KR101551292B1

KR101551292B1 - 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템

Info

Publication number: KR101551292B1
Application number: KR1020150112977A
Authority: KR
Inventors: 일 석 서
Original assignee: 대진 시스템(주)
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2015-09-10

Abstract

본 발명은 원격지의 각종 계측기와 맞물린 수집장비 내부에 두개의 제어유닛을 내장하여 한쪽에서 메인제어를 수행하다 과부하가 걸릴 경우 다른쪽에서 연속으로 제어를 수행하도록 하고, 또한 계측량이 많을 경우 양쪽 제어유닛에서 분산처리할 수 있도록 각 제어유닛을 이중CPU로 구성하고, 전원제어부에서 주제어유닛 및 보조제어유닛을 감시하다가 전원이 차단되면 전원공급부를 리셋시켜 전원을 재개시키고 이때 주제어유닛 및 보조제어유닛으로 전원을 순차투입하여 재가동시키는 특징으로 인하여 기술자의 파견이 불필요한 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 원격지에 구비된 다수의 계측기들이 수집장비와 연결되고, 상기 수집장비는 모뎀을 통하여 메인서버와 연결되며, 상기 수집장비에는 상기 계측기들의 계측값을 연산하는 두개의 제어부가 구비되고, 이를 기록하는 저장부가 구비된 이중제어 계측 시스템에 있어서, 상기 수집장비는 주제어부와 보조제어부로 구성되는데, 상기 주제어부 및 보조제어부는 하나의 입력부를 통하여 각 계측기와 일대일로 연결되고, 하나의 출력부를 통하여 모뎀과 연결되며; 상기 주제어부 및 보조제어부의 처리속도를 검출하는 처리속도검출부가 구비되고, 상기 처리속도검출부에서 검출되는 실시간 처리속도와 기준 처리속도를 비교하여 오차범위를 측정하는 처리속도비교부가 구비되며; 상기 처리속도비교부의 측정값에 따라 상기 주제어부 및 상기 보조제어부로 공급되는 전원을 제어하는 전원제어부가 구비된 특징이 있다.

Description

자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템{Dual Control and Instrumentation Systems}

본 발명은 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원격지의 각종 계측기와 맞물린 수집장비 내부에 두개의 제어유닛을 내장하여 한쪽에서 메인제어를 수행하다 과부하가 걸릴 경우 다른쪽에서 연속으로 제어를 수행하도록 하고, 또한 계측량이 많을 경우 양쪽 제어유닛에서 분산처리할 수 있도록 각 제어유닛을 이중CPU로 구성하고, 전원제어부에서 주제어유닛 및 보조제어유닛을 감시하다가 전원이 차단되면 전원공급부를 리셋시켜 전원을 재개시키고 이때 주제어유닛 및 보조제어유닛으로 전원을 순차투입하여 재가동시키는 특징으로 인하여 기술자의 파견이 불필요한 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템에 관한 것이다.

일반적으로 상, 하수처리 원격 감시제어 설비, 소각로 설비, 대기 및 수질 등 환경감시 설비 등에서는 상시 감시상태를 유지하고 있어야 정확한 원격감시를 수행할 수 있다. 이러한 원격 감시를 위해서 통상 내부 네트워크인 이더넷(Ethernet)을 이용하여 감시시스템의 네트워크를 구성하고 있다. 그런데 현장 감시제어장치에 있어서 감시제어용 통신선로는 실내 네트워크와는 달리 진동 분진, 습기, 고전압선로 등의 주변 환경조건이 열악하여 각 현장 원격스테이션과 중앙감시장치간의 선로를 안정적으로 유지시킬 필요가 있다.

따라서 선로를 이중화하여 통신 선로의 에러발생에 대비하기 위한 선로 이중화 시스템이 사용되고 있다. 예를 들면 로컬 스테이션과 감시 시스템 사이에 이중화 선로로 이더넷 네트워크가 구성되고, 로컬 스테이션은 두개 라인의 선로와 각각 통신하기 위한 두개의 통신장치가 구비되고, PLC 등의 로컬 제어장치에도 2개의 통신장치와 연결하기 위하여 단일선로 방식에 비해 더 많은 수의 입/출력 포트들이 구비되어 구성된다. 이와 같이 이중화 선로로 시스템을 구성하는 경우, 데이터 통신에서는 안전성이 확보되나 2개의 선로와 각기 통신하기 위한 통신장치가 이중으로 구성되어야 하고 그 이중으로 구성되는 통신장치들이 마스터와 슬레이브로서 동작하기 위해서는 마이크로프로세서를 기반으로 소프트웨어에 의해 선로 스위칭을 하도록 구성된다.

