KR200317023Y1 - 지능형 분산 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 분산 제어 시스템(DCS)에 관한 것으로, 특히 정수장,하수처리장,펌프장,수문,저수지,변전소 등의 현장 또는 원격지에 산재해 있는 전력, 수처리 설비등으로부터의 운전, 가동, 설비정보를 취득, 분석, 처리하며, 처리된 정보를 제어소의 호스트로 전송하거나 호스트로부터 제어명령을 수신하여 설비를 실시간으로 감시제어, 관리할 수 있도록 설계된 통합감시제어용 지능형 분산 제어 시스템에 관한 것이다.
본 분산 제어 시스템의 주요 장치는 POS,PES,iMS,iRS,TM/TC,GPS로서, 중앙제어실에서 모니터를 통해 현장의 데이터를 계측 감시제어 및 각종 엔지니어링 소프트웨어를 담당하는 POS(Process Operator Station) PES(Process Engineering Station)와 DCS의 핵심이 되는 부분으로 시스템 자기 진단, 데이터 베이스관리, 프로토콜변환, Gateway 기능을 내장한 호스트 통신과 하위 노드통신, 단위현장 감시제어시스템과의 연계기능, GPS와의 시간동기등의 기능을 담당하는 iMS(intelligent Main Control Station), 현장과의 데이터 입출력을 담당하는 I/O 기능 모듈들을 수용하여 필드와의 데이터 입출력을 제어하며,전력설비의 C.T, P.T값을 입력받아 다중의 전력정보(전압, 역률, 전력량등)를 생성하거나 변환기를 통한 유량,수위,온도,압력값등 아나로그정보를 계측하여 상위 iMS에 제공하는 iRS(intelligent Remote Control Station)로 구성함을 특징으로 한다.
Description
본 고안은 지능형 분산 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 현장 또는 원격지에 산재해 있는 전력, 수처리 설비등으로부터의 운전,가동,설비정보를 취득, 분석, 처리하며, 처리된 정보를 제어소의 HOST로 전송하거나 HOST로부터 제어명령을 수신하여설비를 제어, 관리할 수 있도록 설계된 통합감시제어용 지능형 분산 제어 시스템에 관한 것이다.
과거의 각종 산업현장의 필드장치는 50년대에는 유공압을 이용하여 제어하였으며, 80년대까지는 주로 4∼20mA의 변조신호를 사용하는 트위스티드 페어 케이블 (Twisted pair cable)에 의해 주로 일대일로 연결되어 제어되었다. 이러한 연결방식은 전자파 노이즈에 덜 민감하고 오류의 감지가 쉬워서 제어시스템에 많이 사용되긴 했지만, 길게 연결되는 수많은 전선다발의 사용, 노이즈 및 열 발생, 설치비용의 과다, 시스템 관리 및 업그레이드의 어려움 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이 각 필드 기기간의 직렬 공통 통신 버스 통신 시스템인 필드버스(Field Bus)이다. 필드버스는 직렬통신 버스를 이용한 분산제어 기술로 현재 공장 자동화나 분산 제어 설비에서 사용되는 최하위 계측 장비들간에 실시간 통신을 제공하는 네트워크이다. 즉, 필드버스는 많은 계측기나 구동기, PC 등 각종 기기간의 효율적인 데이터 교환을 위해서, 공장이나 그 밖의 자동화가 필요한 환경에 설치할 수 있는 버스 형태의 구조를 가진 산업용 네트워크이다. 이것은 각 제어기의 고속통신을 이용한 정보교환을 통하여 유기적인 결합을 이루고 멀티입력/멀티출력의 복잡한 시스템의 제어를 간단한 구성으로 가능하게 하는 특징이 있다.
이 필드버스 방식은 적은 수의 전선, 적은 수의 본질 안전 베리어 (Instrinsic safety barrier), 적은 수의 제어 패널(Marshalling panel)을 사용함에 따라 설치 비용을 절감할 수 있으며, 단일 버스에 여러개의 현장 기기를 연결할 수 있어 요구되는 I/O 장비 및 제어 장비를 줄일 수 있다. 또한 필드버스의 기능 블럭(Function Block)은 현장 기기 수준에서 빠르고 쉽게 구축할 수 있고, 기능 블럭의 일관된 블럭 지향의 설계로 각기 다른 제조업체로부터 공급되는 현장 기기들을 통합된 형식으로 분산 제어한다.
