KR20010111228A - 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산제어 시스템에 가상 입출력신호를 제공하여 실제와 동일하게 시뮬레이터할 수 있는 시뮬레이터에 관한 것으로서, 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(IO Simulator Program;11)과, 이 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(11)을 처리하는 API(Application Program Imterface Dynamic Link Library;12), 상기 API( 12)에 접속되는 48비트 디지털 입 출력카드(BIT DIGITAL OUTPUT CARD;13), 상기 48비트 디지털 입 출력카드(13)에 연결되는 릴레이 구동회로(14)로 구성되며, 상기 48비트 디지털 입 출력카드(13)는 광커플러 및 레지스터(21),(22)와 어드레스 디코더 및 리드/라이트 로직(23), 출력레지스터(24), 버스버퍼(25) 및 베이스 어드레스 스위치(26)로 구성되어 해당 분야에 숙련된 사람이면 예시한 내용에서와 같이 다양한 변화를 주도록 기능, 구성을 하였고 자유로이 운용할 수 있을 뿐만 아니라 공장의 실제 제어용 응용 프로그램을 별도의 시간과 오류를 범하지 않고 작성하여 디버그(Debug) 까지 한 섹션(Section)에서 일괄적으로 처리하여 공장의 부하 분담과 관련 종사자(오퍼레이터, 시스템 관리, 유지 담당자)의 심적인 부담과 부하분담을 크게 줄 일 수 있는 장점이 있는 것이다.

Description

분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터{A FICTION SIMULATOROF IMAGINATION INPUT OUTPUT SIGNAL IN DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM}

본 발명은 분산제어 시스템에 가상 입출력신호를 제공하여 실제와 동일하게 시뮬레이터할 수 있는 시뮬레이터에 관한 것으로서, 특히 공장과 같은 교육용 환경을 구축하여 분산제어 교육과정을 신설 이론과 실질적인 검증을 할 수 있는 실습을 실시해서 결과를 확인 및 입증 해서 프로세서의 결과값을 반영 공장제어에 활용할수 있도록 가상 입출력 신호를 다양하게 가공해서 실제의 제어 프로그램(Program)과 링크시켜서 동작시키는 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터에 관한 것이다.

본 발명은 전 세계적인 분산제어 시스템 내에 제어용 응용 프로그램을 구축 및 디버그(debug)할 때에 공장에 직접 설치후 프로세서와 연결하여 모든 작업을 수행하도록 되어 있어 공장 가동중 증축 또는 감축시에 관련 종사자의 심적 부담감으로 인한 트러블 및 설비의 휴지시간으로 인한 손실을 방지하고자 공장과 같은 교육용 환경을 구축하여 분산제어 교육과정을 신설 이론과 실질적인 검증을 할 수 있는 실습을 실시하여 결과를 확인 및 입증 해서 프로세서의 결과값을 반영 공장제어에활용할 수 있도록 가상 입출력 신호를 다양하게 가공해서 실제의 제어 프로그램( Program)과 링크시켜서 동작시키는 가상 시뮬레이터(simulator)을 제공하는 것이다.

일반적으로 프로세스 제어용 분산제어 시스템은 전 세계적으로 공장 제어용으로만 설계되고 개발 되었기 때문에 분산제어 시스템의 제어환경을 구축 하고자 할 때는 공장에 설치된 실제 프로세스와 동일한 환경을 구성하여 응용프로그램을 작동시키고 스타트 업하는 방법을 사용하고 있어 공장의 정상가동까지는 많은 시간과 여러차례 반복 수정을 하여 정상이 될 때까지 테스트를 하는 방법을 채택해서 사용하고 있다.

