KR101468255B1 - Ｐｌｃ 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 데이터의 입력 및 출력이 가능한 제1 입출력 단자를 포함하는 피엘씨, 제2 입출력 단자를 포함하고, 피엘씨와 통신하여 제2 입출력 단자를 통해 피엘씨의 데이터를 입력 및 출력이 가능하게 하는 리모트 입출력 모듈 및 제3 입출력 단자를 포함하고, 피엘씨에 장착되어 제3 입출력 단자를 통해 피엘씨의 데이터를 송수신하여 데이터에 대한 입력 및 출력 범위를 확장시키는 확장 입출력 모듈을 포함하는 PLC 시스템으로서 PLC에 입출력 모듈을 직접 연결하는 방식과 네트워크를 이용하여 PLC에 리모트형 입출력 모듈을 연결하는 방식을 조합하여 PLC의 입출력 접점의 수를 확장할 수 있는 장점이 있다.

Description

ＰＬＣ 시스템{PLC system}
본 발명은 PLC 시스템에 관한 것이다.
전통적인 산업 현장에서 자동화 설비는 릴레이등을 사용한 기계적인 장비로 구성되어 있었다. 기계적인 장비로 되어 있는 자동화 설비의 기능을 바꾸기 위해서는 설비 내부 회로의 배선을 다시 일일히 고쳐야 하는 어려움이 있었다. 이러한 점을 해결하고자 만들어진 것이 네트워크 시스템 중에서 PLC(Programmable Logic controller, 이하 PLC)이다.
PLC는 프로그램 가능한 논리적인 컨트롤러로서, 일반적으로 컴퓨터와 같은 역할을 하는데, 설비에서 오는 신호를 받아서 내부에 프로그램된 내용대로 처리한 이후에 처리된 신호를 설비로 출력한다. 또한, 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.
상술한 바와 같이, PLC에서 다양한 종류의 여러 기기들을 하나로 묶기 위해서는 보다 많은 입출력 접점을 필요로 하게 되는데, 블럭(block)형 PLC의 경우 PLC의 크기 등의 제약 사항으로 인해 제공할 수 있는 입출력 접점의 개수가 제한되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 블럭형 PLC에 입출력 모듈을 추가적으로 연결하는 방식을 사용하는데, 즉, 연결 단자를 통해 PLC의 데이터 라인에 입출력 모듈을 직접 연결하여 PLC의 입출력 접점을 확장하였다.
그러나, PLC의 데이터 라인에 입출력 모듈이 직접 연결되기 때문에 외부로부터 노이즈가 인가되어 PLC 시스템의 성능에 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있었다. 이는 확장된 입출력 접점은 물론 전체 PLC 시스템의 동작에 오류를 일으킬 수 있는 문제가 있었다.
또한, PLC의 데이터 라인에 입출력 모듈이 직접 연결됨에 따라 PLC의 데이터 라인이 길어지게 되고, 연결된 입출력 모듈의 수가 증가함에 따라 데이터 라인의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
그리고, PLC의 데이터 라인에 입출력 모듈이 직접 연결되면, 데이터 및 신호의 전송 속도가 느린 문제점이 있었다.
본 발명의 사상은 PLC에 입출력 모듈을 직접 연결하는 방식과 네트워크를 이용하여 PLC에 리모트형 입출력 모듈을 연결하는 방식을 조합하여 PLC의 입출력 접점의 수를 확장할 수 있는 PLC 시스템을 제공함에 있다.
이를 위해 본 발명의 일실시예에 의한 PLC 시스템은 데이터의 입력 및 출력이 가능한 제1 입출력 단자를 포함하는 피엘씨; 제2 입출력 단자를 포함하고, 상기 피엘씨와 통신하여 상기 제2 입출력 단자를 통해 상기 피엘씨의 데이터를 입력 및 출력이 가능하게 하는 리모트 입출력 모듈; 제3 입출력 단자를 포함하고, 상기 피엘씨에 장착되어 상기 제3 입출력 단자를 통해 상기 피엘씨의 데이터를 송수신하여 상기 데이터에 대한 입력 및 출력 범위를 확장시키는 확장 입출력 모듈을 포함한다.
