KR101512071B1 - 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법이 개시된다. 상기 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법은, 대상 설비에 대한 설비 상태 및 상태 전이 조건을 나타내는 상태차트와, 제어 검증 조건을 나타내는 오류 의사결정 테이블을 저장하는 단계; 가상공장 시뮬레이션의 수행 중, 상기 상태차트 및 상기 오류 의사결정 테이블을 참조하여, 상기 설비 상태 및 상태 전이 조건 사이의 상관관계를 고려하여 상기 가상공장 시뮬레이션의 시퀀스 오류를 검출하는 단계; 및 검출된 시퀀스 오류에 대해 기 정의된 액션을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 설비 상태는 특정 시점에 상기 대상 설비가 처해 있는 상황이고, 상기 상태 전이 조건은 상기 대상 설비가 하나의 상태에서 다른 상태로 전이하기 위한 조건이고, 상기 대상 설비의 현재 설비 상태와 상이한 이벤트가 발생하면 상기 오류 의사결정 테이블에 제1 유형의 표시를　하고, 상기 오류 의사결정 테이블 내에 포함된 상기 상이한 이벤트에 해당하는 해당 시퀀스 오류를 사용자에게 제2 유형의 표시로 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법{VIRTUAL FACTORY SEQUENCE FAULT DETECTION METHOD USING STATE CHART}
본 출원은 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법에 관한 것으로, 특히 철강공정에 대한 가상공장 시뮬레이션을 통해 철강공정의 시퀀스 오류를 발생시키고 이를 검출할 수 있도록 하는 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법에 관한 것이다.
IT 기술발전에 따라 엔지니어링의 단계가 물리적 공장에서 가상 공장으로 진화함에 따라 철강공정에 대한 가상공장을 구현하여 시뮬레이션에 활용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
철강공정은 연속흐름공정이라는 특성을 갖는데, 연속흐름공정의 시뮬레이션에서 오류가 발생하여 공정이 정지되는 경우, 오류에 영향을 미치는 범위가 전 공정이므로 오류를 확인하기 위한 시간이 상당히 오래 걸린다.
또한, 공정에 오류가 발생한 경우, 현실의 공장은 현장에서 바로 확인 가능하지만, 가상공장 시뮬레이션의 경우에는 해당 상황이 오류에 해당하는지 여부를 사용자가 판단하여야 하므로 오류가 발생하더라도 모르고 넘어가는 경우가 발생할 수 있다.
뿐만 아니라, 상용 벤더에 의한 시퀸스 오류 검출 방법은 PLC의 시퀸스 오류만을 검출하는 것으로, 하나의 단위 설비에 대한 시퀀스 오류만을 검출할 수 있을 뿐, 전체 시스템에 대한 시퀀스 오류를 검출하는 것은 불가능하다.
따라서, 당해 기술분야에서는 가상공장 시뮬레이션에서 전체 가상공장에 대한 시퀀스 오류 검출을 시스템적으로 지원하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태는 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법을 제공한다. 상기 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법은, 대상 설비에 대한 설비 상태 및 상태 전이 조건을 나타내는 상태차트와, 제어 검증 조건을 나타내는 오류 의사결정 테이블을 저장하는 단계; 가상공장 시뮬레이션의 수행 중, 상기 상태차트 및 상기 오류 의사결정 테이블을 참조하여, 상기 설비 상태 및 상태 전이 조건 사이의 상관관계를 고려하여 상기 가상공장 시뮬레이션의 시퀀스 오류를 검출하는 단계; 및 검출된 시퀀스 오류에 대해 기 정의된 액션을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 설비 상태는 특정 시점에 상기 대상 설비가 처해 있는 상황이고, 상기 상태 전이 조건은 상기 대상 설비가 하나의 상태에서 다른 상태로 전이하기 위한 조건이고, 상기 대상 설비의 현재 설비 상태와 상이한 이벤트가 발생하면 상기 오류 의사결정 테이블에 제1 유형의 표시를　하고, 상기 오류 의사결정 테이블 내에 포함된 상기 상이한 이벤트에 해당하는 해당 시퀀스 오류를 사용자에게 제2 유형의 표시로 제공할 수 있다.
상기 시퀀스 오류를 검출하는 단계는, 상기 대상 설비의 상태를 모니터링하면서 상기 대상 설비가 상기 오류 의사결정 테이블에 제어 오류로서 정의된 동작을 수행할 경우 시퀀스 오류로 검출할 수 있다.
