KR101486842B1

KR101486842B1 - 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템

Info

Publication number: KR101486842B1
Application number: KR1020140138974A
Authority: KR
Inventors: 최정삼
Original assignee: 주식회사 라텍
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2015-01-28

Abstract

지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템이 개시된다. 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet)를 각각 제어하기 위한 아날로그 입력 신호를 케이블(cable)을 통해 송신하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller, PLC); 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러와 케이블을 통해 연결되어 연동하며, 상기 아날로그 입력 신호를 아날로그 출력 신호로 변환하여 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 마스터 시그널 아이소레이터(master signal isolator); 상기 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet)의 각 제어기에 연결되어 구비되며, 상기 마스터 시그널 아이소레이터로부터 상기 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하여 해당 제어기에서 사용 가능한 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 변환하여 상기 제어기로 출력하는 복수의 슬레이브 시그널 아이소레이터(slave signal isolator)를 구성한다.

Description

지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템{AUTOMATED SIGNAL ISOLATOR CONVERTING SYSTEM INCLUDING ZIGBEE PROTOCOL}

본 발명은 산업 현장의 자동화 시스템에 적용되는 주변 기기들의 입출력 변환 기술에 관한 것으로서, 아이소레이터(isolator)를 이용한 신호 입출력 변환 시스템에 관한 것이며, 좀 더 구체적으로는 지그비 프로토콜(zigbee protocol)을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템에 관한 것이다.

산업 현장의 자동화 시스템은 그 주변 기기들을 제어하기 위한 다양한 전류 제어 신호, 전압 제어 신호, 접점 신호, RTD(resistor temperature detector) 신호 등을 이용하고 있다.

예를 들어, 펌프(pump), 밸브(valve) 등을 구동하기 위해서는 이들을 구동하기 위한 구동 제어 신호로서 이와 같은 전류 제어 신호, 전압 제어 신호 등이 활용된다.

그런데, 이러한 자동화 시스템은 펌프나 밸브 등의 구동 제어기마다 각각 별도의 제어 신호가 이용되고 그 종류도 구동 제어기마다 다르기 때문에 이러한 구성들을 통합하여 제어하고 구동하기 위해서는 별개의 구동 제어 신호를 핸들링(handling)해야 하는 문제점이 있다.

펌프나 밸브, 모터 등의 주변 기기들마다 서로 다른 구동 제어 신호를 사용함은 물론이거니와 그 제조사나 기기의 모델에 따라서도 서로 다른 타입(type)의 구동 제어 신호가 이용되기 때문에 통합 자동화에는 상당한 어려움이 있다.

이러한 개별적 기기들을 다루기 위해서는 자동화 제어 패널(automatic control panel)에서 개별적 기기들을 각각 다루기 위한 별도의 인터페이스 장치(interface apparatus)를 개별적으로 부가하지 않을 수 없다. 아울러 기존의 통합 자동화 시스템에서는 별도의 인터페이스 장치와 함께 자동화를 위한 시퀀스 회로(sequence circuit) 자체도 추가적으로 변경해야 하는 문제점이 있다.

산업 현장에서 기기들이 추가될 때마다 인터페이스 장치를 부가하고 제어 패널의 시퀀스 회로를 추가적으로 변경해야 하므로 케이블(cable) 설치나 생산 중지 등의 다양한 문제점이 뒤따르게 된다.

공개특허공보 10-2006-0049000나 등록특허공보 10-0220320는 모두 산업 현장의 자동화 공정이나 원격 통합 제어를 하기 위한 시스템에 관한 것이다. 위 두 선행문헌 모두 주변 기기와 원격 장치간의 인터페이스에 대해 개시하고 있으나, 기존의 문제점과 같이 주변 기기나 원격 기기간의 인터페이스는 개별적으로 구현되고 있음을 알 수 있다.

이에, 기존의 문제점을 해결하기 위해 인터페이스 장비을 개별적으로 부가하거나 제어 시퀀스 회로의 변경을 하지 않더라도 원격 통합 제어를 할 수 있는 인터페이스 수단이 요구되고 있다.

