KR20040035534A - 산업용 계측 제어기기의 비정상 상태 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업용 계측제어기기의 비정상상태를 자동으로 감지하여 안정성과 신뢰성을 증진시킬 수 있는 제어장치 처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 산업용 계측제어기기의 운영체제와 독립적으로 구동되는 전용 컨트롤러가 항시 자동으로 감지하며, 만일 비정상 상태가 발생하면 미리 정의된 안정화 절차에 따라 시스템을 안정된 상태로 유도시켜 비정상 상태에 따른 시스템의 피해를 없애기 위한 것이다.
본 발명을 효과적으로 적용할 수 있는 산업용 계측제어기기는 서보 모터 및 스테핑 모터를 구동하는 모션제어보드(Motion Controller) 및 외부기기를 제어하는 아날로그 출력 보드(Analog Output Board), 기타 디지털 입출력을 제어하는 다채널 디지털 입출력 보드(Digital In/out Board)가 대표적이다. 또한 이러한 기기의 제어부로는 산업용 컴퓨터가 사용되며, 운영체제로는 마이크로소프트사(Microsoft)의 윈도우즈 시스템이 일반적이다. 이러한 산업용 계측 제어기기와 자동화기기의 안정성을 증진하기 위하여 본 발명의 특징은 각 계측제어기기에 시스템 안정성을 위한 전용 컨트롤러를 탑재하여 이상 유무를 감지하고 사용자가 지정한 안정화 단계 중 하나를 선별하여 명령을 순차적으로 실행한다.
따라서 본 발명의 효과는 산업용 계측제어기기의 안정성을 위한 프로그램이 내장된 전용 컨트롤러를 탑재하여 시스템의 이상 유무를 감지하고 사용자가 지정한 안정화단계 중 하나를 선별하여 명령을 내리게 되며 별도의 외부사용자의 작동이나명령없이 자동적으로 실행하기 때문에 그 운영효과를 극대화 한다.
Description
본 발명은 산업용 계측 제어기기의 다양한 표준에 대응할 수 있지만 중점적으로 차세대 표준으로 자리 잡고 있는 Compact PCI(Peripheral Component Interconnect)용 계측 제어기기의 안정성과 신뢰성을 증진 시킬 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어의 개발이다. Compact PCI는 주로 3개의 테크놀러지가 통합되어 성립된 것이다. 하나는 그 명칭과 같이 PCI를 기반으로 한 구조이고 둘째로는 각종 어플리케이션 요구에 대응하는 2mm피치의 하드 메트릭 커넥터이며 셋째로는 VME의 보급에 의하여 산업계에 침투한 유로카드 규격에 준거하고 있다. 장점으로는 윈도우즈를 이용한 운영체제 사용으로 개발 환경이 용이하며 가격대비 성능비가 우수하며기술의 확장성도 풍부하다. 그러나 윈도우즈를 운영체제로 사용하여 잦은 시스템의 불안이 커다란 위험부담이 된다. 이러한 시스템의 불안은 특히 모터를 구동하는 모션제어보드와 아날로그 출력보드, 디지털 입출력 보드등과 연계된 모터류와 기계작동부등에 오동작으로 인해 커다란 위험과 손실을 가져올 수 있다. 따라서 본 발명은 산업용 컴퓨터 및 제어부와 독립적으로 모션제어보드와 아날로그 출력보드, 디지털 입출력보드에 마이크로 콘트롤러를 탑재하여 이와 연계된 기계류를 운영체제의 불안정에서 오는 오동작을 방지하고 위급상황에는 하드웨어적으로 비정상 상태를 제어하여 어떠한 시간지연 없이 개발자나 운영자가 미리 정의한 비정상 상태 제어 명령을 순차적으로 시행하여 외부기기를 안정화 단계로 유도한다.
기존의 모션제어보드는 외부 센서나 스위치를 이용하여 비상 상태를 인지하여 시스템을 정지하였고 아날로그 출력보드 및 디지털 입출력보드의 경우에는 어떠한 비정상 상태 제어를 하지 않고 있다. 이러한 이유가 compact PCI 산업용 계측 제어기기의 많은 장점에도 불구하고 보급을 늦춘 이유가 되고 있다.
도 2는 일반적인 모션제어보드의 구동방식과 비정상 상태제어도이다. 도 2에서와 같이 모션제어보드가 모터를 구동하는 동안 외부 스위치나 센서로 인해 비정상 상태나 비상상태를 인지하여 모터를 구동하는 신호의 공급을 차단하는 방식이다.
