KR19990079593A - 콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 피엘씨 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 공장설비 및 액튜에이터 등의 시퀀셜 제어를 위한 피엘씨(PLC)제어 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 피엘씨를 이용한 다점 제어시스템의 구축시 큰 부담이 되는 콘트롤러와 피제어기 사이의 배선수의 증가 문제를 해결하여 제어 시스템의 설치비용의 절감효과와 유지 및 보수의 용이성을 가져오는 콘트롤러 에어리어 네트웍(CAN)을 이용한 피엘씨 제어시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적구성의 특징은 피엘씨(10)로부터 입력되는 시퀀셜 병렬 제어데이터를 시분할 처리하여 직렬데이터로 변환 출력하고 상기 피 제어기로부터 입력되는 시분할된 직렬데이터를 복원처리하여 상기 피엘씨측에 병렬 데이터를 출력하는 캔 마스터(20)와, 상기 캔 마스터(20)로부터 입력되는 시분할된 직렬 제어데이터를 복원처리하여 상기 피엘씨의 제어데이터 출력과 같은 전압레벨의 병렬 시퀀셜 제어신호를 상기 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)측에 출력하고 또한 피제어기 측으로부터 입력되는 입력신호를 병렬데이터로 받아 이를 시분할 직렬데이터로 변환하여 상기 캔 마스터측으로 출력하는 다수의 캔 슬레이브(30-1∼30-n)로 피엘씨(10)를 이용하여 다점의 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)를 제어한다는데 있다.

Description

콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 피엘씨 제어시스템

본 발명은 각종 공장설비 및 액튜에이터 등의 시퀀셜 제어를 위한 피엘씨(PLC : Programmable Logic Controller)제어 시스템에 관한 것으로, 특히 피엘씨를 이용한 다점 제어시스템의 구축시 큰 부담이 되는 콘트롤러와 피제어기 사이의 배선수의 증가 문제를 해결하여 제어 시스템의 설치비용의 절감효과와 유지 및 보수의 용이성을 확보할 수 있는 콘트롤러 에어리어 네트웍(CAN : Controller Area Network, 이하 "캔"이라 약한다)을 이용한 피엘씨 제어시스템에 관한 것이다.

피엘씨는 사용자 제어 조건으로 주어지는 프로그램에 따라 공장설비나 각종 액튜에이터 등을 순차 구동 제어하는데 사용된다.

도 1은 일반적인 피엘씨 시퀀스 제어를 위한 회로블록 구성예를 나타낸 도면으로, 피엘씨(10)는 그 내부에 CPU(11)를 가지며 이 CPU의 입출력 포트와 외부의 피제어기측을 접속하기 위한 여러개의 입출력채널, 즉 입출력 터미널 블록(12-0, 12-1, 12-2, …12-n)를 가지고 있으며, 상기 각각의 입출력 터미널 블록(12-1, 12-2, …12-n)의 각 터미널은 해당 터미널 수(제어비트수)만큼의 개별 케이블 라인을 통하여 원격지의 콘트롤러(13-1,13-2, … 13-n)에 각각 접속되고 있다.

상기 콘트롤러(13-1,13-2, … 13-n)에는 각각 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)가 접속되며 또한 해당 피제어기의 동작을 감시하고 그 제어시점 결정신호 등을 발생하는 센서(15-1,15-2, … 15-n)가 접속되고 있다.

또한 피엘씨(10)의 입출력 터미널 블록(12-0)에는 앞에서 설명하고 있는 콘트롤러 블록(13)을 거치지 않고 피제어기(14-0)및 그에 설치된 센서(15-0)에 직접 접속시킬 수 있다.