종래 등록특허번호 제10-0644285호(출원일: 2004년 03월 30일)에는 "산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 종래의 기술에 따른 산업용 감시제어 장치의 선로 이중화 장치는, 현장의 PLC/RTU 등의 로컬스테이션과, PC기반의 감시시스템간의 네트워크 통신 선로인 이더넷 네트워크 선로를 이중화 선로로 구성한다. 그리고 로컬 스테이션과 감시시스템에는 각각 이중화 선로를 통해 선택 스위칭하여 데이터 송수신 처리를 하는 이중화 네트워크 변환장치(RNU)를 각각 설치하여 구성한다.

상기 이중화 네트워크 변환장치(RNU)는 두개의 이더넷 라인의 데이터를 잡음 처리한 후, 양쪽 라인 중에서 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽 라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인 쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭하도록 이루어진다.

그러나 이러한 이중화 시스템은 별도의 제어장치에 의해 이중화 동작을 위한 제어를 받고, 상기 이중화 시스템의 제어는 프로세서를 사용하여 제어하며 프로세서가 서브-시스템의 상태를 주기적으로 감시하며, 한쪽의 서브-시스템에 이상이 발생하면 다른 쪽의 서브-시스템으로 동작을 전환시켜 시스템의 동작을 정상적으로 유지시키도록 제어해준다. 때문에 제어 프로세서의 과부하로 인하여 이중화 동작을 원활하게 수행하기 어렵게 되고, 또한 제어프로세서의 고장시 계측데이터를 메인서버로 보내는데 문제가 발생되므로 안정적인 이중화 시스템이 필요하게 되었다.

또한 이중화 시스템으로 공급되는 전원이 차단될 경우 기술자가 현장에 파견되어 전원을 재개시켜야 되므로 인력이 낭비되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 원격지의 각종 계측기와 맞물린 수집장비 내부에 두개의 제어유닛을 내장하여 한쪽에서 메인제어를 수행하다 과부하가 걸릴 경우 다른쪽에서 연속으로 제어를 수행하도록 하고, 또한 계측량이 많을 경우 양쪽 제어유닛에서 분산처리할 수 있도록 각 제어유닛을 이중CPU로 구성하고, 전원제어부에서 주제어유닛 및 보조제어유닛을 감시하다가 전원이 차단되면 전원공급부를 리셋시켜 전원을 재개시키고 이때 주제어유닛 및 보조제어유닛으로 전원을 순차투입하여 재가동시키는 특징으로 인하여 기술자의 파견이 불필요한 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템을 제공함에 있다.

이를 위하여 본 발명은 원격지에 구비된 다수의 계측기들이 수집장비와 연결되고, 상기 수집장비는 모뎀을 통하여 메인서버와 연결되며, 상기 수집장비에는 상기 계측기들의 계측값을 연산하는 두개의 제어부가 구비되고, 이를 기록하는 저장부가 구비된 이중제어 계측 시스템에 있어서, 상기 수집장비는 주제어부와 보조제어부로 구성되는데, 상기 주제어부 및 보조제어부는 하나의 입력부를 통하여 각 계측기와 일대일로 연결되고, 하나의 출력부를 통하여 모뎀과 연결되며; 상기 주제어부 및 보조제어부의 처리속도를 검출하는 처리속도검출부가 구비되고, 상기 처리속도검출부에서 검출되는 실시간 처리속도와 기준 처리속도를 비교하여 오차범위를 측정하는 처리속도비교부가 구비되며; 상기 처리속도비교부의 측정값에 따라 상기 주제어부 및 상기 보조제어부로 공급되는 전원을 제어하는 전원제어부가 구비된 특징이 있다.