또한, 원격 통합 제어를 위한 수단으로서 이용되는 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller, PLC)는 그 제조사마다 출력 프로토콜이 다른데, 프로그래머블 로직 컨트롤러별로 출력 신호 타입이 달라져 발생되는 인터페이스 문제도 해결할 수 있는 방안이 요구된다.

10-2006-0049000 10-0220320

본 발명의 목적은 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적에 따른 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템은, 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet)를 각각 제어하기 위한 아날로그 입력 신호를 케이블(cable)을 통해 송신하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller, PLC); 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러와 케이블을 통해 연결되어 연동하며, 상기 아날로그 입력 신호를 아날로그 출력 신호로 변환하여 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 마스터 시그널 아이소레이터(master signal isolator); 상기 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet)의 각 제어기에 연결되어 구비되며, 상기 마스터 시그널 아이소레이터로부터 상기 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하여 해당 제어기에서 사용 가능한 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 변환하여 상기 제어기로 출력하는 복수의 슬레이브 시그널 아이소레이터(slave signal isolator)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 마스터 시그널 아이소레이터는, 상기 프로그래머블 로직 컨트롤러로부터 아날로그 입력 신호를 수신하는 RS232/RS422 통신 모듈; 상기 수신된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 입력 신호 변환 모듈; 상기 변환된 디지털 신호를 입력받아 미리 저장된 프로그램에 따라 제어 프로세싱(control processing)을 수행하여 프로그램화된 데이터를 생성하여 출력하고 상기 아날로그 입력 신호를 송신하기 위한 슬레이브 시그널 아이소레이터의 ID(identification)를 매핑(mapping)하여 생성된 접점 데이터를 출력하는 CPU(central processing unit); 상기 CPU에서 수행된 제어 프로세싱에 따라 프로그램화된 데이터를 아날로그 출력 신호로 각각 변환하는 출력 신호 변환 모듈; 상기 변환된 아날로그 출력 신호와 상기 출력된 접점 데이터를 해당 슬레이브 시그널 아이소레이터로 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 지그비 통신 모듈; 상기 CPU의 제어에 의해 신호의 입출력 상태 및 제어 상태를 표시하는 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 슬레이브 시그널 아이소레이터는, 상기 마스터 시그널 아이소레이터의 출력 신호 변환 모듈에서 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하는 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 지그비 통신 모듈; 상기 수신된 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 입력 신호 변환 모듈; 상기 변환된 디지털 신호를 입력받아 미리 저장된 프로그램에 따라 제어 프로세싱(control processing)을 수행하여 프로그램화된 데이터를 생성하여 출력하는 CPU(central processing unit); 상기 CPU에서 수행된 제어 프로세싱에 따라 생성되어 출력된 프로그램화된 데이터를 해당 제어기에서 이용되는 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 각각 변환하여 해당 제어기로 출력하는 출력 신호 변환 모듈; 상기 CPU의 제어에 의해 신호의 입출력 상태 및 제어 상태를 표시하는 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 입력 신호 변환 모듈은, 0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호를 입력받는 아날로그 전류 입력 단자; 상기 아날로그 전류 입력 단자에서 수신된 0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호를 0 ~ 5 V의 전압 신호로 변환하는 AMP(amplifier); 상기 AMP에서 변환된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 상기 CPU에서 처리 가능한 코드로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 입력 신호 변환 모듈은, -10 V ~ +10 V의 아날로그 입력 신호를 입력받는 아날로그 전압 입력 단자; 상기 아날로그 전압 입력 단자에서 수신된 -10 V ~ +10 V의 아날로그 입력 신호를 시프트시키면서 0 ~ 5 V의 전압 신호로 전압 강하하는 AMP(amplifier); 상기 AMP에서 전압 강하된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 상기 CPU에서 처리 가능한 코드로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)를 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 입력 신호 변환 모듈은, PT100 온도 센서 또는 PT1000 온도 센서에서 센싱된 아날로그 입력 신호를 입력받는 PT100/PT1000 아날로그 입력 단자; 상기 PT100/PT1000 아날로그 입력 단자에서 수신된 아날로그 입력 신호를 0 ~ 5 V의 전압 신호로 변환하는 AMP(amplifier); 상기 AMP에서 변환된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 상기 CPU에서 처리 가능한 코드로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)를 포함하도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 출력 신호 변환 모듈은, 상기 CPU에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(Digital/Analog Converter); 상기 D/A 컨버터에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호로 변환하는 AMP(amplifier); 상기 AMP에서 변환된 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기로 출력하는 아날로그 전류 출력 단자를 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 출력 신호 변환 모듈은, 상기 CPU에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(Digital/Analog Converter); 상기 D/A 컨버터에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 5 V의 아날로그 제어 신호로 변환하는 AMP(amplifier); 상기 AMP에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기로 출력하는 아날로그 전압 출력 단자를 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고 상기 출력 신호 변환 모듈은, 상기 CPU에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(Digital/Analog Converter); 상기 D/A 컨버터에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호로 변환하는 AMP(amplifier); 상기 AMP에서 변환된 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기로 출력하는 RTD(resistor temperature detector) 출력 단자를 포함하도록 구성될 수 있다.

