KR20020033940A - 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순차기능챠트(Sequential Function Chart)의 규정에 부합하면서도 그 기능을 잘 살려 운영되어지는 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템을 제공하기 위한 것으로, 데이타 수집 및 제어신호출력을 위한 I/O 센서와 I/O 보드, I/O 보드 제어와 SFC 언어 해석 프로그램, SFC 실행프로그램, 그리고 상위와의 통신 프로그램 등이 실행되는 CPU 보드, SFC프로그램을 작성/편집 및 최종 코드를 생성할 수 있는 SFC 작성프로그램, 제어상황을 그림으로 볼 수 있도록 해주는 미믹(Mimic) 작성프로그램, 및 입출력 포인트의 각 보드 단자 연결 구성을 위한 작업 도구로 구성되지므로써, 현재까지 제시되고 있는 선행기술들의 개발방향은 주로 SFC의 규격내에서 소프트웨어적인 제어방식의 변화를 통한 개선을 그 주안점으로 두고 있으므로 인해 제어방식이나, 해석방식 혹은 편집방식에서 많은 개선이 이루어진 것은 사실이지만 이러한 개선 사항 등을 전체 묶어 구체화한 제어장치의 개발은 미진한 상태이던 종래의 기술을 진보시키는 효과가 있다.

Description

순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템{EXCLUSIVE CONTROL SYSTEM BY SEQUENTIAL FUNCTION CHART}

본 발명은 시스템 제어 방식에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순차기능챠트(Sequential Function Chart)의 규정에 부합하면서도 그 기능을 잘 살려 운영되어지는 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 제어시스템(control system)내의 각 단위요소들은 내부에서 각각의 시퀀스 흐름 제어(sequence flow control)를 하게 된다. 그리고 제어 소프트웨어의 전형적인 기능으로는 작업의 순서를 정하는 것, 시스템의 상태를 감시(monitor)하는 것, 실시간으로 시스템의 동적인 상태를 결정하는 것 등이 있다.

기존의 LLD(Ladder Logic Diagram)는 이러한 시스템의 작업순서를 구성하는데 이용되어 왔다. 그것들은 PLC(Programmable Logic Controller)의 입출력 프로시져(procedure)들을 지정하고, 이들을 반복적으로 수행하는 일들을 한다.

그러나, 상기 LLD는 시스템의 크기가 커짐에 따라 그 복잡성이 훨씬 심해져서 문제가 발생했을 경우 해당 문제를 찾는 일이 상당히 어려웠고, 시스템의 사양이 변하게 되면 대부분의 내용을 바꾸어야하는 경우가 많았다.

이러한 LLD의 한계를 극복하기 위해 PLC 업체들은 여러 가지의 PLC용 프로그래밍(programming) 언어들을 개발해 왔다. 이러한 여러 가지 언어들 사이의 호환성과 규격통일을 위해 IEC(International Electro-technical Commission)에서 IEC-1131을 만들게 되었고, 이 규격 중에 전체 시스템의 흐름을 표시하는 언어들 중의 하나가 순차기능챠트(Sequential Function Chart: 이하 SFC라 함)이다.

상기 SFC는 IEC-1131-3에서 규정한 산업용 제어 표준 언어로서, STEP과 TRANSITION, ACTION 등 그림기호와 문자로서 제어프로그램을 작성할 수 있도록 한 프로그램 언어로써, 기술자가 공정제어를 쉽게 프로그램 할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 상기 SFC는 그 특성상 내부구조가 복잡해지거나 서로 다른 성격의 분기가 중첩되는 경우에는 전체흐름을 이어가는데 어려움이 발생하며, 작업(job) 스케쥴러(scheduler)와 같은 별도의 제어기를 두어 작업 스텝을 관리해야하는 번거로움으로 인해 시스템의 설치, 시운전, 유지, 보수가 용이하지 못하다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 작업 스텝(step)이 많아질수록 상기 스케쥴러의 부하(load)도 함께 늘어나 스케쥴러의 부하로 인해 정작 필요한, 각 스텝을 실행할 시간이 부족하여 작업능률이 저하된다는 문제점이 있다.

