되어서 시스템이 정지 없이 동작하도록 하고 있다. 따라서 본 발명은 증설 베이스에서 증설 관리 모듈을 이중으로 장착하도록 하여 문제가 발생하여도 시스템이 멈추는 것이 없이 바로 전환이 되어서 가용성을 높이고 사용자에게 전체 시스템에 대한 신뢰도를 높일 수 있도록 하는 것이다.

도1은 이중화된 PLC 시스템의 블럭도이다.

도1에 도시된 바와 같이, PLC 시스템은 제1 메인 베이스(10), 제2 메인 베이스(20), 제1 증설 베이스(30), 제2 증설 베이스(40) 및 제3 증설 베이스(50)를 구비한다. 여기서는 3개의 베이스가 있는 것으로 도시하였지만, 경우에 따라 3개 이상 다수의 베이스가 구비될 수 있다. 제1 메인 베이스(10)는 연산장치(미도시)와 전원부(11,12)를 구비하고, 제2 메인 베이스(20)는 연산장치(미도시)와 전원부(21,22)를 구비한다. 제1 증설 베이스(30)는 전원부(31,32), 제1 증설 드라이버 모듈(33) 및 제1 모듈부(34)를 구비한다. 제1 모듈부(34)는 증설베이스에 필요한 기능을 하는 각 모듈이 구비되는 영역이다. 증설 드라이버 모듈(33)은 제1 데이터 송수신부(33A) 및 제2 데이터 송수신부(33B)를 구비한다. 제2 베이스(40)도 제1 베이스(30)와 실질적으로 같은 구성을 가진다.

일반적으로 도1과 같이, 하나의 메인 베이스와, 다수의 증설 베이스를 구비하고, 모든 베이스가 서로 연결된 PLC 시스템을 증설베이스 PLC 시스템이라 한다. 각 베이스에는 필요한 기능을 가지는 다수의 모듈이 각각 구비된다.

전술한 이중화된 PLC 시스템은 높은 신뢰성을 필요로 하는 제어 용도를 대상으로 한 PLC 시스템이다. 이중화된 시스템은 어느 하나가 고장 나도 연산을 정지시키는 일이 없이 계속할 수 있다. CPU 이중화, 전원 이중화, 베이스 이중화 등 다양한 이중화 PLC 시스템이 존재한다. 두 개의 메인 베이스에 각각 CPU를 구비하여 하나의 메인 베이스 고장 시 나머지 메인 베이스로 연산을 계속 수행하는 것이 메인 베이스 이중화 시스템이고, 두 개의 전원 모듈을 사용하는 것이 전원 이중화 시스템, 두 개의 베이스에 똑같은 모듈을 장착하여 하나의 베이스에 이상 발생 시 다른 베이스의 PLC로 연산을 수행하는 것이 베이스 이중화라고 한다. 만약 베이스에 전원부를 2개 구비하고, 이들을 병렬연결한다면, 하나의 전원부에 이상이 발생하여도 다른 하나의 전원부에 의해 전원 공급이 유지되기 때문에 베이스의 동작을 이상없이 유지할 수 있다.

도2는 도1에 도시된 증설베이스의 내부 블럭도 및 그 동작을 표현한 것이다.

도2를 참조하여 살펴보면, 증설 베이스(30)의 증설 관리 모듈(65)이 CPU(61)에서 데이터를 받으면 증설 관리 모듈(65)이 증설 베이스(30)를 통하여 장착된 모듈을 동작시킨다. 즉 증설 관리 모듈(65)가 어드레스, 데이터 버스(61)를 통하여 장착된 모듈(60)를 동작시킨다. 데이터와 어드레스 버스(61)의 신호는 증설 관리 모듈(65)와 장착 모듈(60)과 베이스(30)에 있는 내부 CPLD(63)와 서로 주고 받는다. 제어 신호(69)는 증설 관리 모듈(65)을 통해서 장착된 모듈(60)과 CPLD(63)으로 전달된다. CPLD(63)는 증설 베이스(30)의 내부 정보와 상태를 가지고, 상태 신호(62)를 통하여 증설 관리 모듈로 정보를 전달 한다. 위의 동작은 증설 베이스(30) 내에서 이루어진다.