상술한 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템에 의하면, 기존의 산업 자동화 시스템에서 그 종류나 제조사가 다른 주변 제어기들이 추가되더라도 프로그래머블 로직 컨트롤러와 펌프, 밸브 등의 제어기간의 인터페이스를 시그널 아이소레이터에 의해 쉽고 편리하게 조정하도록 구성됨으로써, 기존처럼 프로그래머블 로직 컨트롤러의 시퀀스 회로를 변경할 필요가 없고 종류나 제조사가 다른 주변 제어기를 위한 별도의 인터페이스 장비를 부가할 필요가 없어지는 효과가 있다.

즉, 시그널 아이소레이터의 의해 프로그래밍만 추가하면 새로운 타입의 주변 제어기가 추가되더라도 인터페이스의 확장과 변경이 쉽고 용이하게 구현될 수 있다.

또한, 프로그래머블 로직 컨트롤러의 출력 프로토콜이 그 제조사마다 다르더라할 지라도 시그널 아이소레이터에 의해 그 출력 프로토콜에 제약받지 않고 그 인터페이스가 정합될 수 있기 때문에 프로그래머블 로직 컨트롤러의 인터페이스 문제도 쉽게 해결될 수 있다.

한편, 펌프, 밸브, 모터, 릴레이 등의 주변 제어기가 많아지고 그 거리도 멀이지게 되는 경우, 프로그래머블 로직 컨트롤러와 주변 제어기 간에 케이블 대신 지그비 통신으로 신호를 주고받도록 구성됨으로써, 설치를 간소화하고 유지 보수를 용이하게 하며 비용을 축소시킬 수 있으며 케이블 가설의 위험성을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템의 세부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 신호 모듈의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 신호 모듈의 세부 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템의 개략 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜(zigbee protocol)을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터(signal isolator) 변환 시스템(이하, '자동화 시그널 아이소레이터'라 함)(100)은 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller, PLC)(110), 마스터 시그널 아이소레이터(master signal isolator)(120), 슬레이브 시그널 아이소레이터(slave signal isolator)(130) 그리고 슬레이브-슬레이브 시그널 아이소레이터(slave-slave signal isolator)(140)를 포함하도록 구성될 수 있다.

자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템(100)은 프로그래머블 로직 컨트롤러가 펌프(pump)나 밸브(valve) 등을 제어하기 위한 주변의 제어기(200)들이 제조사나 종류마다 다른 타입의 제어 신호를 사용하더라도 마스터 시그널 아이소레이터(120)와 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)를 이용하여 별도의 인터페이스(interface) 장비의 부가없이 인터페이싱을 용이하게 할 수 있도록 구성된다.

이에, 새로운 제어기(200)가 부가되어도 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)의 시퀀스 회로(sequence circuit)을 변경하거나 새로운 인터페이스 장비를 추가할 필요가 없이 마스터 시그널 아이소레이터(120)와 시그널 아이소레이터(130)의 프로그램만을 변경하여 인터페이싱을 구현할 수 있다.