따라서 문제가 발생할 때마다 임시조치로 이론에 근거한 기능만을 적용하고 있는 실정이며, 이론을 근거로 한 시스템 패키지를 설치 후 실시하는 테스트는 일정부분은 가능하나 실제 프로세스 조건과는 거리가 있기 때문에 이론치와 실제 조정치 팩터를 찾아 내어 최종 운영 패키지로 세트공장 조업을 실시하게 되는데 이 분야에 종사하는 시스템 관리자 및 시스템 유지보수 담당자 들이 프로세스의 변화 즉, 증설, 감축이 필요할 때에 프로그램의 수정, 엎데이터시 작성된 항목을 반듯이 온라인 중 또는 수리일정을 별도로 잡아서 수행하기 때문에 많은 심적부담과 공장 트러블로 인한 어려움이 있었기 때문에 온라인, 오프라인이 상시 가능한 교육장소에 공장의 환경과 같은 응용프로그램을 구축할 필요가 있을때 교육생에 대한 기본교육으로 교육을 실시하고 있으나 이론을 검증하는 실험을 하는 교육과정에 있어서 교육환경을 실제 공장에 설치된 시스템과 달리 입출력포트와 환경 및 신호가 연결되어 있지 않아 실질적인 이론에 근거한 실험 및 디버그를 하지 못하고 교육을 종료하기 때문에 효과가 크게 저하되는 요인이 되고 있으며, 주된 내용을 종합하면 다음과 같다.

시퀀스 제어용 테이블 작성 후 이의 동작상태 및 결과 확인 불가, 시퀀스 작성 오류의 체크 및 수정에 학습시간 과다소요, 그래픽 화면 작성 후 이의 동작상태(입력변화에 따른 출력변화 등)의 확인 불가, 컨트롤 화면 작성 후 동작상태 확인 불가, 프로세스 알람의 생성 및 확인불가, 내부 시그널 스위치 및 외부 시그널 스위치 교차처리 검증이 불가 하다고 하는 문제점이 있었다.

공장에서 사용되는 프로세스가 해를 거듭할 수록 복잡 다양해 지고 있어 공장 가동중인 온라인 중에는 위험 요인이 산제하고 있으므로 지정 교육시설에 분산제어 시스템을 설치하여 오프라인에서 자유로 운영할 수 있도록 구성하여 이 운영시스템을 운전하는 운전자 유지관리를 담당하는 메인터넌스 인력에 대한 훈련을 수시 또는 계획적으로 실시하는 경향이 점점 강화되고 있는 추세이고, 향후 필요성이 증가 일로에 있어 이러한 방법을 극대화 하는 방안은 공장 프로세스 조건을 자유로이 구성하고 테스트할 수 있는 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터가 필수적으로 요구된다.

도 1의 본 발명 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터의 구성도에 나타낸 바와 같이 엔지니어링 워크스테이션(EWS;1, 3, 5, 7), 인포메이션 코멘드 스테이션(ICS;2, 4, 6, 8),필드 콘트롤 스테이션(FCS;9),모델플렌트(Model Plant; 10)로 구성되어 있으며, 이것을 크게 구분을 하면, 시스템 부분과 프로세서2부분으로 나누어지며, 시스템 부분에서는 프로세서에 맞게 응용 프로그램을 제작해서 모델플렌트(10)에 제어프로그램을 다운로드 해서 제어를 해보고 이상이 발견하지 않으면 그 결과를 실제 공장의 제어 응용프로그램으로 확정짓는다.

그러나 모델 플프렌트(10)가 공장에 설치된 규모와 같은 것이 아니고 빠이롯트 형태로 되어 있기 때문에 다양한 방법으로 프로그래밍 해서 그 결과값을 알 수는 없다. 따라서 이 결과를 프로세서에 바로 적용하면, 많은 오류와 시간낭비 및 설비 트러블로 인한 재산상의 피해가 발생할 수가 있지만 이것을 알면서도 응용프로그램의 극히 일부분만 확인하는 기능 및 플로우로 시뮬레이터하고 있었다.

다음에는 도 1에 도시한 시뮬레이터 구성을 상세하게 설명한다.

엔지니어링 워크스테이션(EWS;1)에서 보통은 2인 1조 혹은 1인 단독으로 개인이 이론을 듣고 이론에 근거한 과제를 직접 선택해서 프로그램을 작성한다. 작성된 프로그램을 저장한 다음 디버그를 거친후 실행파일로 저장하기 위해 프로그램 로드를 실행한다.

로드는 엔지니어링 워크스테이션(Engineering Work Station;1)중에서 인포메이션 코맨드 스테이션(Information Command Station;2)과 게이트웨이(Gate Way;11)를 경유 필드콘트롤 스테이션(Field Control Station;9)에 제어 알고리즘(Control Algorithm)을 동시에 로드해서 실행할 수 있게 된다.

