KR20040091925A

KR20040091925A - 직렬통신에 의한 프로그래머블 로직 제어장치의 증설시스템과 그 동작방법

Info

Publication number: KR20040091925A
Application number: KR1020030025693A
Authority: KR
Inventors: 김성훈
Original assignee: 주식회사 케이디티 시스템즈
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-03
Also published as: KR100479640B1

Abstract

본 발명은 직렬통신 방식에 의하여 입출력장치를 분산 제어하는 프로그래머블 로직 제어장치(PLC) 시스템과 그 동작방법으로서, 중앙처리부가 있는 로컬베이스와 입출력장치가 있는 증설베이스는 직렬통신 선로에 의해 연결되어 브로드캐스트 방식에 의해 데이터 교환함을 특징으로 한다. 상기 증설베이스는 로컬베이스로부터 수령한 제어명령에 따라 자신에게 부속된 입출력장치를 제어하는 버스증설부를 구비하고, 상기 로컬베이스는 PLC 시스템의 동작 OS와 제어명령 프로그램을 내장한 중앙처리부와, 상기 제어명령을 모든 증설베이스내 버스증설부에 전송하는 버스중심부를 구비한다. 상기 PLC 시스템의 동작방법은, 로컬베이스가 입출력장치 갱신 메시지를 브로드캐스트하는 단계와, 수령한 입출력장치 갱신 메시지 중에서 증설베이스 자신이 처리할 데이터를 추출하여 입출력장치를 제어하는 단계와, 입출력장치 제어결과를 해당 증설베이스의 타임슬롯대에 실어서 로컬베이스로 전송하는 단계와, 상기 제어결과를 수령한 로컬베이스가 입출력 갱신 종료 메시지를 브로드캐스트하는 단계를 포함한다.

Description

직렬통신에 의한 프로그래머블 로직 제어장치의 증설 시스템과 그 동작방법{The base expansion of Programable Logic Controller by serial transmission and the operating method}

본 발명은 직렬통신 방식에 의하여 입출력장치를 분산 제어하는 프로그래머블 로직 제어장치(PLC) 시스템과 그 동작방법으로서, 중앙처리부가 있는 로컬베이스와 입출력장치가 있는 증설베이스는 직렬통신 선로에 의해 연결되어 브로드캐스트 방식에 의해 데이터 교환함을 특징으로 한다.

PLC(Programable Logic Controller)는 디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통하여 로직, 시퀀싱, 타이밍, 카운팅, 연산과 같은 특수한 기능을 수행하기 위하여 프로그램 가능한 메모리를 사용하고 여러 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 동작의 전자 장치로서, 일반적으로 PLC는 산업자동화의 가장 기본적이고 중요한 제어기로서 공장, 빌딩 등의 설비자동화에 많이 사용되어 지고 있으며, 초기의 단순한 기본연산에서 시작하여 현재는 복잡한 응용연산뿐만 아니라 산업 네트워크망을 형성하여 다양한 현장요구에 부응하고 있는 실정이다.

도 1은 일반적인 PLC 제어부가 입,출력모듈에 입출력 액세스(access)하는 과정을 나타내는 개념도이다.

도시한 바와 같이 PLC는 크게 중앙제어장치(CPU)를 포함한 중앙처리부를 포함한 로컬베이스(100)와, 수 개의 확장 유닛인 입출력 모듈(센서나 스위치로부터신호를 입력받는 입력모듈, 제어대상인 피제어기인 모터나 밸브에 제어신호를 전달하는 출력모듈) 기능을 하는 증설베이스(110a,110b, ...,110n)를 가지고 있다. 또한, 상기의 로컬베이스(100)와 증설베이스(110a, 110b,...,100n)간에 어드레스 및 데이터를 주고 받기 위해 시스템 버스(120, 어드레스/데이터 버스)를 케이블을 사용하여 직접 연결하는 방식을 취하고 있다.

로컬베이스(100)와 증설베이스(110a, 110b,...,100n)는 병렬로 연결된 시스템 버스(120)를 통하여 다수의 증설베이스(110a,110b,...,100n)에 구비된 입,출력포트를 선택하여 제어에 필요한 데이터를 전송하거나 읽어들여 해당 포트에 연결된 설비를 제어하게 된다.