또한, 프그래머블 로직 컨트롤러(110)가 그 제조사나 가 타입(type)마다 서로 다른 프로토콜(protocol)을 사용한다 하여도 마스터 시그널 아이소레이터(120)를 이용하여 하나의 프로토콜로 변환하여 이용할 수 있기 때문에 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)의 호환성까지도 개선할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제어기(200)들이 많거나 그 거리가 멀어 케이블을 복잡하게 설치하여야 하더라도 마스터 시그널 아이소레이터(120)와 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)간에 지그비 통신을 통해 신호를 송신하도록 구성되어 그 설치를 간소화하고 유지 보수나 비용을 감소시킬 수 있게 된다.

마스터 시그널 아이소레이터(120)에서는 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)의 ID(identification)을 이용하여 신호를 원하는 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)로 송신하도록 구성되어 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)는 사용자가 원하는 제어기(200)를 원격에서 개별적으로 제어할 수 있다.

슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는 유선 케이블을 통해 다수의 슬레이브-슬레이브 시그널 아이소레이터(140)와 연결되도록 구성될 수 있으며, 각 슬레이브-슬레이브 시그널 아이소레이터(140)에도 각각 제어기(200)가 연결되어 연동되도록 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템의 세부 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템(100)은 프로그래머블 로직 컨트롤러(110), 마스터 시그널 아이소레이터(120), 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

프로그래머블 로직 컨트롤러(110)는 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet) 등을 제어하는 각 제어기(200)를 원격 제어하기 위한 아날로그 입력 신호를 케이블(cable)을 통해 마스터 시그널 아이소레이터(120)로 송신하도록 구성될 수 있다.

프로그래머블 로직 컨트롤러(110)는 펌프, 밸브 등을 원격에서 개별적으로 통합 제어하는 기능을 수행한다.

한편, 마스터 시그널 아이소레이터(120)는 RS232/RS422 통신 모듈(121), 입력 신호 변환 모듈(122), CPU(central processing unit)(123), 출력 신호 변환 모듈(124), 지그비 통신 모듈(125), TFT LCD(thin film transistor liquid crystal display)(126)를 포함하도록 구성될 수 있다.

마스터 시그널 아이소레이터(120)는 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)와 케이블을 통해 연결되어 연동하도록 구성될 수 있다.

마스터 시그널 아이소레이터(120)는 아날로그 입력 신호를 아날로그 출력 신호로 변환하여 지그비(zigbee) 통신 방식으로 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)로 송신하도록 구성될 수 있다. 여기서, 아날로그 입력 신호는 디지털 신호 변환 후 다시 아날로그 출력 신호로 변환되는 과정을 거친다.

마스터 시그널 아이소레이터(120)에서 변환된 디지털 신호는 마스터 시그널 아이소레이터(120)에서 프로그램화된 데이터로서 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)의 지정과 같은 일련의 프로세스가 수행된다.

RS232/RS422 통신 모듈(121)은 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)로부터 아날로그 입력 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.

이때, RS232/RS422 통신 모듈(121)은 케이블을 통해 아날로그 입력 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.

입력 신호 변환 모듈(122)은 RS232/RS422 통신 모듈(121)에서 수신된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

CPU(123)는 앞서 변환된 변환된 디지털 신호를 입력받아 미리 저장된 프로그램에 따라 제어 프로세싱(control processing)을 수행하여 프로그램화된 데이터를 생성하여 출력하도록 구성될 수 있다.

CPU(123)는 아날로그 입력 신호를 송신하기 위한 타겟(target)이 되는 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)의 ID(identification)를 매핑(mapping)하여 접점 데이터를 생성하고 출력하도록 구성될 수 있다.

CPU(123)는 아날로그 입력 신호가 제어하고자 하는 펌프, 밸브, 마그네트 등의 제어기(200)를 제어하기 위해 해당 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)의 ID를 그 아날로그 입력 신호와 매핑하여 접점 데이터를 생성한다. 이러한 릴레이(relay)의 접점 데이터는 아날로그 입력 신호가 해당 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)로 송신된다.