도1과 같이, 이중화된 PLC 시스템에서는 메인 베이스를 2개로 구비한 것이다. 따라서 하나의 메인 베이스가 문제가 있을 경우에 나머지 메인 베이스가 정상적으로 동작한다면, 시스템의 동작 중단없이 예정된 동작을 안정적으로 수행할 수 있을 것이다.

PLC 시스템은 베이스, 전원, CPU 모듈, 통신 모듈, I/O모듈, 특수 모듈 등으로 구성되어 있고 하나의 베이스에 일반적으로 하나의 전원 모듈 및 CPU 모듈과 베이스가 허용되는 범위내에서의 통신 모듈, I/O 모듈, 특수 모듈을 장착할 수 있다. 베이스는 유한한 슬롯을 가지고 있기 때문에 슬롯의 수에 따라 필요한 모듈을 장착한다. 또한 일반적으로 하나의 베이스에는 하나의 전원 모듈을 장착하는데, 이는 전원 모듈이 공급할 수 있는 전력에 의해서도 베이스에 장착할 수 있는 모듈의 수에 제한을 가진다는 것을 의미한다. 이를 해결하고 시스템을 효과적으로 증축하기 위해 제안된 것이 증설 베이스를 사용한 증설 PLC 시스템이다.

증설 베이스와 증설 베이스 간 또는 메인 베이스와 베이스 간에 데이터를 주고받을 때에 일반적으로 데이터 통신 방법을 이용한다. 통신방법을 이용하면 데이터 전송을 위한 배선을 줄일 수 있고, 높은 신뢰성으로 데이터를 필요한 곳으로 먼 곳까지 전송할 수 있다. 주로 사용하는 통신방법에는 이더넷이 있다.

증설 PLC 시스템을 구성하기 위해 메인 베이스와 증설 베이스를 이더넷 케이블로 연결한 것이 이더넷 증설 PLC 시스템이다. 이는 메인 베이스의 CPU 모듈이 증설 베이스에서 사용가능하도록 데이터를 가공하고 이를 이더넷을 통해 증설 베이스로 전달하여 증설 베이스를 제어하는 방법이다. 메인 베이스와 메인 베이스간 또는 메인 베이스와 증설 베이스간에 이더넷 통신을 이용하여 데이터를 주고받기 위해 케이블을 사용한다. 도1에서 케이블(C1~C2)은 메인 베이스(10,20)간에 데이터를 주고 받기 위한 것이다. 케이블(C3~C6)은 증설 베이스 간에 또는 증설 베이스와 메인 베이스간에 데이터를 주고받기 위한 것이다. 이렇게 통신방식을 이용하여 데이터 전송을 하는 PLC 시스템을 통신기반의 증설 PLC 시스템이라고 하고, 도1은 통신기반의 이중화된 증설 베이스를 가지는 PLC 시스템을 나타내고 있는 것이다.

도1과 도2에 사용되는 이중화 시스템은 CPU를 두 개 사용하여 이중화를 구성 한다. 마스터 CPU와 스탠바이 CPU의 CPU 이중화를 하여 마스터 CPU가 문제가 생겼을 때 스탠바이 CPU로 전환되어 시스템의 정지 없이 동작하는 것을 구성하였다.

CPU는 이중화 구조로 시스템이 구성되어 있으며, 전원부의 경우 이중화로 구성이 되어 있어서 한쪽에서 문제가 생겼을 경우에도 예비로 장착되어 있는 전원부로 인해서 전체 시스템의 동작에는 문제가 없도록 하지만, 증설 베이스(30)의 경우 베이스를 관리하는 모듈(65)을 한 개만 사용하도록 구성되어 있다.