이러한 경우에 문제점은 모터로 제어되는 기기의 위치가 위험한 구역으로 진입되어 있는 경우에 안정화 구역으로 이동하는 시간이 운영자의 후처리에 의하여 진행되어 많은 시간이 소요되어 그만큼 위험 부담이 증가되며 외부의 센서 및 스위치에 감지될 수 없는 자체 운영체제의 정지 및 드라이버의 이상 등은 기계의 오동작 원인이 되며 운영자의 후처리 명령 전까지 지속된다는 점이다. 이런 경우에는 정상 상태로의 진입이 시스템의 재 부팅 시간 이상만큼 소요되어 더욱 위험이 가중된다. 또한 아날로그 출력보드인 경우에도 모터를 제어 할 수 있으며 운영체제나 외부기기의 이상상황에도 출력 전압이 지속되어 위와 같은 문제를 유발할 수 있다.
도 3은 일반적인 디지털 입출력 보드의 구동방식이다. 디지털 입력은 외부 센서류의 입력을 받으므로 비정상 상태 제어가 필요 없지만 디지털 출력은 외부 기기류를 제어하므로 비정상 상태 제어가 요구된다. 또한 외부 센서나 스위치의 입력과 상관되어 비정상 상태 감지가 필요하며 이러한 비정상 상태 제어는 운영체제와 연관되어 실행되어 질 수 있지만 위에 언급한 운영체제의 불안 요소가 있는 만큼 독립적으로 디지털 입출력 보드에서 디지털 출력을 통한 순차적인 외부 기기의 제어가 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 compact PCI용 모션제어보드, 아날로그 출력 보드 및 디지털 입출력보드에 비정상 상태 제어를 수행 할 수 있는 마이크로 컨트롤러를 탑재하여 윈도우즈 운영체제와는 독립적으로 상태를 감시 및 제어하며 운영자가 미리 정의한 비정상 상태 제어 명령을 수행한다. 또한 외부기기의 비정상 상태에 시간 지연 없는 제어 명령을 하드웨어적으로 순차적 수행하여 안정화 단계로 유도한다.
모션제어보드에 장착된 마이크로 컨트롤러는 주기적으로 운영체제의 이상 유무와 외부 센서류와 스위치의 상태를 감시한다. 사용자가 운영 전에 정의한 각각의 상황에 따른 비정상 상태 명령을 기억하고 있어 해당하는 비정상 상태가 감지되었을 경우 미리 정의된 명령을 순차적으로 실행하고 안정화 단계로 진입한다. 아날로그 출력보드 및 디지털 입출력보드의 경우에도 마이크로 컨트롤러가 탑재되어 운영체제와는 독립적으로 외부 상태를 감시 및 제어 하며 외부 디지털 입력의 조합에 의한 비정상 상태 종류 파악 및 이에 따른 아날로그 출력 및 디지털 출력 명령들을 순차적으로 실행한다. 또한 외부 디지털 입력 신호에 발생하는 이상 신호에 응답 시간지연을 최소화하기 위해 디지털 입력을 내부 제어기와 연계하여 비상 상황에 대응한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각 계측 제어기기에 탑재할 마이크로 콘트롤러의 프로그램 개발과 이와 서로 상태를 확인할 수 있는 윈도우즈 드라이버 개발, 외부 비정상 상태를 하드웨어적으로 처리할 하드웨어 개발이 요구 되어진다.
도 1은 본 발명에 사용되는 비정상 상태 제어의 내부 프로그램 흐름도이고,
도 2는 일반적인 모션콘트롤러의 개념도이고,
도 3은 일반적인 디지털 입출력보드의 개념도이고,
도 4는 본 발명에 의해 처리되는 모션콘트롤보드 하드웨어 구성도이다.