예를 들어, 로컬베이스(100)가 점퍼(jumper) 또는 딥 스위치(DIPswitch)등을 이용하여 특정 증설베이스(110a, 110b,...,100n)를 인식하여 해당 어드레스와 데이터를 어드레스/데이터 버스인 시스템 버스(120)를 통하여 전송함과 동시에 디코더를 이용하여 증설베이스(110a, 110b,...,100n)내에 있는 입,출력모듈 칩에 칩실렉트(chip-select) 신호를 전송함으로써, 출력장치인 모터나 밸브 등에 제어 데이터를 전달하여 쓰거나, 또는, 입력장치인 센서로부터 데이터를 로컬베이스(100)내 중앙처리부가 수신하여 읽어 들일 수 있는 것이다.

그러나, 상기 방식은 시스템 버스(120)의 연결을 위하여 많은 가닥의 케이블 도선이 필요하기 때문에 케이블의 취급이 용이하지 않음은 물론이고, 비용, 공간, 거리 등의 많은 제약이 따르게 된다.

또한, 시스템 버스를 병렬 형태로 하여 모든 증설베이스(110a,110b,...,100n)가 공유하는 형태는, 결과적으로 로컬베이스(100)에 있는 중앙처리부가 모든 증설베이스(110a, 110b,...,100n)를 직접 관장하는 방식으로서, 이러한 방식의 경우에는 증설베이스(110a, 110b,...,100n)의 개수가 증가할수록 로컬베이스(100)의 중앙처리부 부담도 비례적으로 증가하게 되어 최대 증설 용량이 제한되는 문제점이 있다. 또한, 로컬베이스(100)와 증설베이스(110a, 110b, ..., 100n)를 병렬 버스 연결하기 위하여 특수한 형태의 회로 구성이 필요하게 되는데, 이 부분이 각 베이스의 역할에 따라 다르게 구성됨으로써 베이스의 공용화를 어렵게 만든다.

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 제안된 것으로서, PLC 시스템의 입출력장치 제어를 위한 데이터 교환이 종래의 병렬통신 방식 대신 근거리 직렬통신 방식으로 수행되도록 한다. 또한, 각 증설베이스가 자신에게 부속된 입출력장치에 대한 관리를 각각 수행하도록 함으로써, 입출력장치 제어 작업 부하량을 분산 처리하도록 함을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 PLC 시스템의 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 PLC 시스템의 구성 블록도.

도 3은 PLC 시스템의 입출력 갱신 과정을 나타낸 플로우차트.

도 4는 네트워크 7 layer 계층을 도시한 상태도.

도 5는 본 발명에 따른 데이터 링크 계층에서의 프레임 내부 구성도.

도 6a, 도 6b는 본 발명에 따른 응용 계층에서의 프레임 내부 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 브로드캐스트 동작 방법.

도 8은 각 타임슬롯에 따라 프레임 전송 모습.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

200: 로컬베이스 201: 버스중심부

203: 중앙처리부 230: 제N 증설베이스

231: 제N 버스증설부 233: 제N 입출력장치부

250: 직렬통신 선로

상기의 목적을 이루기 위하여 본 발명에 따른 PLC 시스템은 입출력장치를 구비한 다수의 증설베이스와, 상기 입출력장치에 대한 소정의 제어명령이 프로그래밍되어 있어 프로그래밍에 따른 제어명령을 상기의 증설베이스에 전송하는 로컬베이스와, 상기 증설베이스와 로컬베이스간의 데이터 통신을 위해 연결된 직렬통신 선로를 구비한다.

또한, 상기의 증설베이스는, 상기 로컬베이스로부터 수령한 제어명령에 따라 자신에게 부속된 입출력장치를 제어하여 상기 입출력장치의 동작상태를 로컬베이스에 전달하는 버스증설부와, 상기 버스증설부로부터 수령한 제어명령에 따른 동작을 수행하는 입출력장치를 구비하고, 상기 로컬베이스는, PLC 시스템의 동작 OS와 상기 입출력장치의 동작상태에 따른 제어명령 프로그램을 내장한 중앙처리부와, 상기 제어명령을 직렬통신 선로에 의해 연결된 모든 증설베이스내 버스증설부에 전송하는 버스중심부를 구비한다.