본 발명에 따르면 원격지의 각종 계측기들이 수집장비와 맞물려 각종 계측데이터를 메인서버로 송출하게 되는데, 상기 수집장비는 각종 계측기의 데이터를 처리하기 위해 계속 작동되다 보니 과부하가 걸리는 경우가 발생된다.

특히 메인서버에서 각 계측기들의 데이터를 동시에 요청할 경우 수집장비의 제어부(CPU)는 연산 과부하로 인하여 과열되는데, 이때 열을 발산시키기 위해 냉각팬이 계속 작동되야 하는 문제점이 있다. 이를 감안하여 본 발명 한 실시예는 이중 제어유닛이 구비된다.

주제어유닛과 보조제어유닛은 이중으로 연산을 수행한다. 특히 주제어유닛은 메인서버와 연결되어 각종 계측기들의 계측량을 연산하고 송출하는 기능을 수행한다. 주제어유닛에 과부하가 걸려 처리속도가 정상 이하로 내려갈 경우 보조제어유닛이 작동되어 주제어유닛의 연산을 일부 분담처리한다. 이를 위하여 각 제어유닛들은 이중CPU로 구성된다. 주제어유닛의 이중CPU는 연산처리를 분담하는데, 이때 과부하가 걸릴 경우 상기 보조제어유닛의 이중CPU가 연산처리를 넘겨받아 수행하므로 각 제어유닛들에 과부하가 걸리지 않는다.

따라서 주제어유닛의 과부하가 경감되는 이점이 있으며, 특히 보조제어유닛은 주제어유닛에 과부하가 걸리지 않더라도 주기적으로 주제어유닛에서 수행하던 연산을 처리하므로 주제어유닛의 성능이 저하되지 않는다. 그리고 각 제어유닛으로 공급되는 전원이 차단될 경우 전원제어부에서 이를 감지하여 전원공급부를 리셋시키고 또한 각 제어유닛들로 전원을 순차투입하여 자동으로 복구시키기 때문에 현장에 기술자를 파견할 필요가 없는 등의 이점이 있다.

도 1은 본 발명 한 실시예의 제어시스템의 개념도
도 2은 본 발명 한 실시예의 수집장비의 블록도
도 3은 본 발명 한 실시예의 수집장비의 흐름도

도 1 내지 도 3에서 본 발명 한 실시예의 계측시스템은 메인서버(100)와 모뎀(200)(201)을 통하여 수집장비(300)가 연결된다. 상기 수집장비는 PLC 또는 RTU로 구성된 것으로서, 각종 유량, 유속 및 전류량을 계측할 수 있는 계측기(301)들의 계측값을 취득하여 메인서버(100)로 보내기 위한 것으로서, 상기 수집장비(300)는 인터넷 접속 비용이 저렴한 유동IP를 사용하여 인터넷 운영업체(ISP)가 제공하는 ADSL 같은 인터넷망에 모뎀(200)(201)으로 연결되거나 또는 전용선으로 메인서버(100)와 연결된다.

상기 모뎀(201)과 수집장비(300)는 TCP/IP 프로토콜 방식으로 연결되며, 상기 수집장비(300)와 계측기(301)는 RS232 시리얼 방식으로 연결된다. 상기 수집장비(300) 내부에는 주제어유닛(400)과 보조제어유닛(401)이 내장된다. 이들 제어유닛(400)(401)은 다수의 계측기(301)와 일대일로 연결된다. 즉 주제어유닛(400)은 각 계측기(301)와 입력부(402)를 통하여 연결되고 주제어유닛(400)에서 처리된 데이터는 저장부(405)에 저장되며, 처리속도를 감시하는 처리속도검출부(406)가 구비된다. 그리고 검출된 처리속도를 기준속도와 비교하는 처리속도비교부(407)가 구비된다.

또한 상기 보조제어유닛(401)은 각 계측기(301)와 입력부(404)를 통하여 연결되고 처리된 데이터를 상기 저장부(405)에 저장한다. 그리고 상기 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)은 하나의 출력부(408)를 통하여 모뎀(201)과 연결된다. 여기서 주제어유닛(400)과 보조제어유닛(401)은 하나의 입력부(404)와 저장부(405)를 공유한다.