여기서, 상기 피엘씨는 상기 리모트 입출력 모듈 및 상기 확장 입출력 모듈과 통신하는 제1 통신부; 상기 리모트 입출력 모듈 및 상기 확장 입출력 모듈 중에서 하나와 통신하거나 두 모듈 모두와 통신하기 위해 스위칭 동작하는 제1 및 제2 스위칭부; 상기 제1 및 제2 스위칭부를 스위칭 동작하기 위한 제어 신호를 생성하는 제1 제어부를 포함한다.
그리고, 상기 피엘씨는 상기 리모트 입출력 모듈 및 상기 확장 입출력 모듈과 링 토폴로지를 구성하기 위해 스위칭 동작하는 제3 스위칭부를 포함한다.
또한, 상기 리모트 입출력 모듈은 상기 피엘씨와 통신선을 통해 상기 피엘씨의 데이터를 송수신하여 상기 피엘씨의 데이터를 상기 제2 입출력 단자를 통해 입력 및 출력이 가능하게 하는 제2 통신부를 포함한다.
게다가, 상기 확장 입출력 모듈은 상기 피엘씨로부터 상기 피엘씨의 데이터를 송수신하는 제3 통신부; 상기 확장 입출력 모듈을 추가적으로 연결하기 위해 스위칭 동작하는 제4 스위칭부를 포함한다.
덧붙여, 상기 피엘씨는 상기 확장 입출력 모듈을 장착하기 위해 소정 부분이 함몰된 복수의 제1 연결 단자를 포함하고, 상기 확장 입출력 모듈은 상기 제1 연결 단자의 대응되는 위치에 상기 제1 연결 단자에 장착되도록 소정 부분이 돌출된 복수의 제2 연결 단자를 포함한다.
또한, 상기 피엘씨는 상기 리모트 입출력 모듈과 통신하기 위해 통신선과 연결된 복수의 제1 통신 단자를 포함하고, 상기 리모트 입출력 모듈은 상기 피엘씨와 통신하기 위해 상기 통신선과 연결된 복수의 제2 통신 단자를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 PLC 시스템은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 데이터 전송의 신뢰도를 높임과 동시에 기존의 데이터 라인을 통한 전송 속도보다 빠른 속도로 데이터를 전송할 수 있는 장점이 있다. 이로 인해, 노이즈에 취약했던 문제점을 줄일 수 있다.
둘째, 데이터 라인의 길이, 노이즈의 취약성, 메모리 용량 등에 의해 제한되었던 장착 가능한 입출력 모듈의 수를 늘릴 수 있는 장점이 있다.
셋째, PLC에 직접 연결되는 입출력 모듈과 리모트형 입출력 모듈을 링 토폴로지를 통해 구성하여 하나의 단자라도 연결이 끊기더라고 PLC 시스템을 정상적으로 동작시킬 수 있는 장점이 있다.
넷째, PLC와 입출력 모듈에 내장되어 있는 스위치를 통해 자동으로 링 토폴로지를 구성할 수 있는 장점이 있다. 즉, 입출력 접점의 확장을 위해 별도의 배선이나 설정을 하지 않아도 되며 단순히 입출력 모듈을 PLC에 연결하는 것만으로 입출력 접점의 확장이 되는 동시에 링 토폴로지를 구성할 수 있다. 이러한 점은 시스템이 복잡해질수록 그 효과는 크다.
다섯째, PLC와 입출력 모듈을 별도의 케이블 비용 없이 장착 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 PLC 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 피엘씨 단독으로 동작하는 상태에서 스위칭부의 동작을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨와 리모트 입출력 모듈이 데이터 통신하는 경로를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨와 확장 입출력 모듈이 데이터 통신하는 경로를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨와 확장 입출력 모듈의 장착 모습을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨, 리모트 입출력 모듈 및 확장 입출력 모듈이 데이터 통신하는 경로를 보여주는 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 PLC 시스템의 구성도, 도 2는 도 1의 피엘씨 단독으로 동작하는 상태에서 스위칭부의 동작을 보여주는 도면 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨와 리모트 입출력 모듈이 데이터 통신하는 경로를 보여주는 도면을 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, PLC 시스템은 PLC(100), 리모트 입출력 모듈(200) 및 확장 입출력 모듈(300)을 포함하여 구성된다.
