KR101649790B1 - 배전 선로 자동화 단말장치 - Google Patents

배전 선로 자동화 단말장치 Download PDF

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Abstract

마스터 통신 모듈을 구비하며, 부하 개폐기로부터 데이터를 취득하고 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하기 위한 메인 보드; 및 각각 슬레이브 통신 모듈을 구비하며, 상기 부하 개폐기의 개폐동작과, 감시와 제어를 위해 각종 포인트의 계측값을 수신하는 복수의 I/O 보드를 포함하며, 상기 마스터 통신 모듈 및 상기 슬레이브 통신 모듈은 상호간의 내부 통신을 위해 설정된 통신 프로토콜 프레임을 송수신하되, 상기 통신 프로토콜 프레임은 동일한 헤더를 가진 프레임을 송수신하도록 구성되며, 상기 통신 프로토콜 프레임은 헤더 필드, 데이터 필드, 및 체크섬 필드를 포함하며, 상기 헤더 필드는 시작 비트 필드, 프레임 길이 필드, 목적지 주소 필드, 소스 주소 필드, 요청 명령을 설정하기 위한 기능 필드, 상기 요청 명령의 세부 사항을 설정하기 위한 서브 기능 필드, 및 데이터 프레임의 분할 전송을 위한 오브젝트 인덱스 필드를 포함하여 구성된 배전 선로 자동화 단말장치가 제공된다.

Description

배전 선로 자동화 단말장치{FEEDER TERMINAL UNIT}
본 발명은 배전 선로 자동화 단말장치에 관한 것으로, 상세하게는, 배전선로에 설치하여 사용하는 배전반 또는 부하 개폐기의 제어함에 내장되어, 부하 개폐기로부터 데이터를 취득하고 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하도록 개선된 내부 통신 프로토콜을 이용하는 메인 보드와 I/O 보드를 구비하는 배전 선로 자동화 단말장치에 관한 것이다.
배전 자동화 시스템은 전력계통에서 정전발생시 원방 또는 수동조작으로 고장구간을 분리하고, 타 건전계통으로부터 정전구간에 전력을 공급하여 정전시간을 단축하기 위해 사용되는 부하 개폐기(load break switch)를 포함하고 있다.
배전 자동화 시스템은 부하 개폐기내에서 생성된 각종 데이터를 취득하고, 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하도록 하는 배전 선로 자동화 단말장치를 포함하고 있다.
도 1은 종래의 배전 선로 자동화 단말장치에서 사용되는 통신 프로토콜을 설명하기 위한 도면으로, 산업 현장에서 많이 쓰이고 있는 Modbus 프로토콜의 프레임을 보여주고 있다.
도 1을 참조하면, Modbus 프로토콜의 한 프레임은 START(:), ADDRESS(2Byte), FUNCTION(2Byte), Data(N Byte), LRC(2Byte), END(CR LF)(2Byte)를 포함하여 구성될 수 있다.
따라서, 종래의 배전 선로 자동화 단말장치는 Modbus 프로토콜을 이용하는 경우, START(:) 필드는 ASCII 데이터를 이용하여 하여 통신을 시작하고 ADDRESS(2Byte), FUNCTION(2Byte), Data(N Byte), LRC(2Byte) 이후 END(CR LF)로 통신 프레임 전송을 종료하는 구조이다.
여기에서, Address(주소) 는 1~247 노드까지 설정이 가능하며, Function(기능)은 총 0~255까지의 명령어로 구분된다.
Modbus 프로토콜을 이용하는 경우, 부하 개폐기를 제어하거나 데이터를 취득하는 등의 모든 행위를 기능 코드(Function code)와 데이터 필드(Data)에 의존되어 있다.
이러한 프레임 구조에서는 장치의 기능에 대한 모든 내용을 프로토콜 맵(MAP)으로 정의할 수밖에 없어서 필요한 기능마다 기능 코드(Function code)를 추가해야 한다.