증설 베이스(30)는 증설 관리 모듈(65)에 의하여 제어가 되는 데 증설 관리 모듈(65)은 마스터 CPU에 보내는 프로그램에 의하여 베이스(30)에 장착된 모듈(60)을 동작하게 된다. 베이스(30)에 있는 데이터, 어드레스 버스(61)를 통해서 장착된 모듈(60)과 증설 베이스(30) 내부에 있는 CPLD(63)와 데이터들을 주고 받는다. 상호간에 데이터를 주고 받으므로서 정상적으로 동작을 하는 것이다. 제어 신호(69)의 경우 증설 관리 모듈에서 단 방향으로 제어 신호를 장착 모듈(60)과 CPLD(63)로 전달하여 전체 동작을 제어하게 되는 것이다. 증설 베이스(30)에 있는 CPLD(63)은 증설 베이스의 정보와 상태를 가지고 있다. 따라서 증설 관리 모듈(65)은 CPLD(63)로부터 베이스(30)의 상태와 정보를 상태 신호(62)를 통하여 받는다. 이중화 측면에서 본다면 증설 관리 모듈(65)이 문제가 생긴 다면 해당 베이스는 동작하지 못하게 되는 것이다. 증설 베이스는 수동적인 입장에서 단순하게 증설 관리 모듈에서 오는 신호에 의하여 동작하고 상태 정보만을 알려주는 역할을 하는 것이다.

도1과 도2에 도시된 이중화 시스템의 경우 CPU와 파워는 이중화를 하여서 문제가 발생하였을 때 시스템이 문제가 없이 동작하도록 구성되어 있다. 즉 CPU와 파워는 가용성을 충분히 가지도록 설계가 된 것이다. 그러나 증설로 되는 부분에 대하여서는 가용성의 부분에서는 충분한 대책이 되지 못하고 있다. 실제적으로 제어를 하는 부분은 증설에서 모두 이루어 지기 때문이다. 물론 기존의 이중화 시스템 구조가 링 구조이기 때문에 한쪽에서 문제가 생겼을 때는 라인 구조로 변경이 되어서 전체 시스템이 정지가 되거나 오류가 발생하지 않도록 구현하고 있다.

그렇지만 단독으로 설치된 증설 관리 모듈(65)이 문제가 발생하면 해당 증설 베이스(30)에 설치된 모듈(60)들은 동작이 정지 되게 된다. 만약 설치된 모듈(60)이 중요한 부분을 제어하고 있지 않다면, 빠르게 문제가 발생한 증설 관리 모듈(65)을 교체하면 되지만, 만일 중요한 부분을 제어하는 경우 잘못하면 전체 시스템의 동작에 영향을 주게 되고 그것으로 통해 사용자 또는 환경적으로 문제를 발생할 수 있게 되어 경제적으로 큰 손실을 가져올 수도 있다.

증설 베이스(30)를 관리하는 부분이 단독으로 구성되어 있기 때문에 만일 증설을 관리 모듈(65)이 문제가 생겨서 고장이 발생했을 경우 해당 증설 베이스(30)는 제어가 불가능 해지고 전체 시스템에서는 해당 베이스가 제어하는 부분이 정지하거나 오동작을 일으키게 된다. 즉 증설 베이스(30)가 능동적인 역할을 하지 못하고 수동적인 역할을 하므로 증설 관리 모듈(65)에 종속적으로 움직이기 때문에 선택권을 갖지 못하고 동작을 정지하게 되는 것이다. 증설 관리 모듈(65)이 내부 로직의 문제가 생기든지, 아니면 외부 노이즈로 인해서 동작이 불가능 해지면 정상적인 데이터가 버스(61)를 통해 내려가지 못하거나 정상적인 제어 신호(69)가 전달되지 못하게 된다. 그렇게 되면 증설 베이스(30)에 장착된 모듈(60)이 오동작을 하거나 정지하게 된다.

또한, 도1에 도시된 PLC 시스템은 증설 드라이브 모듈(예를 들면 33)의 이상 발생 시 증설 베이스에 구비되는 통신 및 I/O 모듈의 제어가 불가한 문제점이 있다. 즉, 증설 케이블이나 증설 드라이브 모듈 이상 발생 시 전체 증설 베이스와의 통신 두절 발생 가능성이 존재한다. 증설 드라이브 모듈 및 증설 케이블의 이상 발생이 2개소 이상인 경우 전체 증설 베이스 제어가 불가한 문제점이 발생하는 것이다. 또한, 증설 드라이브 모듈의 이상 발생 시 증설 PLC 시스템의 네트워크 재구성을 위한 시간이 필요하다.