한편, 로컬베이스와 이에 확장 연결된 증설베이스는 브로드캐스트 방식에 의해 데이터를 교환하는데, 이를 위하여 PLC 시스템은 상기 로컬베이스가 각 증설베이스에 대한 제어데이터를 포함하고 있는 입출력장치 갱신 메시지를 브로드캐스트하는 단계와, 상기의 각 증설베이스가 입출력장치 갱신 메시지 중에서 자신의 데이터를 추출하여 자신에게 부속한 입출력장치를 제어하는 단계와, 상기의 각 증설베이스가 해당 입출력장치 제어결과에 대한 응답프레임을 자신의 타임슬롯대에 실어서 로컬베이스로 전송하는 단계와, 상기 제어결과를 수령한 로컬베이스가 입출력 갱신작업 완료를 나타내는 입출력 갱신 종료 메시지를 로컬베이스에 연결된 모든 증설베이스에 브로드캐스트하는 단계를 구비한다.

이하, 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따라서 다수의 증설베이스간을 직렬통신 선로를 사용하여 구성한 PLC 시스템의 블록 구성도이다.

PLC는 주보드인 로컬베이스(200)와, 상기 로컬베이스(200)에 연결 가능한 N개의 증설베이스(210, 220, ..., 230)를 포함한다.

로컬베이스(200)는 연결된 각각의 증설베이스(210, 220, ..., 230)를 인식하는 버스중심부(201), PLC 프로그래밍 작업을 수행하는 중앙처리부(203), 버스중심부(201)와 중앙처리부(203)사이에서 데이터 및 어드레스를 전송하기 위한 데이터버스, 어드레스버스로 구성된 시스템 버스(202)를 구비한다.

상기의 중앙처리부(203)에는 중앙처리장치(CPU)와 메인 메모리를 내장하고 있어 PLC 전반적인 동작을 제어 운영하기 위한 운영프로그램인 OS(Operating System)와 이에 필요한 데이터가 탑재되어 있다. 또한, 입출력장치의 입출력신호에 따라 입출력장치를 제어하기 위한 PLC 프로그램이 내장되어 있다.

버스중심부(201)는 다른 버스증설부(211, 221, ..., 231)와의 증설 통신을 담당하는 네트워크 카드(NIC;Network Interface Card)와 증설된 증설베이스(210, 220, ..., 230)와의 네트워크 접속을 Network OS(이하 NOS라 함)가 탑재되어 있다.

제 1 내지 제 N 증설베이스(210, 220, ..., 230)는 각기 대응하는 제 1 내지 제N의 버스증설부(211, 221, ..., 231)와 제 1 내지 제N 입출력장치부(213,223,...,233)를 구비하며, 시스템버스(212,222,...,232)에 의해 버스증설부(211, 221, ..., 231)와 입출력장치부(213,223,...,233)가 각각 데이터를 주고받는다.

제1내지 제N의 버스증설부(211, 221, ..., 231)는 로컬베이스 버스중심부(201)와 마찬가지로 증설 네트워크를 위한 네트워크카드(NIC)와 다른 증설베이스와의 통신 프레임을 중계하기 위한 네트워크 허브(HUB)가 내장된다. 또한, 버스증설부(211, 221, ..., 231)는 네트워크 접속을 위한 Network OS(NOS)가 탑재되어 있고, 로컬베이스(200)로부터 입출력장치 제어명령을 수령하여 이에 따라 각각의 입출력장치(213,223,...,233)를 관리하는 프로그램이 내장된다.

각 증설베이스의 입출력장치부(213,223,...,233)는 외부 입출력포트(도시안됨)를 가지고 있어 센서, 누름 버튼 스위치 등의 외부 입력장치와 전자 개폐기, 전자 밸브, 표시 전등 등의 외부출력장치 등이 연결된다.

버스증설부(211, 221, ..., 231)와 입출력장치(213,223,...,233)는 데이터 버스 및 어드레스 버스로 이루어진 시스템 버스(212,222,...,232)를 통해서 상호 연결되어 있다. 따라서, 각 증설베이스의 버스증설부(211,221,...,232)는 증설 네트워크를 통해 수신한 로컬베이스의 중앙처리부(203)의 제어명령을 바탕으로 증설베이스내의 시스템버스(212,222,...,232)를 제어함으로써, 자기 소유의 입출력장치부(213,223,...,233)를 관리할 수 있게 된다.