또한, 데이터를 쓰거나 읽는 경우 비트(bit)단위, 바이트(byte)단위로 사이즈(size)가 나뉘며, 쓰기에 대한 기능 코드(Function code), 읽기에 대한 기능 코드(Function code)등 여러 종류로 명령이 구분되어 프로토콜 맵이 매우 복잡해진다.
아울러, Modbus의 패킷 최대 길이가 256바이트인 만큼 다양하고 방대한 데이터를 가져오기 위해선 수많은 통신 프레임이 송수신되어야 하기 때문에 시간도 오래 걸리고 시스템 부하에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 배전선로에 설치하여 사용하는 배전반 또는 부하 개폐기의 제어함에 내장되어, 부하 개폐기로부터 데이터를 취득하고 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하도록 개선된 내부 통신 프로토콜을 이용하는 메인 보드와 I/O 보드를 구비하는 배전 선로 자동화 단말장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 마스터 통신 모듈을 구비하며, 부하 개폐기로부터 데이터를 취득하고 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하기 위한 메인 보드; 및 각각 슬레이브 통신 모듈을 구비하며, 상기 부하 개폐기의 개폐동작과, 감시와 제어를 위해 각종 포인트의 계측값을 수신하는 복수의 I/O 보드를 포함하며, 상기 마스터 통신 모듈 및 상기 슬레이브 통신 모듈은 상호간의 내부 통신을 위해 설정된 통신 프로토콜 프레임을 송수신하되, 상기 통신 프로토콜 프레임은 동일한 헤더를 가진 프레임을 송수신하도록 구성되며, 상기 통신 프로토콜 프레임은 헤더 필드, 데이터 필드, 체크섬 필드를 포함하며, 상기 헤더 필드는 시작 비트 필드, 프레임 길이 필드, 목적지 주소 필드, 소스 주소 필드, 요청 명령을 설정하기 위한 기능 필드, 상기 요청 명령의 세부 사항을 설정하기 위한 서브 기능 필드, 및 데이터 프레임의 분할 전송을 위한 오브젝트 인덱스 필드를 포함하여 구성된 배전 선로 자동화 단말장치가 제공된다.
상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 임의 프레임을 수신하는 경우 해당 프레임의 상기 시작 비트 필드를 검사하여 상기 시작 비트 필드가 맞지 않는 경우 해당 수신 데이터를 무시하도록 구성될 수 있다.
상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 상기 시작 비트 필드 검사를 통과하게 되면 상기 프레임 길이 필드와 상기 체크섬 필드의 검사를 진행하여 수신된 프레임의 무결성을 체크하도록 구성될 수 있다.
상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 상기 프레임 무결성 체크 이후 상기 목적지 주소 필드를 통해 해당 슬레이브 통신 모듈만 데이터를 수신하고 나머지 슬레이브 통신 모듈은 해당 프레임을 무시하도록 동작하게 구성될 수 있다.
상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 상기 프레임 길이 필드를 통해 통신 프레임의 크기를 파악하고 프레임 분할 전송 및 분할 수신을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 마스터 통신 모듈과 슬레이브 통신 모듈간에 통신을 수행할 때, 설정된 임의의 필드들에 대한 검사를 통하여 보다 안전하고 정확한 통신이 가능하며, 프레임 분할 전송 및 분할 수신을 수행하여 시스템 부하를 감소시킬 수 있다.
또한, 프레임을 보낸 통신 모듈과 받은 통신 모듈의 구분이 확실해질 수 있있음에 따라 슬레이브 통신 모듈에서 응답 프레임이 전송될 때 여러 개의 슬레이브 통신 모듈 중 어떤 슬레이브 통신 모듈이 전송한 프레임인지 명확하게 구분이 가능하다.
