KR20000045134A

KR20000045134A - 이중구조를 가진 다중 통신 유니트를 이용한 원격 제어 통신 시스템

Info

Publication number: KR20000045134A
Application number: KR1019980061681A
Authority: KR
Inventors: 임헌호; 황우성; 황동희; 최재곤
Original assignee: 구자영; 케이티전기 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100330742B1

Abstract

본 발명은 이중구조를 가진 다중(Multi-level with Redundancy) 통신 유니트를 이용하여 원격 제어장치를 위한 통신 시스템에 관한 것이다. 하위레벨에서 데이터를 수집하기 위한 시리얼 통신과, 상위레벨에서 데이터를 교환하기 위한 LAN 통신 및 이 두 가지의 통신 방식을 연계해 주는 다중 통신 유니트를 중계장치로서 설치하고, 하부의 시리얼 통신은 다중 통신 유니트 내부에서 RS232c, RS485, 커랜트 루프(Current loop), CAN(Controller Area Network)등등 어떠한 통신이라도 사용할 수 있도록 구성하고, 상부의 LAN 통신은 TCP 방식과 브로드케스트 방식을 혼용하여 사용할 수 있도록 하되, 브로드 케스트 방식의 데이터 포맷을 데이터 분류 코드 및 오류 체크를 위한 별도의 체크 코드를 포함시켜 구성하여 통신 제어를 하도록 구성한다. 또한 다중 통신 유니트는 상부 통신과 하부 통신 모두 각기 이중 채널 구조를 채택하고, 하나의 다중 통신 유니트는 동일 구조를 가진 2개의 통신유니트를 마스터와 슬레이브로 구분하여 구성한다.

Description

이중구조를 가진 다중 통신 유니트를 이용한 원격 제어 통신 시스템

본 발명은 원격감시 및 제어를 위한 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 선박이나, 육상의 대형 플랜트 등 넓은 곳에 산재해 있는 주변 장비들을 한곳에서 감시하고 제어하는 원격지 제어 시스템의 통신망 구축을 위한 통신 시스템에 관한 것이다.

원격감시 및 제어 장치란 곳곳에 떨어져 있는 각종 기계· 전기 장치로부터 데이터를 수집하여 한곳에서 관측 할 수 있게 디스플레이하고 때에 따라서는 PC상에서 지시한 제어명령을 하부의 로칼 유니트로 빠른 시간 내에 전송하여 전체 시스템의 운영을 원활하게 해 주는 장치를 말한다.

종래의 원격 감시 및 제어 장치에서 사용하는 방법은, PLC 등 동일 회사의 제품을 이용하여 산업용 네트워크 등으로 통신망을 구축하거나, 시스템 전체를 LAN 과 시리얼 통신 등의 단일 망으로 구축하는 경우가 대부분이고, LAN 통신에 있어서도 대부분이 단일 TCP 방식만을 이용하고 있는 실정이다. 특히 TCP 방식은 각 유니트나 PC간에 통신 데이터를 주고받음에 있어서 일 대 일 방식에 따르기 때문에 시스템이 대형화되어 상부 PC나 하부 로칼 유니트의 수가 많아질수록 전체적인 데이터 전송 속도 및 효율성이 많이 저하되는 단점이 있다.

또한 기존 시스템의 경우 상부의 PC와 하부의 로칼 유니트 사이에 별도의 중계장치를 사용하지 않고 직접 연결하는 것이 대부분으로 단일 회사의 제품으로만 구성하는 경우에는 별 문제가 없지만 선박이나 대형 플랜트 등 여러 종류의 제품이 모여 시스템을 이루는 경우에 있어서는, 통신망의 구축에 있어서 많은 제약이 따를 뿐만 아니라 시스템의 확장성에 있어도 취약한 점이 많다. 간혹 중계장치를 사용하는 시스템이 있기는 하지만 이 경우에 있어서도 중계장치 자체가 단일 유니트로 구축되어 있기 때문에 중계장치가 고장날 경우 시스템 전체의 통신이 단절되어 안정성이 떨어지는 것이 여전히 문제점이 된다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 다중 통신 유니트라는 별도의 중계장치를 이용하여 시스템의 확장성을 용이하게 할 뿐 아니라 다중 통신 유니트 자체를 동일한 기능을 가진 이중 시스템(Dual System)으로 구축하여 전체 시스템의 안정성을 확보하고 LAN 통신에 있어서도 브로드케스트 및 TCP의 두 가지 통신방식을 적절히 혼용하여 전체 데이터 전송 속도 및 효율성을 향상시키고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 하부의 주변장치와 상부의 PC간에 다중 통신 유니트를 두어 통신방식을 시리얼 통신부와 LAN 통신부로 구분하였다. 하부의 시리얼 통신에 있어서는 다중 통신 유니트 내부에서 RS232c, RS485, Current loop, CAN(Controller Area Network) 등 어떠한 통신이라도 사용할 수 있기 때문에 장착된 주변기기의 통신 방식에 따라 자유롭게 선택할 수 있어 확장성이 뛰어나다.

