KR200218315Y1

KR200218315Y1 - 발전소 시뮬레이터 ｉ／ｏ 인터페이스 시스템

Info

Publication number: KR200218315Y1
Application number: KR2020000029725U
Authority: KR
Inventors: 변승현; 신만수
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2001-03-15

Abstract

본 고안은 발전소 현장을 모사 하여 모델링한 모델을 운영하는 시뮬레이션 컴퓨터와, 운전원에 의해서 조작되는 발전기 패널의 계기들에 대한 입출 신호를 직접 처리하는 PLC 시스템과, 상기 PLC 시스템에서 채용하는 네트웍 프로토콜과 상기 시뮬레이션 컴퓨터에서 채용하는 네트웍 프로토콜이 다를 경우에 데이터들을 상호 통신 가능하도록 제어하는 게이트웨이 컴퓨터와, 상기 PLC 시스템의 입출력 처리 노드와 시뮬레이션 컴퓨터간의 통신을 중개하는 노드로 상기 시뮬레이션 컴퓨터에 탑재된 네트웍 카드인 Sim 노드와, 상기 시뮬레이션 컴퓨터와 게이트웨이 컴퓨터 사이에서 통신을 제어하는 이더넷 카드로 구성되어, 입출력 인터페이스를 프로그램 로직 콘트롤러(PLC)를 이용하여 구성함으로써 유지보수 및 개발이 용이하도록 함과 동시에 신호를 고속으로 처리할 수 있는 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템에 관한 것이다.

Description

발전소 시뮬레이터 Ｉ／Ｏ 인터페이스 시스템{I/O interfacing system of power plant simulator}

본 고안은 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입출력 인터페이스를 프로그램 로직 콘트롤러(PLC)를 이용하여 구성함으로써 유지보수 및 개발이 용이하도록 함과 동시에 신호를 고속으로 처리할 수 있는 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템에 관한 것이다.

일반 PC시스템의 발달에 힘입어 시뮬레이션 컴퓨터는 Windows NT 기반 시스템이며, 발전소를 모델링한 복잡한 모델과 제어기를 구현하면서 시뮬레이터의 다른 구성요소들, 예를 들면 강사 조작반 시스템이나 엔지니어링 워크스테이션과의 통신 등 많은 타스크 프로그램을 운영하게 된다. 따라서 가급적이면 시뮬레이션 컴퓨터에 I/O 인터페이스 시스템 관련 통신 타스크를 줄여주도록 시스템을 구성하는 것이 요구되어지는데, 지금까지 국내의 전범위 발전소 시뮬레이터의 I/O 인터페이스 시스템을 보면 대부분이 I/O 모듈과 네트웍 프로토콜까지 외국의 특정 제작사의 독자 모델을 취하고 있으며, I/O 모듈과 판넬 I&C 계기들을 연결시켜주는 터미널 단자대를 별도로 취하고 있어서 공간 또한 많이 차지하고 있다.

국내의 전범위 발전소 시뮬레이터의 I/O 인터페이스 시스템을 보면 대부분이 I/O 모듈과 네트웍 프로토콜까지 외국의 특정 제작사의 독자 모델을 취하고 있어서, 예비품의 입수가 용이하지 않아 유지보수가 어렵고, 많은 비용을 지불해야 하는 단점을 가지고 있다. 시뮬레이터의 특성상 I/O 인터페이스 시스템은 중앙 제어실 판넬 후면에 취부하는게 보통이다. 따라서 I/O 인터페이스 시스템은 많은 공간을 차지 하지 않도록 구성하여야 한다. I/O 모듈과 판넬 I&C 계기들을 연결시켜주는 터미널 단자대를 별도로 취하는 경우엔 공간 또한 많이 차지하게 되어 작업공간이나 유지 보수 시에 불편한 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 제반 결점을 해소하기 위하여 안출한 것으로서, 본 고안의 목적은 입출력 인터페이스를 프로그램 로직 콘트롤러(PLC)를 이용하여 구성함으로써 유지보수 및 개발이 용이하도록 함과 동시에 신호를 고속으로 처리할 수 있는 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 의한 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템은, 발전소 현장을 모사 하여 모델링한 모델을 운영하는 시뮬레이션 컴퓨터와, 운전원에 의해서 조작되는 발전기 패널의 계기들에 대한 입출 신호를 직접 처리하는 PLC 시스템과, 상기 PLC 시스템에서 채용하는 네트웍 프로토콜과 상기 시뮬레이션 컴퓨터에서 채용하는 네트웍 프로토콜이 다를 경우에 데이터들을 상호 통신 가능하도록 제어하는 게이트웨이 컴퓨터와, 상기 PLC 시스템의 입출력 처리 노드와 시뮬레이션 컴퓨터간의 통신을 중개하는 노드로 상기 시뮬레이션 컴퓨터에 탑재된 네트웍 카드인 Sim 노드와, 상기 시뮬레이션 컴퓨터와 게이트웨이 컴퓨터 사이에서 통신을 제어하는 이더넷 카드로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템을 나타낸 도면.

