KR101790152B1 - 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 각 제어대상설비에 설치된 적어도 하나 이상의 감시장치, 각 감시장치로부터 제어대상설비의 상태 데이터를 수집하고, 상기 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 가상관리장치로 전송하는 적어도 하나 이상의 서브관리장치, 각 서브관리장치로부터 전송된 각 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고, 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 해당 서브관리장치에서 실행된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘을 실행하여 제어 데이터를 복원하는 가상관리장치를 포함한다.

Description

분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR RESTORING PLANT DATA IN DISTRIBUTED CONTROLLER SYSTEM}

본 발명은 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플랜트(plant)에 설치된 제어대상설비들의 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘이 저장된 가상관리장치를 통해 제어대상설비들의 제어 데이터를 복원할 수 있는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근, 전자/컴퓨터/통신 및 그 관련 기술들이 발전함에 따라 다양한 산업 분야에서 컴퓨터를 이용하여, 반복적 또는 위험한 특정 작업을 수행하도록 하고, 전체 또는 부분 공정 등을 감시 및 제어할 수 있는 시스템들이 개발되고 있다.

이러한 시스템들 중 원격 감시 시스템은 시시각각으로 변화하는 상태를 실시간으로 감시할 수 있도록 한 것으로, 발전소 설비, 석유 화학 공장, 하수 처리 설비 등을 감시하는 원격 감시 시스템은 전체 플랜트(Plant)가 정상적으로 동작할 수 있도록 구성 설비들을 점검함은 물론, 필요에 의해 해당 설비를 제어하게 된다.

특히, 상기와 같은 기간 산업의 경우 이상상태가 발생하더라도 전체 설비의 점검 및 제어는 지속적으로 유지되어야만 한다.

상기와 같은 요구에 의해 개발된 것이 분산 제어 시스템(DCS : Distribute Control System)으로, 분산 제어 시스템은 중앙처리장치를 여러 개의 작은 서브관리장치로 나누어 기능별로 분리하고 작은 용량의 각각의 서브관리장치를 통신 네트워크로 연결하여 구성한 제어 시스템이다. 즉, 분산 제어 시스템은 공정 제어에 적용되는 시스템을 각 설비에 알맞은 단위 서브관리장치로 분리하여 각각의 서브관리장치는 기능별 동작을 수행하며, 서브관리장치간에 통신이 가능하도록 구성한다.

분산 제어 시스템을 이용하게 되면, 프로세스 제어 기능을 여러 대의 서브관리장치에 분산시켜서 특정 서브관리장치에 이상이 발생하더라도 그 파급 효과를 최소화시킬 수 있다. 또한, 분산 설치된 서브관리장치들을 관리하는 기능 등을 중앙처리장치에 집중화시켜 자료 처리 및 운영 관리를 원활하게 할 수 있다. 분산 제어 시스템의 서브관리장치에는 제어 알고리즘이 설치되어 있으며, 제어 알고리즘을 실행시켜 제어 대상이 되는 각종 설비의 작동 상태 및 성능을 나타내는 파라미터 값들을 감시하고 조정하며, 전체 설비가 효율적으로 동작하도록 제어하게 된다. 따라서, 운전자는 중앙관리장치가 설치되어 있는 관리실에서 편리하게 제어 대상 설비를 관리할 수 있다.

그러나, 서브관리장치는 통신 네트워크의 제약으로 인해 제어대상설비의 제어 데이터 중 일부만을 중앙관리장치로 전송한다. 이로 인해, 제어대상설비에 오동작이 발생한 경우, 관리실에 있는 운전자는 오동작이 발생한 원인을 확인하기 위해 중앙관리장치에 저장된 일부 데이터로 원인을 유추하거나 해당 서브관리장치가 추가적으로 저장하고 있는 제어 데이터를 확인해야 하는 불편함이 있었다.