우선, PLC(100)는 데이터의 입력 및 출력이 가능한 제1 입출력 단자(160)를 포함하는 블럭(block)형 타입의 PLC로서, 제1 통신부(110), 제1 내지 제3 스위칭부(122)(124)(126), 제1 제어부(130), 제1 연결 단자(140) 및 제1 통신 단자(150)를 포함하여 구성된다.
제1 통신부(110)는 리모트 입출력 모듈(200)과 확장 입출력 모듈(300)을 연결하기 위해 리모트 입출력 모듈(200) 및 확장 입출력 모듈(300)과 통신한다. 제1 통신부(110)는 정해진 통신 규격에 따라 통신하며 각 통신 규격에 포함되어 있는 CRC(Cyclic Redundancy Check) 등의 오류 정정 부호와 같은 수단을 통해 노이즈 등의 장애 요소의 영향을 줄이고 데이터의 신뢰도를 높일 수 있다.
제1 및 제2 스위칭부(122)(124)는 리모트 입출력 모듈(200) 및 확장 입출력 모듈(300) 중에서 하나와 통신하거나 두 모듈 모두와 통신하기 위해 스위칭 동작한다. 또한, 제3 스위칭부(126)는 리모트 입출력 모듈(200) 및 확장 입출력 모듈(300)과 링 토폴로지를 구성하기 위해 스위칭 동작한다.
도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 스위칭부(122)(124)가 제1 통신 단자(150)의 상태에 따라 ① 방향으로 스위칭하고, 제3 스위칭부(126)가 ② 방향으로 스위칭하면, PLC(100)와 리모트 입출력 모듈(200)이 자동으로 링 토폴로지를 구성하게 되어 제1 및 제2 통신 단자(150)(220) 사이에 연결된 통신선(L)을 통해 데이터 통신할 수 있게 된다.
즉, 제1 및 제3 스위칭부(122)(126)는 확장 입출력 모듈(300)의 장착 여부를 판단하여 그에 따라 동작하고, 제2 스위칭부(124)는 제1 통신 단자(150)의 상태를 판단하여 그에 따라 동작하며, 장착된 모듈의 상태에 따라 스위칭 동작하는 제1 내지 제3 스위칭부(122)(124)(126)를 통해 자동으로 링 토폴로지가 구성된다.
제1 제어부(130)는 PLC(100)를 전반적으로 제어하는 마이컴으로서, PLC(100)의 제어 및 연산을 담당하고, 제1 및 제2 스위칭부(122)(124)를 스위칭 동작하기 위한 제어 신호를 생성한다.
제1 연결 단자(140)는 복수 개로 구성되어 확장 입출력 모듈(300)을 장착하기 위해 소정 부분이 함몰되도록 구성된다.
제1 통신 단자(150)는 복수 개로 구성되어 리모트 입출력 모듈(200)과 통신하기 위해 통신선(L)과 연결된다.
리모트 입출력 모듈(200)은 제2 입출력 단자를 포함하고, PLC(100)와 통신하여 제2 입출력 단자를 통해 피엘씨(100)의 데이터를 입력 및 출력이 가능하게 한다.
이러한 리모트 입출력 모듈(200)은 제2 통신부(210) 및 제2 통신 단자(220)를 포함하는데, 제2 통신부(210)는 PLC(100)와 통신선(L)을 통해 PLC(100)의 데이터를 송수신하여 피엘씨(PLC)의 데이터를 제2 입출력 단자를 통해 입력 및 출력이 가능하게 한다.
제2 통신 단자(220)는 복수 개로 구성되어 PLC(100)와 통신하기 위해 통신선(L)과 연결된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨와 확장 입출력 모듈이 데이터 통신하는 경로를 보여주는 도면 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨와 확장 입출력 모듈의 장착 모습을 보여주는 도면을 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 확장 입출력 모듈(300)은 제3 입출력 단자(340)를 포함하고, PLC(100)에 장착되어 제3 입출력 단자(340)를 통해 PLC(100)의 데이터를 송수신하여 데이터에 대한 입력 및 출력 범위를 확장시킨다.
상술한 동작을 수행하기 위해 확장 입출력 모듈(300)은 제3 통신부(310), 제4 스위칭부(320) 및 제2 연결 단자(330)를 포함하여 구성된다.
제3 통신부(310)는 PLC(100)의 제1 연결 단자(140)로부터 PLC(100)의 데이터를 송수신한다.