따라서, 본 발명에서는 각 증설 베이스의 증설 드라이버 모듈을 이중화하여, 동작상의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 이중화된 증설 PLC 시스템을 제안한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 문제는 기존의 이중화 시스템에 사용하는 증설 관리 모듈이 단독으로 동작하였을 때 발생할 수 있는 문제 되는 부분을 이중화로 구성하여 전체 시스템의 동작에 문제가 없게 하여 완전한 이중화 시스템을 구성하려고 하는 것이다. 즉 증설 관리 모듈에 종속적으로 동작하는 증설 베이스가 아닌 증설 관리 모듈을 이중화하고 해당 증설 베이스가 정지되는 것 없이 최대한의 가용성을 확보하는 것을 목적으로 한다.

또한 증설 베이스가 수동적 역할에서 벗어나 능동적으로 증설 관리 모듈을 관리하도록 하는 것이다. 즉 증설 관리 모듈의 중요 신호를 감시하여 그 중에 문제가 되는 신호가 나오는 증설 관리 모듈을 시스템에서 제거하여 완전한 이중화 시스템을 구현 하는 것을 발명의 목적으로 한다. 가용성을 최대한 보장하는 것을 목적으로 한다. 한쪽에서 문제가 발생하여도 전체 시스템의 입장에서 보면 아무 이상이 없이 동작하도록 하는 것이다.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중화된 PLC 시스템의 블럭도이다.

도3을 참조하여 살펴보면, 본 실시예에 따른 PLC 시스템은 제1 메인 베이스(100), 제2 메인 베이스(200), 제1 증설 베이스(300), 제2 증설 베이스(400) 및 제3 증설 베이스(500)를 구비한다. 여기서는 3개의 베이스가 있는 것으로 도시하였지만, 경우에 따라 3개 이상 다수의 베이스가 구비될 수 있다. 제1 메인 베이스(100)는 연산장치(미도시)와 전원부(110,120)를 구비하고, 제2 메인 베이스(200)는 연산장치(미도시)와 전원부(210,220)를 구비한다. 제1 증설 베이스(300)는 전원부(310,320), 제1 증설 드라이버 모듈(330), 제2 증설 드라이버 모듈(340) 및 모듈부(350)를 구비한다. 모듈부(350)는 베이스에 다수의 모듈이 구비되는 영역이다. 제1 증설 드라이버 모듈(330)은 제1 데이터 송수신부(330A) 및 제2 데이터 송수신부(330B)를 구비한다. 제2 증설 드라이버 모듈(340)은 제3 데이터 송수신부(340A) 및 제4 데이터 송수신부(340B)를 구비한다. 제2 증설 베이스(400)와 제3 증설 베이스(500)도 제1 증설 베이스(300)와 실질적으로 같은 구성을 가진다.

계속해서 살펴보면, 메인 베이스는 이중화를 위해 제1 메인 베이스(100)인 마스터(Master) 베이스와 제2 메인 베이스(200)인 스탠바이(Standby) 베이스 2개로 구성이 되고 이중화용 케이블(C10)로 데이터를 공유한다. 각 메인 베이스는 전원, 이중화용 CPU 모듈, 통신 및 I/O 모듈등이 각각 필요하고 두 메인 베이스의 모듈은 동일하게 구성한다. 또한 전원 이중화를 위해 각 베이스에는 모듈로 된 2개의 전원 부(110 및 120, 와 210 및 220)가 장착된다. 그리고 증설 베이스(300,400,500)와의 연결을 위해 메인 베이스(100,200)에 구비되는 CPU 모듈(미도시)은 증설 베이스 연결용 이더넷 포트를 구비하고 있다.

증설 베이스(300,400,500)는 전원 모듈, 증설 베이스 제어용 증설 드라이브 모듈(예를 들어 320, 330), 통신 및 I/O 모듈등을 구비한다. 증설 드라이브 모듈(330)은 메인 베이스(100)로부터 데이터를 받기 위한 데이터 송수신부(330A)인 이더넷 포트와 다른 증설 베이스로 데이터를 보내기 위한 데이터 송수신부(330B)인 이더넷 포트가 있다. 케이블(C11~C14)은 각 증설 베이스의 제1 증설 드라이버 모듈들(330, 430, 530)과 제1 메인 베이스(100)를 연결하고 있고, 케이블(C15~C18)은 각 증설 베이스의 제2 증설 드라이버 모듈들(340, 440, 540)과 제2 메인 베이스(200)를 연결하기 위한 것이다.