필드버스는 적용분야의 요구사항에 따라 최적화되어 있으며 각각 고유의 특징을 가지고 있다. 현재 많은 필드버스 사양들이 있지만 대부분은 적용 시스템에 부합되도록 어떤 특정 요구 사항들을 만족시키거나 주어진 문제점이 신속한 해결책을 제시하기 위해 제안되었다. 이러한 필드버스는 IEC, IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers), ISA(Industry Standard Architecture) 등 국제 전기 관련 단체에서 필드버스의 표준 규격을 지정하여 현재는 Foundation Fieldbus, Profibus, Interbus, Bitbus, Contronet, P-net, Devicenet 등이 세계 표준(IEC 61158)으로 지정되어 사용자의 현장 상황에 알맞도록 선택하여 사용된다.
그러나, 상기의 필드버스를 채용한 분산제어 시스템에 있어서는 버스에 연결된 특정한 단말장치의 상태를 다른 위치에서 표시하는 것은 불가능하거나 동일한 단말장치를 중복 설치함에 따라 설비 비용이 과다 소용되는 문제점이 있고, 또한, 버스에 연결된 특정한 단말장치의 제어 파라미터값을 원격 위치에서 변경하는 것은 불가능하거나 동일한 단말장치를 중복 설치함에 따라 설비 비용이 과다 소용되는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 분산 제어 시스템은, 예를 들어, 원격지에 산재해 있는 변전소 및 정수장,펌프장 등의 전력설비현장에 설치되어 설비로 부터 운전정보를 취득, 분석, 처리하며 처리된 정보를 제어소의 HOST로 전송하거나 HOST로부터 메세지를 수신하여 설비를 Real Time으로 제어, 관리할 수 있도록 설계된 통합 감시제어용 자동화 시스템을 제공한다.
본 고안의 또 다른 목적은 상기 일반 입출력 단말장치의 파라미터를 하나의 장치를 통해서 설정 또는 변경할 수 있는 분산제어시스템을 제공하는 것이다.
제 1도는 본 고안의 시스템 블록도
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : POS 및 PES
200 : iMS ( intelligent Main Control Station )
300 : iRS (intelligent Remote Control Station)
400 : TM/TC ( TeleMeter TeleControl )
500 : GPS
본 고안의 지능형 분산 제어 시스템은 제어부,전원부,입출력부(I/O)를 담당하는 iRS를 최대 16-노드(32노드 확장가능)까지 집중 또는 분산형으로 설치현장의 여건에 맞게 기능 모듈을 선택하여 구성할 수 있으며 iRS 1개당 16개의 I/O모듈을 수용할 수 있다.
본 시스템은 분산형과 집중형이 선택적으로 적용될 수 있도록 구성되었으며 iRS(intelligent Remote Control Station)로 부터 정보를 종합, 분석, 처리하고 기타 네트웍 및 시스템 관리 기능을 담당하는 iMS(intelligent Main Control Station),구성장치들에 전원을 공급하는 주전원부, 상위 시스템 및 하위 iRS와의 통신을 담당하는 인텔리젠트 통신부와 전력현장과의 기능적 인터페이스를 담당하는 iRS, 위성으로부터 표준시각을 전송받아 시스템 시간 동기 및 시간 tagging data 생성을 위한 표준시각 동기장치(GPS)를 수용하며 각 부분에는 레벨에 따른 펌웨어와 시스템 O/S및 응용 프로그램이 탑재되어 전체적인 시스템 운용이 가능하도록 구성되어 있다.
즉, 본 분산 제어 시스템의 4가지 주요 장치는 도1을 참조하여 POS 및 PES(100),
iMS(200), iRS(300)와, RTU(400)로서, POS 및 PES(100)는 모니터를 통해 현장을 감시제어하고 각종 엔지니어링 프로그램을 담당하며 iMS(200)는 DCS의 핵심이 되는 부분으로 주요 기능은 시스템 자기 진단, 데이터 베이스관리, 프로토콜변환, 호스트통신과 하위 노드통신,단위현장 감시제어시스템과의 연계기능, GPS와의 시간동기등이 있다. 상기 iRS(300)는 iMS(200)와의 통신과 현장과의 데이터 입출력을 담당하는 I/O 기능 모듈들을 수용하여 필드와의 데이터 입출력을 제어하며 또한 전력설비의 C.T, P.T값을 입력받아 다중의 전력정보(전압, 역률, 전력량등)를 생성하거나 변환기를 통한 유량,수위,온도,압력값등 아나로그정보를 계측하여 상위 iMS(200)에 제공하는 장치이다.
상기 시스템의 주요 기능은 전력설비에서의 이용예를 든다면 차단기나 계전기의 동작상태를 원격감시하고, 유/무효 전력, 주파수, 역률, 전압,전류등을 원격 측정하며, 상기 제 파라미터의 원격 제어와 관리, 호스트별 기기간의 통신, 시스템의 자가진단/모의 시험등을 구현하고, 그외 표준시각 동기 업무, 시뮬레이터의 구현으로 시스템 기능을 시험한다.