그리고 제어 알고리즘(Control Algorithm)은 멀티케이블을 경유 프로세스( Process)인 모델플렌트(10)를 직접 제어하게 구성된다.

그러나 모델플렌트(10)가 파이롯트 형태로 구성되어 극히 일부분 밖에 제어실험을 할 수가 없어 이론치에 대한 정확한 알고리즘 팩터(Factor)를 찾아 내기가 불가능하다.

모델플렌트(10) 실험에서 특히 어려운 부분은 시퀀스제어에 관련된 조건과 내용을 구성하여 결과 값이 정확히 맞는지를 검증하는 방법인데 조건(Condition)은 1 개팀당 20과제, 액션(Action) 부분은 15 과제 정도가 부여 된다고 하면, 보통실험은 4 개조가 동시에 실행하게 되므로 조건(Condition)은 80과제 즉, 액션(Action ) 60∼80 과제가 기본으로 제공되어야 하나 현재 파이롯트 모델플렌트(10)에서는 1개 과제 밖에 제공이 안되고, 또 하드웨어적인 신호이기 때문에 신호에 변화를 줄수 가 없다.

입출력 신호변환이 자유로워야 거기에 관련된 제어 알고리즘을 다양하게 구성해서 프로세스(Process)의 다변수에 대응할 수 있도록 응용프로그램을 짤 수 있는데 디버그(Dubug)를 리얼타임에서와 거의 유사한 환경을 구현하지 못하는 데에 대한 대응이 충분하지 못한 기능상 제약을 갖고 있기 때문에 실질적인 실험이 불가능하여 이론의 범위에서 크게 벗어나지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 시뮬레이터가 갖는 각종 결점 및 문제점 들을 해결하고자 발명한 것으로서, 입출력 카드(IO Card)제작 및 가상으로 신호를 여러 형태로 가공할수 있는 버츄얼 시뮬레이터(Virtual Simulator)를 개발 다변수 프로세스(Process)에 대응할 수 있는 프로그램을 다양하게 구축한 후 리얼타임 제어(Real Time Control)환경과 같은 상황에서 동작할 수 있는지 최종 검증이가능한 버츄얼 시뮬레이터(Virtual Simulator)를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터의 구성

도,

도 2는 본 발명에 따른 입출력 디지털회로의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 입출력 시뮬레이터 프로그램 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 가상 신호를 발생시키는 프로그램의 동작화면,

도 5는 본 발명에 따른 입출력 시뮬레이터 프로그램 결과를 나타낸 타이밍

챠트이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 3, 5, 7 : 엔지니어링 워크스테이션(EWS)

2, 4, 6, 8 :, 인포메이션 코멘드 스테이션(ICS)

9 : 필드 콘트롤 스테이션(FCS) 10 : 모델플렌트(Model Plant)

11 : 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램

12 : API(Application Program Imterface Dynamic Link Library)

13 : 48비트 디지털 입 출력카드(BIT DIGITAL OUTPUT CARD)

14 : 릴레이 구동회로

21, 22 : 광커플러 및 레지스터

23 : 어드레스 디코더 및 리드/라이트 로직

24 : 출력레지스터 25 : 버스버퍼

26 : 베이스 어드레스 스위치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터는 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(IO Simulator Program;11)과, 이 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(11)에 연결되어 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램을 처리하는 API(Application Program Imterface Dynamic Link Library;12), 상기 API(12)에 접속되는 48비트 디지털 입 출력카드(BIT DIGITAL OUTPUT CARD;13), 상기 48비트 디지털 입 출력카드(13)에 연결되는 릴레이 구동회로(14)로 구성되며, 상기 48비트 디지털 입 출력카드(13)는 광커플러 및 레지스터(21),(22)와 어드레스 디코더 및 리드/라이트 로직(23), 출력레지스터(24), 버스버퍼(25) 및 베이스 어드레스 스위치(26)로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 작용을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터의 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 입출력 디지털회로의 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 입출력 시뮬레이터 프로그램 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 가상 신호를 발생시키는 프로그램의 동작화면, 도 5는 본 발명에 따른 입출력 시뮬레이터 프로그램 결과를 나타낸 타이밍 챠트로서 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(11)의 기능은 분산제어 내에서 요구하는 신호 형태를 미리 받아서 조건을 분석한 다음 주기, 시간, 샘플타임에 맞게 설정 분석후 입출력 신호조건과 매칭하여 신호를 분산제어 내부의 API(12)로 전송한다. 본 발명 입출력 가상 시뮬레이터의 신호가공 능력은 분산제어에서 중요시 하는 프로세스 샘플타임, 스캔타임 범위(0.1초∼100미리 초)내에서 작동이 가능하고 조건신호 가공을 동시에 한 그룹당 8스텝, 20주기를 동시에 생성할 수 있으며, 최대 164개의 비트(bit)를 가공 생성한다. 또 네개 그룹으로 분할하여 여러 형태의 환경에 대응이 가능하도록 동작하게 된다.