특히, 상부의 LAN 통신에 있어서는 TCP 방식과 브로드케스트 방식을 혼용하여 사용하고 있는데 TCP 방식은 LAN상에 있는 각 PC와 다중 통신 유니트 사이에 데이터를 주고받을 때 일 대 일의 형태를 취하며, 브로드 케스트 방식은 일 대 다수의 형태를 취한다.

따라서 다중 통신 유니트에서 상부의 PC로 데이터를 전송할 때 TCP의 경우에는 각 PC 마다 한번씩 접속하여 일 대 일로 데이터를 전송하여야 하기 때문에 상부에 있는 PC의 수가 늘어날수록 데이터 전송시간에 대한 부담이 커지게 된다. 반면에 브로드케스트 방식은 다중 통신 유니트에서 통신 라인상에 한번만 송신하면 전 PC에 동시에 전송되기 때문에 PC의 수가 늘어나도 통신시간에는 전혀 영향을 미치지 않는다. 하지만 브로드케스트 방식의 경우에는 일단 송신한 데이터에 대해서는 별도의 확인과정을 거치지 않기 때문에 일반적인 데이터 포맷으로는 신뢰도를 확신할 수가 없어서 본 발명에서는 브로드케스트 방식으로 전송되는 데이터 포맷에 별도의 체크코드를 추가하여 데이터의 송수신시 발생할 가능성이 있는 오류에 대비하였다. 또한 브로드 케스트 방식에서는 한 곳에서 전송한 데이터에 대해 모든 부분에서 구분 없이 수신하기 때문에 어떤 경우에는 불필요한 데이터 수신동작이 일어나기도 하므로 이러한 단점을 보완하기 위하여 본 발명에서는 통신 데이터의 선두에 수신자를 명시하는 별도의 ID code를 추가하므로써 불필요한 수신동작이 발생하지 않도록 하였다.

결론적으로 각 주변장치에서 수집된 데이터의 전송이나 제어 명령 등 빠른 전송속도를 요하는 데이터에 대해서는 브로드케스트를 사용하고 시스템정보나 데이터 베이스 등 양은 많고 전송속도에 크게 구애받지 않는 데이터에 대해서는 TCP 방식을 이용하여 시스템 전체의 전송속도와 효율성을 향상 시켰다.

또한 상기와 동일한 기능을 가진 마스터와 슬레이브의 두 가지 유니트를 하나의 다중 통신 유니트로 구성하여 시스템 구동시 마스터가 우선적으로 구동되고 동작 중 LAN 상의 통신데이터를 항시 감시하여 마스터가 고장이 난 것을 대기상태에 있던 슬레이브가 인식하게 되면 즉시 슬레이브가 구동되어 작업을 시작하게 되는 시스템 이중화(System Redundancy) 기능을 갖추고 있어서 전체 시스템의 운영에는 전혀 지장이 없도록 설계되어 있다. 이러한 다중 통신 유니트 자체의 이중화 기능이외에도 마스터와 슬레이브에는 하부와 통신할 수 있는 통신 채널이 각각 2 개씩 준비되어 하부 로칼 유니트 와의 통신에 문제가 생기면 다른 대기상태의 채널로 절환하는 기능이 추가로 내장되어 있기 때문에 시스템의 안정도에 있어서는 기존의 통신 구조에 비해 월등히 우수하다고 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 통신 네트워크의 기능도.

도 3은 본 발명에 따른 브로드케스트 통신 데이터의 구조도.

도 4는 본 발명에 따른 다중 통신 유니트의 구성도.

도 5는 본 발명의 다중 통신 유니트의 통신 기능에 대한 흐름도.

도 6은 본 발명의 다중 통신 유니트의 이중화 기능에 대한 흐름도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

100 : PC(호스트) 200 : LAN 통신망

210 : 브로드케스트통신 220 : TCP통신

300 : 다중 통신 유니트 310 : 마스터

320 : 슬레이브 311 : 전원부

312 : 마더보드 313 : LAN통신보드

314 : CPU 보드 315 : 하부통신보드

400 : 하부통신망 410 : RS485

420 : 커랜트 루프 430 : RS232c

440 : CAN(Controller Area Network) 500 : 로칼 유니트

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 전체 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이, 크게 다수의 PC(100)와 다수의 다중 통신 유니트(300) 간에 LAN(200)에 의한 통신을 수행하는 상부 통신망과, 상기 다중 통신 유니트(300)와 다수의 로칼 유니트(500) 간에 직렬통신 및 커랜트 루프(current loop), CAN(Controller Area Network) 등 다양한 로칼 통신망(400)을 통해 통신하는 하부 통신망으로 구분할 수 있다.