상술한 문제점들을 해소하기 위하여 현재까지 제시되고 있는 선행기술들의 개발방향은 주로 SFC의 규격내에서 소프트웨어적인 제어방식의 변화를 통한 개선을 그 주안점으로 두고 있으므로 인해 제어방식이나, 해석방식 혹은 편집방식에서 많은 개선이 이루어진 것은 사실이지만, 상기 SFC의 규격에 적합한 제어장치의 개발은 미진한 상태이기 때문에 전술한 상기 SFC의 문제점들을 해소할 수 있으면서도 그에 적합한 제어시스템의 개발이 절실해지고 있다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 순차기능챠트(Sequential Function Chart)의 규정에 부합하면서도 그 기능을 잘 살려 운영되어지는 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템의 구성 예시도.

도 2는 SFC에서 작업도구로 사용하는 아이콘과 기능을 나타내는 예시도.

도 3은 편집작업을 완료한 일 실시 예와 SFC코드를 나타내는 예시도.

도 4는 직렬분기에 대한 편집작업의 일 예를 나타내는 예시도.

도 5는 병렬분기에 대한 편집작업의 일 예를 나타내는 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 엔지니어링 스테이션

200 : 운영 스테이션

300 : 처리장치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

데이타 수집 및 제어신호출력을 위한 I/O 센서와 I/O 보드와;

I/O 보드 제어와 SFC 언어 해석 프로그램, SFC 실행프로그램, 및 상위와의 통신 프로그램이 실행되는 CPU 보드와;

SFC프로그램을 작성/편집 및 최종 코드를 생성할 수 있는 SFC 작성프로그램과;

제어상황을 그림으로 볼 수 있도록 해주는 미믹(Mimic) 작성프로그램과;

입출력 포인트의 각 보드 단자 연결 구성을 위한 작업 도구를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템의 구성 예시도로서, SFC프로그램을 작성/편집 및 최종 코드를 생성할 수 있는 SFC 작성프로그램(SLD)과 I/O 포인트의 I/O board 단자 연결 구성을 위한 작업 도구(BUILDER)를 구비하고 있는 엔지니어링 스테이션(100)과; 제어상황을 그림으로 볼 수 있도록 해주는 미믹(Mimic) 작성프로그램(GITOS)을 구비하고 있는 운영 스테이션(200); 및 데이타 수집 및 제어신호출력을 위한 I/O 센서와 I/O 보드 그리고 상기 I/O 보드 제어와 SFC 언어 해석 프로그램, SFC 실행프로그램, 그리고 상위와의 통신 프로그램 등이 실행되는 CPU 보드(SSAS-21)로 구성되는 처리장치(300)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 발명에 따른 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템의 동작 과정을 간략히 살펴보면, 우선 제어대상의 입출력 포인트를 선정한다.

즉, 센서와 구동기를 결정하고 이에 맞는 I/O 보드의 종류와 수량을 결정한다. 또한, 각 포인트의 이름과 연결되는 I/O 보드 단자 번호를 엔지니어링 스테이션(100)상의 작업 도구(BUILDER)에 등록한다.

이후, 제어대상의 상태를 표시하고 사용자의 입력을 받을 수 있도록 미믹(Mimic)을 GOTOS로 작성한다.

상술한 과정이 종료되어지면, SLD로 제어 프로그램을 작성하며 그 이후 컴파일을 실행하여 최종 다운로드 코드를 생성한다.

이와 같이 최종 다운로드 코드가 생성되면 처리장치(300)내의 CPU 보드를 다운 모드 모드로 설정하고, SLD로 생성된 제어코드와 I/O 데이터 정보를 BUILDER 프로그램을 이용하여 CPU 보드에 전송한다.

이에 상기 CPU 보드을 실행모드 모드로 설정하고 재부팅한다. CPU 보드는 제어 코드를 번역하여 제어 프로그램대로 실행 되도록 자동으로 프로그래밍 된다.

CPU 보드는 I/O 입출력 단자를 읽고 쓰면서 제어 프로그램대로 입출력을 제어한다. 이때 제어상황을 미믹(mimic)프로그램에 전송하여 현재의 상황을 출력하게 하고 사용자의 입력을 받아 와서 제어대상을 제어한다.

제어 프로그램의 수정을 위해 ON-line 모니터링(Monitoring) 기능 있으며 이것은 현재의 제어 단계를 보여주고 지정된 제어 변수들의 값을 출력해 준다.

이와 같은 동작을 위해 본 발명에 따른 SFC 제반 사양은 IEC-1131-3/ 2.6절 SFC이 표준을 적용하였다.

따라서, 이하의 SFC 프로그램은 본 발명의 요지 부분이 아니며 통상의 실시예를 살펴보기 위한 것이다.