도 2 는 도 1 에 도시된 시스템에 적용된 입출력 처리 노드 구성도,

도 3 은 본 발명에 따른 시스템에서 시뮬레이터의 입력 데이터가 차지하는 메모리 용량을 나타낸 도면.

도 4 는 출력 데이터의 그룹화 알고리즘,

도 5 는 시뮬레이터의 출력 데이터가 차지하는 메모리 용량을 나타낸 도면.

도 6 는 이더넷 프레임 구조.

이하, 예시된 도면을 참조하여 본 고안을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에서 구성하고자 하는 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템의 구성도이다. 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템은 발전소 현장을 모사하여 모델링한 모델을 운영하는 시뮬레이션 컴퓨터(10)의 모델 계산 결과를 판넬의 계기에 전달시켜주고, 운전원의 판넬에서의 조작사항을 시뮬레이션 컴퓨터(10)에 전달하여, 운전원의 조작이 제어기와 모델에 반영될 수 있도록 하게 하는 시스템이다.

도 1에서, 도면 부호 10은 시뮬레이션 컴퓨터를 말하며, 다른 하나는 PLC에서 채용하는 네트웍 프로토콜과 시뮬레이션 컴퓨터에서 채용하는 네트웍 프로토콜이 다를 경우에 대비하여 채용하는 일종의 게이트웨이 역할을 하는 컴퓨터(20)를 말한다.

도 1에서 Sim 노드(14)는 PLC 시스템(30)의 입출력 처리 노드와 시뮬레이션 컴퓨터(10)간의 통신을 중개하는 노드로 시뮬레이션 컴퓨터(10) 안에 탑재된 네트웍 카드 및 관련 프로그램으로 정의할 수 있으며, 입출력 처리 노드는 판넬의 계기들에 대한 입출력 신호들을 직접 처리하는 노드로 PLC를 채용하여 구성한다.

도 2는 PLC 시스템(30)의 입출력 처리 노드를 나타낸 구성도로서, PLC의 CPU, PLC간에 통신할 수 있는 네트웍 카드, CPU가 장착되는 기본베이스와 I/O카드가 장착되는 증설베이스간의 인터페이스 모듈, 그리고 I/O 카드 등으로 구성되어진다. PLC간의 통신 네트웍 카드는 편의상 NIC1(Network Interface Controller1)이라 하고, 시뮬레이션 컴퓨터 상에서 I/O 인터페이스 시스템과 연관되어지는 네트웍 카드는 NIC2라 하겠다. 응용에 따라서는 NIC1과 NIC2가 물리적으로 같을 수 있다. NIC1과 NIC2가 물리적으로 같다고 할지라도, 네트웍 프로토콜이 같다고는 볼 수 없으며, 네트웍 프로토콜까지 같다고 하더라도, 시뮬레이션 컴퓨터(10)의 부하를 줄여주기 위해 중간의 게이트웨이 노드를 활용하도록 한다.

도 2에서 증설베이스의 개수는 채용하는 PLC의 특성에 따라 변할 수 있으며, 입출력 처리노드와 게이트웨이 노드간 통신은 PLC 모듈 제작업체에서 제공하는 주기적인 데이터 교환이 가능한 고속링크 서비스를 이용한다.

그리고 도 1의 게이트웨이 노드의 NIC1과 입출력 처리노드의 NIC1간의 통신은 PLC가 외부 PC 및 주변기기에서 PLC내의 정보 및 데이터를 읽고 쓸 수 있게 하는 전용서비스의 프레임 구조를 이용한다. 도 1의 게이트웨이 노드의 NIC2는 Sim노드의 NIC2와의 통신을 통해 시뮬레이션 컴퓨터에서의 모델 운용 결과를 NIC1을 통해 입출력 처리 노드로 전달, 판넬 게기에 출력 내지는 표시해주며, 판넬에서의 운전자 조작을 NIC1을 통해 입출력 처리 노드로부터 받아, NIC2를 통해 Sim노드로 전달해 모델 운용에 운전 조작이 반영되게 한다. 게이트웨이의 NIC2와 Sim노드의 NIC2는 표준 네트웍인 이더넷 카드를 채용하여 시스템을 구성하도록 한다.