여기에 나타나있는 바와 같이, 상기 피엘씨의 입출력 터미널 블록(12-1, 12-2, … 12-n)은 그들 각각마다 여러개의 신호전송 및 신호수신을 위한 다수의 터미널로 마련되고 있어, 일 예로 입출력 터미널 블록마다 각각 16개의 터미널로 이루어진 경우 각각 16가닥의 전용 제어신호 전송및 감시 신호수신 케이블을 통해 원격지의 해당 콘트롤러 마다 접속되어 이를 통해 피엘씨측 제어신호가 각각의 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)에 제공되고 또한 피 제어기측의 센서의 센싱신호가 피엘씨측으로 전달되도록 되어 있기 때문에 원격 피엘씨 제어시스템의 구성이 매우 복잡하게 된다.

따라서 상기와 같은 종래의 방식에서는 제어시스템의 구축비용이 많이 소요되고 유지,보수 및 관리가 어려운 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 각종 공장설비 및 액튜에이터 등을 피엘씨를 이용하여 다점제어 방식으로 제어시스템의 구축하게 되는 경우 어드레스 지정 시분할 제어방식을 도입하여 콘트롤러와 피제어기 사이의 제어버스를 단일 케이블화 시킴으로써 배선수 절감에 따른 제어 시스템의 설치비용의 절감효과와 유지,보수 및 관리의 용이화를 도모하게 되는 콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 피엘씨 제어시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 피엘씨 제어시스템의 개략적인 블록구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 피엘씨 제어시스템의 개략적인 블록구성도이다.

도 3은 본 발명의 캔 마스터의 상세한 블록구성도이다.

도 4는 본 발명의 캔 슬레이브의 상세한 블록구성도이다.

도 5는 본 발명의 캔 마스터의 신호변환기에 대한 회로구성도이다.

도 6은 본 발명의 캔 슬레이브의 신호변환기에 대한 회로구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 피엘씨(PLC) 11 : 피엘씨 CPU

14-1∼14-n :피제어기 15-1∼15-n : 센서

20 : 캔 마스터 21,31 : 신호변환기

22,32 : CPU 23,33 : 직병렬신호변환기

24,34 : 전송 및 수신기 30-1∼30-n : 캔 슬레이브

상기 목적을 달성하는 본 발명의 구성은 다수의 피제어기별 제어신호를 발생하는 피엘씨와, 상기 피엘씨로부터 입력되는 시퀀셜 병렬 제어데이터를 시분할 처리하여 직렬데이터로 변환 출력하고 상기 피 제어기로부터 입력되는 시분할된 직렬데이터를 복원처리하여 상기 피엘씨측에 병렬 데이터를 출력하는 캔 마스터와, 상기 캔 마스터로부터 입력되는 시분할된 직렬 제어데이터를 복원처리하여 상기 피엘씨의 제어데이터 출력과 같은 전압레벨의 병렬 시퀀셜 제어신호를 상기 피제어기 측에 출력하고 또한 피제어기 측으로부터 입력되는 입력신호를 병렬데이터로 받아 이를 시분할 직렬데이터로 변환하여 상기 캔 마스터측으로 출력하는 다수의 캔 슬레이브를 포함하는 것으로 특징지울 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 피엘씨 제어시스템의 개략적인 블록구성도이다. 여기에서 참고되는 바와 같이, 본 발명 시스템은 다수의 피제어기별 제어신호를 발생하는 CPU(11)를 포함하는 피엘씨(10)측과 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)측 사이에 입출력신호 상호간 시분할 직병렬데이터 변환기능을 가지는 캔 마스터(20)와 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n )를 각각 설치하여, 피엘씨(10)와 각 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)간 각종 제어정보 및 센싱정보의 교환이 상기 캔 마스터(20)와 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n)에 의해 단일의 케이블을 전송라인으로 하는 직렬데이터 전송방식으로 이루어지게 구성하고 있다.