이상과 같이, 본 실시예의 특징은 각 증설 베이스에 증설 드라이버 모듈이 2개씩 구비되어 있는 것이다. 제1 증설 베이스(300)에는 제1 증설 드라이버 모듈(330)과 제2 증설 드라이버 모듈(340)이 구비된다. 증설드라이버 모듈은 베이스에 있는 각 모듈의 동작을 제어하는 기능과 이더넷 통신을 수행하기 위한 기능을 가지고 있다. 증설 드라이브 모듈의 이중화가 가능하게 하기 위해서, 2개의 증설 드라이브 모듈은 서로의 데이터를 일정 주기마다 공유하면서 같은 데이터를 가지고 있게 된다.

본 실시예에 따른 PLC 시스템은 실질적으로 제1 메인 베이스(100)와 제1 증설 베이스(300)의 제1 증설 드라이버 모듈(330)과 제2 증설 베이스(400)의 제1 증설 드라이버 모듈(430)과 제3 증설 베이스(500)의 제1 증설 드라이버 모듈(530)을 포함하는 제1 시스템과, 제2 메인 베이스(200)와 제1 증설 베이스(300)의 제2 증설 드라이버 모듈(340)과 제2 증설 베이스(400)의 제2 증설 드라이버 모듈(440)과 제3 증설 베이스(500)의 제2 증설 드라이버 모듈(540)을 포함하는 제2 시스템을 구비하고 있는 것이다.

제1 메인 베이스(100)에 구비되는 CPU 모듈이 실제 연산을 수행하며 제2 메인 베이스(200)에 구비되는 CPU 모듈은 제1 메인 베이스(100)의 CPU 모듈이 가지고 있는 데이터를 동일하게 보유하고 있으나 실제 연산을 수행하지는 않는다. 제2 메인 베이스(200)는 제1 메인 베이스(100)의 CPU 모듈이 고장이나 이상 동작시에 자신이 마스터 베이스로 전환되어 연산을 수행한다. 제1 메인 베이스(100)의 CPU 모듈은 각 증설 베이스에 구비된 증설 드라이브 모듈(330, 430, 530)에 명령을 내리고 데이터를 받는다. 각 증설 드라이브 모듈(330, 430, 530)은 CPU 모듈로부터 받은 명령을 증설 베이스에 존재하는 통신 및 I/O 모듈에 전달하고, 통신 및 I/O 모듈로부터 데이터를 받아 CPU 모듈에 전달한다.

본 실시예와 같이, 증설 베이스의 증설 드라이브 모듈을 2개씩 장착하여 이중화 증설 드라이브 모듈 PLC 시스템을 구성하면, 하나의 증설 드라이브 모듈에 이상이 생기더라도 나머지 증설 드라이브 모듈을 사용해 시스템을 끊김없이 수행할 수 있다. 또한, 증설 드라이브 모듈의 이중화는 증설 케이블의 이중화를 실현 가능하게 한다. 도2의 증설 케이블(C14)과 증설 케이블(C18)를 이용하여 각각 제1 메인 베이스 시스템을 위한 증설 링 네트워크와 제2 메인 베이스 시스템을 위한 증설 링 네트워크로 2가지의 링형 증설 네트워크 시스템 구축이 가능하다. 이는 결국 CPU를 2개 구비하게 되는 메인 베이스 이중화 뿐만 아니라, 증설 베이스의 네트워크 이중화가 가능하여 이중화 증설 PLC 시스템의 신뢰성을 더욱 확고하게 한다.

본 실시예에 따른 증설 PLC 시스템의 메인 베이스와 증설 베이스는 모두 전원이중화를 위해 2개 이상의 전원모듈을 장착하고 있다. 하나의 전원 모듈에 이상 발생 시 나머지 전원 모듈이 기능을 수행할 수 있는 것이다.

도4는 도3에 도시된 증설베이스의 내부블럭도이다.