또한, 슬레이브 통신 모듈에 요청 명령 및 그 요청 명령의 세부 사항을 설정하여 간편한 동작 지시가 가능해지고, 규격상 통신 버퍼의 제한이 있는 시스템의 경우 오브젝트 인덱스(ObjectIndex) 필드를 이용하여 개발자가 원하는 만큼 데이터 프레임을 분할하여 전송이 가능함에 따라, 적은 데이터뿐만이 아니라 방대한 양의 데이터를 효율적으로 분할하여 전송할 때 유용하게 사용이 가능하며 보다 안정성 있게 데이터를 송수신 하고 편리하게 분석할 수 있다.
도 1은 종래의 배전 선로 자동화 단말장치에서 사용되는 통신 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치에서 사용되는 통신 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치에서 내부 통신을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀 두고자 한다.
즉, 이하의 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치의 구성 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치는 배전 자동화 시스템을 위한 배전반(10)에 설치될 수 있으며, 메인 보드(100) 및 복수의 I/O 보드(210, 220, 230)를 포함하여 구성될 수 있다. 배전 선로 자동화 단말장치는 배전선로에 설치하여 사용하는 부하 개폐기의 제어함에 내장될 수 있다.
배전 선로 자동화 단말장치는 부하 개폐기로부터 데이터를 취득하고 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하도록 개선된 내부 통신 프로토콜을 이용하도록 구성되어 있다.
메인 보드(100)는 배전반(10)내에서 배전 선로 자동화를 위한 메인 기능들을 수행한다. 메인 보드(100)는 복수의 I/O 보드(210, 220, 230)로부터 계측값을 수신하고, I/O 보드(210, 220, 230)에 제어값을 전달하여 배전 선로 자동화를 위한 각종 동작을 수행하고 있다. 메인 보드(100)는 상위 장치와 원격 제어를 위한 통신을 수행한다. 메인 보드(100)는 마스터 통신 모듈(100a)을 포함하고 있다.
복수의 I/O 보드(210, 220, 230)는 배전반(10)에서 개폐동작과, 감시와 제어를 위해 각종 포인트의 계측값을 수신하도록 구비된다. 복수의 I/O 보드(210, 220, 230)는 메인 보드(100)와 통신을 수행한다. 이를 위해, 복수의 I/O 보드(210, 220, 230)는 각각의 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)을 구비하고 있다.
마스터 통신 모듈(100a)과 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 일대 다수의 통신이 가능한 통신 프로토콜을 이용하여 상호간에 통신을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치에서 사용되는 통신 프로토콜을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치에서 사용되는 통신 프로토콜의 프레임은 크게 헤더(Header) 필드, 데이터(Data) 필드, 체크섬(CheckSum) 필드를 포함하여 구성될 수 있다.
헤더(Header) 필드는 시작 비트 필드(StartBit), 프레임 길이 필드(FrameLe), 목적지 주소 필드(Destination Address), 소스 주소 필드(Source Address), 기능 필드(Function), 서브 기능 필드(SubFunction), 오브젝트 인덱스 필드(ObjectIndex)를 포함할 수 있다.
시작 비트(Start Bit)는 0x0564의 고정 프레임을 사용할 수 있다.
프레임 길이(Frame Length)는 2Byte를 할당하여, 최대 65535 길이의 프레임을 구성할 수 있다.
목적지 주소 필드(Destination Address)는 1Byte를 할당하여, 총 254개의 슬레이브 노드를 구성할 수 있다.
소스 주소 필드(Source Address)로 마스터 노드의 구분이 가능하다.
기능 필드(Function)는 슬레이브 통신 모듈에 대한 요청 명령을 결정하는데 사용된다. 기능 필드(Function)은 1Byte를 할당하여 최대 255개로 명령을 구현할 수 있다.
서브 기능 필드(SubFunction)는 요청 명령에 대한 세부 사항 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 기능 필드(SubFunction)는 해당 부하 개폐기의 상태 값을 추출하거나 설정 및 제어를 할 수 있다.
