KR101564268B1 - 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 hmi장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중화학공업의 공정제어용 DCS, PLC 판넬에 혼입되는 노이즈를 실시간 측정하여 분석하고 종래에는 전용진단 장비로 필요시 전문가에 의해 노이즈 진단밖에 할 수 없던 것을 DCS, PLC 스캔 타임(Scan Time)에 맞게 노이즈 정보를 실시간으로 제공하기 위한 것으로,
본 발명의 노이즈 정보 제공장치는 공정용 HMI에서 비전문가도 쉽게 직접 실시간 노이즈 정보를 확인할 수 있는 것으로, 고비용이며 임시 설치하여 진단하는 장비가 아닌 고정설치 HMI에서 언제든 감시 가능하며, 시뮬레이션 기능을 통해 가상으로 노이즈를 발생시켜 HMI에서 본 장비의 정상가동 여부를 판단할 수 있고, 접지점별 노이즈 정보를 상시 감시하므로서 노이즈 발생 지점을 신속히 판단 및 조치할 수 있다.
또한 스마트폰을 연결하여 어플로 HMI를 대신하여 노이즈 유무 확인 및 가상 노이즈 시뮬레이션을 실행할 수 있다.

Description

공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치{HMI device for monitoring of noise information from process control system}

본 발명은 공정제어 시스템(e.g. DCS(Distributed Control System, 이하 DCS), PLC(Programmable Logic Controller, 이하 PLC))의 제어를 방해하는 노이즈를 HMI(Human Machine Interface, 이하 HMI)에서 직접 확인하여 노이즈가 공정제어에 이상을 초래하는지 여부를 판단할 수 있도록 노이즈 정보를 제공하는 HMI 장치에 관한 것이다.

원료나 재료를 가공하여 제품을 생산하는 중화학공업에서는 목적에 맞게 각종 공정들이 유기적으로 결합되어 있으며 최고의 품질을 얻기 위해 제어를 실시하는바, 제어량에 따라 물리적 현상을 연속적으로 제어하기 위한 것과 시퀀스적인 논리를 제어하기 위한 것으로 나눌 수 있다.

공정규모 및 제어대상의 특성에 따라 공정제어 시스템을 선정하게 되는데, 일반적으로 연속제어는 DCS를 시퀀스제어는 PLC를 공정제어 시스템으로 채택한다.

DCS 및 PLC는 대개 시스템 전용 Room에 설치되어 각 공정의 센서로부터 신호를 수신하고 조작신호를 공정으로 송신하여 제어를 실시하며, 원격지의 운전실에 HMI가 있어 DCS 및 PLC에서 제어하는 상황을 화면을 통해 감시 조작할 수 있도록 구성된다.

DCS 및 PLC 시스템은 주로 대단위 공정을 가진 공장 등에서 사용되므로 공정의 각 요소요소에 설치된 센서와 모터, 밸브 등 장치에 케이블을 연결하여 신호를 주고 받게 되는데 대용량의 전기전자 설비를 사용하는 경우 전자유도 현상 등 다양한 형태로 현장으로부터 노이즈가 유입되어 실제 제어에 사용되는 신호와 함께 DCS 또는 PLC 신호처리장치에 혼입되어 오작동의 원인이 되므로 노이즈 제거를 위한 수단을 적용하여 최소화 시키고 있다.

상기 노이즈 제거 수단은 대지에 접지 봉이나 판을 묻고 접지선을 통해 DCS 또는 PLC Panel에 부착된 접지부스와 연결하여 신호와 함께 혼입되는 노이즈를 접지시키거나 신호처리카드의 노이즈 필터로 영향을 최소화 시키고 있으나, 상기 노이즈 제거 수단이 완벽하더라도 외부영향에 의해 노이즈 제거 기능이 저하되거나 수시로 변할 수 있다는 것이다.

즉, 대지에 묻은 접지봉, 판등의 부식에 의한 접지기능 저하로 대지 고유저항률이 상승될 경우 노이즈가 대지로 방출되는 효율이 떨어져 접지선에 노이즈가 축적됨으로써 신호에 간섭을 주게 된다.