상기 기 정의된 액션을 수행하는 단계는, 상기 오류 의사결정 테이블에 정의된 작업 지시화면을 출력하거나, 상기 오류 의사결정 테이블에 정의된 예외상황 처리 방법을 수행할 수 있다.
상기 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법은, 상기 시퀀스 오류를 검출하는 단계 이전에, 상기 가상공장 시뮬레이션의 수행 중에 상기 제어 오류로 정의된 동작을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법은, 발생시킨 제어 오류에 대한 검출 및 기 정의된 대응이 수행되는지 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
철강공정에 대한 가상공장 시뮬레이션을 통해 철강공정의 시퀀스 오류를 발생시키고 이를 검출할 수 있도록 하는 상태 차트를 이용한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 철강공정 가상공장 시뮬레이션 시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법의 흐름도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 차트 및 오류 의사결정 테이블을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철강공정 가상공장 레이들 설비의 상태 차트를 도시하는 도면, 그리고
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철강공정 가상공장 레이들 설비의 오류 의사결정 테이블을 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 철강공정 가상공장 시뮬레이션 시스템의 전체 구성도이다.
도 1을 참조하면, 철강공정 가상공장 시뮬레이션 시스템은 크게 3개의 독립된 서비스를 제공하는 노드, 즉 OPC 서버노드 (OLE for Process Control Server Node)(100), VD 제어노드(Virtual Device Controller Node)(200) 및 VD 노드(Virtual Device Node)(300)로 구성될 수 있다.
OPC 서버노드(100)는 VD 제어노드(200)와 VD 노드(300) 사이의 데이터 통신을 지원하기 위한 노드로서, OPC 통신을 위한 공유 메모리 장치(110)를 포함할 수 있다.
VD 제어노드(200)는 철강공정의 설비 특성을 모사하기 위한 노드로서, 철강공정에 포함된 설비 개수만큼의 다수의 독립된 컴퓨팅 장비로 구축할 수 있다. VD 제어노드(200)는 조정 시스템(Coordination System)(210), VD 제어부(Virtual Device Controller)(220), HMI/작동패널(Human-Machine Interface/Operation Panel)(230) 및 로직 계산부(Logic Calculator)(240)를 포함할 수 있으며, VD 제어노드(200)의 각 구성은 독립적으로 실행 가능한 프로그램으로 구현될 수 있다.
조정 시스템(210)은 설비제어신호와 PLC(Programmable Logic Controller) 내부 연산 속도의 차이를 동기화하기 위한 동기화 플래그(flag)를 발생한다.
VD 제어부(220)는 가상의 PLC를 모사한다.
HMI/작동패널(230)은 PLC 및 설비에서 사용자로부터 데이터를 입력받거나, 출력되는 정보를 화면에 표시한다.
로직 계산부(240)는 수식 연산을 위한 프로그램 또는 DLL(Dynamic-Link Library)로 구현될 수 있다.
VD 노드(300)는 가상공장의 형상을 사용자에 보여주기 위한 노드로서, 3D 표현 시스템(3D Presentation System)(310), 가상 설비 뷰어(Virtual Device Viewer)(320), VD 동작 시뮬레이터(VD Behavior Simulator)(330) 및 로직 계산부(Logic Calculator)(340)를 포함할 수 있다.
3D 표현 시스템(310)은 3차원 형상 및 움직임(Kinematic) 정보를 표현하기 위한 것이다.
가상 설비 뷰어(320)는 설비 대상에 따라 설비 제어 정보 및 CAE(Computer-aided Engineering) 해석 정보를 결합하여 표현하기 위한 것으로, 컴퓨팅 성능을 많이 필요로 하므로 설비 개수만큼의 다수의 프로그램으로 구동될 수 있다.
VD 동작 시뮬레이터(330)는 3차원 형상에서 획득한 센서 정보 및 가상의 센서 정보를 활용하여 실제의 센서 및 구동계 움직임을 모사하기 위한 것이다.
로직 계산부(340)는 수식 연산을 위한 프로그램 또는 DLL로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상공장 시퀀스 오류 검출을 위해, 우선 설비 상태 및 전이 조건을 나타내는 상태차트와 제어 검증 조건을 나타내는 오류 의사결정 테이블을 명세하여 메모리에 저장한다(S21).