선행기술1: 한국등록특허 제1,010,453호: 원격제어서버, 중앙서버 및 그것들로 구축된 시스템

본 발명의 목적은 제어대상설비의 상태 및 제어 데이터의 일부만을 취득 및 저장하고 있는 중앙관리장치가 설치된 관리실에서도 각 제어대상설비의 상태 및 제어 데이터의 일부 또는 전부를 확인할 수 있는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 각 제어대상설비에 설치된 적어도 하나 이상의 감시장치, 각 감시장치로부터 제어대상설비의 상태 데이터를 수집하고, 상기 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 가상관리장치로 전송하는 적어도 하나 이상의 서브관리장치, 각 서브관리장치로부터 전송된 각 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고, 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 해당 서브관리장치에서 실행된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘을 실행하여 제어 데이터를 복원하는 가상관리장치를 포함하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템이 제공된다.

상기 서브관리장치는 각 제어대상설비의 제어 부분(Point)들에 정의된 각 제어 알고리즘에 해당 상태 데이터를 적용하여 결과값을 계산하고, 상기 계산된 결과값을 이용하여 해당 제어대상설비 또는 일부 설비의 정상 동작 상태 유지를 위한 제어값을 산출할 수 있다.

상기 상태제어정보는 제어대상설비 식별정보, 상태 데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 기 설정된 목표값, 제어값, 상태 데이터의 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 해당 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 위해 필요한 정보일 수 있다.

상기 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템은 각 서브관리장치로부터 제어대상설비들의 상태제어정보를 수신하고, 상기 수신된 제어대상설비들의 상태제어정보를 상기 가상관리장치로 전송하는 중앙관리장치를 더 포함하고, 상기 중앙관리장치는 상기 특정 제어대상설비의 오동작이 감지된 경우 또는 정지명령을 받은 경우, 상기 가상관리장치로 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 요청할 수 있다.

상기 가상관리장치는 서브관리장치들에 저장된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘의 계산 또는 수행이 가능하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 각 서브관리장치는 자신이 관리하는 제어대상설비들의 상태 데이터를 수집하고, 상기 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 가상관리장치로 전송하는 단계, 상기 가상관리장치는 각 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고, 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 해당 서브관리장치에서 실행된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘을 실행하여 상기 특정 제어대상설비의 제어 데이터를 복원하는 단계를 포함하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법이 제공된다.

상기 상태제어정보는 제어대상설비 식별정보, 상태 데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 기 설정된 목표값, 제어값, 상태 데이터의 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 해당 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 위해 필요한 정보일 수 있다. 상기 제어 데이터를 복원하는 단계는, 상기 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 상기 특정 제어대상설비에 설정된 각 제어 알고리즘의 상태 데이터 또는 출력값을 상태제어정보로부터 획득하는 단계, 상기 상태 데이터 또는 출력값을 해당 제어 알고리즘에 적용하여 제어 알고리즘 내부의 연산 데이터들을 계산하는 단계, 상기 계산된 각 제어 알고리즘 내부의 연산 데이터들, 각 제어 알고리즘의 출력값, 상기 상태 데이터 및 제어값을 제어 데이터로 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 서브관리장치들이 실행하는 제어 알고리즘들이 저장된 가상관리장치를 구축함으로써, 제어대상설비에 오동작이 발생한 경우 가상관리장치를 통해 그 제어대상설비의 제어 데이터를 복원할 수 있고, 이로 인해 운영자는 서브관리장치의 데이터를 관리실에서 확인 또는 보다 정확히 유추하여 제어대상설비의 오동작 원인을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어대상설비의 제어 데이터를 복원하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 서브관리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분산제어 시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템을 나타낸 도면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어대상설비의 제어 데이터를 복원하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템은 각 제어대상설비(100a, 100b, ...100n, 이하 100이라 칭함)에 설치된 적어도 하나 이상의 감시장치(미도시), 적어도 하나 이상의 감시장치와 연결된 서브관리장치(200a, 200b, ...200n, 이하 200이라 칭함), 중앙관리장치(300), 가상관리장치(400)를 포함한다.