또한, 토양의 온도 습도 변화에 기인하여 대지의 접지저항이 감소될 경우 강한 노이즈를 방출한 접지봉, 판을 통해 인접된 접지봉, 판으로 전달되어 오히려 접지선을 통해 역으로 노이즈 영향을 받게 된다. 상기한 원인 이외에도 논리적으로 입증할 수 없는 많은 경우가 있다.

이와 같이, 공정을 제어하고 있는 DCS 또는 PLC 시스템에 신호와 함께 노이즈 혼입으로 공정 제어상황과 관계없이 공정 값들이 크게 흔들려 공정제어가 불안하게 되는 상황이 발생되며, 이는 모든 수단을 동원하여 제어를 시도해도 평상시 운전 조건대로 제어되지 않으며, 그러한 상황이 발생되는 원인도 알 수 없는바, 제품의 품질 불량은 물론이고 최악의 경우 설비나 인명사고까지 발생될 수 있다.

즉, 상기 노이즈 제거 수단의 문제로 인해 공정제어불량 상황도 원인 모르게 비주기적으로 발생되는 것인바, 노이즈 진단장비는 수천 만원 대 고가이고 장비사용 및 분석에는 전문지식이 필요하며 해당분야 전문인력 초빙에 따른 비용도 만만치 않고 진단을 실시하더라도 비주기적으로 발생되는 노이즈 영향을 포착하는 것이 쉽지 않다.

또한, 산업현장의 공정감시 제어를 위해 설치되는 운전실의 HMI는 연중무휴로 운용되며 상시 운전자가 마주하며 공정상황을 판단하는 장비임에도 DCS 또는 PLC로 혼입되는 노이즈의 영향을 확인할 수 없고, 노이즈에 대한 어떠한 정보도 알 수 없다.

선행기술을 검색하면 노이즈를 측정하여 분석하고 정보를 제공하는 장치에 관한 기술은 다수이나, DCS나 PLC 시스템의 노이즈 측정정보를 분석하여 전송하는 기술은 없다. 또한 선행기술의 장치는 컴퓨터에 해당 응용프로그램을 설치하여 사용하지만 공정제어용 DCS나 PLC의 HMI에는 제어용 응용프로그램만 설치되며, 노이즈 측정분석용 응용프로그램을 설치할 수 없다.

등록번호 10-1263467, 발전소 제어설비 노이즈 감시장치 등록번호 10-1196148, 원격 감시 장치

본 발명은 공정제어용 시스템의 노이즈 측정 및 분석 알고리즘과 HMI에서 실시간 확인 가능하도록 하는 동기화 알고리즘을 구현함으로써 노이즈 신호 포착시 HMI 상에서 노이즈를 실시간 감시할 수 있는 HMI장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 공정제어 시스템으로부터 제어 정보를 수신하여 디스플레이하는 HMI처리부를 포함하는 공정제어 시스템의 HMI장치에 있어서, 마이크로 프로세서 및 다채널 입출력 포트를 포함하고 상기 공정제어 시스템의 접지부스 및 아날로그 입력카드와 연결되어, 공정제어 시스템의 접지부스에서 임피던스 매칭하여 측정된 노이즈 정보를 상기 공정제어 시스템의 스캔 타임에 동기화하여 상기 아날로그 입력카드를 통해 상기 공정제어 시스템에 입력하는 노이즈 정보 제공부; 및 상기 공정제어 시스템과 통신하여 수신한 제어 정보에 대하여 상기 노이즈 정보 혼입여부를 판단하여 경보하는 HMI 경보처리부;를 포함하는, 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 노이즈 정보 제공부는 클럭발생기를 포함하여, 설정된 시간에 따라 노이즈 측정과 입력작업을 포함한 처리 모듈들이 병렬처리 되도록 구성된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 노이즈 정보 제공부는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함하여, 외부에서 컴파일된 처리 모듈을 상기 FPGA에 배포하여 실행하도록 구성되며, 이때 상기 노이즈 정보 제공부는 서버용 통신 포트를 더 포함하여, 외부 서버에서 디자인 및 컴파일하여 송신한 처리모듈을 전송받아 FPGA에서 실행하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 노이즈 정보 제공부는 가상 시뮬레이션 처리 모듈; 가상 주파수를 조절하는 스위치; 상기 가상 주파수의 크기를 조절하는 볼륨; 및 상기 가상 주파수 및 크기를 표시하는 디스플레이;를 더 포함하여, 가상 노이즈를 입력하여 시뮬레이션할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 노이즈 정보 제공부는 스마트 기기용 통신 처리 모듈; 및 스마트 기기용 통신포트; 를 포함하여, 스마트 기기에 설치된 HMI어플을 실행하면 상기 공정제어 시스템의 제어정보 및 노이즈 정보를 확인할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 일 특징에 의하면, HMI 경보처리부는 노이즈 정보 감지시 경보부를 구동하여 사용자에게 노이즈 발생사실을 경보할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 공정제어용으로 사용되는 HMI에서 비전문가도 쉽게 실시간으로 노이즈 정보를 확인할 수 있으며, 고비용의 임시 설치되는 진단 장비가 아닌 고정설치되는 HMI에서 언제든 감시 가능하고, 시뮬레이션 기능을 통해 가상으로 노이즈를 발생시켜 HMI에서 확인하여 장비 신뢰성을 판단할 수 있다.