제4 스위칭부(320)는 확장 입출력 모듈(300)을 추가적으로 연결하기 위해 스위칭 동작한다, 즉, 제4 스위칭부(320)는 확장 입출력 모듈(300)이 추가로 장착되는 여부에 따라 스위칭 동작하여 사용자가 추가 작업없이 단순히 장착하는 것만으로 통신망의 구성이 가능하게 한다.
제1 내지 제3 스위칭부(122)(124)(126) 및 제4 스위칭부(320) 각각의 스위칭 동작에 대해 [표 1] ~ [표 4]를 통해 정리해보면 아래와 같다.
제1 스위칭부의 동작
제1 스위칭부(122)
 리모트 입출력 모듈
장착 미장착
확장 입출력 모듈 장착 ② 방향으로 스위칭 ② 방향으로 스위칭
미장착 ① 방향으로 스위칭 ① 방향으로 스위칭
제2 스위칭부의 동작
제2 스위칭부(124)
 리모트 입출력 모듈
장착 미장착
확장 입출력 모듈
 장착 ① 방향으로 스위칭 ② 방향으로 스위칭
미장착 ① 방향으로 스위칭 ① 방향으로 스위칭
제3 스위칭부의 동작
제3 스위칭부(126)
 리모트 입출력 모듈
장착 미장착
확장 입출력 모듈
 장착 ① 방향으로 스위칭 ② 방향으로 스위칭
미장착 ② 방향으로 스위칭 ② 방향으로 스위칭
제4 스위칭부의 동작
제4 스위칭부 추가 확장 모듈
장착 미장착
② 방향으로 스위칭 ① 방향으로 스위칭
제2 연결 단자(330)는 복수 개로 구성되고, 제1 연결 단자(140)의 대응되는 위치에 제1 연결 단자(140)에 장착되도록 소정 부분이 돌출되게 형성된다. 상기 제2 연결 단자(330)를 통해 PLC(100)의 데이터가 확장 입출력 모듈(300)로 송수신되어 PLC(100)의 입출력 단자의 수를 증가시키는 결과를 발생한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 피엘씨, 리모트 입출력 모듈 및 확장 입출력 모듈이 데이터 통신하는 경로를 보여주는 도면으로서, 도 6을 참조하여 상기한 내용을 정리하여 설명하면, PLC(100)는 두 가지 방식을 사용하여 입출력 단자의 확장이 가능한데, 그 두 가지 방식이 통신선(L)을 통해 리모트 입출력 모듈(200)과 통신하여 입출력 단자를 확장하는 것과 PLC(100)에 확장 입출력 모듈(300)을 직접 장착하여 입출력 단자를 확장하는 것이다.
이를 위해 PLC(100)의 내부에 있는 제1 내지 제3 스위칭부(122)(124)(126)에서는 리모트 입출력 모듈(200) 및 확장 입출력 모듈(300)의 연결 상태에 따라 스위칭 동작하여 이들이 하나의 통신망에서 링 토폴로지를 구성하게 한다.
상기한 구성으로 인해 PLC(100)의 입출력 단자의 확장 시 확장 입출력 모듈(300)에서 제3 통신부(310)를 사용하여 연결되도록 하여 전송 속도 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 정해진 통신 규격에 포함되어 있는 CRC와 같은 수단을 통해 데이터가 전송되기 때문에 데이터의 신뢰도를 높이는 동시에 기존의 데이터 라인을 통해 데이터를 주고 받는 것에 비해 빠른 전송 속도를 얻을 수 있다.
두 번째로 데이터 라인의 길이, 노이즈에의 취약성, 메모리 용량 등의 이유로 제한되었던 장착 가능한 확장 입출력 모듈의 수를 늘릴 수 있다. 각 통신 규격에 따라 차이가 존재하지만, 거리의 제한은 연결 단자를 통해 장착되는 경우 고려하지 않아도 좋을 정도로 충분히 긴 거리에서 사용 가능하기 때문이다. 또한 통신을 통해 연결되는 경우 앞서 첫 번째에서 설명한 것과 같은 이유로 노이즈에의 취약성 역시 줄일 수 있다. 마지막으로 메모리의 제한 역시 통신을 통하는 경우 PLC가 직접 제어하지 않으므로 PLC의 메모리 용량과는 무관하다. 이에 따라 기존 방식에 비해 장착 가능한 확장 입출력 모듈의 수의 제한이 늘어나는 효과를 거둘 수 있다.