- 게이트웨이 노드와 Sim 노드간의 통신 방법

편의상 시뮬레이터에서 채용하는 입출력 포인트의 종류는 아날로그 입력, 아날로그 출력, 디지털 입력, 디지털 출력, 릴레이 출력으로 나누겠다. 시뮬레이션 컴퓨터 입장에서 보면 디지털 입력과 아날로그 입력이 입력 부분에 해당하고, 아날로그 출력, 릴레이 출력이 출력 부분에 해당한다. 원자력 시뮬레이터나 화력 시뮬레이터나 아날로그 입력과 디지털 입력으로 이루어진 입력데이터는 이더넷 프레임 한 개에 모두 수용 가능하다.

즉 한 번의 데이터 전송으로 모든 입력 데이터를 게이트웨이 컴퓨터로부터 시뮬레이터 컴퓨터(10)로 전송이 가능하다. 하지만 출력 데이터는 아날로그 출력 포인트가 많음으로 인해 이더넷 프레임의 데이터에서 한 번에 수용이 불가능하다. 따라서 시뮬레이션 컴퓨터에서 게이트웨이 컴퓨터로의 모든 출력 데이터를 전송하기 위해서는 여러 번 전송을 해야만 한다.

이런 데이터 특성을 감안하여 시뮬레이션 컴퓨터(10)와 게이트웨이 컴퓨터(20)간의 데이터 전송에 관한 알고리즘을 설명하면 다음과 같다.

①시뮬레이터선 컴퓨터와 게이트웨이 컴퓨터에서는 입출력 처리 노드 #i에서 채용하는 각 I/O 카드 수와 각 I/O 카드에서 수용할 수 있는 채널 수를 환경 설정 화일 등을 통해 입력으로 받아들인다.

②입력받은 카드 개수와 수용 채널 수로부터 각 I/O 포인트 종류에 따른 데이터 량을 계산한다. 아날로그는 1 포인트 당 2바이트씩 계산하고, 디지털은 8 포인트 당 1 바이트씩 계산한다.

③디지털 입력과 아날로그 입력의 데이터 양으로부터 게이트웨이 노드로부터 Sim 노드로 전송할 데이터 량을 계산하고, 각 입출력 노드에 대해 입력 부분에 대해 차지할 메모리 용량을 계산한다.

도 3에서 DI#i는 입출력 처리노드 i에서 채용하는 디지털 입력 카드 수 × 디지털 입력 카드에서 수용하는 채널 수 / 8로부터 구한 바이트 수이며, AI#i는 입출력 처리노드 i에서 채용하는 아날로그 입력 카드 수 ×아날로그 입력카드에서 수용하는 채널 수 × 2로부터 구한 바이트 수이다.

도 3의 입력 데이터는 앞서 언급하였듯이 이더넷 프레임의 데이터에서 수용 가능한 1500바이트에서 충분히 수용 가능하다.

④디지털 출력과 아날로그 출력, 릴레이 출력의 데이타양으로부터 Sim 노드로부터 게이트웨이 노드로 전송할 데이타양을 계산하고, 각 입출력 노드에 대해 출력 부분에 대해 차지할 메모리 양을 계산한다. 입출력 노드 1에서부터 입출력 노드 N까지 각 노드에서 처리하는 출력 데이타양 OUT#i를 계산한다. 입출력 처리노드 i에서 처리하는 출력 데이터는 DO#i + RO#i + AO#i로부터 구할 수 있으며, 입출력 처리노드 i에서 처리하는 출력 데이터의 바이트 수를 OUT#i라 하면,

OUT#i = (입출력 처리 노드 #i에서 채용하는 디지털 출력 카드의 수 × 디지털 출력카드에서 수용하는 채널 수 / 8) + (입출력 처리 노드 #i에서 채용하는 아날로그 출력 카드의 수 × 아날로그 출력 카드에서 수용하는 채널 수 × 2)

⑤ 상기 ④에서 구한 노드별 출력 데이터양 OUT#i로부터 (도 4)의 순서도에 의해 시뮬레이션 컴퓨터로부터의 출력 데이터의 송신 횟수를 결정한다. k가 시뮬레이션 컴퓨터로부터 게이트웨이 노드로의 출력 데이터의 송신 횟수를 가리키며, start[1]은 첫번째 송신출력 데이터에 포함되는 입출력 처리 노드의 시작 노드를 의미하며, end[1]은 첫번째 송신 출력 데이터에 포함되는 입출력 처리 노드의 마지막 노드를 의미한다. 예를 들면, 첫번째 송신 출력 데이터가 출력 노드 1번부터 출력 노드 3번까지를 포함한다면, start[1] = 1이 되고, end[1] = 3이 된다. start[k]는 k번째 송신 출력 데이타에 포함되는 입출력 처리 노드의 마지막 노드를 의미한다. Length[k]는 k번째 송신 출력데이터의 길이를 의미한다. 출력 데이터를 나열하면 도 5와 같다.

