KR101521816B1 - Plc 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법 - Google Patents

Plc 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 발전 단지에서 각각의 풍력 발전기를 제어하기 위한 PLC(Programmable Logic Controller)를 허가된 사용자만이 제어할 수 있는 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것으로, 각각의 풍력 발전기의 제어를 실행하기 위한 다수의 사용자에 대해 제어권을 설정하는 제어권 설정부, 상기 제어권 설정부에 의해 설정된 사용자에 대해서만 제어권한 부여를 통지하는 제어권 통지부를 포함하는 구성을 마련하여, PLC를 동시에 여러 곳에서 제어를 할 수 없게함으로써 PLC의 안전 제어를 실행할 수 있다.

Description

PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법{Control management system for PLC preemptive and method thereof}
본 발명은 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것으로, 특히 풍력 발전 단지에서 각각의 풍력 발전기를 제어하기 위한 PLC(Programmable Logic Controller)를 허가된 사용자만이 제어할 수 있는 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전시스템이란 공기의 유동이 가진 운동에너지를 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시킨 후, 이 기계적 에너지에 의해 발생되는 유도 전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 시스템을 말한다.
이러한 풍력발전시스템은 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되며, 이를 구성하는 요소로는 블레이드(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(Gearbox), 전기를 생산하는 발전기(Generator), 각 구성요소의 동작 온도를 적정하게 조절하여 주는 냉각 및 난방 시스템, 각종 장치를 제어하는 제어기, 브레이크 장치, 전력 제어 시스템, 타워 등으로 구성되어 있다.
상기 제어기에는 주요 설비의 상태 데이터, 설비 가동시간 데이터 등을 취득하고 제어하기 위한 풍력발전용 PLC가 마련된다.
이러한 PLC를 이용하여 풍력 발전기를 제어하는 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 스카다(SCADA) 시스템(111)을 구비한 풍력 발전단지 출력제어 시스템(110)이 연계 변압기와 메인 차단기를 통해서 전력 계통에 연결되며, 풍력 발전단지에는 다수 대의 풍력 발전기(120)들이 마련되고, 각각의 풍력 발전기(120)는 단일 또는 다수의 배전선(104)으로 연결되고, 풍력 발전기(120)의 출력은 풍력 발전 제어기(WTC, Wind Turbine Controller)(121)에 의해서 결정되고, 풍력단지 출력제어 시스템(110)과는 PLC(113)와 네트워크 배선(112)을 통해서 연결된 구조에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 피치 제어시스템, 상기 피치 제어시스템에 의해 제어될 수 있는 피치 드라이브 및 각각의 피치가 상기 피치 드라이브에 의해 제어될 수 있는 복수의 블레이드들을 포함하고, 상기 피치 제어시스템은 인버터 및 주 제어기로부터 전송된 피치 제어신호에 응답하여 상기 인버터를 리셋시킨 후 상기 피치 제어신호에 기초하여 생성된 피치 제어명령을 상기 인버터로 전송할 수 있는 PLC를 마련한 풍력 발전기에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1297082호(2013.08.09 등록) 대한민국 공개특허공보 제2013-0104786호(2013.09.25 공개)
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 제어 변수에 제어 값을 쓰기만 하면 제어가 이루어지고, 제어권을 HMI나 SCADA와 같은 프로그램에서 관리하고 있어 다수의 사용자 단말에 의해 여러 곳에서 동시에 제어를 할 경우 각각의 풍력 발전기의 오동작의 가능성이 있다는 문제점이 있었다.
또 상기와 같은 종래의 기술에서는 제어 변수 접속 경로만 알고 있으면 각각의 PLC를 원격 제어할 수 있기 때문에, 보안 및 안전상 문제가 발생할 가능성이 높다는 문제점도 있었다.
즉, 상술한 종래의 기술에 의해서는 다수의 사용자가 동시에 PLC를 제어하고자 할 때, 제어권한 부여 및 회수 관리를 하지 않으면, 원하는 제어를 정상적으로 수행할 수 없을 뿐 아니라, 보안 및 안전 문제도 야기 될 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 다수의 사용자가 동시에 PLC를 제어하고자 할 때, 제어권한 부여 및 회수 관리를 하여, 원하는 제어를 정상적으로 수행할 수 있는 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 보안 및 안전 문제를 해결할 수 있는 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템은 풍력 발전 단지에 마련된 다수의 풍력 발전기의 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 관리하는 시스템으로서, 각각의 풍력 발전기의 제어를 실행하기 위한 다수의 사용자에 대해 제어권을 설정하는 제어권 설정부, 상기 제어권 설정부에 의해 설정된 사용자에 대해서만 제어권한 부여를 통지하는 제어권 