제어대상설비(100)는 분산 제어될 대상으로서, 화력, 수력, 풍력, 또는 마이크로그리드 플랜트에 운용되는 분산된 설비들 예컨대, 발전기, 터빈, 보일러, 배전반, 모터, 밸브 등일 수 있다. 이외에도 제어대상설비(100)는 분산 제어를 필요로 하는 다양한 분야의 다른 설비들일 수도 있다.

감시장치는 각 제어대상설비(100) 또는 제어대상설비(100) 일부분에 설치되고, 제어대상설비(100)의 현재 상태 데이터를 실시간 또는 기 설정된 일정 주기로 서브관리장치(200)로 전송한다. 이때, 감시장치는 자신의 식별정보를 상태 데이터와 함께 전송하고, 서브관리장치(200)는 감시장치 식별정보를 통해 제어대상설비(100)를 식별할 수 있다. 여기서, 상태 데이터는 해당 제어대상설비의 현재 운전 상태를 알 수 있도록 하는 데이터로, 예컨대, 제어대상설비(100)가 보일러(Boiler)인 경우, 드럼의 수위, 증기의 양, feedwater로 유입되는 유량의 양 등이 상태 데이터일 수 있다.

감시장치는 유선 또는 무선 통신을 통해 상태 데이터를 서브관리장치(200)로 전송한다.

감시장치는 각종 제어대상설비들을 감시하기 위해 설치되는 CCD 카메라, 해당 제어대상설비들에 설치되는 다양한 종류의 센서 등을 말하며, 당업자의 요구에 따라 다양한 구성을 추가 또는 삭제할 수 있다.

서브관리장치(200)는 플랜트에 설치된 적어도 하나 이상의 제어대상설비들(100)을 관리하는 장치로, 플랜트에는 복수 개의 서브관리장치(200)가 설치될 수 있다. 도면에는 서브관리장치(200)가 하나의 제어대상설비(100)를 관리하는 것으로 되어 있으나, 서브관리장치(200)가 해당 구역에 설치된 다수개의 제어대상설비(100)를 관리하는 것은 자명하다.

서브관리장치(200)는 감시장치들로부터 제어대상설비들(100)의 상태 데이터를 수집하고, 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 중앙관리장치(300)로 전송한다. 여기서, 상태제어정보는 해당 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 위해 필요한 정보로, 예컨대, 제어대상설비 식별정보, 상태 데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 기 설정된 목표값, 제어값, 상태 데이터를 가공한 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 등을 포함할 수 있다. 따라서, 서브관리장치(200)는 수집된 상태 데이터에 제어 알고리즘을 적용하여 제어값을 산출하고, 상태 데이터 또는 제어값을 포함하는 상태제어정보를 중앙관리장치(300)로 전송할 수 있다. 즉, 서브관리장치(200)는 상태 데이터와 함께 전송된 감시장치 식별정보를 이용하여 해당 제어대상설비를 식별한다. 그런 후, 서브관리장치(200)는 해당 제어대상설비의 제어 부분(Point)들에 정의된 각 제어 알고리즘에 해당 상태 데이터를 적용하여 제어값을 산출한다. 이때, 제어대상설비(100)의 각 제어 부분들은 PID 제어 알고리즘, PI 제어 알고리즘 등의 제어 알고리즘들이 연결되어 정밀하게 제어 가능하도록 구성되어 있고, 각 제어 알고리즘에는 목표값이 설정되어 있다. 제어 알고리즘은 각 제어대상설비(100)의 제어 부분마다 설정된 알고리즘으로, 예컨대, PID 제어 알고리즘, PI 제어 알고리즘, 제어 루프 등을 포함할 수 있다. 따라서, 서브관리장치(200)는 각 제어 알고리즘에 해당 상태 데이터를 적용하여 결과값을 계산하고, 계산된 결과값을 이용하여 해당 제어대상설비가 정상 동작 상태를 유지할 수 있도록 하는 제어값을 산출한다. 서브관리장치(200)는 실시간 또는 주기적으로 각 제어대상설비(100)의 제어값을 산출할 수 있다.