도 3은 상기 캔 마스터(20)의 상세한 블록구성도로서, 이는 캔 마스터 포트로 입출력되는 신호를 시분할 동기 처리하는 마스터 CPU(22)와, 이 마스터 CPU(22)의 입출력포트 및 상기 피엘씨 CPU(11)의 입출력포트 사이에 배치되어 상호간 데이터 전송신호의 신호전압레벨 변환기능을 가지는 신호변환기(21)와, 상기 마스터 CPU(22)에서 출력되는 신호를 직렬로 변환하고 상기 마스터 CPU(22)에 제공되는 신호를 병렬로 변환하는 직병렬신호변환기(23)와, 원라인 케이블을 통해 캔 슬레이브측과 직렬데이터를 주고 받는 전송 및 수신기(24)를 포함한다.

도 4는 상기 캔 슬레이브(30-1)의 상세한 블록구성도로서 다른 캔 슬레이브(30-2,30-3 … 30-n)도 이와 동일한 구성을 가지며, 이는 기본적으로 앞에서 설명한 캔 마스터(20)의 구성과 동일성을 가진다.

여기에서 참고되는 바와 같이, 캔 슬레이브는 그의 포트로 입출력되는 신호를 시분할 동기 처리하는 슬레이브 CPU(32)와, 이 슬레이브 CPU(32)의 입출력포트 및 피제어기(14-1)측 사이에 배치되어 피제어기측으로 제공될 각종 제어전압 신호를 변환출력하고 상기 피제어기측의 특정 개소별로 설치된 센서(15-1)로부터의 각종 제어인식 전압정보 및 에러탐지 전압정보를 로직신호 전압레벨로 변환입력하는 상호 데이터 교환전달 기능의 신호변환기(31)와, 상기 슬레이브 CPU(32)에서 출력되는 신호를 직렬로 변환하고 상기 슬레이브 CPU(32)에 제공되는 신호를 병렬로 변환하는 직병렬신호변환기(33)와, 원라인 케이블을 통해 상기 캔 마스터측과 직렬데이터를 주고 받는 전송 및 수신기(34)를 포함한다.

도 5는 본 발명의 캔 마스터(20)의 신호변환기(21)에 대한 회로구성도이고 도 6은 본 발명의 캔 슬레이브의 신호변환기(31)에 대한 회로구성도로서, 각각 피엘씨(10)와 마스터 CPU(22)사이 및 슬레이브 CPU(32)와 피제어기(14-1)사이에 설치되는 신호변환기는 포토커플러로 이루어지는 것을 나타내고 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 피엘씨(10)의 CPU(11)에서는 사전에 사용자 제어조건 프로그램에 따라 제어하고자 하는 설비, 즉 특정 피제어기를 지정하는 어드레스를 발생하고 이어서 순서에 따라 해당 선택 피제어기별 연속제어신호를 출력한다. 이러한 CPU(11)입출력포트의 어드레스 정보와 연속제어신호 출력은 캔 마스터(20)에 병렬데이터로 인가된다.

도 3에서 참고되는 바와 같이, 상기 캔 마스터(20)는 피엘씨측으로부터 입력되는 병렬 제어신호 데이터를 시분할 직렬 제어신호 데이터로 변환하여 원라인 케이블을 통해 캔 슬레이브측으로 전송하고 또 원라인 케이블을 통해 슬레이브측으로부터 입력되는 직렬데이터는 상기 피엘씨에서 요구하는 신호레벨로 복원하여 상기 피엘씨(10)의 CPU 측으로 전송하는 기능을 수행한다.

여기에서 캔 마스터(20)의 신호변환기(21)는 피엘씨(10)에서 출력되는 병렬 접점 신호전압(B⁺)이 12V 또는 24V의 설비 직구동 전압이므로 이를 캔 마스터 내의 마스터 CPU(22)가 처리할 수 있도록 하기 위해 Vcc 전압레벨로 변환시키고, 또한 상기 마스터 CPU(22)에서 처리된 Vcc전압 레벨의 데이터를 피엘씨측에서 요구하는 전압레벨로 변환시키는 역할을 한다.