통지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템에 있어서, 상기 제어권 통지부에서 사용자에게 제어권한을 부여한 후, 사용자의 제어 동작상태에 따라 제어권을 회수하도록 유효성을 판단하는 유효성 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템에 있어서, 사용자의 제어권 요청을 위한 변수, 제어권 통지를 위한 변수, 제어 변수를 저장하는 제어변수 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템에 있어서, 상기 제어권에 대한 메시지는 공통키와 클라이언트 키를 이용하여 이중 암호화된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템에 있어서, 상기 메시지는 사용자 정보로서 ID, 성명, 액세스 레벨, 라이센스 만료 일자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템에 있어서, 상기 PLC는 PLC 서버와 PLC 데이터베이스를 포함하고, 상기 제어권 설정부, 제어권 통지부, 유효성 판단부는 상기 PLC 서버에 마련되고, 상기 제어변수 저장부는 PLC 데이터베이스에 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법은 풍력 발전 단지에 마련된 다수의 풍력 발전기의 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 관리하는 방법으로서, (a) 다수의 사용자가 사용자 단말을 통해 PLC의 제어를 위한 제어권을 PLC 서버에 요청하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서의 제어권 요청에 대한 제어권을 예약하는 단계, (c) 예약된 다수의 사용자 중 먼저 예약한 사용자에 대해 PLC의 제어권을 부여하는 단계, (d) 상기 단계 (c)에서 제어권이 부여된 사용자의 PLC 제어 동작 상태의 유효성을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법에 있어서, (e) 상기 단계 (d)에서 사용자의 PLC 제어 동작 상태가 종료되면 제어권을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법에 있어서, 상기 제어권 요청 및 제어권 부여는 공통 키 분배방식과 클라이언트 키를 이용한 2중 암호화 및 비밀 값에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법에 있어서, 상기 비밀 값은 PLC 서버와 사용자 단말을 통한 사용자 간의 약속 값인 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법에 있어서, 상기 단계 (c)에서 상기 비밀 값은 상기 사용자 단말을 통한 사용자로부터 제어권 요청이 있을 시 신규로 생성하여 사용자 단말로 통지하고, 상기 사용자 단말은 주기적으로 비밀 값을 증가시켜서 PLC 서버로 전달하여 제어권을 지속적으로 사용하고 있음을 PLC 서버에 통지하여 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법에 있어서, 상기 PLC 서버는 사용자의 제어권 선점 요청을 받기 위한 변수와 제어권 선점 여부를 판단, 사용자 제어권 저장, 사용자 제어권 지속 사용 통지를 공유하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법에 있어서, 상기 단계 (a)에서의 제어권 요청의 메시지는 사용자 정보로서 ID, 성명, 액세스 레벨, 라이센스 만료 일자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법에 의하면, 제어권과 관련된 모든 메시지를 공통키와 클라이언트 키를 이용하여 이중 암호화가 이루어지게 구성하여 PLC를 동시에 여러 곳에서 제어를 할 수 없게함으로써 PLC의 안전 제어를 실행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또, 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법에 의하면, 제어권 내부에 PLC와 클라이언트 간에 약속한 비밀 값(Nounce) 값을 이용하여 주기적으로 업 데이트함으로써, 네트워크를 통한 제어권 도용을 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 종래의 풍력 발전 단지의 출력 제어 시스템의 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템의 블록도,
도 3은 제어권 요청 메시지의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법을 설명하는 흐름도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템의 블록도 이고, 도 3은 제어권 요청 메시지의 일 예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템에서는 다수의 사용자가 PLC를 동시에 제어하는 것을 방지하기 위하여, PLC에서 제어권을 관리(할당, 회수, 확인)하며, 일정 주기 마다 제어권의 유효성 여부를 체크하여 제어권 할당 후 록킹(locking) 현상을 방지하게 한다.
선점형 제어권 관리를 위한 제어 변수 2개를 PLC에 정의하고 제어를 하기 이전에 제어권 요청 및 제어권 통지 작업을 정상적으로 수행한 후에 제어 변수의 값을 변경해야지만 PLC 제어가 이루어진다.
따라서 제어권 요청 및 통지 절차가 정상적으로 이루어지지 않으면, 제어 변수의 값이 변경되더라도 PLC는 제어 동작을 수행하지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템은 풍력 발전 단지에 마련된 다수의 풍력 발전기의 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 관리하는 시스템으로서, 각각의 풍력 발전기의 제어를 위해 마련된 PLC(10), SCADA 시스템(30), 사용자가 ID 등의 메시지를 입력하여 상기 SCADA 시스템(30)을 통해 PLC에 접근하기 위한 사용자 단말(30)을 포함한다.