로컬베이스의 버스중심부(201)와 각 증설베이스의 버스증설부(211,222,...,232)와의 통신선로는 직렬통신 케이블(250)로 이루어지는데, 상기 직렬통신 케이블은 이더넷같은 근거리 통신선로에 의해 직렬 통신을 한다. 따라서, 종래의 병렬 시스템 버스 케이블보다 취급이 용이하고 베이스간 거리역시 10Base-T 규격에서 제시된 최대 150m까지 연장할 수 있다. 이하 실시 예에서는 직렬통신 케이블을 이더넷 케이블을 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 상기 로컬베이스(200)에는 입출력장치부가 도시되어 있지 않지만, 발명구성에 따라 로컬베이스 자체내에도 각종 입출력장치부를 시스템버스를 이용하여 직접 구비할 수도 있음은 자명한 사실일 것이다.

본 발명에 따라 상기에서 설명한 도 2에 도시한 PLC 구조를 요약하면, 로컬베이스(200)내 중앙처리부(203)는 사용자 프로그램 실행과 데이터 연산만을 수행하며, 연산 결과에 대한 입출력 갱신 작업은 네트워크 상의 모든 증설베이스(210, 220, ..., 230)에서 분산 수행되는 일종의 "분산시스템"으로 표현될 수 있다.

따라서, 각각의 증설베이스(210, 220, ..., 230)에는 통신을 담당하는 버스증설부(211, 221, ..., 231)가 장착되어 자신의 시스템버스(212,222,...,232)를 관장하므로 중앙처리부(203)의 CPU에게 많은 부담을 안기지 않고 최대 16단까지 베이스를 증설할 수 있다. 또한, 로컬베이스의 중앙처리부(203)가 시스템버스를 관리하는 방식과 동일하게 버스증설부(210, 220, ..., 230)가 해당 베이스의 시스템버스(212,222,...,232)를 관장하므로 베이스 구분이 필요 없는 효과를 얻을 수 있다.

그런데, 본 발명에 따라 직렬통신 케이블(250)을 이용한 데이터 통신방식은 종래의 병렬 시스템버스를 이용한 데이터 통신방식보다 데이터 교환 속도가 감소될 우려가 있다. 즉, 동일한 Bit열 전송 속도(BPS)를 가정하였을 때 직렬과 병렬방식의 차이로 인한 전송율 차이가 발생할 우려가 있다. 나아가, 이러한 증설방식 차이로 인한 전송율 감소는 PLC 입출력 갱신 주기(Scan-Time)에 큰 영향을 주게 될 우려가 있다.

상기의 PLC 입출력 갱신 주기란 PLC의 중앙처리부내의 CPU가 특정한 한 명령의 작업 수행을 위해 확장된 입출력장치로부터 상태변수(status variable)를 읽어오고 이에 따른 제어명령을 출력하기까지의 주기를 말하는 것으로서 도 3에 도시하였다.

즉, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 PLC 입출력 갱신 주기(S300)에는 입력신호 갱신(302), 사용자 프로그램을 실행 및 연산(S304), PLC 시스템의 자기진단(S306), 보조기능 처리(S308) 및 출력신호 갱신(S310) 작업에 소요되는 시간이 포함된다.

종래의 병렬 케이블 방식에 비해 본 발명에 따른 직렬통신 케이블 증설 방식은 그 직렬 방식으로 인해 상기의 PLC 입출력 갱신 주기(S300) 중에서, 입력신호 갱신(S302)과 출력신호 갱신(S310) 작업에 소요되는 시간에 결정적 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 직렬통신 케이블 방식으로 인한 PLC 입출력 신호 갱신 주기(S300)를 줄이기 위해서는, 입력신호 갱신(S302)과 출력신호 갱신(S304)을 위한 작업 시간을 줄여야 한다.

본 발명은 직렬통신 케이블 방식을 이용한 전송 시에 입출력 갱신 속도 저하 극복하여 데이터 전송율 향상을 위해서, 프로토콜 계층 단순화, 브로드캐스트 방식과 타임 슬롯(Time-Slot) 방식에 의한 매체 대역폭(Bandwidth)의 최대 활용, 시스템 버스 관리에 관련된 CPU 부담의 분산 처리 방법을 제시한다. 이하, 상기의 각 방법에 대해서 상술한다.

전송률 향상을 위한 본 발명에 의해 제시된 방법 중 하나는, 프로토콜 설계 시에 모든 프로토콜 계층을 사용하지 않고 최소한의 계층만으로 프로토콜을 설계하는 것이다.