그리고 상기 주제어유닛(400)은 이중CPU로 구성되어 제1연산부(400a)와 제2연산부(400b)를 갖는다. 또한 상기 보조제어유닛(401)도 이중CPU로 구성되어 제1연산부(401a)와 제2연산부(401b)를 갖는다. 이들 제1,2연산부(400a)(400b)(401a)(401b)들은 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)이 과열될때 연산을 분담하는 역할을 한다.

또한 상기 주제어유닛(400)과 보조제어유닛(401)은 전원공급부(402) 및 전원제어부(403)를 통하여 전원이 공급되는데, 상기 전원제어부(402)는 주제어유닛(400)의 동작을 중지시키고 보조제어유닛(401)이 동작되도록 하거나 또는 반대로 보조제어유닛(401)의 동작을 중지시키고 주제어유닛(400)이 동작되도록 스위칭 제어한다. 이를 위하여 상기 전원제어부(403)는 전원제어 및 감시의 역할을 하는 것으로서, 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)의 통신에 문제가 발생되면 이를 감지하여 문제가 된 부분으로 공급되는 전원을 차단하는 기능을 갖는다.

또한 상기 전원제어부(403)는 각 제어유닛(400)(401)으로 공급되는 전원이 차단되었을때 전원공급부(402)를 리셋시켜 재가동 시킨다. 그리고 상기 주제어유닛(400)으로 먼저 전원을 공급하여 기동시키고 이후 상기 보조제어유닛(401)으로 전원을 공급하여 기동시키는 전원순차투입의 기능을 갖는다. 따라서 기술자가 현장에서 직접 가서 각 제어유닛(400)(401)들로 전원이 공급되도록 조작할 필요가 없다.

이처럼 구성된 본 발명 한 실시예는 현지의 각종 계측기(301)에서 발생되는 각종 계측량은 수집장비(300)를 통하여 메인서버(100)로 보내진다. 상기 수집장비(300) 내부에는 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)이 구비되어 수집장비(300)의 흐름을 제어하는데, 기본적으로 주제어유닛(400)이 수집장비(300)의 동작을 제어한다.

상기 주제어유닛(400)은 입력부(404)를 통하여 각종 계측기(301)와 일대일로 연결되어 계측기(301)들의 계측량을 수집한다. 이때 제어유닛(400)(401)들은 계측기(301)들의 계측량을 연산하여 메인서버(100)에서 필요로 하는 값으로 변환시킨다. 메인서버(100)에서 각 계측기(301)들의 계측량을 동시에 요청할 경우 상기 주제어유닛(400)에서 과부하가 걸려 과열되므로 냉각팬이 계속 작동되어야 한다.

상기 주제어유닛(400)은 이중CPU로 구성된 제1연산부(400a) 및 제2연산부(400b)로 구성되므로 과부하가 걸릴 경우 이들 이중CPU에서 연산을 분담한다.

상기 주제어유닛(400)의 이중CPU의 연산에도 불구하고 처리속도가 현저하게 떨어져 계측량을 송출하는데 시간이 소요될 경우, 상기 처리속도검출부(406)는 주제어유닛(400)의 평균적인 처리속도와 현재의 처리속도를 비교하여 저장부(405)에 기록한다. 상기 처리속도비교부(407)는 현재의 처리속도와 정상처리속도를 비교하여 오차범위를 벗어날 경우 이를 전원제어부(403)에 통보한다.

상기 전원제어부(403)는 주제어유닛(400)의 처리속도가 현저하게 떨어질 경우 주제어유닛(400)으로 공급되는 전원을 차단시키고 상기 보조제어유닛(401)이 작동되도록 스위칭 제어한다. 상기 보조제어유닛(401)은 주제어유닛(400)에서 하던 계측연산을 계속 수행한다. 상기 입력부(404)를 통하여 각 계측기(301)들의 데이터를 받아들이고, 상기 저장부(405)에서 계측량이 저장되도록 수집장비(300)를 흐름제어 한다. 이때 상기 보조제어유닛(401)의 이중CPU인 제1연산부(401a)와 제2연산부(401b)가 연산을 분담 처리하여 처리속도의 저하를 막는다.