분산제어시스템(DCS)에 적용되는 iMS(200)는 분산개방형 핵심장치로 호스트로부터 전달되는 명령을 수신한뒤, 이를 해독하여 적절한 처리를 수행하며, 시스템 하위 iRS(300)에서 취득한 현장 데이터를 비롯한 각 장치의 이상유무를 POS 및 PES(100)등에 전송한다. 현장에서 데이터를 취득시 마스터 HDLC 고속통신 라인에 이상이 생길 경우 자동적으로 대기중에 있던 슬레이브 HDLC 고속통신 라인으로 절체되어 현장 상태 취득 기능을 대체하게 된다. 또한, RTOS(Real Time Operating System)을 탑재하여 멀티-프로세싱, 멀티-태스킹 환경에서 각종 작업을 OS 레벨에서 관리하며 실시간 처리를 요하는 주요 작업에 대해서는 우선권을 부여하여 일반 작업에 비해 우선적으로 처리되도록 하였으며 독자적인 발진회로에 의한 시스템 클럭 발생기능을 가진 GPS시스템을 탑재하여 위성으로부터 표준시각을 수신한다. 상기 iMS(200)의 구성장치로는 주 CPU모듈, 고속/저속 통신 모듈, 표준 시각 동기장치, 보조전원부, VME 표준 랙이 있으며, iMS(200) 소프트웨어는 RTOS하에서 Interactive,멀티-프로세싱,멀티 태스킹을 우선 순위에 따라 수행하고 iMS(200)내 시스템 자원을 효과적으로 관리하며 수처리 및 전력 계통 운전을 위한 온라인-SCADA 업무를 실시간으로 처리하는 iMS(200)내 중추적 역할을 하는 소프트웨어이다.
iRS(300)는 단위 노드 형태로 iMS(200)와 상호 연계되어 사용되며, 현장 I/O 모듈인 디지털 입력 모듈과 디지털 출력 모듈을 제어하고, 모듈로부터 전송되어온 데이터를 iMS(200)에 전송하는 기능을 수행하는 장치로, 개방성과 유연성을 겸비한 구조로 되어 있다. 즉, iRS(300)는 CPU, 디지털 입력/출력 모듈,MMU,AIU,전원부, 현장접속장치를 기본으로 한 함체내에 구성되어 있고, 각 구성요소간의 제어정보와 데이터 전송은 VME 버스를 사용하며, iRS(300) 구성장치는 CPU모듈(B1), 감시 모듈(Digital Input Module), 제어 모듈(Digital Output Module),CPU모듈(B2),다중신호변환모듈(MMU),신호변환모듈(AIU),아날로그입력모듈(AIM),전원부, VME 쉘프로이루어진다.
상기 VME 쉘프에서의 VME버스는 다수의 마스터, 슬레이브 구조로 되어 있어 다중 프로세싱이 가능하고, 특히 비동기 데이터 전송을 하므로 다양한 전송속도를 가지는 보드가 하나의 버스구조에 존재하여 멀티플렉싱, 비멀티플렉싱 구조를 모두 지원한다. VME버스의 특징은 동일 버스상에 최대 21개의 CPU 모듈를 동시에 접속할 수 있으며, 유로카드(EUROcard) 규격을 따르므로 안정성 있는 기계적 강도를 제공하고, CPU의 동작속도에 동기를 맞추지 않고 상대 카드의 신호를 Ack하므로서 신뢰성있는 데이터전송이 가능하다.
CPU 모듈(B2)은 iRS(300)의 가장 핵심 모듈로 iMS(200)와 연결되어 호스트로부터 DB를 수신받아서 신호 변환모듈로 전송하는 기능을 하며, 미리 정의된 일정한 데이터 포맷으로 iMS(200)의 요구시 데이터를 전송하는 기능을 한다.
iRS(300)의 기능중 현장값을 얻기 위해서는 각 측정 포인트의 CT비나 PT비가 필요하고, iRS(300)는 iMS(200)가 설정값들을 송신할 경우 설정값들을 수신받아 관리하며, iMS(200)가 요구하는 형식의 장치 구성 정보를 미리 만들어 보관하며, 장치 구성 정보를 요구할 경우 이를 전송한다. 또한, CPU 모듈(B2)은 iMS(200)가 지정하는 아나로그 포인트에 대하여 경보 처리 기능을 가지며, 아나로그 변환 이벤트 데이터 판독 요청이 있을 경우 신호변환 모듈로부터 보고된 이벤트 데이터를 iMS(200)에 전송한다.
상기 다중 신호변환 모듈(MMU)은 표준 VME 버스 슬레이브 인터페이스를 갖춘 A/D보드로서 18채널의 아날로그전압을 디지털값으로 변환하는 A/D변환 기능을 갖는다.상기 변환된 데이터를 실시간으로 처리하여 그결과를 RAM을 통하여 CPU 모듈(B2)에 전달한다.