API(12)의 기능은 응용프로그램과 입출력카드(13)를 연결해 주는 32비트 다이나믹 링크 라이브러리, 사용자 언어지원, 입출력카드(13)를 지원하여 아날로그 입력/출력, 디지털 입력/출력, 온도측정(temperature measuring), 카운터, 타이머 등을 이용 데이터를 가공 처리하는 기능이다.

48비트(bit) 디지털 입출력카드(13)에서는 API(12)에서 처리된 데이터를 다시 원거리로 전송하기 위하여 비트신호로 변환하기 위한 기능을 부가하기 위한 다음의 회로를 구비하고 있다. 즉, 오픈컬렉터 출력과 48 아이소레이티드 디지털 입출력 챈널, 24V 입출력 전류싱크, 외부 파워서플라이 볼티지, 2,500V DC 아이소레이션 기능 등을 갖고 있으며, 여기서 변환된 디지털신호는 릴레이 아이소레이티드인 릴레이 구동회로(14)에 입력된다.

릴레이 구동회로(14)에서는 분산제어 시스템과 기존신호의 매핑을 위해서 신호의 링크, 상대쪽 에러시 접속을 분리해서 위험요인을 제거하는 기능을 부가적으로 구비하고 있다.

도 3은 실질적으로 버츄얼 입출력 시뮬레이터 프로그램과 응용프로그램의 흐름 및 시뮬레이터의 동작기능을 설명하기 위한 도면으로서 입출력 시뮬레이터 프로그램 제작환경, 기능, 프로그램의 특징을 설명하면 다음과 같은 순서의 내용으로요약할 수 있다.

먼저 분산제어 시스템에서 작성한 응용조건을 모두 확인한 후 가상 입출력 시뮬레이터에서 신호생성 프로그램을 기동 시작한다. 시작명령을 받으면 디바이스의 초기화가 시작되고, 그후 출력조건을 설정하게 되는데, 출력조건의 설정에서 1∼4까지 그룹을 지정 하도록 기능을 다양화 했다.

동작주기는 분산제어에서의 조건 즉, 샘플링타임과 일치하도록 0.1초에서 1000밀리 초까지 선택하며, 동작을 하는 스텝도 요구하는 쪽의 조건에 맞게 스텝수도 0~20 스텝까지 지정이 가능하도록 구성하고 확장도 가능하다. 또한 조건을 요구하는 쪽에서 몇 회를 반복해서 체크할 것인가를 지정하면 조건에 맞게 반복하는 것도 가능하다.

그리고 출력패턴을 임의로 할 것인지 자동으로 할 것인지를 선택하는 것도 가능하며, 기존의 입출력 시뮬레이터의 자체 기능을 검증할 수 있도록 임의의 패턴을 갖고 이상시 자체패턴으로 실험을 하여 자체의 검증기능도 갖는다.

출력패턴에서 생성된 신호를 타임차트로 보기를 선택해서 쉽게 출력한 신호의 상태를 인식할 수 있으며, 발송이 완료된 신호는 지정파일에 자동 저장할 수 있다. 또 패턴을 디지털 입출력 쪽으로 가상 신호를 출력하고 전송이 완료된 신호는 타임차트의 프린터로 출력하여 내용을 보존할 수 있다.