상기 PLC(10)는 PLC 서버와 사용자 정보 등을 저장하기 위한 메모리를 구비한 PLC 데이터베이스를 포함한다.
또한 상기 PLC 서버에는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 풍력 발전기의 제어를 실행하기 위한 다수의 사용자에 대해 제어권을 설정하는 제어권 설정부(11), 상기 제어권 설정부(11)에 의해 설정된 사용자에 대해서만 제어권한 부여를 통지하는 제어권 통지부(12), 상기 제어권 통지부(11)에서 사용자에게 제어권한을 부여한 후, 사용자의 제어 동작상태에 따라 제어권을 회수하도록 유효성을 판단하는 유효성 판단부(13)을 포함한다. 상기 PLC 서버는 사용자의 제어권 선점 요청을 받기 위한 변수와 제어권 선점 여부를 판단, 사용자 제어권 저장, 사용자 제어권 지속 사용 통지를 공유한다.
또 상기 PLC 데이터베이스는 사용자의 제어권 요청을 위한 변수, 제어권 통지를 위한 변수, 제어 변수를 저장하는 제어변수 저장부를 구비한다.
상기 메시지는 최소한의 사용자 정보로서 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자 ID, 성명, 액세스 레벨, 라이센스 만료 일자를 포함하며, 이와 같은 제어권에 대한 메시지는 공통키와 클라이언트 키를 이용하여 이중 암호화된다.
즉 제어권 설정부(11)에 의한 제어권 요청 및 제어권 통지부(12)에 의한 제어권한 부여는 공통 키 분배방식과 클라이언트 키를 이용한 2중 암호화 및 비밀 값에 의해 실행되며, 상기 비밀 값은 PLC 서버와 사용자 단말(30)을 통한 사용자 간의 약속 값이다.
이와 같은 비밀 값은 상기 사용자 단말(30)을 통한 사용자로부터 제어권 설정부(11)를 통한 제어권 요청이 있을 시, 제어권 설정부(11)에서 신규로 생성하여 사용자 단말(30)로 통지하고, 상기 사용자 단말(30)은 주기적으로, 예를 들어 10~30초 간격으로 비밀 값을 증가시켜서 PLC 서버의 유효성 판단부(13)로 전달하여 제어권이 현재의 사용자에 의해 지속적으로 사용하고 있음을 유효성 판단부(13)가 인식하게 한다.
다음에 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법을 도 4에 따라 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 방법을 설명하는 흐름도이다.
풍력 발전 단지에 마련된 다수의 풍력 발전기의 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 관리하는 방법으로서,
먼저, 다수의 사용자는 사용자 단말(30) 및 SCADA 시스템(30)을 통해 PLC의 제어를 위한 제어권을 PLC 서버의 제어권 설정부(11)에 요청한다(S10).
이와 같은 제어권 요청의 메시지는 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 최소한의 사용자 정보로서 사용자 단말(30)을 통해 사용자의 ID, 성명, 액세스 레벨, 라이센스 만료 일자를 입력하는 것에 의해 실행된다.
상기 단계 S10에서의 다수의 사용자에 의한 제어권 요청에 대해 일단 제어권을 부여하지 않은 상태(NotUsed)로 하고 제어권 선점 처리를 위한 예약(Reserved)으로 처리한다(S20).
상기 단계 S20에서 예약된 다수의 사용자 중 먼저 예약한 사용자에 대해 제어권 통지부(12)를 통해 PLC의 제어권을 부여한다(S30).
상기 제어권 요청 및 제어권 부여는 공통 키 분배방식과 클라이언트 키를 이용한 2중 암호화 및 비밀 값에 의해 실행되며, 비밀 값은 PLC 서버의 제어권 설정부(11)와 사용자 단말(30)을 통한 사용자 간의 약속 값을 나타낸다.
상기 단계 S30에서 제어권이 부여된 후, 유효성 판단부(13)에서는 사용자의 PLC 제어 동작 상태의 유효성을 판단한다(S40).
상기 단계 S40에서 비밀 값은 상기 사용자 단말(30)을 통한 사용자로부터 제어권 요청이 있을 시 신규로 생성하여 사용자 단말로 통지하고, 상기 사용자 단말은 주기적으로, 예를 들어 10~30초 간격으로 비밀 값을 증가시켜서 PLC 서버의 유효성 판단부(13)로 전달하여 제어권을 지속적으로 사용하고 있음을 PLC 서버에 통지하게 한다.
상기 단계 S40에서 유효성인 것으로 판단되면, 상기 단계 S30으로 진행하여 사용자의 PLC 제어 동작이 계속 실행되며, 상기 단계 S40에서 유효성이 아닌 것으로 판단되면, 즉 사용자의 PLC 제어 동작상태가 종료되면 유효성 판단부(13)은 현재 사용자에 대한 제어권을 회수한다(S50).
상술한 바와 같은 제어권 선점 방식을 구현하기 위해 PLC 서버에서는 2가지 변수를 공유한다.
즉, NotUsed로서, 사용자의 제어권 선점 요청을 받기 위한 변수와 Reserved로서, 제어권 선점 여부를 판단, 사용자 단말(30) 제어권 저장, 사용자 단말(30)에서 제어권 지속 사용 알림(Alive Message)을 공유한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법에 의해 다수의 사용자가 동시에 PLC를 제어하고자 할 때, 제어권한 부여 및 회수 관리를 하여 원하는 제어를 정상적으로 수행할 수 있게 하며, 보안 및 안전 문제를 해결할 수 있다. 이에 따라 네트워크를 통한 제어권 무단 도용을 방지할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 PLC 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법을 사용하는 것에 의해 PLC의 안전 제어를 실행할 수 있다.
10 : PLC
20 : SCADA 시스템
30 : 사용자 단말