세 번째로는 링 토폴로지의 구성을 통해 얻을 수 있는 효과이다. 링 토폴로지는 통신 망의 여러 선 중 하나의 통신 선이 단선 된다 하더라도 선형 토폴로지가 되어 전체 통신망은 정상적으로 동작 가능한 특성을 가지고 있다. 따라서 기존의 시스템에서 연결 단자의 접촉 불량 등의 문제로 하나의 연결이라도 단선되면 이 후에 장착되어 있는 모든 확장 입출력 모듈이 동작할 수 없었던 것과 달리, 하나의 단선에는 장착된 확장 입출력 모듈은 물론 전체 시스템 역시 정상 동작한다.
네 번째로 Block형 PLC와 확장 입출력 모듈에 내장되어 있는 스위치를 통해 자동으로 링 토폴로지가 구성된다. 따라서 입출력 접점의 확장을 위해 별도의 배선이나 설정을 하지 않아도 되며 단순히 확장 입출력 모듈을 Block형 PLC의 연결단자에 장착하는 것 만으로 입출력 접점의 확장이 되는 동시에 링 토폴로지가 구성된다. 이러한 점은 시스템이 복잡해 질수록 그 효과가 크다.
다섯 번째로 Block형 PLC와 확장 입출력 모듈은 별도의 통신 케이블이 필요하지 않으며, 통신 연결 단자를 통하여 직접 연결되는 구조이다. 따라서 별도의 케이블 비용 없이 장착 가능하다.
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 (7)

  1. 데이터의 입력 및 출력이 가능한 제1 입출력 단자를 포함하는 피엘씨;
    제2 입출력 단자를 포함하고, 상기 피엘씨와 통신하여 상기 제2 입출력 단자를 통해 상기 피엘씨의 데이터를 입력 및 출력이 가능하게 하는 리모트 입출력 모듈;
    제3 입출력 단자를 포함하고, 상기 피엘씨에 장착되어 상기 제3 입출력 단자를 통해 상기 피엘씨의 데이터를 송수신하여 상기 데이터에 대한 입력 및 출력 범위를 확장시키는 확장 입출력 모듈을 포함하고,
    상기 피엘씨는,
    상기 리모트 입출력 모듈 및 상기 확장 입출력 모듈과 통신하는 제1 통신부;
    상기 리모트 입출력 모듈 및 상기 확장 입출력 모듈 중에서 하나와 통신하거나 두 모듈 모두와 통신하기 위해 스위칭 동작하는 제1 및 제2 스위칭부;
    상기 제1 및 제2 스위칭부를 스위칭 동작하기 위한 제어 신호를 생성하는 제1 제어부를 포함하는 PLC 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피엘씨는,
    상기 리모트 입출력 모듈 및 상기 확장 입출력 모듈과 링 토폴로지를 구성하기 위해 스위칭 동작하는 제3 스위칭부를 포함하는 PLC 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리모트 입출력 모듈은,
    상기 피엘씨와 통신선을 통해 상기 피엘씨의 데이터를 송수신하여 상기 피엘씨의 데이터를 상기 제2 입출력 단자를 통해 입력 및 출력이 가능하게 하는 제2 통신부를 포함하는 PLC 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장 입출력 모듈은,
    상기 피엘씨로부터 상기 피엘씨의 데이터를 송수신하는 제3 통신부;
    상기 확장 입출력 모듈을 추가적으로 연결하기 위해 스위칭 동작하는 제4 스위칭부를 포함하는 PLC 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피엘씨는,
    상기 확장 입출력 모듈을 장착하기 위해 소정 부분이 함몰된 복수의 제1 연결 단자를 포함하고,
    상기 확장 입출력 모듈은,
    상기 제1 연결 단자의 대응되는 위치에 상기 제1 연결 단자에 장착되도록 소정 부분이 돌출된 복수의 제2 연결 단자를 포함하는 PLC 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 피엘씨는,
    상기 리모트 입출력 모듈과 통신하기 위해 통신선과 연결된 복수의 제1 통신 단자를 포함하고,
    상기 리모트 입출력 모듈은,
    상기 피엘씨와 통신하기 위해 상기 통신선과 연결된 복수의 제2 통신 단자를 포함하는 PLC 시스템.
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