제어값이 산출되면, 서브관리장치(200)는 제어대상설비 식별정보, 상태데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 목표값, 제어값, 상태 데이터의 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 등을 포함하는 상태제어정보를 중앙관리장치(300)로 전송한다. 이때, 서브관리장치(200)는 실시간 또는 주기적으로 상태제어정보를 전송할 수 있고, 상태 데이터는 해당 제어대상설비의 상태 데이터 전체 또는 일부분일 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 서브관리장치(200) 내부에서 생성되는 데이터와 중앙관리장치(300)로 전송되는 데이터의 예를 설명하기로 한다.

도 2는 서브관리장치(200) 내부에서 Boiler Steam Drum의 수위 및 Steam을 일정하게 유지하는 알고리즘을 예로 들고 있다.

이 경우, 서브관리장치(200)는 Boiler Steam Drum의 수위, Steam으로 유출되는 증기의 양, Feedwater로 유입되는 유량의 양 등을 보일러 Steam Drum의 상태 데이터로 수집할 수 있다. 그러면, 서브관리장치(200)는 상태 데이터 중에서 Boiler Steam Drum의 수위를 제1 PID 제어 알고리즘의 입력값으로 하여 제1 출력값을 산출하고, 제1 출력값, Steam으로 유출되는 증기의 양 및 Feedwater로 유입되는 유량의 양을 제2 PID 제어 알고리즘의 입력값으로 하여 제2 출력값을 산출한다. 그런 후, 서브관리장치(200)는 제2 출력값에 근거하여 Feedwater의 밸브를 제어하는 제어값을 생성하고, 그 제어값을 이용하여 Steam Drum의 수위를 유지할 수 있도록 한다.

서브관리장치(200)는 Boiler Steam Drum의 수위, Steam으로 유출되는 증기의 양, Feedwater로 유입되는 유량의 양을 포함하는 상태 데이터, 제1 PID 제어 알고리즘의 계산에 의한 제1 출력값 및 기 설정된 제1 목표값, 제2 PID 제어 알고리즘의 계산에 의한 제2 출력값 및 기 설정된 제2 목표값, 제어값을 포함하는 상태제어정보를 중앙관리장치(300)로 전송한다. 이때, 서브관리장치(200)는 상태제어정보를 초당 약 1~4회 중앙관리장치로 전송할 수 있다. 중앙관리장치(300)로 전송되지 못하는 데이터는 제1 PID 제어 알고리즘 및 제2 PID 제어 알고리즘 내부의 미분값 및 적분값 등과 그 밖의 연산 데이터들일 수 있다. 이러한 연산 데이터는 대부분 실시간으로 계산되며 일반적으로 초당 약 4~100회 계산된다. 이처럼 서브관리장치(200)가 중앙관리장치(300)로 전송하는 데이터의 개수도 차이가 있지만 전송 주기도 많은 차이가 있음을 알 수 있다.

도 2에서 살핀 바와 같이, 모든 공장(Plant)들은 계측(Measure) 및 제어(Control)를 위하여 분산제어시스템(DCS, Distributed Control System)을 설치하여 운용하고 있다. 여기서 반드시 필요한 작업으로 각 제어 부분(Point)들은 PID 제어기 혹은 PI 제어기로 연결하여 정밀하게 제어하게 된다. 중요한 것은 PID 제어기 혹은 PI 제어기를 구성하고 있는 출력값들에 따라서 제어 성능이 결정된다. 최상의 제어 성능을 내기 위하여 PID, PI 제어기의 출력값을 조절하는 작업을 조율(Tuning) 작업이라 한다. 조율(Tuning) 작업 시 있을 수 있는 불안정한 상황 및 좋지 않은 성향이 나왔을 때 자동으로 정상 복구시키는 절차가 필요하다. 이를 위해, 서브관리장치(200)는 PID, PI 제어기에 의해 제어되고 있는 제어 지점의 상태 데이터를 계속하여 검사하고 있다가 잘못된 출력값들에 의해 성능이 좋지 않거나 위험의 소지가 있다고 판단되면 PID, PI 제어기의 출력값들을 조율 작업을 하기 전 정상적으로 운전되었을 당시의 출력값, 또는 정상상태 운전(Normal Operation)때 설정되어 있던 출력값으로 자동으로 신속하게 교체해줌으로써 정상화시켜준다.