상부의 PC(100)와 다중 통신 유니트(300)가 LAN(200)으로 연계되어 TCP 통신(220)과 브로드케스트(Broadcast) 통신(210)을 혼용하여 사용하고 있으며, 다중 통신 유니트(300)는 마스터(Master)와 슬레이브(Slave)가 둘 다 LAN(200)으로 연결되어 상호 서로의 동작 상태를 통신 데이터를 통해 감시하고 있다.

하부통신에 있어서는 도면에 나타낸 것과 같이 각 로칼 유니트(500)들이 주변의 기계· 전기 장치 및 센서로부터 수집한 데이터를 RS232c(430), RS485(410), 커랜트 루프(420), CAN(Controller Area Network)(440) 등 각종 통신방식을 이용해 다중 통신 유니트(300)로 전송하고 있으며, 각 다중 통신 유니트(300) 당 한가지 통신방식으로 구성할 수 있다. 그리고 다중 통신 유니트(300)의 마스터, 슬레이브 각 유니트 당 2개의 통신 채널을 확보하고 있어서 하부 통신라인의 고장에도 적절히 대처가 가능하다.

하부 통신망에서의 로칼 유니트(500)들과 다중 통신 유니트(300)들 사이의 로칼 통신(400)은, RS485(410), RS232c(430), 커랜트 루프(420), CAN(Controller Area Netwo사)(440) 등 각종 통신방식을 이용하여 로칼 유니트(500)에서 수집된 데이터를 다중 통신 유니트(300)로 전송하는데, 이때의 데이터는 미리 규정해 놓은 포맷에 의거하여 전송된다.

상부 통신망은 LAN(200) 통신에 관한 부분으로, 단일의 LAN 네트워크 상에서 두 가지 통신 방식을 이용하고 있음을 나타내고 있다. 하나는 브로드케스트(210) 방식으로 하부의 로칼 유니트(500)로부터 수집된 데이터의 전송이나 상부의 PC(100)로부터 하부의 로칼 유니트(500)로 전달되는 제어명령 등 빠른 전송속도를 요하는 데이터들을 처리하고, 또 다른 하나는 TCP(220) 방식으로 시스템 정보(System information)나 데이터 베이스(Database) 등 양은 많고 전송시간에는 크게 제약을 받지 않는 데이터에 대한 처리를 행한다.

도 2는 브로드케스트 방식에서 사용되는 통신 데이터의 구조도로서, 수신자 그룹명(211), 발신자명(212), 데이터의 분류코드(213), 내용(214), 에러 체크 코드(Check code)(215), 종료 코드(End code)(216)로 구성된다. 수신자 그룹명(211)은 브로드케스트 방식의 특성상 한 곳에서 송신한 데이터에 대해 네트워크 상의 모든 PC 및 다중 통신 유니트로 무조건 전송되는 단점을 보완하기 위한 부분으로 현재 송신되는 데이터를 수신해야 되는 수신자 그룹명을 기입하므로써 불필요한 데이터 수신을 막기 위한 것이다. 발신자명(212)은 현재 데이터를 송신하는 곳의 ID이고, 데이터 분류 코드(213)는 현재 송신되는 데이터의 내용이 어떠한 정보인지를 분류하기 위한 정보이다. 그 뒤로 실제 데이터의 내용(214)과, 에러 체크 코드(215), 종료 코드(216)가 붙게 되는데 이 중 에러 체크 코드(215)는 데이터 송수신시 발생할 수 있는 데이터의 오류에 대비하여 기본적인 프로토콜 이외에 별도로 데이터의 정상 유무를 판단하기 위한 코드이며, 최종적으로 종료 코드(216)를 추가하여 데이터 전송의 종료를 표시한다.

도 3은 다중 통신 유니트(300)의 하드웨어 구성에 대한 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이, 크게 마스터(310)와 슬레이브(220)가 동일하게 CPU 보드(314), LAN 통신 보드(313), 하부 통신 보드(315), 마더 보드(Mother Board)(312), 전원부(Power supply)(311)로 구성되어 이중 구조로 이루어지고, 이중 하부 통신보드는 각각 이중으로 구성된다.