이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 산업용 모션제어보드 내에 탑재할 마이크로 콘트롤러의 프로그램 흐름도이다. 시스템의 구동과 함께 프로세스가 독립적으로 시작되면 주기적으로 운영체제의 비정상상태를 체크한다. 비정상 상태가 감지되면 그 원인에 따라 소프트웨어 비정상 상태 해독기 루틴으로 이동하거나 하드웨어 비정상 상태 해독기로 이동한다. 운영체제의 이상은 대부분 소프트웨어적인 비정상 상태이므로 이때 운영자 및 개발자가 미리 정의한 다수의 비정상 상태 제어 명령 중 하나를 실행한다. 이때비정상상태 제어 명령은 다수의 제어 명령의 집합으로 이루어진다. 운영체제의 비정상 상태는 하드웨어 비정상 상태를 확인하여 이에 적절한 비정상 상태 제어 명령의 실행을 요구하는 경우도 있으므로 하드웨어 비정상 상태 해독기를 통하여 미리 정의된 다수의 하드웨어 비정상 상태 제어 명령 중 하나를 실행한다. 외부 센서나 스위치 및 기기의 이상신호를 감지하는 외부 비정상 상태도 운영체제 비정상 상태를 체크한 후 주기적으로 검사되어 이에 해당하는 소프트웨어 비정상 상태 제어 명령이나 하드웨어 비정상 상태 제어 명령을 선택하여 실행한다. 위와 같은 하나의 주기가 끝나면 시작점으로 복귀하여 루틴(Routine)을 반복한다.
도 4는 모션제어 보드의 하드웨어 다이어그램이다. 위에서 언급한 바와 같이 정상적인 상태에서는 4축 모션 컨트롤러 칩을 Compact PCI버스를 통하여 사용자가 제어하되, 비정상 상태 제어 마이크로 콘트롤러가 이와는 독립적으로 운영체제의 비정상 상태나 외부 비정상 상태를 감지하여 비정상 상태가 발생하면 장치의 제어권을 가지고 이에 적절한 비정상 상태 제어 명령을 통하여 모션 컨트롤러를 제어한다. 이 때 외부 비정상 상태는 부가적인 외부 디지털 입출력 포트의 상태를 감지하여 확인된다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 산업용 계측 제어기기의 표준으로 자리잡고 있는 compact PCI용 모션제어보드 및 아날로그 출력보드, 디지털 입출력보드의 시스템 안정화와 신뢰성을 증진 시킬 수 있는 운영체제와 독립적인 내부 마이크로 컨트롤러를 내장하여 사용자가 정의할 수 있는 어떠한 내 외부 비정상 상태도처리할 수 있다.
따라서 산업용 계측 제어 기기의 대다수를 차지하는 모션제어보드 및 디지털 입출력 보드의 안정화를 통하여 그동안 많은 장점이 있음에도 불구하고 보급이 저조한 compact PCI 산업용 계측 제어기기가 많은 생산 공정에 대단위로 사용 되어 질 수 있으며 compact PCI 장점으로 인한 생산 장비의 현대화 및 고급화, 사무 자동화로의 연계, 데이터베이스 관리 등으로 각 공정의 생산 효율의 증진을 기대할 수 있다.
또한 기존의 PLC(Programmable Logic Controller) 등의 낙후된 산업용 계측 제어장비의 교체를 앞당겨 관련 산업의 대외 경쟁력을 한 차원 높일 수 있다.
Claims (3)
- 모션제어보드에 비정상 상태 제어 전용 마이크로 컨트롤러를 탑재하여 사용자가 사전에 비정상 상태를 정의하는 기능, 해당하는 비정상 상태를 안정화 단계로 유도하는 순차적인 명형 기억 기능, 주기적으로 운영체제의 이상 유무를 감지하는 기능과 이에 대응하는 명령 수행 기능 및 실행 방법
- 아날로그출력보드에 비정상 상태 제어 전용 마이크로 컨트롤러를 탑재하여 사용자가 사전에 비정상 상태를 정의하는 기능, 해당하는 비정상 상태를 안정화 단계로 유도하는 아날로그 출력과 이의 시간 설정 기능, 주기적으로 운영체제의 이상 유무를 감지하는 기능과 이에 대응하는 명형 수행 기능 및 실행 방법
- 디지털출력보드에 비정상 상태 제어 전용 마이크로 컨트롤러를 탑재하여 사용자가 사전에 디지털 입력과 그의 조합에 의한 비정상 상태를 정의하는 기능, 해당하는 비정상 상태를 디지털 출력과 이의 조합으로 안정화 단계로 유도하는 순차적인 명력 기억 및 수행 기능, 주기적으로 운영체제의 이상 유무를 감자하는 기능과 이에 대응하는 명령 수행 기능, 외부 비상 신호에 응답 지연 시간을 최소화하기 위한 하드웨어적인 명령 출력 기능 과 인터럽트 연계 기능 및 실행 방법.
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2002
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