서브관리장치(200)는 제어대상설비들(100)의 제어값을 기 설정된 목표값과 비교하고, 그 비교결과에 따라 제어 신호를 생성하여 자신이 관리하는 제어대상설비(100)의 동작을 직접 제어할 수 있다. 또한, 서브관리장치(200)는 제어대상설비들(100)의 상태 데이터를 분석하여 제어대상설비(100)의 작동 상태 및 성능을 나타내는 출력값을 계산하여 중앙관리장치(300)로 전송하고, 중앙관리장치(300)로부터 제어 신호를 전달받아 제어대상설비(100)의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 서브관리장치(200)는 다양한 통신 규격을 통해 다른 전자 장치들과 통신할 수 있고, 다양한 데이터 처리 연산을 수행할 수 있는 전자 장치를 통해 구현될 수 있다.

중앙관리장치(300)는 각 서브관리장치(200)로부터 전송된 제어대상설비들(100)의 상태제어정보를 저장 및 가상관리장치(400)로 전송한다.

중앙관리장치(300)는 통신망을 통해 하나 이상의 서브관리장치(200)와 연결되어 서브관리장치(200)로부터 전달되는 상태제어정보를 수집하여 관리한다. 서브관리장치(200)로부터 전달되는 상태제어정보는 제어대상설비(100)로부터 입력되는 데이터뿐만 아니라 제어대상설비(100)의 작동 상태 및 성능을 나타내는 값들을 포함한다. 또한, 중앙관리장치(300)는 제어대상설비(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 서브관리장치(200)로 전송한다.

또한, 중앙관리장치(300)는 특정 제어대상설비의 오동작이 감지된 경우, 가상관리장치(400)로 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 요청하여, 복원된 제어 데이터를 수신한다. 중앙관리장치(300)는 특정 제어대상설비의 제어값이 기 설정된 목표 제어값과 상이한 경우 또는 급정지가 발생한 경우, 특정 제어대상설비의 오동작이라고 감지할 수 있다.

또한, 중앙관리장치(300)는 서브관리장치(200)에서 관리하는 제어대상설비(100)에 대한 정지명령신호를 받은 경우, 해당 제어대상설비의 문제를 파악하기 위하여 가상관리장치(400)에 해당 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 요청하여, 복원된 제어 데이터를 수신할 수 있다.

이처럼 특정 제어대상설비의 오동작이 감지되거나 정지명령을 수신한 경우, 관리자는 특정 제어대상설비의 문제 발생 부분과 원인을 알기 원한다. 이를 위해서는 특정 제어대상설비의 제어 데이터를 확인할 필요가 있다. 그러나, 중앙관리장치(300)에는 특정 제어대상설비의 제어 데이터중 일부만을 저장하고 있으므로, 제어 데이터 전부를 복원할 필요가 있다. 각 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 위해 중앙관리장치(300)가 관리하는 모든 서브관리장치(200)의 제어 알고리즘이 저장된 가상관리장치(400)를 두고, 그 가상관리장치(400)를 통해 제어 데이터를 복원할 수 있다.