하부 통신 보드(315)에서는 하부의 로칼 유니트(500)로부터 여러 통신방식(400)을 통해 전송되는 데이터를 CPU에서 인식할 수 있는 데이터로 변환하고, CPU 보드(314)에서는 수집된 데이터를 상부에서 인식할 수 있는 데이터로 변환한다. LAN 통신 보드(313) 에서는 CPU 보드(314) 에서 변환된 데이터를 상부의 PC(100)로 브로드케스트(210)나 TCP(220) 방식을 이용해 전송한다. 그 외 마더 보드 (312)는 각 보드 간의 데이터 연계와 전원 공급을 수행하고, 전원부(311)에서는 AC 전원을 공급받아 각 보드 에서 필요로 하는 DC 전원으로 변환하는 기능을 가진다. 그리고 이러한 기능을 가진 마스터(310)와 슬레이브(320)의 두 유니트가 모여 하나의 다중 통신 유니트(300)를 이룬다.

도 5는 다중 통신 유니트의 통신 기능에 대한 흐름도로서, 데이터 수집 및 전송에 대한 기능을 나타내고 있다. 시스템이 구동되면(S1), 먼저 다중 통신 유니트(300)는, 통신 데이터를 입력받고(S2), 입력받은 데이터가 LAN 네트워크(200)를 통해 들어오는 것인지 하부 통신 네트워크(400)를 통해 들어오는 것인지를 판단한다(S3). 하부 통신 네트워크(400)를 통해 들어오는 데이터인 경우에는(S10) 데이터를 상위 네트워크에 맞게 변환하고(S11) 다시 변환된 데이터를 LAN(200)을 통해 전송한다(S12).

상기 판단(S3)에서 만일 LAN 네트워크(200)를 통해 들어오는 데이터인 경우에는, 하부로 전송되는 제어명령인지 혹은 시스템의 정보 데이터인지를 판단(S4)하여, 시스템의 정보인 경우(S8)에는 내부 데이터 메모리 영역에 저장(S9)한다.

상기 제어명령인지의 판단(S4)에서 제어 명령일 경우에는 하부 데이터 구조인 데이터를 하부 통신 포맷에 맞게 변환한다(S5). 이어서 하부 통신 네트워크(400)를 통해 변환된 데이터를 지정된 해당 로칼 유니트(500)로 전송하게 된다(S6). 그리고 파워 오프인 경우를 체크(S7)하여 종료한다.

도 6은 다중 통신 유니트의 이중화 기능에 대한 흐름도로서, 각 유니트 및 통신 채널의 고장에 대해 자동으로 대처하는 기능에 대한 설명이다. 우선 시스템이 정상적으로 구동되면(S21), 마스터 유니트(310)가 구동되고(S22) 슬레이브 유니트(320)는 대기 상태가 된다(S23). 마스터 유니트(310)는 하부 통신의 A 채널을 통해 통신을 시작하여 데이터를 수집하고(S24), LAN(200)을 통해 수집된 데이터인 경우에는 하부 통신망으로 그 데이터를 전송한다. 시스템이 정상적으로 구동되고 있는 동안 항상 마스터 유니트(310)의 하부 통신 A 채널의 상태를 검사하여(S25) 이상이 발생할 경우, B 채널의 이상유무를 다시 판단하여(S26), 역시 이상이 있으면 마스터(310)를 대기상태로 전환하고(S29), 슬레이브(320)를 즉시 구동한다(S23). 상기 B채널의 이상 유무를 체크(S26)하여 이상이 없을 경우에는 B채널을 통해 작업을 진행한다(S27).

그리고 LAN 네트워크를 통해 전송되는 통신 데이터를 검사하여 마스터(310)로부터 데이터가 정상적으로 전송되지 않아 마스터가 고장인 것으로 판단(S25) 될 때에도, 마스터를 대기상태로 전환하고(S29) 슬레이브를 즉시 구동하여(S30) 작업을 계속 진행하도록 하므로써 전체 시스템의 구동에 있어 발생할 할 수 있는 데이터 통신의 단절이나 다중 통신 유니트의 고장에 대비하도록 하였다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명 "이중구조를 가진 다중통신 유니트를 이용한 원격지 제어 통신 시스템"은 지역적으로 분산되어 있는 각종 로칼 유니트들을 다중화 된 통신 네트워크로 연결하여 한곳에서 손쉽게 관측, 제어할 수 있게 하는 것으로 다중 통신 유니트를 사용하므로 해서 하부에 어떠한 통신 방식을 가진 로칼 유니트가 장착되더라도 연계가 용이하고 확장성이 뛰어나다. 그리고 상부의 LAN 네트워크에서는 브로드케스트 방식과 TCP 방식을 혼용하여 데이터 전송속도는 물론 시스템 운용상의 효율성을 높임과 동시에 통신 자체의 이중화 기능으로 전체 시스템의 안정성을 확보하였다.