또한, 접지점을 공정별로 섹터를 구분할 경우 다채널 입출력 포트에 의해 노이즈 발생 지점을 신속히 판단 및 조치할 수 있는바, 노이즈 경보와 공정제어 신호 경보를 비교하여 노이즈 영향에 의해 공정에 이상이 발생되는지도 판단할 수 있게 된다.

HMI 장치는 스마트폰 상의 어플로도 구현될 수 있어 산업상 이용가능성이 극대화될 수 있다.

도 1은 공정제어 시스템과 HMI 간의 기본구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 HMI 장치를 설치한 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 노이즈 정보 제공부의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 병렬처리 모듈의 구동을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 동기화 처리 프로세스에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 HMI처리부 및 HMI경보처리부의 작동 실시예를 나타내는 도면이다.

DCS, PLC와 같은 공정제어 시스템에는 노이즈 측정 및 분석 기능이 없기 때문에 HMI에서 노이즈 감시가 불가한 것인데, 이는 공정의 연속적인 물리량이나 시퀀스적인 논리 값들과 노이즈는 근본적으로 형태가 다르기 때문이다.

즉, DCS, PLC 시스템에서 제어하는 대상은 범위가 정해져 있으나 노이즈는 범위가 없으며, DCS, PLC 시스템에서 사용하는 스캔 타임(Scan Time)(제어주기)과 노이즈의 주기가 맞지 않으므로 노이즈를 측정도 분석도 할 수 없기 때문이다.

또한 노이즈 분석을 진단 장비는 DCS, PLC를 동기화 시킬 수 없기 때문에, DCS, PLC에서 직접 확인할 수 있는 기능을 제공하지 않고 단독의 컴퓨터를 연결해서만 확인 가능하다.

본 발명에 따르면, DCS, PLC의 HMI에서도 범위가 정해져 있지 않은 노이즈를 측정하여 분석하고 범위를 할당한 뒤 DCS, PLC 스캔 타임(Scan Time)과 범위에 맞게 노이즈 정보를 전송할 수 있으며, 실시간으로 HMI 화면에서 확인 가능하다.

전문적이고 고가의 노이즈 진단 장비가 아닌 DCS, PLC 시스템 I/O Module 하나 값 정도의 경제적인 비용투자로 상시 감시가 가능하며, 사용자는 전문기술도 필요 없이 HMI 화면에 보여지는 파형과 경보신호만 확인하면 된다.

이를 위해 본 발명은 노이즈 측정 분석용 알고리즘으로서, DCS, PLC 판넬에 인입되는 모든 신호라인의 노이즈 영향을 측정하여 분석한 정보를 내부 기억장치에 보존한 뒤 DCS, PLC와 동기화 시켜 전송하는 임베디드 시스템을 제공한다.