Claims (13)

  1. 풍력 발전 단지에 마련된 다수의 풍력 발전기의 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 관리하는 시스템으로서,
    각각의 풍력 발전기의 제어를 실행하기 위한 다수의 사용자에 대해 제어권을 설정하는 제어권 설정부,
    상기 제어권 설정부에 의해 설정된 사용자에 대해서만 제어권한 부여를 통지하는 제어권 통지부,
    상기 제어권 통지부에서 사용자에게 제어권한을 부여한 후, 사용자의 제어 동작상태에 따라 제어권을 회수하도록 유효성을 판단하는 유효성 판단부,
    사용자의 제어권 요청을 위한 변수, 제어권 통지를 위한 변수, 제어 변수를 저장하는 제어변수 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어권에 대한 메시지는 공통키와 클라이언트 키를 이용하여 이중 암호화된 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메시지는 사용자 정보로서 ID, 성명, 액세스 레벨, 라이센스 만료 일자를 포함하는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PLC는 PLC 서버와 PLC 데이터베이스를 포함하고,
    상기 제어권 설정부, 제어권 통지부, 유효성 판단부는 상기 PLC 서버에 마련되고, 상기 제어변수 저장부는 PLC 데이터베이스에 마련되는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 시스템.
  7. 풍력 발전 단지에 마련된 다수의 풍력 발전기의 PLC(Programmable Logic Controller) 제어를 관리하는 방법으로서,
    (a) 다수의 사용자가 사용자 단말을 통해 PLC의 제어를 위한 제어권을 PLC 서버에 요청하는 단계,
    (b) 상기 단계 (a)에서의 제어권 요청에 대한 제어권을 예약하는 단계,
    (c) 예약된 다수의 사용자 중 먼저 예약한 사용자에 대해 PLC의 제어권을 부여하는 단계
    (d) 상기 단계 (c)에서 제어권이 부여된 사용자의 PLC 제어 동작 상태의 유효성을 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 단계 (a) 및 단계 (c)는 제어변수 저장부에 저장된 사용자의 제어권 요청을 위한 변수, 제어권 통지를 위한 변수 및 제어 변수에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (e) 상기 단계 (d)에서 사용자의 PLC 제어 동작 상태가 종료되면 제어권을 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어권 요청 및 제어권 부여는 공통 키 분배방식과 클라이언트 키를 이용한 2중 암호화 및 비밀 값에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 비밀 값은 PLC 서버와 사용자 단말을 통한 사용자 간의 약속 값인 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 상기 비밀 값은 상기 사용자 단말을 통한 사용자로부터 제어권 요청이 있을 시 신규로 생성하여 사용자 단말로 통지하고, 상기 사용자 단말은 주기적으로 비밀 값을 증가시켜서 PLC 서버로 전달하여 제어권을 지속적으로 사용하고 있음을 PLC 서버에 통지하여 실행되는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 PLC 서버는 사용자의 제어권 선점 요청을 받기 위한 변수와 제어권 선점 여부를 판단, 사용자 제어권 저장, 사용자 제어권 지속 사용 통지를 공유하는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서의 제어권 요청의 메시지는 사용자 정보로서 ID, 성명, 액세스 레벨, 라이센스 만료 일자를 포함하는 것을 특징으로 하는 PLC 선점형 제어 관리 방법.
KR1020130127831A 2013-10-25 2013-10-25 Plc 선점형 제어 관리 시스템 및 관리 방법 KR101521816B1 (ko)

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JP2006072808A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Japan Telecom Co Ltd 電子ファイルのアクセス制御システム及びアクセス制御方法
KR20130011654A (ko) * 2011-07-22 2013-01-30 현대중공업 주식회사 풍력발전시스템의 제어 권한 관리 방법

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