따라서 보조제어유닛(401)이 흐름제어 하는 동안 주제어유닛(400)은 정지상태에서 과열이 진정되므로 회로를 보호할 수 있다. 상기 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)은 하나의 입력부(402)를 통하여 각 계측기(301)와 병렬로 연결된다. 그리고 출력부(408) 및 저장부(405)를 공유하기 때문에 회로구성이 단순한 이점이 있다. 또한 보조제어유닛(401)과 주제어유닛(400)은 전원제어부(403)로 연결되는데 상기 주제어유닛(400)이 과열되지 않더라도 정기적으로 보조제어유닛(401)이 작동되도록 전원제어부(403)가 흐름제어 하므로 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)이 균일하게 동작되어 어느 한쪽에 과부하가 걸리는 것이 방지되므로 장치의 수명이 연장되는 이점이 있다.

또한 상기 주제어유닛(400) 및 보조제어유닛(401)으로 전원이 공급되지 않아 정지상태에 놓였을 때 이를 전원제어부(403)가 감지하여 전원공급부(402)로 공급되는 전원을 차단하여 전원공급부(402)를 리셋시킨다. 전원공급부(402)가 리셋되면 전원이 각 제어유닛(400)(401)으로 동시에 공급되지 않도록 하기 위하여 상기 전원제어부(403)는 상기 주제어유닛(400)으로 전원이 먼저 공급되어 기동되도록 하고, 이후 상기 보조제어유닛(401)으로 전원이 순차적으로 공급되어 기동되도록 제어한다. 이처럼 전원을 순차적으로 투입하여 각 제어유닛(400)(401)이 충돌되지 않고 정상으로 복구되도록 하기 때문에 기술자를 현장에 파견할 필요가 없다.

100 : 메인서버 200, 201 : 모뎀
300 : 수집장비 301 : 계측기
400 : 주제어부 400a : 제1연산부
400b : 제2연산부 401 : 보조제어부
401a : 제1연산부 401b : 제2연산부
402 : 전원공급부 403 : 전원제어부
404 : 입력부 405 : 저장부
406 : 처리속도검출부 407 : 처리속도비교부
408 : 출력부

Claims

원격지에 구비된 다수의 계측기들이 수집장비와 연결되고, 상기 수집장비는 모뎀을 통하여 메인서버와 연결되며, 상기 수집장비에는 상기 계측기들의 계측값을 연산하는 두개의 제어유닛이 구비되고, 이를 기록하는 저장부가 구비된 이중제어 계측 시스템에 있어서,
상기 수집장비는 주제어유닛과 보조제어유닛으로 구성되는데, 상기 주제어유닛 및 보조제어유닛은 하나의 입력부를 통하여 각 계측기와 일대일로 연결되고, 하나의 출력부를 통하여 모뎀과 연결되며;
상기 주제어유닛 및 보조제어유닛의 처리속도를 검출하는 처리속도검출부가 구비되고, 상기 처리속도검출부에서 검출되는 실시간 처리속도와 기준 처리속도를 비교 측정하는 처리속도비교부가 구비되며;
상기 처리속도비교부의 측정값에 따라 과부하가 걸리지 않도록 상기 주제어유닛 및 상기 보조제어유닛으로 공급되는 전원을 선택적으로 제어하는 전원제어부가 구비됨을 특징으로 하는 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전원제어부는 전원공급부와 연결되며, 상기 주제어유닛 및 보조제어유닛으로 공급되는 전원을 주기적으로 차단하여 상기 주제어유닛 및 보조제어유닛이 번갈아 동작되도록 흐름제어함을 특징으로 하는 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전원제어부는 전원공급부와 연결되며, 상기 주제어유닛 및 보조제어유닛으로 공급되는 전원이 차단되었을때 상기 주제어유닛으로 먼저 전원을 공급하여 기동시키고, 이후 상기 보조제어유닛으로 전원을 순차공급하여 기동시킴을 특징으로 하는 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 주제어유닛 및 보조제어유닛은 이중CPU의 제1연산부 및 제2연산부로 구성되며, 각 제어유닛들은 제1연산부 및 제2연산부에서 연산을 분담처리함을 특징으로 하는 자가복구기능을 갖는 이중제어 계측시스템.