KR200343521Y1 - 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치에 관한 것으로, 현장의 PLC/RTU등의 로칼 스테이션과 감시시스템간의 네트웍 통신 선로인 이더넷 네트웍 선로를 이중화 선로로 구성하고, 두개의 이더넷 라인의 데이터를 잡음 처리한후 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리 시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭하도록 ASIC으로 설계되어 구성되는 이중화 네트웍 변환장치(RNU)를 상기 단일 통신 장치만을 구비하는 현장의 로칼 스테이션과, 상기 감시시스템에 각각 설치하여 구성함을 특징으로 한다.

Description

산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치{Redundant network apparatus for monitering and controling of industrial system}

본 고안은 산업용 감시제어장치의 선로이중화 장치에 관한 것으로, 특히 통신선로의 이중화(Redundant) 설비를 제공하여 두 개의 통신 선로중 어느 한쪽이 절단, 접지, 외란 등으로 선로에 이상이 생기면 동시에 다른 선로로 자동 교체되는 기술로 감시 제어 설비에서 항상 시스템을 안정적으로 유지할 수 있도록 한 선로 이중화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 상, 하수처리 원격 감시 제어 설비, 빌딩 자동화 설비, 생산공정 원격감시 제어 설비, 보일러(Boiler), 소각로 설비, 대기, 수질 등 환경감시설비 등등에서는 상시 감시상태를 유지하고 있어야 정확한 원격 감시를 행할 수 있다. 이러한 원격 감시를 위해서 통상 내부 네트웍 예컨데, 이더넷(Ethernet)을 이용하여 감시시스템의 네트웍을 구성하고 있다.

도 1은 종래 단일 선로 랜 방식의 감시제어 시스템 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이 로칼 스테이션(10)과 감시 시스템(20) 사이에 단일 선로(1)로 이더넷 네트웍이 구성되고, 로칼 스테이션(10)은 상기 이더넷 통신선로(1)와 통신하기 위한 하나의 통신장치(11)를 통해서 PLC등의 로컬 제어장치(12)에 연결되도록 구성된다.

그런데, 산업용 감시제어장치에 있어서 감시제어용 통신선로는 사무실 네트웍과는 달리 진동 분진, 습기, 고전압선로등 주변환경조건이 열악하여 각 현장 원격스테이션과 중앙감시장치간의 선로를 안정적으로 유지시킬 필요가 있게된다.

따라서, 상기 선로를 이중화하여 통신 선로의 에러발생에 대비하기 위한 선로 이중화 시스텐이 사용되고 있다.

도 2는 종래 이중화 선로 방식의 감시제어 시스템 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 로칼 스테이션(10)과 감시 시스템(20) 사이에 이중화 선로(1a, 1b)로 이더넷 네트웍이 구성되고, 로칼 스테이션(10)은 상기 두개 라인의 선로(1a)(1b)와 각각 통신하기 위한 두개의 통신장치(11a)(11b)가 구비되고, PLC등의 로컬 제어장치(12)에도 2개의 통신장치(11a)(11b)와 연결하기 위하여 단일선로 방식에 비해 더 많은수의 입/출력 포트들이 구비되어 구성된다.

이와 같이 이중화 선로로 시스템을 구성하는 경우 데이터 통신에서는 안전성이 확보되나 2개의 선로와 각기 통신하기 위한 통신장치가 이중으로 구성되어야 하고 그 이중으로 구성되는 통신장치들이 마스터와 슬레이브로서 동작하기 위해서는 마이크로 프로세서를 기반으로 소프트웨어에 의해 선로 스위칭을 하도록 구성된다.

지금까지 개발된 선로 이중화 기술은 대부분 마이크로 프로세서(Micro processor)를 기반으로 하여 시스템을 구축하였기 때문에 소프트웨어(Software) 응용기술과 별도의 하드웨어의 장착으로 인한 고가의 시스템 구성이 이루어져 처리속도 등에 한계를 두고 있었다.

그러므로 고도의 안정성을 요구하는 DCS (Distributed Control System)나 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) 설비에서만 사용되고 있는 실정이다.

따라서, 본 고안은 이중화 네트웍 변환장치(RNU ; Redundant Network Unit)를 제공함으로써, 처리성능 및 경제성을 향상시킨 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 고안은 이더넷 선로 이중화에 있어서 이더넷 선로만을 이중화시키도록 하는 변환장치를 제공하고, 기존의 마이크로 프로세서 탑재형이 아닌 전용 ASIC 기술을 이용하여 설계함으로서, 마이크로프로세서 기반 이중화 기술에 비해 처리성능 및 경제성이 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

또한 기존장비와 같이 별도 공급전원이 불필요하고 운영 소프트웨어(Software)의 기종에 영향을 받지 않도록 한 이중화 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 단일 선로 랜 방식의 감시제어 시스템 구성도

도 2는 종래 이중화 선로 방식의 감시제어 시스템 구성도

도 3은 본 고안에 의한 산업용 감시제어장치의 선로이중화 장치의 구성도

도 4는 본 발명에 의한 선로 이중화 장치의 이중화 네트웍 변환장치(RNU) 구성도

도 5는 본 고안에 의한 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치 적용 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b : 이중화 선로 10 : 로칼 스테이션

11 : 통신장치 20 : 감시시스템

100 : 이중화 네트웍 변환장치(RNU)

101, 102, 103 : 제1, 제2, 제3 접속 유니트 인터페이스(AUI) 잭

110 : 억세스 유니트

121, 122 : 제1, 제2 버스 유니트

130 : 통합 버스 유니트

140 : 콘트롤러

150 : 절연 유니트

본 고안에 의한 산업용 감시제어장치의 선로이중화 장치는,

현장의 PLC/RTU등의 로칼 스테이션과 감시시스템간의 네트웍 통신 선로인 이더넷 네트웍 선로를 이중화 선로로 구성하고, 두개의 이더넷 라인의 데이터를 잡음 처리한후 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리 시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭하는 이중화 네트웍 변환장치를 상기 단일 통신 장치만을 구비하는 현장의 로칼 스테이션과, 상기 감시시스템에 각각 설치하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 이중화 네트웍 변환장치(RNU ; Redundant Network Unit)는, 상기 두개의 이중화 선로와 각각 연결되는 제1, 제2접속 유니트 인터페이스(AUI ; Attachment Unit Interface) 잭과, 그 제1,제2 접속유니트 인터페이스 잭을 통해 두개의 선로와의 데이터 통신 신호를 송수신 하기 위한 듀얼 드라이버 및 리시버를 구비하여 이중화된 선로와 억세스를 하는 억세스 유니트와, 그 억세스 유니트를 통해 억세스되는 이중화된 선로의 패킷을 해당되는 선로로 억세스하도록 스위칭하는 제1,제2버스 유니트와, 그 제1,제2버스유니트와 연결되어 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하는 통합 버스 유니트와, 상기 통합버스유니트 및 제1,제2버스 유니트와 연결되어 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리 시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭 제어하는 콘트롤러와, 상기 통합버스 유니트와 연결되어 절연처리하는 절연유니트와, 그 절연유니트를 통해서 통신되는 데이터를 상기 로칼 스테이션측 또는 감시시스템측과 연결시키기 위한 제3접속 유니트 인터페이스 잭을 포함하여 구성됨에 특징이 있다.

이하, 본 고안의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 의한 산업용 감시제어장치의 선로이중화 장치의 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 현장의 PLC/RTU등의 로칼 스테이션(10)과, PC기반의 감시시스템(20)간의 네트웍 통신 선로인 이더넷 네트웍 선로를 이중화 선로(1a)(1b)로 구성한다.

그리고, 상기 로칼 스테이션(10)과 상기 감시시스템(20)에는 각각 이중화 선로(1a)(1b)를 통해 선택 스위칭하여 데이터 송수신 처리를 하는 이중화 네트웍 변환장치(RNU)(100)를 각각 설치하여 구성한다.

상기 이중화 네트웍 변환장치(RNU)(100)는, 두개의 이더넷 라인(1a)(1b)의 데이터를 잡음 처리한후 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리 시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭하도록 이루어지고, 이는 마이크로소프트웨어 기반이 아니라 ASIC(Application Specific Intergrated Cicuit)으로 설계하여 구성된다.

본 고안에 의해 이중화 네트웍 변환장치(RNU)를 설치하게 되면, 종래의 이중화 장치에서는 로칼스테이션에 있어서 각 선로별 통신장치를 이중으로 구성하고 이에 대응해서 입/출력포트를 구비해야 하지만, 본고안에서는 단일 통신장치와 이에 해당하는 입/출력포트만 구비하면된다.

도 4는 본 발명에 의한 선로 이중화 장치의 이중화 네트웍 변환장치(RNU) 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 두개의 이중화 선로(1a)(1b)와 각각 연결되는 제1, 제2접속 유니트 인터페이스(AUI ; Attachment Unit Interface) 잭(101)(101)과, 상기 로칼 스테이션(10) 또는 감시시스템(20)과 연결시키기 위한 제3접속 유니트 인터페이스 잭(103)이 설치된다.

상기 제1,제2 접속유니트 인터페이스 잭(101)(102)을 통해 두개의 선로(1a)(1b)와의 데이터 통신 신호를 송수신 하기 위한 듀얼 드라이버 및 리시버를 구비하여 이중화된 선로와 억세스를 하는 억세스 유니트(110)와, 그 억세스 유니트(110)를 통해 억세스되는 이중화된 선로의 패킷을 해당되는 선로로 억세스하도록 스위칭하는 제1,제2버스 유니트(121)(122)와, 그 제1,제2버스유니트(121)(122)와 연결되어 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하는 통합 버스 유니트(130)와, 상기 통합버스유니트(130) 및 제1,제2버스 유니트(121)(122)와 연결되어 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭을 제어하는 콘트롤러(140)와, 상기 통합버스 유니트(130)와 연결되어 전기적 절연 처리하고 상기 제3접속 유니트 잭(103)과 연결되는 절연유니트(150)를 포함하여 구성된다.

여기서 도면에 도시되지는 않았지만, 본고안의 이중화 네트웍 변환장치(RNU)는 3개의 포트(101, 102, 103)의 각 상태를 표시하는 LED를 구비하고, 전원은 별도 전원 없이 트랜시버 전원을 사용한다.

상기 콘트롤러(140)는 통합버스유니트(130)를 통해서 전송되는 데이터 패킷은 제1,제2버스 유니트(121)(122)로 전송하고, 제1,제2버스 유니트(121)(122)를 통해서 수신되는 데이터 패킷은 우선순위에 의해 어느 하나만을 스위칭하여 통합 버스 유니트(130)로 전송하게 하며, 제1,제2버스 유니트(121)(122)중 어느 하나에서 패킷 수신이 이루어지지 않는 경우 패킷이 수신되는 버스유니트로만 스위칭을 하고, 수신이 이루어지지 않는 이상이 생긴 라인의 버스 유니트는 격리시켜 데이터 통신의 에러가 발생되지 않도록 한다. 물론 이상이 생겨 격리된 버스 유니트를 지속적으로 체크하여 정상적인 데이터 수신이 이루어지면 먼저 패킷이 수신되는 쪽의 버스유니트를 선택하 이중화 통신 상태를 유지하도록 한다.

본 고안은 이더넷의 다양한 전송매체(10Base-2, 10Base-5, 10Base-T,...) 모두 호환하여 사용할 수 있도록 하기 위하여 PLS(Physical Layer Signaling)와 PMA(Physical Media Attachment) 계층을 서로 분리시키도록 사용하도록 한다. 이를 위하여 본 고안의 이중화 네트웍 변환장치(RNU)는 PLS와 PMA간의 표준인 AUI(Attachment Unit Interface) 라인을 인터페이싱 할 수 있도록 설계된다.

즉, 사용하려는 전송매체에 따라 이중화 네트웍 변환장치(RNU)에 연결되는 MAU(Media Attachment Unit)만을 교체하기만 하면된다.

도 5는 본 고안에 의한 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치 적용 예시도이다

도 5에 도시된 바와 같이, 로칼 스테이션의 다양한 전송매체에서도 AUI 라인을 인터페이싱 할 수 있도록 함으로써 MAU만을 교체하여 이중화 장치를 구성할 수 있게 되는 것이다.

본 고안에서는 MAU와 AUI를 통해 연결된 두개의 이더넷 라인은, 잡음처리회로를 거치게 되며, 잡음 처리회로는 엇세스 유니트(110)내에 드라이버/리시버에 구비된다. 콘트롤러(140)는 제1, 제2버스 유니트(121)(122)를 통해서 양쪽라인에서 빨리 도착하는 패킷을 우선 순위로 라인 스위칭을 하게 된다. 만약 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않을 시에는 우선 순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭이 일어나게 함으로써 이상이 생긴 라인은 격리된다.

이러한 과정은 ASIC으로 구현된 전용 이중화 네트웍 변환장치(RNU)에 의해 이루어지므로 범용 마이크로 프로세서 기반의 종래 이중화 제어기에 비해 향상된 처리속도를 갖는다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 이더넷 선로만 이중화하고 데이터 통신을 이중화 시키기 위한 이중화 네트웍 변환장치를 설치함으로써, 기존의 이중화 설비에서 통신장치를 이중으로 구비해야하는등의 설비보다 월등히 경제적이고, 기존의 마이크로 프로세서 탑재형이 아닌 전용 ASIC 기술로 설계되어 있어서 종래 마이크로 프로세서기반의 이중화 기술에 비해 처리성능 및 경제성이 월등히 향상되는 장점이 있다.

또하느 기존 방비와 같이 별도 공급전원이 불필요하고 운영 소프트웨어의 기종에 영향을 받지 않는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 산업용 감시제어 시스템의 선로 이중화 장치에 있어서,

   현장의 PLC/RTU등의 로칼 스테이션과 감시시스템간의 네트웍 통신 선로인 이더넷 네트웍 선로를 이중화 선로로 구성하고,

   두개의 이더넷 라인의 데이터를 잡음 처리한후 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리 시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭하도록 ASIC으로 설계되어 구성되는 이중화 네트웍 변환장치를 상기 현장의 제어장치와, 감시시스템에 각각 설치하여 구성함을 특징으로 하는 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이중화 네트웍 변환장치(RNU)는

   상기 두개의 이중화 선로와 각각 연결되는 제1, 제2접속 유니트 인터페이스(AUI) 잭과,

   그 제1,제2 접속유니트 인터페이스 잭을 통해 두개의 선로와의 데이터 통신 신호를 송수신 하기 위한 듀얼 드라이버 및 리시버를 구비하여 이중화된 선로와 억세스를 하는 억세스 유니트와,

   그 억세스 유니트를 통해 억세스되는 이중화된 선로의 패킷을 해당되는 선로로 억세스하도록 스위칭하는 제1,제2버스 유니트와,

   그 제1,제2버스유니트와 연결되어 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하는 통합 버스 유니트와,

   상기 통합버스유니트 및 제1,제2버스 유니트와 연결되어 양쪽라인중 빨리 도착되는 패킷을 우선순위로 라인 스위칭하고, 한쪽라인에 고장이 생겨 패킷이 수신되지 않으면 우선순위에 따라 패킷이 수신되는 나머지 라인쪽으로만 스위칭을 하고 이상이 생긴 라인은 격리 시켜 이중화 선로의 데이터 통신을 스위칭 제어하는 콘트롤러와,

   상기 통합버스 유니트와 연결되어 절연처리하는 절연유니트와,

   그 절연유니트를 통해서 통신되는 데이터를 상기 제어장치측 또는 감시시스템측과 연결시키기 위한 제3저1속 유니트 인터페이스 잭을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 감시제어장치의 선로 이중화 장치.