제4 도는 증설 이중화 관련 증설 베이스(300) 동작을 표현한 것이다.

증설 관리 모듈(616)(617)이 메인 CPU 또는 서브 CPU에서 데이터를 받으면 증설 관리 모듈(616)(617)이 증설 베이스(300)에 있는 FPGA(Field Programmable Gate Array)(622)를 통하여 장착된 모듈을 동작시킨다. 이때 FPGA(622)는 A사이드 증설 관리 모듈(616)과 B사이드 증설 관리 모듈(617)에서 동시에 신호를 받는다. 받은 신호는 FPGA 내부에 있는 로직을 통하여 어느 것을 선택할지 정한 후 선택된 사이드의 증설 관리 모듈의 신호만을 유효 신호로 판단하고 그 신호들로 증설 베이스(300)의 장착된 모듈(610)을 동작시킨다.

도5와 도6은 도3에 도시된 이중화된 PLC 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.

도5와 도6은 도3에 도시된 이중화된 PCL 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다. 도5는 제1 및 제2 메인 베이스의 구동을 위한 흐름도이며, 도6은 한 증설 베이스에 구비되는 2개의 증설 드라이버 모듈의 구동을 위한 흐름도이다.

도7은 도3의 베이스를 나타내는 블럭도이다. 본 실시예에 따른 PLC 시스템을 위해서는 2개의 증설 드라이버 모듈과, 2개의 증설 드라이버 모듈이 장착 가능한 증설 베이스와, 증설 드라이브 이중화 제어를 위한 CPU 모듈등이 필요하다. CPU 모듈은 메인 베이스에 장착이 되며, 증설 드라이브 모듈의 이중화 제어를 위한 제어 알고리즘을 수행하기 위한 것이다. 2개의 증설 드라이브 모듈은 데이터 공유 및 제어 권한 획득 알고리즘을 수행하여 베이스에 있는 모듈들을 제어한다.

도7에는 하나의 증설 베이스에 2개의 전원부(Power1, Power2)와 2개의 증설 드라이버가 배치되어 있는 것이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 꾸밀 수도 있고, 또는 경우에 따라서 다른 형태로 꾸밀 수도 있다. DPRAM(A)은 증설 베이스에 구비되는 메모리 장치로 증설 드라이버가 제어하는 데이터를 저장하기 위한 것이다.

도8은 도3에 도시된 이중화된 PLC 시스템의 동작을 나타내는 흐름도이다.

도 4의 증설 이중화 관련 증설 베이스(300)의 H/W 내부 동작을 플로우 차트로 나타낸 것이다.

본 발명은 기존의 CPU 이중화 시스템에서 한 단계 발전된 증설 베이스(예를 들면 300)이중화를 목적으로 한 것이다. 따라서 증설 관리 모듈(616),(617)이 이중으로 구성된 것이다. 본 발명의 전체 시스템의 구성은 제3도와 같이 구성이 된다. 증설 관리 모듈(616)(617)이 각각 따른 역할을 하는 것이 아니라 마스터, 스탠바이 개념으로 한쪽이 마스터로 동작하게 되면 다른 한쪽이 스탠바이로 동작한다. 서로간의 데이터의 공유는 증설 베이스에 있는 FPGA(622)를 통해서 된다. 전체적인 시스템을 보면 증설 부분도 이중화로 구성이 되면서, CPU, 파워, 증설 관리 모듈, 통신 케이블이 이중화로 구성이 되므로 인해서, 한 개의 문제가 발생하였을 때에도 전체 시스템이 정지하지 않고 동작할 수 있도록 한 것이다.