또 상기 캔 마스터내의 마스터 CPU(22)는 피엘씨측으로부터 입력되는 제어데이터를 시분할 변환시킨후 이렇게 시분할 된 병렬데이터가 직병렬 신호변환기(23)에서 직렬데이터로 변환되어 전송 및 수신기(24)를 거쳐 원라인 케이블을 통해 각각의 피제어기 측 캔 슬레이브로 전송하게 되고, 또한 상기 전송 및 수신기(24)와 직병렬 신호변환기(23)를 거쳐 입력되는 시분할된 데이터를 복원처리하는 역할을 한다.

한편 상기 캔 마스터(20)에서 발생된 직렬 제어신호 데이터에 포함된 어드레스에 의해 지정되는 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n) 측에서는 직렬 전송되어온 해당 피제어기용 시분할된 제어테이터를 복원하여 자신이 제어할 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)측의 각각의 제어개소에 직구동 제어전압신호를 발생시켜 제공하게 되므로 해당 피제어기 별로 설비 또는 액튜에이터의 시퀀셜 제어가 이루어지게 된다.

또, 각 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)마다 설치된 센서(15-1,15-2, … 15-n)에서 발생되는 설비나 액튜에이터 등의 이상상태 감지정보는 해당 피제어기마다 접속되고 있는 각각의 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n)에서 시분할되어 직렬 데이터화된 후 원라인 전송케이블을 통해 캔 마스터(20)측에 직렬 전송된다.

도 4는 앞에서 설명한 캔 슬레이브(30-1)의 내부 블록구성도로서, 이는 다른 모든 캔 슬레이브(30-2,30-3, … 30-n)와 동일하며, 실질적으로 캔 마스터의 구성과 동일성을 유지하므로 그들의 동작은 상기 캔 마스터(20)의 동작과정의 역순과 동일하게 됨을 알 수 있다.

따라서 캔 마스터(20)의 CPU(22)는 피엘씨 측으로부터 전송되어 오는 다수의 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)별 각각의 어드레스와 순차 제어데이터를 시간축에 따라 시분할하여 원라인 전송케이블을 통해 직렬 데이터 전송방식으로 모든 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n)에 전송하고, 상기 각 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n)에서는 자신의 어드레스를 포함하는 시분할된 직렬 데이터를 슬레이브 CPU 에서 원래의 제어신호로 복원시켜 해당 캔 슬레이브부에 접속된 피제어기측에 직 구동 제어출력을 내보내게 되기 때문에, 하나의 캔 마스터(20)와 각각의 피제어기를 가지는 다수의 캔 슬레이브부(30-1,30-2, … 30-n)로서 피제어기의 다점제어가 가능하게 되는 것이며, 또한 상기한 바의 역순에 따라 각각의 피제어기들이 가지는 여러 센서들의 감시신호도 각각의 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n)의 CPU에서 센싱신호의 시분할 및 직렬데이터로 변환시켜 단일의 전송케이블을 통해 전부 캔 마스터(20)측으로 전송하고, 상기 캔 마스터내의 CPU(22)에서는 입력되는 개개의 피제어기(30-1,30-2, … 30-n)별 시분할 직렬 센싱데이터를 원래의 신호레벨로 복원시켜 피엘씨의 CPU(11)의 입출력 포트에 제공하게 되므로, 다점 제어를 위한 피엘씨 제어망을 단일 라인의 공통 데이터 전송케이블로 구축할 수 있게되는 것이다.

도 5 및 도 6은 각각 캔 마스터 내의 신호변환기(21) 및 캔 슬레이브 내의 신호변환기(31)의 구체적인 구성예로서, 캔 마스터의 CPU(22)와 피엘씨의 CPU(11)사이의 입출력간 신호레벨의 변환과 그리고 하나의 캔 슬레이브의 CPU(32)와 피제어기(14-1) 및 센서간 신호전압 레벨을 변환하기 위해 각각 포토커플러 어레이를 사용하고 있음을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 각종 공장설비 및 액튜에이터 등을 피엘씨로 다점제어 하고자 하는 경우 콘트롤러 에어리어 네트웍(CAN)을 구성하는 마스터부와 슬레이브부를 각각 피엘씨측과 피제어기측에 설치한 후 각 캔 슬레이브부 측에 부여된 고유의 어드레스를 캔 마스터부 측에서 지정하게 하고 이어서 시퀀셜 제어신호를 전송함에 있어 시분할 제어 및 제어 데이터의 직렬 전송방식을 도입함으로서 피엘씨측과 피제어기측 사이의 제어버스를 단일선로의 공통 케이블로 구축할 수있어, 시스템 구축시 배선수의 절감에 따른 제어 시스템의 설치비용의 절감효과와 유지,보수 및 관리가 용이하게 되는 특유의 효과를 가져온다.