오브젝트 인덱스 필드(ObjectIndex)는 인덱스(Index) 기능으로, 전송해야 할 프레임의 횟수를 저장하거나 슬레이브 노드가 마스터 노드에 보내야 될 프레임의 개수를 결정할 수 있다.
오브젝트 인덱스 필드(ObjectIndex)는 마스터 통신 모듈(100a)에서 여러 개의 프레임을 요청 할 때 슬레이브 통신 모듈에서 인덱스 값을 이용하여 몇 개의 데이터를 보내야 하는지 판단할 수 있는 지표가 될 수 있다.
데이터 필드(Data)는 65535 Byte에서 헤더 필드(Header)의 Byte, 체크섬 필드(CheckSum) Byte 길이를 제외한 만큼의 데이터를 구현할 수 있다.
체크섬 필드(CheckSum)는 2 Byte로, 프레임 길이 필드(FrameLen)의 다음 필드로부터 체크섬 필드(CheckSum)전까지를 데이터 필드로 지정하고, ByteSum + 1 로 CheckSum을 계산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배전 선로 자동화 단말장치에서 내부 통신을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 배전 선로 자동화 단말장치에서는 메인 보드(100)의 마스터 통신 모듈(100a)은 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)에 전송하는 제1 데이터 프레임(100b)을 송신한다.
I/O 보드(210, 220, 230)의 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 마스터 통신 모듈(100a)에 제2 데이터 프레임(210b, 220b, 230b)을 송신한다.
메인 보드(100)의 마스터 통신 모듈(100a)이 제1 데이터 프레임(100b)을 통해 Request 프레임을 전송하면 I/O 보드(210, 220, 230)의 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 제2 데이터 프레임(210b, 220b, 230b)을 이용하여 Response 프레임을 응답하는 형식으로 동작하게 된다.
마스터 통신 모듈(100a)이 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)에 대하여 임의의 기능을 수행하기 위해 필요한 데이터의 전송을 요청(request)을 할 수 있고, 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 마스터 통신 모듈(100a)에게 요청된 데이터를 보내 주거나 질의에서 요청되는 동작을 수행하는 응답(Response)을 할 수 있다.
마스터 통신 모듈(100a) 및 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 임의 프레임을 수신하는 경우 해당 프레임의 최초 Start Bit(0x0564)를 검사하고 Start Bit가 맞지 않을 경우 수신 데이터를 무시하게 된다.
마스터 통신 모듈(100a) 및 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 시작 비트 필드(Start Bit) 검사를 통과하게 되면 프레임 길이 필드(FrameLenth )와 체크섬 필드(CheckSum)의 검사를 진행하게 된다.
마스터 통신 모듈(100a) 및 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)은 프레임 수신 시 총 3가지 필드의 검사를 통하여 수신된 프레임의 무결성을 체크 할 수 있다. 프레임 무결성 체크 이후 목적지 주소 필드(Destination Address)를 통해 해당 슬레이브 통신 모듈만 데이터를 수신하고 나머지 슬레이브 통신 모듈은 해당 프레임을 무시한다.
따라서, 마스터 통신 모듈(100a)/슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a) 모두 동일한 헤더를 사용하여 요청 응답이 간편한 통신 프레임을 구성할 수 있다.
또한, 마스터 통신 모듈(100a)과 슬레이브 통신 모듈(210a, 220a, 230a)간에 통신을 수행할 때, 3가지의 시작 비트 필드(Start Bit), 프레임 길이 필드(FrameLenth), 체크섬 필드(CheckSum) 검사를 통하여 보다 안전하고 정확한 통신이 가능하다.
프레임 길이 필드(FrameLen)를 통해 통신 프레임의 크기를 파악하고 프레임 분할 전송 및 분할 수신을 수행하여 시스템 부하를 감소시킬 수 있다.