상태차트에서 설비 상태는 특정 시점에 해당 설비가 처해 있는 상황을 나타내는 것으로, 설비가 동작함에 따라 상태의 전이가 발생한다. 설비 상태는 각 설비의 동작 특성에 따라 각 설비마다 상이하게 정의될 수 있다. 또한, 전이 조건은 설비가 하나의 상태에서 다른 상태로 전이하기 위한 조건, 예를 들어 설비의 동작을 나타낸다.
또한, 오류 의사결정 테이블은 상술한 상태차트의 설비 상태와 전이 조건 사이의 상관관계를 테이블로 표현하고, 해당 설비가 특정 상태에서 특정 동작을 수행할 경우 오류가 발생함을 제어 오류로서 정의한다. 여기서, 제어 오류는 설비의 파손 등을 발생시킬 수 있는 오류로서, 제어 오류를 심각, 오류, 경고 등으로 구분하여 명세할 수 있다. 또한, 제어 오류와 더불어 해당 오류가 발생한 경우에 화면에 출력할 작업, 예외상황 처리 방법 등을 정의할 수 있다.
이후, 가상공장 시뮬레이션 시스템에 의한 시뮬레이션을 통해 오류 검출을 개시하여(S22), 시뮬레이션을 수행한다(S23).
시뮬레이션 수행 중, 상태차트 및 오류 의사결정 테이블을 이용하여 오류를 검출하고 작업 지시화면을 출력한다(S24). 구체적으로, 시뮬레이션 수행 중에 상태차트 및 오류 의사결정 테이블을 이용하여 설비 상태를 모니터링하면서 설비가 제어 오류로 정의된 동작을 수행할 경우 오류로서 검출하고, 오류 의사결정 테이블에서 정의된 해당 오류가 발생한 경우의 작업 지시화면을 출력한다. 또한, 시뮬레이션 수행 중에 임의로 제어 오류로서 정의된 동작을 발생시키고 해당 오류가 검출되어 적절한 예외상황 처리 방법을 수행하는지, 즉 임의의 오류에 대해 정상적인 대응이 가능한지 검증할 수도 있다.
이후, 검출된 오류에 대한 시스템을 수정한다(S25). 구체적으로, 오류 의사결정 테이블에서 정의된 해당 오류가 발생한 경우의 예외상황 처리 방법을 수행한다.
상술한 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법은 도 1에 도시된 철강공정 가상공장 시뮬레이션 시스템에서 VD 제어노드(200)의 로직 계산부(240)에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상태 차트 및 오류 의사결정 테이블을 도시하는 도면으로, 도 3의 (a)는 상태 차트를 도시하고, (b)는 오류 의사결정 테이블을 도시한다.
상태 차트는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 대상 설비의 상태 및 상태 전이 조건을 명세하여 작성한다. 구체적으로, 도 3의 (a)에서 Ready 및 ARM Down은 설비 상태를 나타내는 것이고, E_ARMUP 및 E_ARMDown은 상태 전이 조건을 나타낸다.
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 오류 의사결정 테이블을 통해 검증해야 하는 제어 오류를 명세한다. 구체적으로, 도 3의 (b)에서 Condition은 상태 차트에서의 설비 상태와 동일하고, Event는 상태 차트에서의 상태 전이 조건과 동일하다. 또한, Action은 해당 오류가 발생한 경우 화면을 통해 사용자에게 표시하는 작업을 나타낸다.
예를 들어, 대상 설비의 현재 설비 상태가 Ready인데, E_ARMup이라는 상이한 이벤트가 발생하면 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 오류 의사결정 테이블에서 해당 부분에 제1 유형의 표시(예컨대, v 표시)가 된다. 그러나, 실제로 암이 더 이상 올라가면 안되는 상황으로, 해당 시퀀스 오류가 발생하면 암 부분이 크래쉬되어 부서지게 된다. 따라서, Action에서 해당 시퀀스 오류가 발생한 경우, 해당 시퀀스 오류를 화면을 통해 사용자에게 제2 유형의 표시(예컨대, Crash Message)로 제공하게 된다.
상술한 바와 같은 상태 차트 및 오류 의사결정 테이블을 작성하기 위해, 대상 설비의 상태에 대한 정보, 시퀀스 오류 발생에 대한 정의, 그리고 오류 발생시 조치 내용이 사전에 준비되어야 하며, PLC와 같은 제어 소프트웨어로부터 상태 전이 조건을 위한 데이터가 제공되어야 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 철강공정 가상공장 레이들 설비의 상태 차트를 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 철강공정 가상공장 레이들 설비의 오류 의사결정 테이블을 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 레이들 설비의 상태 차트는 9개의 상태와 11개의 전이 조건으로 구성되어 있다.