출력 신호 변환 모듈(124)은 CPU(123)에서 수행된 제어 프로세싱에 따라 프로그램화된 데이터를 아날로그 출력 신호로 각각 변환하여 출력하도록 구성될 수 있다.

지그비 통신 모듈(125)은 출력 신호 변환 모듈(124)에서 변환된 아날로그 출력 신호와 CPU(123)에서 출력된 접점 데이터를 해당 슬레이브 시그널 아이소레이터로 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하도록 구성될 수 있다.

TFT LCD 모듈(126)은 CPU(123)의 제어에 의해 신호의 입출력 상태 및 제어 상태를 표시하도록 구성될 수 있다. 사용자는 TFT LCD 모듈(126)에 표시된 신호의 입출력 상태와 제어 상태를 보고 키보드 모듈(미도시)을 통해 신호의 입출력 제어 명령을 입력하여 프로그램 로직(program logic)을 변경하도록 구성될 수 있다.

다른 한편, 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는 지그비 통신 모듈(131), 입력 신호 변환 모듈(132), CPU(133), 출력 신호 변환 모듈(134), TFT LCD 모듈(135)을 포함하도록 구성될 수 있다.

슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet) 등을 제어하기 위해 구비되는 각 제어기(200)에 연결되어 구비될 수 있다.

이에, 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는 복수개가 구비될 수 있다.

슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는 마스터 시그널 아이소레이터(120)로부터 마스터 시그널 아이소레이터(120)에서 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하도록 구성될 수 있다.

슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는 지그비 통신 방식으로 수신한 아날로그 출력 신호를 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)와 연결된 제어기(200)에서 사용 가능한 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 변환하여 해당 제어기(200)로 출력하도록 구성될 수 있다.

지그비 통신 모듈(131)은 마스터 시그널 아이소레이터(130)의 출력 신호 변환 모듈(124)에서 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하도록 구성될 수 있다.

입력 신호 변환 모듈(132)은 지그비 통신 모듈(131)에서 수신된 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 디지털 신호는 CPU(133)에서 연산될 수 있는 형태의 신호로서 CPU(133)의 연산 처리를 위해 변환된다.

CPU(133)는 입력 신호 변환 모듈(132)에서 변환된 디지털 신호를 입력받아 미리 저장된 프로그램에 따라 제어 프로세싱(control processing)을 수행하여 프로그램화된 데이터를 생성하여 출력하도록 구성될 수 있다. CPU(133)은 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)가 연결된 제어기(200)의 스펙(specification)에 따라 필요한 제어 처리를 수행하는데, 해당 제어기(200)에서 필요한 타입의 신호 유형 등에 대해 정의하도록 구성될 수 있다.

출력 신호 변환 모듈(133)은 CPU(132)에서 수행된 제어 프로세싱에 따라 생성되어 출력된 프로그램화된 데이터를 해당 제어기(200)에서 이용되는 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 각각 변환하도록 구성될 수 있다.

출력 신호 변환 모듈(133)은 변환된 아날로그 출력 신호를 해당 제어기(200)로 출력하도록 구성될 수 있다.

TFT LCD 모듈(134)은 CPU(133)의 제어에 의해 신호의 입출력 상태 및 제어 상태를 표시하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 신호 모듈의 세부 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 신호 모듈(122)(132)은 아날로그 전류 입력 단자(11a), AMP(amplifier)(11b), 아날로그 전압 입력 단자(12a), AMP(12b), PT100/PT1000 아날로그 입력 단자(13a), AMP(13b), A/D 컨버터(analog/digital converter)(14)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

아날로그 전류 입력 단자(11a)는 0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.

아날로그 전류 입력 단자(11a)에는 0 ~ 24mA 범위 내에서 원하는 형태로 신호를 입력될 수 있다. 예를 들면, 0 ~ 24 mA, 4 ~ 20mA, 4 mA 등과 같이 구간을 정하여 입력되거나 고정된 아날로그 값이 입력될 수도 있다.