일반적으로 통신 프로토콜은 도 4에 도시한 바와 같이 물리 계층(Physical layer), 데이터링크 계층(data link layer), 네트워크 계층(network layer), 트랜스포트 계층(transport layer), 세션 계층(session layer), 프리젠테이션 계층(presentation layer), 응용 계층(application layer) 등의 7-layer 구조를 갖는다. 그런데, 본 발명에 따른 증설베이스 네트워크 연결의 직렬통신 케이블 방식을 위한 프로토콜(이하, 증설 네트워크 프로토콜이라 함)은 상기 7단계의 계층 중에서 물리 계층(410), 데이터링크 계층(420), 응용 계층(430)만으로 설계함으로써, 상기 증설 네트워크 프로토콜의 단순화를 도모한다. 이렇게 프로토콜 단순화가 가능한 이유는, 본 발명의 증설 네트워크는 그 용도상 다른 네트워크와 혼용하여 구성될 경우가 없으며, 응용 분야 역시 PLC의 증설 네트워크에 국한되기 때문이다.

상기의 물리 계층(410)은 본 실시 예에서 직렬통신 케이블을 이더넷 통신 방식으로 채택하여 4가닥의 통신 케이블을 사용함으로써, 베이스간 거리는 10Base-T 규격에서 제시한 최대 150m까지 연장될 수 있다.

상기의 데이터링크 계층(420)은 하위 물리 계층(410)에서 지원되는 1회 전송데이터 크기 1500 Byte를 최대한 이용 가능하도록 설계하는데, 해당 프레임 내부 구조를 도 5에 도시하였다. 도 5에 도시한 바와 같이 데이터링크 계층의 프레임은, MAC(Media Access Control)에서 네트워크 카드(NIC)의 48bit 하드웨어의 MAC 목적지 주소(502, MAC Destination Address)와 MAC 소스 주소(504, MAC Source Address)와 프레임의 길이(506, length)와 상위 어플리케이션 계층에 전달된 어플리케이션 데이터(508, application data)와 첵섬(510, check sum)을 구비한다.

한편, 어플리케이션 계층(410)의 프레임 내부 구조를 도 6a, 도 6b에 도시하였는데, 도 6a는 도 2에 도시한 로컬베이스 버스중심부(201)에서 각 버스증설부(210, 220, ..., 230)로 메시지를 전송할 때의 어플리케이션 프레임 구조를 나타낸 것이고, 도 6b는 각 증설베이스의 버스증설부(210, 220, ..., 230)에서 로컬베이스(200)로 메시지를 전송할 때의 어플리케이션 프레임 구조를 도시한 것이다.

로컬베이스(200)에서 각 증설베이스(210, 220, ..., 230)로 메시지를 전송할 경우, 도 6a의 어플리케이션 계층 프레임은 프레임 번호(602,frame No), 메시지 타입(604,message type), 플래그(606,flag), CPU 모드(608,CPU mode), 제어데이터(610,control data) 필드를 포함한다.

메시지 타입(604)은 현재 프레임의 용도를 나타낸 것으로서, 예를 들어, 특정 입출력장치(213,223,...,233)의 관리/제어/신호갱신을 나타낼 수 있으며, 경우에 따라서는 모든 입출력장치에 전달되는 브로드캐스트 용도로 메시지 타입을 정할 수 있다.

CPU모드(608)는 로컬베이스의 중앙처리부의 CPU의 동작모드 상태를 나타낸 필드이다.

상기의 제어데이터 필드(610)는 입출력장치를 제어하기 위한 데이터로서, 로컬베이스(200)에 연결된 증설베이스(210, 220, ..., 230)의 개수만큼의 각 증설베이스 개별 데이터(610a, 610b, 610c,...610n)로 나뉘어 있다. 상기의 개별 데이터 할당은 로컬베이스와 증설베이스간에 증설 통신이 개시되는 초기에 로컬베이스내의 중앙처리부가 각 증설베이스에게 알려주는 절차를 가지게 된다.

예컨대, 로컬베이스에 16개의 증설베이스가 연결되어 있다면, 증설통신 시작 초기에 로컬베이스(200)는 제어데이터 필드(610)를 16개의 개별데이터로 나누어 할당하여 이를 각 증설베이스(210, 220, ..., 230)에 알려준다. 그 후, 로컬베이스(200)가 모든 증설베이스(210, 220, ..., 230)에 프레임을 전송하는 브로드캐스트를 수행할 경우, 로컬베이스의 버스중심부(201)는 각 증설베이스내의 입출력장치(213,223,...,233) 제어에 필요한 데이터를 각각의 입출력장치의 해당 개별 데이터 필드(610a,610b,610c,...610n)에 싣는다.