⑥ 본 고안에서 채용하는 이더넷의 프레임은 도 6과 같다. 도 6은 이더넷 프레임의 데이터 영역에서 송신 ID와 수신 ID는 Sim 노드와 게이트웨이 노드에 대한 노드 ID와 종료 노드 ID를 의미한다. 도 6의 이더넷 프레임의 데이터 영역에서 시작 노드 ID와 종료 노드 ID는 입력 데이터의 경우에는 시작 노드 ID는 1이 되고, 종료 노드 ID는 N이 되며, 출력 데이터의 경우에는 시작 노드 ID는 도 4의 start[i](i=1 to k)가 되고, 종료 노드 ID는 end[i](i=1 to k)가 된다.

도 6의 이더넷 프레임의 데이터 영역에서 데이터 길이는 입력의 경우에는 도 3의 데이터의 길이가 되며, 출력의 경우에는 도 4 Length[i](i = 1 to k)가 된다. 도 6의 이더넷 프레임의 데이터 영역에서 데이터는 입력의 경우에는 도 3이 되며, 출력의 경우에는 도 5에 도시된 데이터가 된다. 이렇게 함으로써 노드별로 전송할 때보다 노드 전송횟수를 크게 줄일 수 있게 된다. 게이트웨이 노드와 Sim 노드간의 통신은 게이트웨이 노드에서 도 3의 입력 데이터를 전송하면, Sim 노드간의 통신은 게이트웨이 노드에서 도 3의 입력 데이터를 전송하면, Sim 노드에서는 게이트웨이 노드에서 전송한 입력 데이터I를 수신하고, 도 5의 k개의 출력 데이터I를 게이트웨이 노드로 차례대로 전송함으로써 이루어진다. 이렇게 함으로써 (k+1) 회의 데이터I 전송을 통해서 시뮬레이터의 입출력 데이터I의 전송이 가능하게 된다. 게이트웨이 노드와 Sim 노드간의 통신은 이 과정을 게이트웨이 노드에서 주기를 정하여 반복하게 함으로써 요구하는 응답 속도 사양을 만족할 수 있다. 게이트웨이 노드와 PLC로 이루러진 입출력 처리 노드사이의 통신은 노드별로 게이트웨이 노드가 출력 데이터I를 전송하고, 입력 데이터I를 받는 형식의 폴링 방식을 PLC에서 채용하는 프로토콜에 맞춰 채용함으로써 이루어지게 하며, 노드별 I/O 종류별 메모리를 할당, 공유하게 함으로써 게이트웨이 노드와 Sim 노드에서의 다른 타스크와의 데이터I 교환이 원활히 이루어지게 할 수 있다.

본 고안에 의한 시스템에 의하면 원자력 시뮬레이터의 I/O 인터페이스 시스템에 이 시스템 구성방법을 적용하였을 경우에 비용절감 효과를 가져올 수 있으며, 유지보수가 용이하며, 시뮬레이터의 판넬의 깊이(Depth)도 줄일 수 있는 효과를 가져올 수 있어 경제적이고, 네트웍 인터페이스도 용이하며, 예비품 입수가 용이한 PLC를 이용하여 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템을 구성하여 유지보수 및 개발이 용이한 효과가 있다.

Claims

발전소 현장을 모사하여 모델링한 모델을 운영하는 시뮬레이션 컴퓨터와, 운전원에 의해서 조작되는 발전기 패널의 계기들에 대한 입출 신호를 직접처리하는 PLC 시스템과, 상기 PLC 시스템에서 채용하는 네트웍 프로토콜과 상기 시뮬레이션 컴퓨터에서 채용하는 네트웍 프로토콜이 다를 경우에 데이터들을 상호 통신 가능하도록 제어하는 게이트웨이 컴퓨터와, 상기 PLS 시스템의 입출력 처리 노드와 시뮬레이션 컴퓨터간의 통신을 중개하는 노드로 상기 시뮬레이션 컴퓨터에 탑재된 네트웍 카드인 Sim 노드와, 상기 시뮬레이션 컴퓨터와 게이트웨이 컴퓨터 사이에서 통신을 제어하는 이더넷 카드로 구성된 것을 특징으로 하는 발전소 시뮬레이터 I/O 인터페이스 시스템.