한편, 중앙관리장치(300)는 플랜트에 설치된 모든 서브관리장치들(200)을 관리하는 장치로, 다양한 통신 규격을 통해 다른 전자 장치들과 통신할 수 있고, 다양한 데이터 처리 연산을 수행할 수 있는 전자 장치를 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 중앙관리장치(300)는 서버(Server) 장치의 형태로 구현될 수 있으며, 이러한 서버 장치의 형태 이외에도 다양한 전자 장치의 형태로 구현될 수 있다. 또한, 중앙관리장치(300)는 단일의 전자 장치의 형태로 구현되거나, 둘 이상의 전자 장치가 결합 된 형태로 구현될 수 있다.

가상관리장치(400)는 중앙관리장치(300)와 연결되어, 중앙관리장치(300)로부터 전송된 각 제어대상설비(100)의 상태제어정보를 저장한다.

가상관리장치(400)는 중앙관리장치(300)가 관리하는 서브관리장치들(200)에 저장된 제어 알고리즘을 모두 저장하고 있고, 서브관리장치(200)에서 해당 제어대상설비가 정상 동작 상태를 유지할 수 있도록 하는 제어값을 산출하기 위해 이용하는 제어 알고리즘을 기반으로 유실된 모든 제어 데이터를 복원한다.

즉, 가상관리장치(400)는 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 특정 제어대상설비에 설정된 각 제어 알고리즘의 입력 데이터 및 출력값을 상태제어정보로부터 획득한다. 그런 후, 가상관리장치(400)는 입력 데이터 및 출력값을 이용하여 해당 제어 알고리즘 내부의 미분값, 적분값 등과 그 밖의 연산 데이터들을 계산한다. 이렇게 계산된 각 제어 알고리즘 내부의 미분값, 적분값 등과 그 밖의 연산 데이터들, 상태 데이터, 각 제어 알고리즘의 출력값, 제어값 등이 제어 데이터일 수 있다.

이처럼 가상관리장치(400)는 서브관리장치(200)에서 이루어진 연산과 동일 또는 유사한 연산을 통해 제어 데이터를 복원할 수 있다. 즉, 가상관리장치(400)는 서브관리장치(200)에 저장된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘의 계산 또는 수행이 가능하므로, 제어 데이터의 전부 또는 일부 복원이 가능하다.

한편, 가상관리장치(200)는 중앙관리장치(300)와 통신이 가능하고, 다양한 데이터 처리 연산을 수행할 수 있는 전자 장치를 통해 구현될 수 있다.

상기 실시예에서는 서브관리장치(200)가 상태제어정보를 중앙관리장치(300)로 전송하면, 중앙관리장치가(300)가 가상관리장치(400)로 상태제어정보를 전송하는 것으로 설명하였으나, 가상관리장치(400)는 중앙관리장치(300)의 간섭 없이 독립적으로 각 제어대상설비(100)의 상태제어정보를 취득 및 저장할 수 있다.

이 경우, 서브관리장치(200)는 가상관리장치(400)와 통신망을 통해 연결되어, 각 제어대상설비(100)의 상태제어정보를 가상관리장치(400)로 전송한다. 물론 이 경우에도 서브관리장치(200)는 중앙관리장치(300)와 통신망을 통해 연결되어, 각 제어대상설비(100)의 상태제어정보를 전송할 수 있다. 이후, 각 장치의 동작은 도 1에서 설명한 동작과 동일하므로, 그 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 도 1에 도시된 서브관리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 서브관리장치(200)는 감시장치 또는 중앙관리장치와의 통신을 위한 통신부(210), 수집부(220), 제어부(230), 저장부(240)를 포함한다.

통신부(210)는 서브관리장치(200)와 중앙관리장치 또는 서브관리장치(200)와가상관리장치를 통신망을 통해 상호 연결시키는 통신 수단으로서, 예를 들어 이동통신, 위성통신 등의 무선 통신모듈, 인터넷 등의 유선 통신모듈, 와이파이 등의 근거리 무선 통신모듈 등을 포함할 수 있다.

수집부(220)는 각 제어대상설비에 설치된 적어도 하나 이상의 감시장치로부터 제어대상설비의 상태 데이터를 수집한다.

제어부(230)는 수집부(220)에서 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 저장부(240)에 저장함과 동시에 중앙관리장치 또는 가상관리장치로 전송한다.

제어부(230)는 수집부(220)에서 수집된 상태 데이터에 제어 알고리즘을 적용하여 제어값을 산출하고, 상태 데이터 또는 제어값을 포함하는 상태제어정보를 저장부(240)에 저장함과 동시에 중앙관리장치 또는 가상관리장치로 전송할 수 있다. 여기서, 상태제어정보는 제어대상설비 식별정보, 상태데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 목표값, 제어값, 상태 데이터의 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 등을 포함할 수 있다. 이때, 제어부(230)는 기 설정된 제어대상설비들의 상태제어정보만을 중앙관리장치 또는 가상관리장치로 전송할 수 있다. 예컨대, 밸브, 펌프 등의 중요 설비들에 대한 상태제어정보만을 중앙관리장치 또는 가상관리장치로 전송할 수 있다.

또한, 제어부(230)는 산출된 제어값을 기 설정된 목표 제어값과 비교하여, 제어값이 목표 제어값을 벗어나는 경우, 목표 제어값을 포함하는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 해당 제어대상설비로 전송하여, 해당 제어대상설비의 동작을 제어한다.

이러한 제어부(230)는 적어도 하나의 연산 장치를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 연산 장치는 범용적인 중앙연산장치(CPU), 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA), 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있다.

저장부(240)에는 제어대상설비의 상태 데이터, 상태제어정보, 각 제어부분의 제어 알고리즘 등이 저장되어 있다.

저장부(240)는 서브관리장치(200)의 동작 제어 시 필요한 프로그램과 그 프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 저장한다. 이러한 저장부(230)는 다양한 종류의 메모리 소자를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.

서브관리장치(200)가 포함할 수 있는 이러한 구성부들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있으며, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 동시에 구현될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분산제어 시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 서브관리장치는 제1제어대상설비를 감시하는 감시장치로부터 상태 데이터를 수집하고(S402), 수집된 상태 데이터에 제어 알고리즘을 적용하여 제어값을 산출한다(S404). 이때, 서브관리장치는 각 제어 알고리즘에 해당 상태 데이터를 적용하여 결과값을 계산하고, 계산된 결과값을 이용하여 해당 제어대상설비가 정상 동작 상태를 유지할 수 있도록 하는 제어값을 산출한다.

그런 후, 서브관리장치는 제어값을 근거로 제어대상설비를 제어하고(S406), 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 중앙관리장치로 전송한다(S408).

중앙관리장치는 서브관리장치로부터 전송된 상태제어정보를 가상관리장치로 전송한다(S410).

가상관리장치는 제1 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고(S412), 제1 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 요청되면(S414), 서브관리장치에서 제1 제어대상설비에서 이루어진 연산과 동일 또는 유사한 연산을 수행하여 제어 데이터를 복원한다(S416). 즉, 가상관리장치는 제1 제어대상설비에 설정된 각 제어 알고리즘의 입력 데이터 및 출력값을 상태제어정보로부터 획득하고, 그 입력 데이터 및 출력값을 이용하여 해당 제어 알고리즘 내부의 미분값, 적분값 등과 그 밖의 연산 데이터들을 계산한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분산제어 시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 서브관리장치는 제1제어대상설비를 감시하는 감시장치로부터 상태 데이터를 수집하고(S502), 수집된 상태 데이터에 제어 알고리즘을 적용하여 제어값을 산출한다(S504).

그런 후, 서브관리장치는 제어값을 근거로 제어대상설비를 제어하고(S506), 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 가상관리장치로 전송한다(S508).