도 5에서 Exception이라고 기재된 부분은 도 3을 참조하여 상술한 Action과 동일하며, 해당하는 명칭의 오류가 발생하면 등록된 Action을 수행하게 된다. 여기서, Action은 대상 설비마다 상이하며, 이에 대한 정보는 해당 설비에 대해 축적된 데이터를 기초로 기 정의될 수 있다. 더 나아가, 오류에 대한 Action이 이에 상응하는 작업 지시 및 오류 수정 절차를 포함하도록 정의되면, 이를 활용하려 교육 및 오류 수정을 위해 도움이 되는 자료로서 축적할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에서는 철강공정 가상공장 시뮬레이션에 적용되는 경우를 설명하였으나, 연속적인 흐름이 발생되는 원료(예를 들어, 석유 제품), 화학 등의 연속흐름공정 시뮬레이션으로 확장 가능하다.
또한, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 가상공장 시뮬레이션에 연결된 PLC의 시퀸스 진행에 따라 시퀸스의 흐름에 맞지 않는 부분을 찾을 수 있고, 임의로 발생한 오류에 대해서 정상적인 대응이 가능한 프로그램인지 검증할 수 있게 된다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
100: OPC 서버노드
110: 공유 메모리 장치
200: VD 제어노드
210: 조정 시스템
220: VD 제어부
230: HMI/작동 패널
240: 로직 계산부
300: VD 노드
310: 3D 표현 시스템
320: 가상 설비 뷰어
330: VD 동작 시뮬레이터
340: 로직 계산부

Claims (6)

  1. 대상 설비에 대한 설비 상태 및 상태 전이 조건을 나타내는 상태차트와, 제어 검증 조건을 나타내는 오류 의사결정 테이블을 저장하는 단계;
    가상공장 시뮬레이션의 수행 중, 상기 상태차트 및 상기 오류 의사결정 테이블을 참조하여, 상기 설비 상태 및 상태 전이 조건 사이의 상관관계를 고려하여 상기 가상공장 시뮬레이션의 시퀀스 오류를 검출하는 단계; 및
    검출된 시퀀스 오류에 대해 기 정의된 액션을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 설비 상태는 특정 시점에 상기 대상 설비가 처해 있는 상황이고, 상기 상태 전이 조건은 상기 대상 설비가 하나의 상태에서 다른 상태로 전이하기 위한 조건이고,
    상기 대상 설비의 현재 설비 상태와 상이한 이벤트가 발생하면 상기 오류 의사결정 테이블에 제1 유형의 표시를　하고, 상기 오류 의사결정 테이블 내에 포함된 상기 상이한 이벤트에 해당하는 해당 시퀀스 오류를 사용자에게 제2 유형의 표시로 제공하는 것을 특징으로 하는 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시퀀스 오류를 검출하는 단계는,
    상기 대상 설비의 상태를 모니터링하면서 상기 대상 설비가 상기 오류 의사결정 테이블에 제어 오류로서 정의된 동작을 수행할 경우 시퀀스 오류로 검출하는 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 기 정의된 액션을 수행하는 단계는,
    상기 오류 의사결정 테이블에 정의된 작업 지시화면을 출력하는 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 기 정의된 액션을 수행하는 단계는,
    상기 오류 의사결정 테이블에 정의된 예외상황 처리 방법을 수행하는 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 시퀀스 오류를 검출하는 단계 이전에,
    상기 가상공장 시뮬레이션의 수행 중에 상기 제어 오류로 정의된 동작을 발생시키는 단계를 더 포함하는 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    발생시킨 제어 오류에 대한 검출 및 기 정의된 대응이 수행되는지 검증하는 단계를 더 포함하는 가상공장 시퀀스 오류 검출 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002366206A (ja) * 2001-06-13 2002-12-20 Mazda Motor Corp シミュレーション方法及びその装置
KR20110118927A (ko) * 2010-04-26 2011-11-02 주식회사 미라콤아이앤씨 반도체 설비 이벤트 오류 검출 방법 및 이를 이용한 반도체 설비 제어 시스템

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