우선, SFC 프로그램은 첨부한 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 작업 도구를 사용하는 데, 그 작업 도구들에 대해 간략히 살펴보면, 상기 아이콘박스(11)의 아이콘들(I1∼I8)은 스텝(S)과 트랜지션(T)을 전개규칙에 따라 표시하는 작업도구이며, 도 2에 도시한 바와 같이 기능별로 분류한 8개의 아이콘을 사용한다.

구체적으로, 초기스텝을 편집하기 위한 제 1 아이콘(I1)과, 중간단계의 스텝을 편집하기 위한 제 2 아이콘(I2)과, 트랜지션를 표시하기 위한 제 3 아이콘(I3)과, 종료스텝을 편집하기 위한 제 4 아이콘(I4)과, 단선으로 분기되는 단선분기라인을 표시하는 제 5 아이콘(I5)과, 병렬로 분기되는 병렬분기라인을 표시하는 제 6 아이콘(I6)과, 왼쪽이 단선분기라인 또는 병렬분기라인인지를 확인하여 분기되는연계분기라인을 표시하는 제 7 아이콘(I7) 및 왼쪽이 단선분기라인 또는 병렬분기라인인지를 확인하여 수렴되는 수렴라인을 표시하는 제 8 아이콘(I8)으로 구분한다.

상기와 같은 작업 도구를 사용한 편집작업이 완료되면 SFC 코드발생기에 의해 편집 완료된 프로그램에 대한 SFC코드를 생성하는데, 그러한 일 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 이 SFC코드는 첨부한 도 1의 참조번호 100으로 지칭되는 엔지니어링 스테이션에서 생성시키게 된다.

도 3에 도시되어 있는 SFC코드에 대해서는 첨부한 도 4와 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다. 즉, 상기 아이콘(I1∼I8)들을 사용하여 직렬 또는 병렬로 분기하여 전개하는 과정은 도 4와 도 5에 따라 설명하기로 한다.

도 4는 직렬분기에 대한 편집작업의 일 예를 나타내는 도면으로, 2개의 스텝들은 서로 직접 연결되지 않고 스텝과 스텝 사이에는 트랜지션 조건이 설정되어야 하고, 2개의 트랜지션은 직접 연결되지 않고 스텝에 의해 분리되어야한다. 종방향으로 직렬 연결되는 스텝들의 전이동작은 상위스텝이 활성화상태에서 트랜지션 조건을 만족하면 다음 연결된 스텝이 활성화상태가 된다.

또한, 도 4에서 횡방향으로 스텝을 직렬로 분기하는 경우 상위스텝(S1)이 활성화상태에서 다음에 연결된 2개이상의 트랜지션 조건들중 만족하는 조건에 연결된 스텝이 활성화상태가 된다. 일례로 트랜지션 조건(T1)이 만족되면 스텝(S1)=스텝(S2)=스텝(S3) 순으로 활성화상태가 되며, 트랜지션 조건(T4)이 만족되면 스텝(S1)=스텝(S4)=스텝(S3) 순으로 활성화상태가 되며, 트랜지션 조건(T5)이만족되면 스텝(S1)=스텝(S5)=스텝(S3) 순으로 활성화상태가 된다. 만약, 트랜지션 조건들이 동시에 만족하는 경우에는 왼쪽에 있는 트랜지션 조건을 우선으로 한다.

반면에, 도 5는 병렬분기에 대한 편집작업의 일 예를 나타내는 도면으로, 횡방향으로 병렬로 분기되는 경우 상위스텝이 활성화상태에서 다음에 연결된 트랜지션 조건이 만족하면 이 트랜지션 조건 밑에 있는 모든 스텝이 활성화상태가 된다. 각 분기의 전개는 직렬분기와 동일하며 분기되는 수만큼 활성화상태의 스텝이 있게 된다. 병렬 분기에서 합쳐지는 경우 각 분기의 마지막 스텝이 모두 활성화상태인 경우 트랜지션의 조건을 만족하면 다음 연결된 스텝이 활성화상태가 된다.

따라서, 도 5에서 스텝(S1)이 활성화 상태에서 트랜지션 조건(T1)이 만족하면 스텝들(S2),(S6),(S8)이 활성화 상태로 되고 스텝(S1)이 비활성화 상태가 된다. 스텝들(S4),(S7),(S8)이 활성화 상태에서 트랜지션 조건(T4)이 만족하면 스텝(S5)이 활성화 상태가 되고 스텝들(S4),(S7),(S8)이 비활성화 상태가 된다.