도4는 증설 이중화 베이스(300)의 블럭 및 동작을 나타낸 것이다. 증설 관리 모듈(616)(617)이 메인 CPU 또는 서브 CPU에서 이더넷 케이블 또는 광 케이블을 통해서 데이터를 받고, 그것을 증설 관리 모듈(616)(617)이 증설 베이스(300)에 있는 FPGA(622)에 동작 신호를 보내고 FPGA(622)는 그 신호에 따라서 장착된 모듈을 동작시킨다. 각각의 증설 관리 모듈(616)(617)은 데이터, 어드레스 버스(620)를 통하여 데이터를 FPGA(622)와 주고 받는다. 제어 신호(621)의 경우 증설 관리 모듈(615)(617)에서 단방향으로 FGPA(622)로 전달되며, 증설 베이스(300)상의 상태 신호는 FPGA(622)를 통하여 증설 관리 모듈(616)(617)로 전달된다. 증설 베이스(300)에 있는 FPGA(622)는 증설 베이스(300)의 상태와 정보를 수집하여 가지고 있고, 그 상태와 정보는 증설 관리 모듈(616)(617)에 전달 되는 것이다.

기존의 증설 베이스는 수동적으로 동작하는 반면에 본 발명의 증설 베이스는 능동적으로 증설 베이스(300) 제어할 수 있도록 한다. 증설 관리 모듈(616)(617)은 FPGA(622)까지만 동작을 하게 되고 그 이후에 실제 적으로 장착된 모듈을(610)을 제어 하는 것은 FGPA(622)가 하게 되는 것이다. FPGA(622)가 실제적으로 데이터, 어드레스 버스(611)을 통해서 데이터를 장착된 모듈과 주고 받고, 제어 신호(619)를 보내어 장착 모듈(610)을 제어한다.

증설 관리 모듈(616)(617)이 이중으로 구성 되어 있기 때문에 FPGA(622)에서 유효한 신호를 선택해야 한다. 이때 FPGA(622)는 A사이드 증설 관리 모듈(616)과 B사이드 증설 관리 모듈(617)에서 온 신호들을 마스터 신호와 스탠바이 신호로 구분해야 한다. 이 동작은 FPGA(622)내부에서 로직을 통하여 구별하도록 한다. 예를 들어 마스터 신호들은 제어 신호에 마스터 신호라고 표시하고, 그 신호를 받은 FGPA(622)는 그 신호와 같이 오는 신호들을 내부 로직을 통해서 바이패스 시켜 장착된 모듈로 전달하게 되는 것이다. 즉 어떤 신호가 마스터 신호 인지 확인하는 것이 FPGA(22)에 하는 중요한 일 이라고 할 수 있다. 따로 마스터, 스탠바이 신호 선을 만들 수도 있고, 아니면 데이터, 어드레스 버스의 신호의 처음에 유효한 신호를 삽입하여 구분하도록 한다. 즉 유효한 제어 신호를 FPGA(622) 내부에 있는 로직을 통하여 어느 것을 선택할지 정한 후 선택된 사이드의 증설 관리 모듈의 신호만을 유효 신호로 판단하고 그 신호들로 증설 베이스(300)의 장착된 모듈(610)를 동작시킨다.

증설 관리 모듈(616)(617)에서는 주기적으로 모듈 자신이 정상적으로 동작하고 있다는 신호를 FPGA(622)에서 전달 하고, FPGA(622)는 그 신호를 계속 감시한다. 즉 정상적으로 동작하고 있던 증설 관리 모듈(616)(617)에서 자신의 상태를 나타내는 신호가 정상적으로 FPGA(622)로 전달 되지 않으면 FPGA(622)는 몇 차례의 확인 후에 모듈의 상태를 전환한다. FPGA(622)는 증설 관리 모듈(616)(617)이 정상 동작을 하고 있는 것을 지속적으로 감시해야 하는데, 제어 신호(621)에 있는 신호 중 몇 가지 신호를 조합하거나 선택하여 그 신호들 중 하나라도 문제가 생겼을 경우 전환이 발생하도록 한다.

본 발명의 효과는 이중화 시스템에서 증설 관리 모듈을 이중화로 하여서 완전한 이중화를 구축할 수 있도록 한 것이다. 증설 관리 모듈이 한 개만 있을 경우 그 모듈이 문제가 발생하였을 때 해당 베이스는 정지가 되어 버리지만 증설 관리 모듈(5)(14)을 이중화하면 한쪽 증설 관리 모듈(616)이 문제가 생겨도 즉시 전환이 되어서 다른 한쪽 증설 관리 모듈(617)이 동작하므로 해당 증설 베이스가 정지되는 것이 없이 동작을 한다. 따라서, 증설 베이스가 수동적인 역할에서 벗어나 능동적이고 자주적인 역할을 하며, 외부에서 지속적으로 증설 관리 모듈의 신호 상태를 감시함으로서, 원하는 동작을 할 수 있도록 한다.