상기한 내용을 요약하면, 윈도우즈(WINDOWS) 환경에서의 조작으로 사용자에게 쉬운 그래픽 인터페이스(GUI)기능 제공, 출력을 각각 여덟개의 비트열로 구성된 네 개의 그룹으로 구성하여 조작의 편리성 도모, 동작주기 및 동작스텝 수의 선택및 반복 동작 여부의 선택으로 다양한 패턴의 출력이 가능하고, 설정한 출력패턴을 파일로 저장 및 읽어오기 기능 부가로 특정 패턴에 대해 보존성 부여, 설정한 출력패턴에 대해 타임차트 보기 기능을 부가하여 출력상태의 해석이 용이하고, 타임차트에 대한 프린터의 출력기능을 부가할 수 있다.

도 4는 버츄얼 시뮬레이터(VIRTUAL SIMULATOR) 가공 프로그램으로 분산제어에서 필요한 환경을 구성하여 처리하는 맨 머신 인터페이스(Man-Machine Interfice )로 이용하는 사람이 이 화면을 보면서 신호처리를 운영하도록 구성했다.

화면에서는 생성 가공된 모든 내용을 로그(Log)하여 운영자에게 정보를 제공하는 바, 로그 정보로는 동작특성, 동작주기, 필요한 조건현황, 실험특성 타임차트 디스플레이, 전송횟수, 전송시간, 기타운영에 필요한 각종 툴(Tool)을 제공하여 편리하게 운영할 수 있도록 지원하는 기능이다.

완성된 내용의 효과면에서 보면 빌더(Builder) 관련 시퀀스(Sequence), 그래픽(Graphic) 등 작성시 동작상태 및 결과를 실시간으로 확인가능, 다양한 패턴의 입출력을 분산제어 시스템안에 부가함으로써 복잡한 구성의 시퀀스 작성기법 및 이해도 향상이 가능하고, 시퀀스 작성 오류의 체크 및 수정이 용이하여 학습시간 단축, 조건에 맞게 자유로이 신호를 줄 수가 있어 리얼타임과 동일한 환경구성 시뮬레이션이 상시로 가능하다.

상기한 실시예에서 열거한 내용들은 단지 설명을 목적으로 한 것이며, 첨부된 청구범위 및 그의 모든 등가물로부터 주어지는 발명의 범주는 다양하게 변형 실시할 수 있다.

그리고 공장의 실제 제어용 응용 프로그램을 별도의 시간과 오류를 범하지 않고 작성하여 디버그(Debug) 까지 한 섹션(Section)에서 일괄적으로 처리하여 공장의 부하 분담과 관련 종사자(오퍼레이터, 시스템 관리, 유지 담당자)의 심적인 부담과 부하분담을 크게 줄 일 수 있다.

상기한 바와 같이 작용하는 본 발명 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터는 해당 분야에 숙련된 사람이면 예시한 내용에서와 같이 다양한 변화를 주도록 기능, 구성을 하였고 자유로이 운용할 수 있을 뿐만 아니라 공장의 실제 제어용 응용 프로그램을 별도의 시간과 오류를 범하지 않고 작성하여 디버그(Debug) 까지 한 섹션(Section)에서 일괄적으로 처리하여 공장의 부하 분담과 관련 종사자(오퍼레이터, 시스템 관리, 유지 담당자)의 심적인 부담과 부하분담을 크게 줄 일 수 있는 장점이 있다.

Claims (1)

1. 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(IO Simulator Program;11)과, 이 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램(11)에 연결되어 입출력 가상 시뮬레이터 프로그램을 처리하는 API(Application Program Imterface Dynamic Link Library;12), 상기 API(12)에 접속되는 48비트 디지털 입 출력카드( BIT DIGITAL OUTPUT CARD;13), 상기 48비트 디지털 입 출력카드(13)에 연결되는 릴레이 구동회로(14)로 구성되며, 상기 48비트 디지털 입 출력카드(13)는 광커플러 및 레지스터(21),(22)와 어드레스 디코더 및 리드/라이트 로직(23), 출력레지스터 (24), 버스버퍼(25) 및 베이스 어드레스 스위치(26)로 구성됨을 특징으로 하는 분산제어 시스템의 가상 입출력신호 가공 시뮬레이터.