0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호는 주로 수위 조절, 압력 제어, 유량 제어 등을 위한 제어기(200)에 주로 사용된다.

AMP(11b)는 아날로그 전류 입력 단자(11a)에서 수신된 0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호를 0 ~ 5 V의 전압 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

A/D 컨버터(14)는 AMP(11b)에서 변환된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 CPU(123)에서 처리 가능한 코드로 변환하도록 구성될 수 있다.

아날로그 전압 입력 단자(12a)는 -10 V ~ +10 V의 아날로그 입력 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.

아날로그 전압 입력 단자(12a)에는 -10 V ~ + 10 V 범위 내에서 원하는 형태로 신호가 입력될 수 있으며, -10 V ~ +10 V, -10 V ~ 0 V, 0 V ~ +10 V, 5 V 등과 같이 구간을 정하여 입력되거나 고정된 아날로그 값이 입력될 수 있다.

AMP(12b)는 아날로그 전압 입력 단자(12a)에서 수신된 -10 V ~ +10 V의 아날로그 입력 신호를 시프트(shift)시키면서 0 ~ 5 V의 전압 신호로 전압 강하하도록 구성될 수 있다.

A/D 컨버터(14)는 AMP(12b)에서 전압 강하된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 CPU(123)에서 처리 가능한 코드로 변환하도록 구성될 수 있다.

PT100/PT1000 아날로그 입력 단자(13a)는 PT100 온도 센서 또는 PT1000 온도 센서에서 센싱된 아날로그 입력 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.

AMP(13b)는 PT100/PT1000 아날로그 입력 단자(13a)에서 수신된 아날로그 입력 신호를 0 ~ 5 V의 전압 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

상기 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.

A/D 컨버터(14)는 AMP(13b)에서 변환된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 CPU(123)에서 처리 가능한 코드로 변환하도록 구성될 수 있다.

앞서 설명한 입력 신호 대비 출력 신호의 비는 정해진 범위 내에서 비례하거나 특정 값에 대응되도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 신호 모듈의 세부 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력 신호 모듈(124)(134)은 D/A 컨버터(digital/analog converter)(21), AMP(22a), 아날로그 전류 출력 단자(22b), AMP(23a), 아날로그 전압 출력 단자(23b), AMP(24a), RTD(resistor temperature detector) 출력 단자(24b)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

D/A 컨버터(21)는 먼저 CPU(133)에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

그리고 D/A 컨버터(21)는 CPU(133)에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

또한 D/A 컨버터(21)는 CPU(133)에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

AMP(22a)는 D/A 컨버터(21)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

아날로그 전류 출력 단자(22b)는 AMP(22a)에서 변환된 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기(200)로 출력하도록 구성될 수 있다.

아날로그 전류 출력 단자(22a)에는 0 ~ 24mA 범위 내에서 원하는 형태로 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 0 ~ 24 mA, 4 ~ 20mA, 4 mA 등과 같이 구간을 정하여 출력하거나 고정된 아날로그 값을 출력할 수도 있다.

AMP(23a)는 D/A 컨버터(21)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 5 V의 아날로그 제어 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

아날로그 전압 출력 단자(23b)는 AMP(23a)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기(200)로 출력하도록 구성될 수 있다.

아날로그 전압 출력 단자(23b)는 -10 V ~ + 10 V 범위 내에서 원하는 형태로 신호가 출력할 수 있으며, -10 V ~ +10 V, -10 V ~ 0 V, 0 V ~ +10 V, 5 V 등과 같이 구간을 정하여 출력하거나 고정된 아날로그 값을 출력할 수 있다.

AMP(24a)는 D/A 컨버터(21)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호로 변환하도록 구성될 수 있다.

RTD 출력 단자(24b)는 AMP(24b)에서 변환된 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기(200)로 출력하도록 구성될 수 있다.