이러한, SFC는 제어프로그램을 일련의 스텝으로 나누고, 트랜지션 및 연결선으로 연결하는 기능을 제공한다. 각각의 스텝은 일련의 제어동작을 수행하는 액션이 붙으며 각 트랜지션은 그 트랜지션을 통과 할 수 있는 통과조건식을 갖는다.

따라서, 스텝은 하나의 상태로서 그 상태에서의 제어를 그 스텝에 연결된 특정한 액션을 수행함으로써 제어하는 것이다. 스텝은 어떤 순간 어떤 비활성 혹은 활성의 상태에 있게 된다. 즉, 어떤 순간의 전체 시스템의 상태는 활성화된 스텝 및 그 스텝에서 수행하고 있는 액션의 상태가 된다.

스텝은 초기 스텝과 일반 스텝으로 구분되며, 초기 스텝은 SFC가 실행될 때처음 실행되는 스텝이다. 초기 스텝은 하나의 SFC Tree구조에 하나만 존재할 수 있다. 하나의 프로그램에는 여러 개의 SFC Tree가 있을 수 있다.

스텝에는 스텝의 활성여부를 나타내는 스텝이름. X 논리변수와 활성화된 이후의 경과 시간을 나타내는 스텝이름. T 타임변수를 가지고 있다. 이 변수들은 프로그램 내부에서 자유롭게 사용할 수 있다.

SFC 편집기에서 적용되는 SFC의 제반 사양은 IEC-1131-3/ 2.6절 SFC이 표준을 적용하였다. SFC 편집기를 이용하여 SFC도면을 그릴 수 있으며, 작성된 도면은 편집기의 "Compile" 버튼을 클릭하여 ST 코드로 변환된다. 이때, 생성된 ST 코드는 LAN을 통해 콘트롤러(Controller)의 플래시 메모리에 저장 번역되어 실행기에 의해 실행된다.

상기 ST 코드는 다운 로드되는 경우 ASCII 코드로 만들어진 텍스트문서이며, 그 작성 문법은 IEC-1131-3 규정을 적용하였고, 전체으로는 1개 이상의 프로그램과 컨피그레이션(Configuration) 부분으로 구성되어 있다. 또한, SFC는 한 개 이상의 초기 Step이 존재하며 모두 하나의 프로그램으로 처리된다. 반면 FB로만 작성할 경우 각각 독립적인 프로그램으로 작성 할 수 있다.

본 발명의 특징으로 SLD 편집기를 들 수 있는데, SLD 편집기는 SFC 제어 프로그램을 제작하기 위한 도구로서, FB 편집기와 SFC 편집기가 있으며 상위 프로그램 추가/수정/삭제 및 프로그램 변수등을 관리하는 프로젝트 메니저(Project Manager)가 있다.

프로그램 변수는 프로젝트 메니저에서 생성하거나 FB, SFC 편집기에서 자동적으로 생성되기도 한다. 변수 생성시 형태 및 초기값 TAG 연결 등을 설정할 수 있다. 변수 선언 부분 코드를 생성하기 위해 프로젝트 메니저의 변수 테이블을 참조한다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템을 제공하면, 현재까지 제시되고 있는 선행기술들의 개발방향은 주로 SFC의 규격내에서 소프트웨어적인 제어방식의 변화를 통한 개선을 그 주안점으로 두고 있으므로 인해 제어방식이나, 해석방식 혹은 편집방식에서 많은 개선이 이루어진 것은 사실이지만 이러한 개선 사항 등을 전체 묶어 구체화한 제어장치의 개발은 미진한 상태이던 종래의 기술을 진보시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 데이타 수집 및 제어신호출력을 위한 I/O 센서와 I/O 보드와;

   I/O 보드 제어와 SFC 언어 해석 프로그램, SFC 실행프로그램, 및 상위와의 통신 프로그램이 실행되는 CPU 보드와;

   SFC프로그램을 작성/편집 및 최종 코드를 생성할 수 있는 SFC 작성프로그램과;

   제어상황을 그림으로 볼 수 있도록 해주는 미믹(Mimic) 작성프로그램과;

   입출력 포인트의 각 보드 단자 연결 구성을 위한 작업 도구를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 순차기능챠트에 의한 전용 제어 시스템.