또한 상기한 노이즈 정보를 DCS, PLC HMI에서 확인하기 위한 노이즈 지시루프 알고리즘과 노이즈 경보발생시 공정제어 다른 값들과 비교하는 알고리즘을 디자인하여 적용한다.

상기한 본 발명의 노이즈 정보 제공장치가 제대로 노이즈 정보를 병렬처리하여 HMI에 보여줄 수 있는지를 가상으로 시뮬레이션 하는 알고리즘이 있으며 이는 본 장치에 스위치, 볼륨 및 디스플레이가 부착되어, 디스플레이를 보면서 스위치로 시뮬레이션 기능수행 여부를 설정하고 볼륨으로 주기와 진폭을 변화시키면서 가상의 노이즈 정보를 발생시켜 HMI에서 볼 수 있도록 한다. 그리고 본 장치를 초기 설치시 DCS와 PLC의 스캔 타임(Scan Time) 동기시간 설정도 스위치와 디스플레이에 의해 가능하다.

아울러 상기한 노이즈 정보 제공장치의 알고리즘 수정과 업그레이드를 수행하기 위한 응용프로그램을 발명하고 DCS, PLC의 HMI와 별도로 전용 컴퓨터에서 응용프로그램을 인스톨하여 사용할 수 있다. 상기한 별도의 컴퓨터를 서버 라고 하며 노이즈 정보 제공부와 이더넷으로 통신한다.

또한 본 발명에 의한 노이즈 정보 제공장치는 스마트 기기용 통신포트가 있으며 이 포트를 통해 스마트폰을 연결하여 전용 HMI어플을 실행하면 HMI와 동일하게 노이즈 정보를 확인할 수 있고, 스마트폰에서 가상 노이즈 시뮬레이션 기능과 DCS와 PLC의 스캔 타임(Scan Time) 동기시간 설정을 수행할 수 있다.

스마트폰의 스캔 타임(Scan Time)은 DCS, PLC와는 다른 개념으로 병렬처리되어 동기화하지 않더라도 실시간 측정되는 노이즈 정보를 그대로 볼 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 DCS, PLC와 HMI는 많은 거리가 떨어져 있으므로 DCS, PLC 판넬에 설치된 본 노이즈 정보 제공장치에 스마트폰을 연결하여 직접 노이즈 정보를 확인하는 것은 시스템을 운용하는 엔지니어 측면에서는 유용한 기능이 되는 것이다.

DCS, PLC 판넬 내부의 접지점을 공정별로 섹터를 구분할 경우 노이즈 정보 제공부는 다채널 입출력 포트 방식이므로 HMI에서 노이즈 경보가 발생할 경우 어느 지점인지 알 수 있으므로 해당 섹터에 대해 보강작업을 수행하여 노이즈 혼입을 차단할 수 있는 장점이 있는 것이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 상세히 설명하되, 본 도면은 본 발명을 쉽게 설명하고자 단순화된 자료일 뿐, 실제 본 발명에 따른 장치는 더욱 세밀하고 과학적으로 설계 및 제작됨을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명에 따른 공정제어 시스템의 기본구성도로서, DCS, PLC 등의 공정제어 시스템(100) 내부는 제조사 및 제어규모에 따라 상이하며 공정제어 시스템(100)은 거리가 떨어진 운전실 등에 HMI(Human Machine Interface)(101)와 연결되며 운전자가 HMI(101) 화면을 통해 공정제어 감시, 조작을 수행한다.

공정제어 시스템(100) 내부에는 CPU 유닛(102)에서 모든 제어를 관장하며, 스캔 타임(Scan Time)은 제어주기로서 제어시스템에 따라 상이하나, 공정제어에 일반적으로 사용하는 DCS는 1 sec 정도이다.

이 의미는 제어시스템에서 공정 값을 읽어서 출력신호를 내보내고 통신을 수행하는 등 모든 작업이 1 sec 안에 이뤄진다는 것으로, 공정값을 1 sec 에 한번만 읽는다는 것이다.