Claims (4)

1. 피엘씨(10)를 이용한 다점의 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)제어시스템에 있어서, 상기 피엘씨(10)로부터 입력되는 시퀀셜 병렬 제어데이터를 시분할 처리하여 직렬데이터로 변환 출력하고 상기 피 제어기로부터 입력되는 시분할된 직렬데이터를 복원처리하여 상기 피엘씨측에 병렬 데이터를 출력하는 캔 마스터(20)와, 상기 캔 마스터(20)로부터 입력되는 시분할된 직렬 제어데이터를 복원처리하여 상기 피엘씨의 제어데이터 출력과 같은 전압레벨의 병렬 시퀀셜 제어신호를 상기 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)측에 출력하고 또한 피제어기 측으로부터 입력되는 입력신호를 병렬데이터로 받아 이를 시분할 직렬데이터로 변환하여 상기 캔 마스터측으로 출력하는 다수의 캔 슬레이브(30-1∼30-n)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 PLC 제어시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 캔 마스터(20)는 상기 PLC에서 입력되는 신호를 시분할 처리하고 또한 상기 캔 슬레이브로부터 시분할 전송되어 오는 데이터를 복원하는 마스터 CPU(22)와, 상기 마스터 CPU(22)와 상기 피엘씨 사이에 배치되어 입출력신호간 전압레벨을 바꾸어주는 신호변환기(21)와, 상기 마스터 CPU(22)에서 상기 캔 슬레이브로 출력되는 시분할된 제어데이터 신호를 직렬로 변환하고 상기 캔 슬레이브로부터 상기 마스터 CPU(22)에 입력되는 제어데이터 신호를 병렬로 변환하는 직병렬 신호변환기(23)와, 상기 캔 슬레이브 측으로부터 수신되는 직렬데이터를 상기 직병렬 신호변환기에 출력하고 또한 상기 직병렬 신호변환기의 직렬데이터를 캔 슬레이브 측에 출력하는 전송 및 수신기(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 피엘씨 제어시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 캔 슬레이브(30-1,30-2, … 30-n)는 상기 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)의 센서(15-1,15-2, … 15-n)의 센싱 입력신호를 시분할 처리하고 캔 마스터 측으로부터 시분할 전송되어 오는 제어데이터를 복원하는 슬레이브 CPU(32)와, 상기 슬레이브 CPU(32)와 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)의 제어입력단 사이에 배치되어 피제어기 측에 직구동용 제어신호전압을 발생하고 또한 피제어기(14-1,14-2, … 14-n)로부터의 입력신호를 CPU 입력용 전압레벨로 바꾸어주는 신호변환기(31)와, 상기 슬레이브 CPU(32)에서 출력되는 시분할 된 센싱데이터 신호를 직렬로 변환하고 상기 슬레이브 CPU(32)에 입력되는 피제어기 제어데이터를 병렬로 변환하는 직병렬 신호변환기(33)와, 상기 직병렬 신호변환기에서 변환된 직렬데이터를 캔 마스터측으로 출력하고 또한 캔 마스터측에서 들어오는 직렬 제어데이터를 상기 직병렬 신호변환기측으로 출력하는 전송 및 수신기(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 피엘씨 제어시스템.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 신호변환기(21),(31)는 포토커플러 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘트롤러 에어리어 네트웍을 이용한 피엘씨 제어시스템.