한편, 아날로그 전류 출력 단자(22b), 아날로그 전압 출력 단자(23b) 또는 RTD 출력 단자(24b)에서 출력된 아날로그 출력 신호는 다시 CPU(133)으로 피드백(feedback) 입력되고, CPU(133)는 지그비 통신 모듈(131)을 통해 마스터 시그널 아이소레이터(120)로 피드백 송신하여 제대로 아날로그 출력 신호가 변환되어 출력되었는지 확인 가능하도록 구성될 수 있다.

이때, 마스터 시그널 아이소레이터(120)의 CPU(123)는 아날로그 출력 신호가 해당 제어기(200)에서 사용되는 타입의 출력 신호로서 출력되었는지 그리고 그 수치가 정확한지 다시 판단 가능하도록 구성될 수 있다.

여기서, 제어기(200)에서 사용되는 타입의 출력 신호는 해당 제어기(200)가 전류 제어 신호를 사용하는지 전압 제어 신호를 사용하는지 등을 의미한다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

11a: 아날로그 전류 입력 단자 11b: AMP
12a: 아날로그 전압 입력 단자 12b: AMP
13a: PT100/PT1000 아날로그 입력 단자 13b: AMP
14: A/D 컨버터 21: D/A 컨버터
22a: AMP 22b: 아날로그 전류 출력 단자
23a: AMP 23b: 아날로그 전압 출력 단자
24a: AMP 24b: RTD 출력 단자
110: 프로그래머블 로직 컨트롤러
120: 마스터 시그널 아이소레이터 121: RS232/RS422 통신 모듈
122: 입력 신호 변환 모듈 123: CPU
124: 출력 신호 변환 모듈 125: 지그비 통신 모듈
126: TFT LCD 모듈
130: 슬레이브 시그널 아이소레이터
131: 지그비 통신 모듈 132: 입력 신호 변환 모듈
133: CPU 134: 출력 신호 변환 모듈
135: TFT LCD 모듈
140: 슬레이브-슬레이브 시그널 아이소레이터