가상관리장치는 제1 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고(S510), 제1 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우(S512), 서브관리장치에서 제1 제어대상설비에서 이루어진 연산과 동일 또는 유사한 연산을 수행하여 제어 데이터를 복원한다(S514).

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 제어대상설비 200 : 서브관리장치
210 : 통신부 220 : 수집부
230 : 제어부 240 : 저장부
300 : 중앙관리장치 400 : 가상관리장치

Claims (8)

1. 각 제어대상설비에 설치된 적어도 하나 이상의 감시장치;
   각 감시장치로부터 제어대상설비의 상태 데이터를 수집하고, 상기 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 중앙관리장치 또는 가상관리장치로 전송하는 적어도 하나 이상의 서브관리장치;
   상기 서브관리장치와 연결되어 각 서브관리장치로부터 제어대상설비들의 상태제어정보를 수신하고, 상기 수신된 제어대상설비들의 상태제어정보를 상기 가상관리장치로 전송하며, 특정 제어대상설비의 오동작이 감지된 경우 또는 정지명령을 받은 경우, 오동작 또는 정지명령 발생 원인 확인을 위해 상기 가상관리장치로 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 요청하는 중앙관리장치; 및
   상기 중앙관리장치가 설치된 공간에 설치되어, 각 서브관리장치 또는 중앙관리장치로부터 전송된 각 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고, 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 해당 서브관리장치에서 실행된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘을 실행하여 상기 특정 제어대상설비의 제어 데이터를 복원하는 가상관리장치;
   를 포함하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 서브관리장치는 각 제어대상설비의 제어 부분(Point)들에 정의된 각 제어 알고리즘에 해당 상태 데이터를 적용하여 결과값을 계산하고, 상기 계산된 결과값을 이용하여 해당 제어대상설비 또는 일부 설비의 정상 동작 상태 유지를 위한 제어값을 산출하는 것을 특징으로 하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 상태제어정보는 제어대상설비 식별정보, 상태 데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 기 설정된 목표값, 제어값, 상태 데이터의 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 해당 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 위해 필요한 정보인 것을 특징으로 하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 가상관리장치는 서브관리장치들에 저장된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘의 계산 또는 수행이 가능한 것을 특징으로 하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 시스템.
   
6. 각 서브관리장치는 자신이 관리하는 제어대상설비들의 상태 데이터를 수집하고, 상기 수집된 상태 데이터에 근거한 상태제어정보를 원거리의 관리실에 설치된 가상관리장치로 전송하는 단계; 및
   상기 가상관리장치는 각 제어대상설비의 상태제어정보를 저장하고, 특정 제어대상설비의 오동작 감지로 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 관리실에서 오동작 발생 원인 확인을 위해 해당 서브관리장치에서 실행된 제어 알고리즘과 동일 또는 유사한 제어 알고리즘을 실행하여 상기 특정 제어대상설비의 제어 데이터를 복원하는 단계;
   를 포함하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 상태제어정보는 제어대상설비 식별정보, 상태 데이터, 제어알고리즘의 출력값 및 기 설정된 목표값, 제어값, 상태 데이터의 가공 데이터, 해당 제어대상설비의 제어에 사용되는 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 해당 제어대상설비의 제어 데이터 복원을 위해 필요한 정보인 것을 특징으로 하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제어 데이터를 복원하는 단계는,
   상기 특정 제어대상설비의 제어 데이터 복원이 필요한 경우, 상기 특정 제어대상설비에 설정된 각 제어 알고리즘의 상태 데이터 또는 출력값을 상태제어정보로부터 획득하는 단계;
   상기 상태 데이터 또는 출력값을 해당 제어 알고리즘에 적용하여 제어 알고리즘 내부의 연산 데이터들을 계산하는 단계;
   상기 계산된 각 제어 알고리즘 내부의 연산 데이터들, 각 제어 알고리즘의 출력값, 상기 상태 데이터 및 제어값을 제어 데이터로 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산제어시스템에서의 플랜트 데이터 복원 방법.

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