또한, 목적지 주소(Destination Address)와 소스 주소(Source Address)를 규정함으로써 프레임을 보낸 통신 모듈과 받은 통신 모듈의 구분이 확실해질 수 있다.
슬레이브 통신 모듈에서 응답 프레임이 전송될 때 여러 개의 슬레이브 통신 모듈 중 어떤 슬레이브 통신 모듈이 전송한 프레임인지 명확하게 구분이 가능하다.
기능(Function)과 서브 기능(SubFunction)을 이용하여 슬레이브 통신 모듈에 요청 명령 및 그 요청 명령의 세부 사항을 설정하여 간편한 동작 지시가 가능해 진다.
규격상 통신 버퍼의 제한이 있는 시스템의 경우 오브젝트 인덱스(ObjectIndex) 필드를 이용하여 개발자가 원하는 만큼 데이터 프레임을 분할하여 전송이 가능하다.
최대 65535 길이의 프레임 제작이 가능하여 데이터 필드를 활용하면 다양한 통신 프레임 구성이 가능하다.
이에 따라, 본 발명은 적은 데이터 뿐만이 아니라 방대한 양의 데이터를 효율적으로 분할하여 전송할 때 유용하게 사용이 가능하며 보다 안정성 있게 데이터를 송수신 하고 편리하게 분석할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 마스터 통신 모듈을 구비하며, 부하 개폐기로부터 데이터를 취득하고 분석하여 주장치로 전송하거나, 상위 장치로부터 수신된 명령을 분석하여 이에 상응하는 기능을 수행하기 위한 메인 보드; 및
    각각 슬레이브 통신 모듈을 구비하며, 상기 부하 개폐기의 개폐동작과, 감시와 제어를 위해 각종 포인트의 계측값을 수신하는 복수의 I/O 보드를 포함하며,
    상기 마스터 통신 모듈 및 상기 슬레이브 통신 모듈은 상호간의 내부 통신을 위해 설정된 통신 프로토콜 프레임을 송수신하되,
    상기 통신 프로토콜 프레임은 동일한 헤더를 가진 프레임을 송수신하도록 구성되며,
    상기 통신 프로토콜 프레임은 헤더 필드, 데이터 필드, 및 체크섬 필드를 포함하며,
    상기 헤더 필드는 시작 비트 필드, 프레임 길이 필드, 목적지 주소 필드, 소스 주소 필드, 상기 슬레이브 통신 모듈에 대한 요청 명령을 설정하기 위한 기능 필드, 상기 요청 명령의 세부 사항 정보를 포함하고, 상기 부하 개폐기의 상태 값 추출, 설정, 또는 제어를 수행하기 위한 서브 기능 필드, 및 데이터 프레임의 분할 전송을 위한 오브젝트 인덱스 필드 중 선택되는 적어도 어느 하나의 필드를 포함하여 구성된 배전 선로 자동화 단말장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 임의 프레임을 수신하는 경우 해당 프레임의 상기 시작 비트 필드를 검사하여 상기 시작 비트 필드가 맞지 않는 경우 해당 수신 데이터를 무시하도록 구성된 배전 선로 자동화 단말장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 상기 시작 비트 필드 검사를 통과하게 되면 상기 프레임 길이 필드와 상기 체크섬 필드의 검사를 진행하여 수신된 프레임의 무결성을 체크하도록 구성된 배전 선로 자동화 단말장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 상기 프레임 무결성 체크 이후 상기 목적지 주소 필드를 통해 해당 슬레이브 통신 모듈만 데이터를 수신하고 나머지 슬레이브 통신 모듈은 해당 프레임을 무시하도록 동작하게 구성된 배전 선로 자동화 단말장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마스터 통신 모듈 및 상기 복수의 슬레이브 통신 모듈은 상기 프레임 길이 필드를 통해 통신 프레임의 크기를 파악하고 프레임 분할 전송 및 분할 수신을 수행하도록 구성된 배전 선로 자동화 단말장치.
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