한편, 각 증설베이스(210, 220, ..., 230)가 로컬베이스(200)로 각자 메시지를 전송할 경우 전송 프레임은, 도 6b에 도시한 바와 같이 어플리케이션 계층 프레임은 프레임번호(652,frame No), 메시지 타입(654)message type), 플래그(656,flag), 상태변수(658,status), 슬롯(660,slot), 입출력장치 변수 데이터 필드(662,in-output variable data) 필드를 포함한다.

상기에서 상태변수(658)는 해당 증설베이스의 동작상태를 나타내는 값이고,슬롯 필드(660)는 해당 증설베이스에 할당된 슬롯번호이고, 입출력장치 변수 데이터 필드(662)는 각 증설베이스가 자신에게 부속한 입출력장치(213,223,...,233)의 특정 제어결과 값을 나타낸 변수이다.

전송율 향상을 위한 본 발명에서 제시되는 다른 하나는 메시지 프레임 전송 방법에 관한 것으로서, 로컬베이스(200)에서 각 증설베이스(200, 210, 220, ..., 230)로 메시지 프레임 전송 시에는 이더넷 직렬통신에 의한 브로드캐스트 방식로 단 하나의 프레임으로 메시지 전송을 완료하고, 반대로 증설베이스(200, 210, 220, ...., 230)에서 로컬베이스(200)로 메시지 전송 시에는 증설베이스 자신의 타임 슬롯(Time-Slot)대에 해당 메시지 프레임을 전송하는 것이다.

상기 메시지 전송 방식을 도 7에 도시하였는데, 로컬베이스의 버스중심부(201)가 이더넷 물리 계층(physical layer) 약정에 따라 입출력갱신 작업 메시지를 도 6a에 도시한 프레임 형태로 하여 한 개로 된 프레임을 브로드캐스트(702)하면, 이를 수령한 각 증설베이스내 버스증설부(211, 221, ..., 231)는 자기가 처리할 데이터를 추출하여 이를 근거로 자기에게 부속된 입출력장치를 제어(S704a, S704b, ..., S704n)한다. 상기에서, 각 증설베이스가 자기에게 처리할 데이터만을 추출할 수 있는 것은 도 6a에 도시한 제어데이터 필드(610)가 각 증설베이스마다의 개별데이터 필드(610a,610b,610c,...610n)로 구분되어 있기 때문에, 각 증설베이스는 입출력갱신 작업 메시지 브로드캐스트 프레임 중에서 자신의 개별데이터필드에서 자신에게 필요한 제어데이터만 추출하면 되는 것이다. 결국, 상기의 브로드캐스트 방식은 중앙처리부가 있는 로컬베이스와 각 증설베이스간의 개별적인 통신 절차를 하나의 프레임으로 압축할 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기와 같이 각 증설베이스의 버스증설부(211, 221, ..., 231)는 추출한 제어데이터에 따라 자신의 입출력장치를 제어한 후, 제어결과 등의 입출력장치 변수 데이터를 도 6b에 도시된 응답프레임에 삽입(S706a, S706b, ..., S706n)하여 로컬베이스의 버스중심부로 전송한다.

상기의 전송은, 각 증설베이스의 버스증설부(211, 221, ..., 231)가 각자의 응답 프레임을 자신의 타임슬롯대에 버스중심부(201)로 전송하는 것으로서, 상기에서 타임슬롯은 증설된 베이스(210, 220, ..., 230)의 수만큼의 타임 슬롯을 가지며, 이러한 각 타임 슬롯은 각 증설베이스에 따라 고정적으로 배정된다 할 것이다. 상기의 각 타임 슬롯은 200us 가량을 가지는데, 이 시간은 최대 프레임 크기인 1500 bytes를 10 Mbps 미디어를 통하여 전송할 수 있는 시간을 기준으로 하였다. 그 이유는 이더넷 고유의 CSMA/CD 방식에 따른 통신진행 과정에서의 시간적 불확실성을 제거하고자 하는 목적이다.

상기의 타임슬롯 상태를 도 8에 도시하였는데, 각 버스증설부(211, 221, ..., 231)가 입출력갱신 메시지 브로드캐스트 프레임을 받게되면(800) 브로드캐스트 프레임 수신 시점을 기준으로 이후부터 자신에게 미리 부여되어 있는 시간이 될 때까지 응답 대기 상태를 유지하다가 자신의 타임슬롯(811, 812, ..., 813)이 되면 자신의 입출력장치 변수 데이터를 싣는 것이다. 상기와 같은 타임슬롯대 이용으로 인해 네트워크 대역폭(Bandwidth)을 최대한 할용 할 수 있게 해준다.