이러한 이유로 상기 시스템은 선박, 발전기 시스템, 빌딩, 대형 육상 플랜트 등 어떠한 관측, 제어 대상이라 할지라도 적용이 용이하고 사용상의 효율성도 뛰어나다고 할 수 있다.

Claims

호스트가 원격지에 분산된 다수의 로칼 유니트들과 통신하여 원격지 장치의 관측 및 제어를 위한 원격제어 시스템에 있어서,

호스트 PC가 포함되는 다수의 PC들과, 상기 각종 로칼 유니트들 사이에 통신 중계장치로서 다수의 다중 통신 유니트를 설치하고,

상기 하나의 다중 통신 유니트는,

상기 다수의 PC들과 LAN으로 연결되어 통신 데이터의 종류에 따라 브로드케스트 방식 또는 TCP방식을 선택하여 통신하는 통신 채널이 이중으로 구비된 상부 통신 수단과;

상기 로칼 유니트들과는 별도의 하위 통신망으로 연결되어 각 로칼 유니트의 특성에 따라 각기 해당되는 통신 방식을 선택 세팅하여 통신하는 통신 채널이 이중으로 구비된 하부 통신 수단과;

그 하부 통신수단과 상부 통신 수단의 상호 데이터 변환 및 통신 제어를 하고, 상부 및 하부 통신 채널의 상태를 감시하여 통신중인 채널의 이상 발생시 대기중인 채널로 절환시켜 통신 채널을 제어하는 제어수단과;

전원공급을 위한 전원부 및 전원을 상기 각 통신수단으로 분배 공급하는 마더보드를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이중구조를 가진 다중 통신 유니트를 이용한 원격 제어 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 하나의 다중 통신 유니트는,

하나의 다중 통신 유니트 내부에 동일 구성으로 이루어진 2개의 통신 유니트가 마스터와 슬레이브 역할을 하도록 이중 구조로 구성되고,

마스터 역할의 통신 유니트가 통신 상태를 감시하여 자신의 상부 및 하부 통신 수단에 각기 구비된 이중 통신채널의 절환을 제어하고, 상부 통신 또는 하부 통신 수단 중 어느 한쪽의 이중 통신채널이 모두 이상이 발생되면 슬레이브 역할의 통신 유니트에게 마스터 역할을 넘겨 주는 통신 제어 프로그램이 상기 제어수단에 적재되어 구성된 것을 특징으로 하는 이중구조를 가진 다중 통신 유니트를 이용한 원격 제어 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 다중 통신 유니트는,

하부의 로칼 유니트로부터 수집된 데이터의 전송이나 상부의 PC로부터 하부의 로칼 유니트로 전달되는 제어명령 등 빠른 전송속도를 요하는 데이터들은 브로드케스트 통신방식을 선택하고,

시스템 정보나 데이터 베이스 등 양은 많고 전송시간에는 크게 제약을 받지 않는 데이터에 대한 처리는 TCP 통신방식을 선택하되,

현재 송신되는 데이터를 수신해야 되는 수신자 그룹명을 기입하는 수신자 그룹명;

현재 데이터를 송신하는 곳의 ID를 기록하는 발신자명;

현재 송신되는 데이터의 내용이 어떠한 정보인지를 분류하여 상기 브로드 케스트 방식 또는 TCP방식을 선택하기 위한 정보를 나타내는 데이터의 분류코드;

실제 데이터의 내용을 기록하는 내용;

데이터 송수신시 발생할 수 있는 데이터의 오류에 대비하여 기본적인 프로토콜 이외에 별도로 데이터의 정상 유무를 판단하기 위한 코드를 기록하는 에러 체크 코드; 및

데이터 전송 종료를 표시하는 종료 코드; 의 필드들을 포함하는 데이터 포맷을 이용하여 통신을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중구조를 가진 다중 통신 유니트를 이용한 원격 제어 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 하부 통신 수단은,

하부 로칼 유니트의 통신 방식에 맞추어 직렬 통신을 적용할 수 있도록 RS 485, 커랜트 루프, RS232c, CAN(Controller Area Network) 중 어느 하나의 통신방식을 이용하여 구성하는 것을 특징으로 하는 이중구조를 가진 다중 통신 유니트를 이용한 원격 제어 통신 시스템.