또한 시스템 전체적으로 보면 시스템이 어느 한 곳도 문제없이 동작하여 전체 시스템에 대한 가용성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명을 통하여서 증설 베이스가 정지되는 것 없이 동작하도록 하는 방법을 제시하였다. 그러나 증설 베이스에 있는 FPGA(622)가 중요한 역할을 감당하게 되어서 만일 이곳에 문제가 생긴다면 정상적으로 동작할 수 없게 된다. 따라서 증설 관리 모듈에 현재 사용하는 증설 관리 모듈 동작뿐만 아니라 FPGA(622)에서 하는 동작을 포함한 새로운 칩을 사용하여 한쪽으로 기능이 쏠리는 현상이 없도록 할 수도 있다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 마스터로 동작하고 있던 증설 관리 모듈(616)이 문제가 생기면, FPGA(622)의 전환 로직을 통하여 스탠바이로 동작하는 증설 관리 모듈(617)이 마스터로 전환이 되도록 한다. 전환이 될 때는 FPGA(622) 내부에 있는 메모리에 장착된 모듈의 동작에 관련된 데이터와 동작 상태를 저장하고, 전환이 된 후에는 그 데이터와 정보를 가지고 시스템의 정지 없이 동작을 하도록 한다. FPGA(622) 내부에 있는 메모리 영역에 데이터들이 저장되므로 전환 시에는 기존의 이중화 시스템의 전환 시간 보다 빠르게 전환하여서 시스템에 영향을 주지 않는다.

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.

Claims

제1 중앙처리장치를 구비한 제1 메인 베이스;
제2 중앙처리장치를 구비한 제2 메인 베이스;
상기 제1 중앙처리장치와 데이터를 주고 받기 위한 제1 증설 관리 모듈과, 상기 제2 중앙처리장치와 데이터를 주고 받기 위한 제2 증설 관리 모듈 및 예정된 동작을 수행하기 위한 제1 동작 모듈을 구비하는 제1 증설 베이스; 및
상기 제1 중앙처리장치와 데이터를 주고 받기 위한 제3 증설 관리 모듈과, 상기 제2 중앙처리장치와 데이터를 주고 받기 위한 제4 증설 관리 모듈 및 예정된 동작을 수행하기 위한 제2 동작 모듈을 구비하는 제2 증설 베이스를 포함하고,
상기 제1 증설 베이스는, 상기 제1 증설 관리 모듈과 상기 제2 증설 관리 모듈에서 제공하는 신호를 소정 로직에 의해 마스터 신호와 스탠바이 신호로 규정하고, 마스터 신호를 제공하는 증설 관리 모듈에서 제공되는 제어신호를 상기 제1 동작 모듈로 전달하기 위한 제1 신호 전달 제어부를 포함하고,
상기 제2 증설 베이스는, 상기 제3 증설 관리 모듈과 상기 제4 증설 관리 모듈에서 제공하는 신호를 소정 로직에 의해 마스터 신호와 스탠바이 신호로 규정하고, 마스터 신호를 제공하는 증설 관리 모듈에서 제공되는 제어신호를 상기 제2 동작 모듈로 전달하기 위한 제2 신호 전달 제어부를 포함하는 PLC 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 신호 전달 제어부는 각각 FPGA 칩으로 구현되는 PLC 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 신호 전달 제어부 및 제2 신호 전달 제어부는, 상기 마스터 신호를 제공하는 증설 관리 모듈에서 제공되는 제어신호에 이상이 생기면, 이를 감지하여 다른 증설 관리 모듈이 제공하는 신호를 마스터 신호로 규정하는 PLC 시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 제1 메인 베이스, 상기 제1 증설 관리 모듈 및 상기 제3 증설 관리 모듈은 이더넷 통신을 수행하고, 상기 제2 메인 베이스, 상기 제2 증설 관리 모듈 및 상기 제3 증설 관리 모듈은 이더넷 통신을 수행하는 PLC 시스템.