Claims

펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet)를 각각 제어하기 위한 아날로그 입력 신호를 케이블(cable)을 통해 송신하는 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller, PLC)(110);
상기 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)와 케이블을 통해 연결되어 연동하며, 상기 아날로그 입력 신호를 아날로그 출력 신호로 변환하여 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 마스터 시그널 아이소레이터(master signal isolator)(120);
상기 펌프(pump), 밸브(valve), 모터(motor), 릴레이(relay) 또는 마그네트(magnet)의 각 제어기(200)에 연결되어 구비되며, 상기 마스터 시그널 아이소레이터(120)로부터 상기 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하여 해당 제어기(200)에서 사용 가능한 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 변환하여 상기 제어기(200)로 출력하는 복수의 슬레이브 시그널 아이소레이터(slave signal isolator)(130)를 포함하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제1항에 있어서, 상기 마스터 시그널 아이소레이터(120)는,
상기 프로그래머블 로직 컨트롤러(110)로부터 아날로그 입력 신호를 수신하는 RS232/RS422 통신 모듈(121);
상기 수신된 아날로그 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 입력 신호 변환 모듈(122);
상기 변환된 디지털 신호를 입력받아 미리 저장된 프로그램에 따라 제어 프로세싱(control processing)을 수행하여 프로그램화된 데이터를 생성하여 출력하고 상기 아날로그 입력 신호를 송신하기 위한 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)의 ID(identification)를 매핑(mapping)하여 생성된 접점 데이터를 출력하는 CPU(central processing unit)(123);
상기 CPU(123)에서 수행된 제어 프로세싱에 따라 프로그램화된 데이터를 아날로그 출력 신호로 각각 변환하는 출력 신호 변환 모듈(124);
변환된 아날로그 출력 신호와 출력된 접점 데이터를 해당 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)로 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 지그비 통신 모듈(125);
상기 CPU(123)의 제어에 의해 신호의 입출력 상태 및 제어 상태를 표시하는 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 모듈(126)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제1항에 있어서, 상기 슬레이브 시그널 아이소레이터(130)는,
상기 마스터 시그널 아이소레이터(120)의 출력 신호 변환 모듈에서 변환된 아날로그 출력 신호를 지그비 통신 방식으로 수신하는 지그비(zigbee) 통신 방식으로 송신하는 지그비 통신 모듈(131);
상기 수신된 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 입력 신호 변환 모듈(132);
상기 변환된 디지털 신호를 입력받아 미리 저장된 프로그램에 따라 제어 프로세싱(control processing)을 수행하여 프로그램화된 데이터를 생성하여 출력하는 CPU(central processing unit)(133);
상기 CPU(133)에서 수행된 제어 프로세싱에 따라 생성되어 출력된 프로그램화된 데이터를 해당 제어기(200)에서 이용되는 타입(type)의 아날로그 출력 신호로 각각 변환하여 해당 제어기(200)로 출력하는 출력 신호 변환 모듈(134);
상기 CPU(133)의 제어에 의해 신호의 입출력 상태 및 제어 상태를 표시하는 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 모듈(135)을 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제2항에 있어서, 상기 입력 신호 변환 모듈(122)(132)은,
0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호를 입력받는 아날로그 전류 입력 단자(11a);
상기 아날로그 전류 입력 단자(11a)에서 수신된 0 ~ 24 mA의 아날로그 입력 신호를 0 ~ 5 V의 전압 신호로 변환하는 AMP(amplifier)(11b);
상기 AMP(11b)에서 변환된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 상기 CPU(123)에서 처리 가능한 코드로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)(14)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제2항에 있어서, 상기 입력 신호 변환 모듈(122)(132)은,
-10 V ~ +10 V의 아날로그 입력 신호를 입력받는 아날로그 전압 입력 단자(12a);
상기 아날로그 전압 입력 단자(12a)에서 수신된 -10 V ~ +10 V의 아날로그 입력 신호를 시프트시키면서 0 ~ 5 V의 전압 신호로 전압 강하하는 AMP(amplifier)(12b);
상기 AMP(12b)에서 전압 강하된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 상기 CPU(123)에서 처리 가능한 코드로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)(14)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제2항에 있어서, 상기 입력 신호 변환 모듈(122)(132)은,
PT100 온도 센서 또는 PT1000 온도 센서에서 센싱된 아날로그 입력 신호를 입력받는 PT100/PT1000 아날로그 입력 단자(13a);
상기 PT100/PT1000 아날로그 입력 단자(13a)에서 수신된 아날로그 입력 신호를 0 ~ 5 V의 전압 신호로 변환하는 AMP(amplifier)(13b);
상기 AMP(13b)에서 변환된 0 ~ 5 V의 전압 신호를 상기 CPU(123)에서 처리 가능한 코드로 변환하는 A/D 컨버터(Analog/Digital Converter)(14)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제3항에 있어서, 상기 출력 신호 변환 모듈(124)(134)은,
상기 CPU(133)에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(Digital/Analog Converter)(21);
상기 D/A 컨버터(21)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호로 변환하는 AMP(amplifier)(22a);
상기 AMP(22a)에서 변환된 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기(200)로 출력하는 아날로그 전류 출력 단자(22b)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제3항에 있어서, 상기 출력 신호 변환 모듈(124)(134)은,
상기 CPU(133)에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(Digital/Analog Converter)(21);
상기 D/A 컨버터(21)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 5 V의 아날로그 제어 신호로 변환하는 AMP(amplifier) (23a);
상기 AMP(23a)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기(200)로 출력하는 아날로그 전압 출력 단자(23b)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.
제3항에 있어서, 상기 출력 신호 변환 모듈(124)(134)은,
상기 CPU(133)에서 출력된 프로그램화된 데이터를 0 ~ 5 V의 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터(Digital/Analog Converter)(21);
상기 D/A 컨버터(21)에서 변환된 0 ~ 5 V의 아날로그 신호를 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호로 변환하는 AMP(amplifier)(24a);
상기 AMP(24a)에서 변환된 0 ~ 24 mA의 아날로그 제어 신호를 해당 제어기(200)로 출력하는 RTD 출력 단자(24b)를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지그비 프로토콜을 내장한 자동화 시그널 아이소레이터 변환 시스템.