상기 가변 신호변환 모듈(AIU)은 온도나 위치등 트랜스듀서(변환기)의 출력값을 계측 연산하는 모듈로, 표준 VME 버스 슬레이브를 갖춘 A/D보드로서 32채널의 아날로그 입력을 디지털로 변환하는 기능을 갖고, A/D변환된 데이터를 실시간으로 처리한 그결과를 램을 통하여 CPU보드에 전달한다.
본 시스템에 적용된 프로토콜은 OSI 참조 모델과 동일한 7계층은 아니지만 IEC의 표준 권고안에서 정한 Phisical, Data_Link, Application의 3개 계층에 Transport 1개의 계층을 추가한 총 4개의 계층으로 구성되며 각 계층은 에러를 최대한 억제하여 시스템계통의 운전에 요구되는 시스템 프로토콜의 안정성과 신뢰성을 최대한 확보하도록 한 것으로, 본 프로토콜은 시스템과 POS,PES,iMS,iRS,RTU는 물론 현장의 공동 운영 능력을 향상시키고 설비간의 개방성을 확보한다.
본 발명의 지능형 분산 제어 시스템은 온라인 퍼스널 컴퓨터나 통상의 인터넷망 즉, 웹(web)상으로도 원격지의 설비를 감시, 제어, 유지, 관리할 수 있는 것은 물론이다.
본 고안의 적용분야는 자동 제어가 가능한 곳이면 제어 분야 어디에도 적용할 수 있고, 특히 상하수도 처리장, 펌프장, 변전소, 물관리 자동화 분야 등에 탁월한 성능을 발휘한다.
그리하여 원격으로 현장에 설치된 기기, 설비, 장치를 자동으로 제어, 유지, 관리할 수 있으며, SOE, RTOS, 통신의 이용으로 돌발 상황에도 원활히 대처할 수 있는 효과가 있다.
Claims (7)
- Real Time O/S를 채택하여 POS,PES,iMS,iRS,TM/TC,GPS로 구성되어진 개방형 분산제어시스템에서, 주제어모듈, 고속/저속 통신모듈, 전원부로 이루어져, 모두 혹은 선택적으로 이중화함으로써 신뢰성 있는 구성과 시스템 자기 진단, 데이터 베이스관리, 프로토콜변환, 호스트통신과 하위 노드통신, 단위현장 감시제어 시스템과의 연계기능, GPS와의 시간동기등을 통한 표준시각 동기장치를 특징으로 하는 iMS와; 제어부,통신부,입출력부(I/O),전원부,다중신호 변환모듈(MMU),신호 변환 모듈 (AIU), 정합모듈로 이루어지는 iRS와; 중앙제어실에서 모니터를 통해 감시제어 및 각종 소프트웨어를 담당하는 POS/PES와; TM/TC; GPS로 이루어지는 통합감시제어용의 지능형 분산 제어 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 RTOS(Real Time Operating System)를 탑재한 것을 특징으로 하는, 지능형 분산 제어 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 감시와 제어및 안정적인 데이터 취득을 위해 iMS의 이중화 기능(CPU, 전원, 통신)을 선택적으로 하는, 지능형 분산 제어 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 SOE 감시 기능을 구비한 것을 특징으로 하는지능형 분산 제어 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 Dual Port Memory를 이용하여 속도가 빠른 것을 특징으로 하는, 지능형 분산 제어 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 Ethernet과 이기종 시리얼 기기간의 통신을 위한 최적의 인텔리젠트 프로토콜 솔루션을 제공하는, 지능형 분산 제어 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 iRS에서 다중 신호변환 모듈(MMU)은 표준 VME버스 슬레이브 인터페이스를 구비한 A/D보드로 전력설비의 CT,PT값을 입력받아 다중의 전력정보(전압,역율,주파수,전력량 등)을 생성하여 인텔리젠트 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는, 지능형 분산 제어 시스템.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100687628B1 (ko) * | 2006-10-10 | 2007-02-27 | 탑시스템주식회사 | 원격 통합감시제어장치 및 그의 이중화시스템 구동방법 |
| KR100784944B1 (ko) | 2007-09-18 | 2007-12-11 | 비콤시스템주식회사 | 상하수도 처리장의 통합감시 제어시스템 |
| KR101064507B1 (ko) * | 2009-04-29 | 2011-09-14 | (주)이피에스코리아 | Ｓｃａｄａ 전단처리장치 |
| KR102074152B1 (ko) * | 2018-10-25 | 2020-02-06 | 유니테크(주) | 현장정보 처리장치 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| REGI | Registration of establishment | ||
| T201 | Request for technology evaluation of utility model | ||
| T701 | Written decision to grant on technology evaluation | ||
| G701 | Publication of correction | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20110420 Year of fee payment: 9 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |