KR200362426Y1 - 아날로그 입력 절연회로 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 PLC(Programmable Logic Circuit, 피엘씨) 시스템 내 아날로그 입력 절연회로 구현 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입력모듈별로 입력된 아날로그 전압/전류 신호를 절연 증폭부를 사용하여 증폭시키고, 증폭된 신호는 멀티플렉서(multiplexer)에 입력하여 아날로그/디지털 변환부에 전달시킴으로서 절연부를 증폭부에서 구현하여 회로구성의 안정성을 높이고 비용 감소를 가능하게 하는 PLC의 아날로그 입력 절연회로장치에 관한 것이다.

본 고안은 아날로그 전압/전류 신호를 입력하는 입력부, 상기 입력부로부터 입력된 아날로그 신호를 미리 결정된 값에 의하여 증폭하며, 동시에 입력신호와 증폭된 출력신호를 전기적으로 절연하는 절연 증폭부, 상기 절연 증폭부로부터 증폭된 출력신호를 입력받는 멀티플렉서(multiflexer), 상기 멀티플렉서로부터 상기 증폭된 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환해주는 아날로그/디지털 변환부, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 출력된 디지털 신호를 상기 디지털부로 전송하며 상기 디지털부와 상기 아날로그부를 전기적으로 신호를 절연하는 절연부 및 상기 절연 증폭부, 멀티플렉서, 아날로그/디지털 변환부 및 절연부에 공통으로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 아날로그 입력 절연회로 장치를 제공한다.

Description

아날로그 입력 절연회로 장치{Analog input insulation circuit system}

본 고안은 PLC 시스템 내 아날로그 입력 절연회로 구현 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입력모듈별로 입력된 아날로그 전압/전류 신호를 절연 증폭부를 통해 증폭시킴과 아울러 입력신호와 증폭된 출력 신호간에 전기적 절연을 실현하고, 다수의 입력부로 구성된 다수의 채널의 증폭신호를 멀티플렉서(multiplexer)에서 입력받아 이를 디지털 신호로 변환하고, 이때 채널 공용의 전원 공급원을 구성함으로써 회로구성의 효율을 높일 수 있는 PLC의 아날로그 입력 절연회로 장치에관한 것이다

피엘씨(PLC, Programmable Logic Controller)는 각종 기계나 프로세서 등의 제어를 위하여 논리(Logic), 시퀀싱(Sequencing), 타이밍(Timing), 카운팅(Counting), 연산기능 등을 내장하고 있으며, 프로그램을 작성할 수 있는 메모리를 갖춘 제어장치이며, 오늘날 산업용 릴레이 제어반보다 우수하게 설계된 특수 목적의 컴퓨터로 다양한 제어가 가능한 제어시스템이다.

PLC의 구조는 마이크로 프로세서 및 메모리를 중심으로 구성되어 인간의 두뇌 역할을 하는 중앙처리장치(CPU), 외부 기기와의 신호를 연결시켜 주는 입.출력부, 각 부에 전원을 공급하는 전원부, PLC내의 메모리에 프로그램을 기록하는 주변기기 등으로 구성되어 있다.

PLC의 입력 모듈에서 전류, 전압 입력값은 연속해서 변하는 물리량으로서 아날로그 신호의 형태로 입력되며, 아날로그 신호는 PLC와 같은 디지탈 기기의 CPU에 신호로 직접 입력할 수 없다. 따라서 PLC의 아날로그 전압/전류 입력 절연회로는 전압, 전류의 물리량(아날로그값)을 전기적 신호, 즉 직류전압 또는 전류의 형태로 변환하고 이 전기신호를 디지털로 변환하여 입력하는 역할을 한다.

PLC의 아날로그 입력 절연회로는 절연형과 비절연형으로 구분할 수 있다.

개인용 컴퓨터와는 달리 직접 기계 등과 접속되어 파워(Power)가 큰 모터 등을 제어하는데 이용되는 자동화 설비에 있어서 중추적인 역할을 하는 PLC의 입출력부에서는 신호의 입출력선으로 노이즈 난입이 빈번하게 발생한다.

비교적 작은 전력에서 회로가 동작하는 마이크로프로세나 OP앰프의 출력신호로 대전력의 모터를 구동한다고 할 경우에 전기적으로만 접속되어있을 때에는 모터에서 발생하는 큰 유도 전류가 그라운드나 전원 혹은 신호선을 역으로 타고 들어와 작은 전력회로를 파괴해버리거나, 비교적 빠른 주파수를 취급하는 논리 제어 회로에 신호의 일부처럼 들어가 회로를 오동작시키는 문제가 발생한다.

특히 PLC 내부의 회로는 마이크로프로세서를 중심으로 DC 5V라는 낮은 전압과 함께 2~3MHz 이상의 고주파로 동작하고 있어서 노이즈에 대해서는 조건이 열악하다. 따라서 PLC의 입출력부에서 신호의 입출력선으로 유입할 수 있는 노이즈 난입 등을 방지하기 위한 대책으로 절연형 아날로그 입력회로가 제안되었다.

이와 같이, 절연형 아날로그 입력회로는, 입력 채널 간의 간섭을 방지하고, 노이즈에 대한 효과적인 대책으로서 신뢰성, 안정성에 우수한 장점이 있으나, 회로를 구현함에 있어서는 비절연형에 비해 그 구성이 복잡하다는 단점이 있다.

도 1은 종래 절연형 아날로그 입력 절연 회로장치의 구성을 개략적으로 도시하고 있다.

입력부(1)를 통해 아날로그 신호(전류/전압)가 입력되면, 증폭부(2)는 이를 미리 설계된 증폭 범위에 맞게 입력전압/전류 값을 증폭하는 기능을 수행하고, 이 증폭된 신호를 아날로그/디지털 변환부(A/D 변환부)에 입력하며, 이 A/D 변환부는 증폭된 입력 전압에 대해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행하게 된다. 이때 절연부(4)는 A/D 변환부의 제어신호, A/D 변환 출력 값을 아날로그부와 디지털부 간의 데이터 전송 및 절연기능을 담당하게 된다.

그리고, 전원부(5)는 상기 입력부(1), 증폭부(2), A/D 변환부(3), 절연부(4)의 공통된 전원 공급원으로 동작하게 된다.

한편, 이러한 종래의 절연형 아날로그 입력 절연회로에 있어서는, 다수의 입력 모듈로부터의 입력부, 즉 N개의 입력부를 갖는 경우에는 상기 입력부(1)로부터 상기 절연부(4)까지의 채널이 N개로 구성되고, 이때 증폭부(2), A/D 변환부(3), 절연부(4) 및 전원부(5) 모두 N개로 각각 구성됨에 따라서 회로가 극히 복잡하고, 그 구성에 효율이 저하됨은 물론 각 구성요소를 별도로 구비하여 회로를 구성해야 하므로 비용면에서도 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, PLC 시스템 내 아날로그부와 디지털부로 구성되는 아날로그부/디지털 변환장치에 이용되는 아날로그 입력 절연회로 구현 장치에 있어서, 입력부로부터 입력된 아날로그 신호를 미리 결정된 값에 의하여 증폭함과 동시에 입력신호와 증폭된 출력신호를 전기적으로 절연하는 졀연 증폭부를 구성하고, 다수의 입력 채널에 형성된 절연 증폭부 각각으로부터 증폭된 출력신호를 멀티플렉서(multiflexer)에서 입력받아 이를 통합하는 구성을 채택하면서, 하나의 전원부를 전체 구성요소의 전원공급원으로 삼는 경우에, 회로구성이 혁신적으로 간단해지고, 보다 효과적인 회로 구성의 효율성을 높일 수 있음을 확인하고 본 고안을 완성하게 되었다.

따라서, 본 고안의 목적은, 효과적인 노이즈 방지 대책을 통하여 시스템의 신뢰도와 안정성을 증가시킴에 있어서, 종래 절연형 아날로그 입력 회로장치의 단점으로 제기되었던 회로 구성의 복잡성을 해결하는 데 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은, 아날로그 입력 절연회로 장치의 회로 구현을 단순화시킴과 아울러, 보다 증진된 절연효과를 제공하는 데 있다.

본 고안의 상기 목적들은 기술적 구성의 효율성뿐만 아니라 비용적인 측면에서의 효율성도 동시에 고려하고 있음을 첨언한다.

본 고안의 또 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며 이는 본 고안의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 기재 내용 뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것이다.

도 1은 종래 아날로그 입력 절연회로 장치를 나타내는 구성도이다.

도 2는 본 고안에 따른 일 실시예의 아날로그 입력 절연회로장치를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 입력부 2 : 증폭부, 절연증폭부

3 : A/D 변환부 4 : 절연부

5 : 전원부 6 : 멀티플렉서(multiplexer)

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 고안은 아날로그 전압/전류 신호를 입력하는 입력부, 상기 입력부로부터 입력된 아날로그 신호를 미리 결정된 값에 의하여 증폭하며, 동시에 입력신호와 증폭된 출력신호를 전기적으로 절연하는 절연 증폭부, 상기 절연 증폭부로부터 증폭된 출력신호를 입력받는 멀티 플렉서(multiflexer), 상기 멀티플렉서로부터 상기 증폭된 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환해주는 아날로그/디지털 변환부, 상기 아날로그/디지털 변환부로부터 출력된 디지털 신호를 상기 디지털부로 전송을 수행하며 상기 디지털부와 상기 아날로그부를 전기적으로 신호를 절연하는 절연부 및 상기 절연 증폭부, 멀티플렉서, 아날로그/디지털 변환부 및 절연부에 공통으로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 아날로그 입력 절연회로 장치를 제공한다.

이러한 본 고안의 아날로그 입력 절연회로 장치에 있어서, 상기 멀티플렉서는 N(N은 0보다 큰 정수)개의 모듈이 구비된 PLC 시스템에서 N개의 입력부가 구비된 경우에, 상기 절연 증폭부는 N개의 입력을 통해 형성된 N개의 채널마다 각각 할당되고, 이 절연 증폭부로부터 출력된 아날로그 신호를 스위칭 방식으로 선택적으로 상기 아날로그/디지털 변환부로 전달할 수도 있다.

또한 상기 아날로그 입력 절연 회로 장치 내 전원부는 상기 N개의 절연 증폭부에 공용으로 사용되는 것이 바람직하다.

이하 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 2는 본 고안의 일실시예로서 PLC 시스템의 아날로그 입력 절연회로장치의 개략적인 구성을 도시하고 있다.

먼저, PLC 시스템의 하나의 입력 모듈에 따른 하나의 채널에 대해서 설명한다.

입력부(0)를 통해 아날로그 전압/전류 신호가 입력되면, 상기 아날로그 전압/전류 신호는 절연 증폭부(2)를 통해서 설계시에 미리 결정된 증폭 비율(아날로그/디지털 변환부(3)의 증폭입력범위로 정해진다)로 증폭된다. 상기 절연 증폭부(2)는 입력된 아날로그 전압을 증폭하는 기능을 수행할 뿐만 아니라, 상기 절연 증폭부(2)로 입력되는 신호와 절연 증폭부(2)에서 증폭되어 출력된 신호 상호간의 전기적인 절연기능을 수행한다. 이러한 절연 증폭부는 절연기능을 구비한 증폭기를 사용함으로서 구현될 수 있다.

상기 절연 증폭부(2)에서 증폭 출력된 신호는 멀티플렉서( Multiplexer)(6)로 입력되며, 이 입력된 신호는 다시 아날로그/디지털 변환부(A/D 변환부)(3)로 전달된다. PLC의 입력부에서 동시에 처리해야 할 입력신호가 입력되지 않음을 전제로 하며, 하나의 채널밖에 존재하지 않는 경우에 상기 멀티플렉서(6)는 온(ON)된 상태의 스위치로 간주될 것이다. 또 그리고 상기 A/D 변환부(3)는 종래와 마찬가지로 증폭된 입력 전압에 대해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행하게 된다.

본 고안의 아날로그 입력 절연 장치는 아날로그부와 디지털부로 구분할 수 있으며, 이상의 각 구성 구성요소는 아날로그부에 포함된다.

상기 A/D 변환부(3)로부터 출력된 신호는 절연부(4)를 통해서 디지털부로 전송되게 되는데, 상기 절연부(4)는 상기 아날로그부와 디지털부 간의 데이터 전송을 담당함과 동시에 아날로그부와 디지털부간의 절연을 형성하여 노이즈 발생을 방지하게 된다.

그리고 전원부(5)는 상기 절연 증폭부(2), 다중기(6), A/D 변환부(3), 절연부(4)에 공통으로 전원을 공급하게 된다.

그러나, 통상 PLC 시스템에서는 다수의 입력 모듈이 존재하고, 다수의 입력부로 구성되며, 이때 다수의 채널이 형성되는 것이 일반적이며, 이 경우에 어떻게 채널구성을 할 것인지가 매우 중요하다.

즉, N(N은 0보다 큰 정수로 정의한다)개의 입력부를 통해, N개의 채널이 형성되어 있는 경우에는 각 채널마다 상기 절연 증폭부(2)를 구성하여, 증폭기능과 절연기능을 수행시키고, 이를 상기 다중기(6)에 입력시키고, 복수회로에서 입력되는 신호 중 어느 하나의 입력신호를 선택하여 출력회로에 전송하는 데이터 선택 논리회로인 다중기(6)는 자체 설계되어 있는 스위칭 방식으로 N개의 채널에서 각 N개의 절연 증폭부(2)에서 증폭된 출력값을 선택적으로 상기 A/D 변환부에 전달하게 된다.

이 경우, 본 고안의 상기 전원부(5)는 각 N개의 채널에서 공용으로 사용하는 전원 공급원이 되도록 구성된다.

그리고 상기 절연 증폭부(2)에서 각 채널별로 입출력 신호를 절연함과 아울러, 상기 A/D 변환부(3), 상기 절연부(4)를 전 채널이 공용으로 사용할 수 있도록 구성되어 있다.

그렇다면, 우리는 상기 절연증폭부(2)에서의 입력신호와 증폭된 출력 신호간의 절연을 제 1 절연이라 할 수 있으며, 상기 절연부(4)에서, 예컨대 아날로그부와 디지털부간에 광학적으로 연결되어 있으나 전기적으로는 절연되어 있는 절연기능을 제 2 절연이라고 할 수 있을 것이다. 이 두가지의 절연을 통하여 보다 효과적인 절연대책을 도모한다.

따라서 본 고안에 따르면, 절연부와 절연증폭부에서 2중의 절연과정을 거치게 되므로 절연효과를 더욱 높일 수 있다. 따라서 보다 효과적으로 노이즈를 방지할 수 있게 되어 시스템의 신뢰도와 안정성을 증가시키는 장점이 있다.

또한, 아날로그/디지털 변환부, 절연부가 전채널에서 공용으로 사용됨으로서, 종래의 절연형 아날로그 입력 회로의 단점으로 지적되는 회로구성의 복잡성을 극복하고, 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한 비용 면에서도 비용 감소라는 이점을 제공한다.

본 고안의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 고안의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생될 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

Claims (3)

1. PLC 시스템 내 아날로그부와 디지털부로 구분되는 아날로그 입력 절연회로 구현 장치에 있어서,

   아날로그 전압/전류 신호를 입력하는 입력부;

   상기 입력부로부터 입력된 아날로그 신호를 미리 결정된 값에 의하여 증폭하며, 동시에 입력신호와 증폭된 출력신호를 전기적으로 절연하는 절연 증폭부;

   상기 절연 증폭부로부터 증폭된 출력신호를 입력받는 멀티플렉서(multiflexer);

   상기 멀티플렉서로부터 상기 증폭된 아날로그 출력신호를 디지털 신호로 변환해주는 아날로그/디지털 변환부;

   상기 아날로그/디지털 변환부로부터 출력된 디지털 신호를 상기 디지털부로 데이터 전송을 수행하며 상기 디지털부와 상기 아날로그부를 전기적으로 신호를 절연하는 절연부; 및

   상기 절연 증폭부, 멀티플렉서, 아날로그/디지털 변환부 및 절연부에 공통으로 전원을 공급하는 전원부를 포함하는, 아날로그 입력 절연회로 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 멀티플렉서는,

   N(N은 0보다 큰 정수)개의 모듈이 구비된 PLC 시스템으로서, N개의 입력부가구비된 경우에, 상기 절연 증폭부는 N개의 입력을 통해 형성된 N개의 채널 마다 각각 할당되고, 이 절연 증폭부로부터 출력되는 아날로그 신호를 스위칭 방식으로 선택적으로 상기 아날로그/디지털 변환부로 전달하는 것인, 아날로그 입력 절연회로 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전원부는,

   상기 N개의 절연 증폭부에 공용으로 사용되는 전원 공급원인, 아날로그 입력 절연회로 장치