이 경우, 1 sec 보다 짧은 시간에 변화되는 값은 처리하지 못하게 되는데, 노이즈는 1 sec 보다 빠른 시간에 변화가 발생되거나 연속적이지 않으며 1 sec 안에 변화가 종료될 수도 있기 때문이다.

1 sec 보다 빠른 시간으로 스캔 타임(Scan Time)을 설정할 수도 있지만 처리해야 할 데이터 양이 크게 늘어나면 메모리 부하 증가로 시스템 전체 제어에 영향을 끼치므로 공정별로 기능에 따라 신중하게 설계하고 선택하는 것이 요구된다.

CPU 유닛(102) 아래에는 노드 유닛(103)이 있어 입력 모듈(104), 출력 모듈(105)과 통신하여 데이터를 CPU 유닛(102)으로 전송한다.

현장에서 들어오는 신호케이블은 신호선1(108)과 접지선1(110)이 분리되고 신호선1(108)은 입력 단자(106)에 체결되어 신호를 입력 모듈(104)에 전달하여 제어에 사용되게 하고 현장으로 나가는 신호케이블도 신호선2(109)와 접지선2(111)로 분리되어 신호선2(109)는 현장에 설치된 기기를 작동시키게 된다.

스페어 모듈(107)은 일반적으로 공정제어 시스템(100)이 포함하는 여분의 입력 모듈로서 본 발명에서 아날로그 입력카드를 장착하여 활용한다.

대지에는 접지봉(또는 판)(113)이 묻혀 있고, 공정제어 시스템(100) 내부 접지부스(112)와 연결되며 접지부스(112)에 공정제어 시스템(100) 내부 접지선(110, 111)이 연결된다.

현장에서 공정제어 시스템(100)로 입출력되는 신호에 노이즈가 혼입될 수 있으므로 신호선(108, 109)과 접지선(110, 111)을 분리하여 노이즈를 대지로 접지시킨다.

상술한 바와 같이 접지봉(113)이 대지내부 환경에 따라 부식되거나 인접한 접지 점으로부터 강한 노이즈가 역으로 혼입되는 등 다양한 원인으로 노이즈가 신호에 중첩되어 마치 제어 신호인 것 같이 입력 모듈(104)에 입력됨으로써 정상제어를 교란시킨다.

도 2는 상기한 노이즈 영향을 실시간으로 측정하고 분석하여 운전실의 HMI(101)에서 볼 수 있게 하기 위하여, 공정제어 시스템(100) 내부에 노이즈 정보 제공부(200)을 설치한 실시예이다.

노이즈 정보 제공부(200)는 입력 포트(305)에 측정봉(207)을 연결하여 접지부스(112)에 부착하고 접지부스(112)에 발생되는 노이즈를 측정할 수 있도록 한다. 이때 미세한 노이즈 측정 및 왜곡을 방지하기 위해 입력 포트(305)와 임피던스 매칭시킨다.

접지부스(112)의 상황을 실시간 측정 분석한 신호를 출력 포트(308)를 통해 노이즈 주파수는 아날로그 입력카드1(201), 노이즈 크기는 아날로그 입력카드2(202)에 전송하여 HMI 처리부(600)에서 파형과 크기를 확인할 수 있도록 구성하도록 한다.

노이즈를 가상으로 시뮬레이션할 경우 노이즈 정보 제공부(200)에 부착된 디스플레이(206)을 보면서 스위치(203)로 선택하고, 노이즈 주파수를 볼륨(204)로 조정한다. 또한 스마트폰과 연결을 위한 스마트 기기용 통신포트(205)가 더 포함될 수 있고, 외부 서버(미도시)와는 이더넷 포트(208)를 통해 통신한다.

도 3은 노이즈 정보 제공부(200)의 구성도이다.

노이즈 정보 제공부(200)의 처리 모듈(알고리즘)은 서버에서 프로그램으로 디자인한 후 컴파일하고 노이즈 정보 제공부(200)의 FPGA(Field Programmable Gate Array)(304)에 배포하면 리얼 타임으로 마이크로 프로세서(300)에서 클럭 발생기(301) 기준 Clock으로 상기 처리 모듈들이 병렬처리된다.

접지부스(112)에 연결된 측정봉(207)에서 측정한 접지부스의 전기적 변화는 입력 포트(305)와 입력처리 멀티플렉서(306)를 경유하여 마이크로 프로세서(300)에서 FPGA(304)의 처리모듈에 의거 분석을 실시한다.

노이즈는 대개 하나의 정형적인 신호가 아니고 여러 다양한 신호들이 혼재되므로 FFT(고속푸리에변환) 프로그램으로 파형을 분석하고 스펙트럼화 프로그램으로 모든 노이즈를 주파수대 별로 추출하여 메모리(302)로 전송 및 기억시킨다.

상기 노이즈는 1sec 보다 짧은 시간에 생성, 소멸 될 수 있으므로 처리모듈에 의해 수 usec ~ 수십 usec 주기로 노이즈를 측정 분석하도록 구성한다.

분석된 노이즈는 다양한 주파수대의 많은 정보가 발생될 수 있으므로 이를 발생 순서별로 메모리(302)에 저장하고 저장된 분석값은 주파수와 크기가 분리된 후, FPGA(304) 처리모듈에 의거 공정제어 시스템(DCS, PLC) 스캔 타임(스캔 타임(Scan Time))에 동기화시켜 출력처리 멀티플렉서(307), 출력 포트(308)를 통해 아날로그 입력카드(201, 202) 입력방식에 따라 전압 또는 전류신호로 변환되어 전송할 수 있도록 구성한다.

메모리(302)로부터 저장순서에 따라 전송된 주파수 및 크기 값은 메모리(302)에서 Clear 됨과 동시에 하드디스크(303)에 저장되어 하드디스크(303) 용량에 따라 장시간 보존이 가능하며, 필요시 서버 또는 스마트폰의 파일탐색기를 이용하여 히스토리를 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 노이즈 주파수는 아날로그 입력카드1(201)로, 노이즈 크기는 아날로그 입력카드2(202)에 전송한다면 HMI처리부(600)에 의해 노이즈 주파수와 크기를 HMI(101)에서 확인할 수 있다.

FPGA(304) 처리모듈에는 노이즈 가상 시뮬레이션을 위한 처리모듈이 포함되며, 노이즈 정보 제공부의 스위치(203) 조작에 의해 작동되어, 기존 노이즈 측정, 분석을 중지하고 시뮬레이션 모드로 전환된다.

노이즈 가상신호 주파수는 볼륨(204)에 의거 변경되며 이런 상황은 디스플레이(206)에서 확인하면서 조작하고, 운전실의 HMI(101)에서도 볼 수 있다.

스마트 기기(e.g. 스마트폰) 또는 서버와 통신을 위한 처리 모듈도 포함될 수 있으며, 스마트 기기와는 스마트 기기용 통신포트(205)로, 서버와는 이더넷 등의 서버용 통신 포트(208)와 연결한다.

스마트 기기에서 노이즈 정보 제공부(200)과 통신 및 작동 확인, 조작을 위해서는 전용 어플을 디자인하여 적용하며 노이즈 정보를 그대로 볼 수 있다.

이와 같이, 서버는 노이즈 측정, 노이즈 동기화 입력, 가상 시뮬레이션 및 외부기기 통신을 위한 처리 모듈들을 디자인 및 컴파일하여 FPGA(304)에 탑재하고, 노이즈 정보 제공부(100)는 해당 처리모듈들이 병렬처리 되도록 한다.

병렬처리란, 도 4와 같이, 4개의 루프가 각각 다른 시간으로 실행될 수 있다는 것을 말한다. 예로서 루프1(400)은 10 usec(404), 루프2(401)은 1 sec(405), 루프3(402)는 100 msec(406), 루프4(403)는 100msec(407)로 각각 다른 시간으로 별개의 알고리즘을 수행할 수 있다.

루프1(400)은 10 usec(404)의 빠른 시간으로 노이즈를 측정 처리모듈로서, FFT 파형분석 및 필터링과 스펙트럼화 프로그램을 수행하는 알고리즘을 의미하며, 루프2(401)에 정보를 제공하기 위해 메모리(302)에 저장한다.

루프2(401)는 1 sec(405)로 공정제어 시스템(DCS, PLC) 스캔타임(스캔 타임(Scan Time))에 맞게 주파수와 크기 데이터를 출력 포트(308)를 통해 입력 모듈(104)에 전송하고 전송된 정보는 메모리(302)에서 제거하기 위한 알고리즘이다.

루프3(402)는 가상 시뮬레이션을 수행하기 위한 알고리즘이며, 루프4(403)은 스마트폰 및 서버와 통신을 위한 알고리즘이다.

도 5는 노이즈 정보 제공부(200)의 상술한 동기화 처리과정을 루프 1과 루프 2를 적용하여 나타낸 순서도이다.

상술한 바와 같이 공정 제어 시스템(DCS, PLC)은 스캔 타임에 의거 공정값을 읽어 들여 제어에 사용하는데 노이즈는 스캔 타임(Scan Time) 보다 빠른 시간에 생성, 소멸될 수 있으므로, 빠른 속도로 노이즈를 측정 분석하여 DCS, PLC의 스캔 타임(Scan Time)에 맞춰 노이즈 정보를 제공하는 것이 본 발명의 기술적 특징인바, 이를 위해서는 동기화가 필요하다.

동기화 프로세스는 전원공급과 동시에 시작(s500)되며, 병렬처리로 실행된다.

루프1 수행(s501) 명령에 의거 접지점 측정(s502) 값이 본 장치(200)에 입력되고 FFT 분석(s503)과 스펙트럼화(s504)를 통해 노이즈 검출(s505)여부를 판단하고, 노이즈가 검출될 경우 주파수와 크기로 분리하여 주파수 Data는 메모리1에 저장(s506)하고 저장순서 별로 루프2로 전송(s507)하는데, 이때 크기 Data는 메모리2에 저장(s508)하고 저장순서 별로 루프2로 전송(s509) 한다.

메모리 저장은 FIFO 방식을 이용하여 발생된 순서별로 저장하고 먼저 저장된 값이 먼저 출력된다.

메모리를 원활하게 관리하기 위해 메모리 사이즈에 의거 저장 후 출력된 값은 메모리에서 제거되며 동시에 하드디스크에 보존된다.

하드디스크 용량에 따라 보존기간이 결정되며 하드디스크 용량이 가득 찰 경우 처음 값이 자동 Clear 되도록 프로그램한다.

루프2 수행(s510) 알고리즘에서는 루프1 수행(s501) 에서 메모리1 및 메모리2를 체크(s511, s517)하여 주파수 Data(s512)와 크기 Data(s518) 가 있을 경우 출력포맷을 결정(s513, s519)한다.

출력포맷이란, 공정제어 시스템(DCS PLC)의 아날로그 입력카드(201,202)의 입력 Data 처리 방식에 맞춰 출력값을 정한다는 것으로 노이즈 정보 제공부(200)를 설치 전 정보를 확인하여 엔지니어가 셋팅할 수 있다.

출력 포맷 결정(s513, s519)된 주파수 및 크기 값은 공정제어 시스템(DCS, PLC)로 전송(s514, s520) 되며 전송되는 주기는 공정제어 시스템(DCS, PLC)의 스캔 타임(Scan Time)(s515, s521) 동안 유지되게 하여 충분히 노이즈 주파수 및 크기 값을 읽어갈 수 있게 함으로써 공정제어 시스템(100)과의 동기화를 구현한다.

전송된 주파수 및 크기 값은 메모리에서 Clear(s516, s522) 되며 동시에 하드디스크(303)에 저장되며 종료(s523) 된다.

도 6는 본 발명에 따른 HMI 화면의 일실시예를 나타내는 도면이다.

동기화 처리에 의해 스캔 타임(Scan Time)에 맞게 공정제어 시스템(DCS, PLC)으로 입력된 주파수와 크기 값은 HMI지시알고리즘을 포함한 HMI 처리부(600)에 의거 HMI 화면상에 주파수와 크기가 표시되며(601, 602), HMI경보 알고리즘을 포함한 HMI 경보처리부(603)에 의해 노이즈 포착과 동시에 노이즈 혼입 여부를 알리도록 경보부(604)를 구동하여 노이즈 영향에 의해 공정값 들이 변화되는지 판단할 수 있게 하고 후속 조치를 수행할 수 있는 기준을 제시하게 한다.

(100) 공정제어 시스템
(101) HMI
(102) CPU 유닛
(103) 노드(Node) 유닛
(104) 입력 모듈
(105) 출력 모듈
(106) 입력 단자
(107) 스페어(Spare) 모듈
(108) 신호선1
(109) 신호선2
(110) 접지선1
(111) 접지선2
(112) 접지부스
(113) 접지봉
(200) 노이즈 정보 제공부
(201) 아날로그 입력카드1
(202) 아날로그 입력카드2
(203) 스위치
(204) 볼륨
(205) 스마트 기기용 통신포트
(206) 디스플레이
(207) 측정봉
(208) 서버용 통신포트
(300) 마이크로 프로세서
(301) 클럭 발생기
(302) 메모리
(303) 하드디스크
(304) FPGA
(305) 입력 포트
(306) 입력처리 멀티플렉서
(307) 출력처리 멀티플렉서
(308) 출력 포트
(400) 루프1
(401) 루프2
(402) 루프3
(403) 루프4
(404) 10 usec 타이머
(405) 1 sec 타이머
(406) 100 msec 타이머
(407) 100 msec 타이머
(600) HMI 처리부
(603) HMI 경보처리부
(604) 경보부

Claims (7)

1. 공정제어 시스템으로부터 제어 정보를 수신하여 디스플레이하는 HMI처리부를 포함하는 공정제어 시스템의 HMI장치에 있어서,
   마이크로 프로세서 및 다채널 입출력 포트를 포함하고 상기 공정제어 시스템의 접지부스 및 아날로그 입력카드와 연결되며, 공정제어 시스템의 접지부스에서 임피던스 매칭하여 측정된 노이즈 정보를 상기 공정제어 시스템의 스캔 타임에 동기화하여 상기 아날로그 입력카드를 통해 상기 공정제어 시스템에 입력하는 노이즈 정보 제공부; 및
   상기 공정제어 시스템과 통신하여 수신한 제어 정보에 대하여 상기 노이즈 정보 혼입여부를 판단하여 경보하는 HMI 경보처리부;를 포함하는, 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 노이즈 정보 제공부는 클럭 발생기를 포함하여, 설정된 시간에 따라 노이즈 측정과 입력작업을 포함한 처리 모듈들이 병렬처리 되도록 구성된 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 노이즈 정보 제공부는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함하여, 외부에서 컴파일된 처리 모듈을 상기 FPGA에 배포하여 실행하도록 구성된 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 노이즈 정보 제공부는 가상 시뮬레이션 처리 모듈; 가상 주파수를 조절하는 스위치; 상기 가상 주파수의 크기를 조절하는 볼륨; 및 상기 가상 주파수 및 크기를 표시하는 디스플레이;를 더 포함하여, 가상 노이즈를 입력하여 시뮬레이션할 수 있도록 구성된 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 노이즈 정보 제공부는 스마트 기기용 통신 처리 모듈; 및 스마트 기기용 통신포트; 를 포함하여, 스마트 기기에 설치된 HMI어플을 실행하면 상기 공정제어 시스템의 제어정보 및 노이즈 정보를 확인할 수 있도록 구성된 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 HMI 경보처리부는 노이즈 정보 감지시 경보부를 구동하여 사용자에게 노이즈 발생사실을 경보할 수 있도록 구성된 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 노이즈 정보 제공부는 서버용 통신 포트를 더 포함하여, 외부 서버에서 디자인 및 컴파일하여 송신한 처리모듈을 전송받아 FPGA에서 실행하도록 구성된 공정제어 시스템의 노이즈 정보 감시가 가능한 HMI장치.
   
   
   
   

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