예를 들어, 제1 증설베이스는 브로드캐스트 프레임을 수신한 시각으로부터 약 [200*1] us 경과된 타임슬롯대(811)에 자신의 응답프레임(제1응답프레임)을 전송하고 제2 증설베이스는 약 [200*2] us 경과된 타임슬롯대(812)에 자신의 응답프레임(제2응답프레임)을 전송하는 것이다.

경우에 따라서는 모든 증설베이스로부터 응답프레임 작업이 완료될 때까지 도 8에 도시한 바와 같이 일정 간격의 고정적인 타임 슬롯대에 응답프레임이 실릴 수 있다. 예를 들어, 제1증설베이스가 자신의 응답프레임을 전송할 경우 기호 811, 821과 같은 자신의 타임슬롯대에 응답프레임을 실어 보내면 된다.

상기와 같이 모든 증설베이스로부터 입출력장치 변수 데이터 수신을 완료하게 되면, 버스중심부는 모든 입출력갱신 작업이 완료되었다는 입출력갱신 종료메시지를 모든 증설베이스에게 브로드캐스트 프레임으로 공지(S712)한다.

한편, 전송율 향상을 위해 상기에서 설명한 프로토콜 계층 단순화, 브로드캐스트 방식과 타임 슬롯(Time-Slot) 방식에 의한 매체 대역폭(Bandwidth)의 최대 활용 이외에도 본 발명은, 각 증설베이스의 시스템 버스(212,222,...232)상에 존재하는 각 입출력장치들(213,223,...233)의 관리를 버스증설부(211,221,...231)에서 가능하도록 하여 로컬베이스의 중앙처리부(203)의 처리 부하를 분산시켰다.

상술하면, 버스증설부(211,221,...231)에 NOS라는 네트워크 OS를 설치하여 버스증설부가 두 가지 작업을 동시에 진행할 수 있도록 설계하는 것이다. 그 중 하나는 통신과 관련된 작업으로서 로컬베이스의 버스증설부(211,221,...231)가 송신한 브로드캐스트 프레임에 대한 수신과 자신의 응답 프레임 송신 작업이 해당되며, 나머지 하나는 시스템버스상에 존재하는 모든 입출력장치들(213,223,...233)에 대한 관리 작업이다. 이 중 입출력장치의 관리 작업은 도 1에 도시한 종래의 PLC 에서는 로컬베이스내의 중앙처리부(100)가 처리되어야 할 부분이었는데, 이러한 작업들을 각각의 버스증설부(211,221,...231)에서 분담 처리하기 때문에 전송율 속도 향상을 꾀할 수 있다. 즉, 종래 로컬베이스 중앙처리부(100)에서 일괄처리하던 입출력장치 관리기능을 각 버스증설부(211,221,...231)에서 처리가능하게 되어, 결과적으로 중앙처리부의 CPU의 작업의 분산처리 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것으로서, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, PLC 중앙처리부가 있는 로컬베이스와 입출력장치가 있는 확장모듈인 증설베이스를 근거리 이더넷 통신선로를 통해 연결함으로써, 버스 케이블의 취급을 용이하게 하여 손쉬운 베이스의 증설을 가능하게 하였다. 또한, 입출력장치 관리를 각 증설베이스에서 수행하여 중앙처리부의 작업 부하를 감소시킴으로써, PLC 입출력동작의 갱신주기를 일정수준 이하로 유지하게 하였다.

Claims

디지털/아날로그 입출력장치를 프로그래밍 제어하는 프로그래머블 로직 제어장치(Programable Logic Controller : PLC) 시스템은,

상기 입출력장치를 구비한 다수의 증설베이스와,

상기 입출력장치에 대한 소정의 제어명령이 프로그래밍되어 있어, 상기 프로그래밍에 따른 제어명령을 상기의 증설베이스에 전송하는 로컬베이스와,

상기 증설베이스와 로컬베이스간의 데이터 통신을 위해 연결된 직렬통신 선로를 구비하고,

상기 증설베이스는,

상기 로컬베이스로부터 수령한 제어명령에 따라 자신에게 부속된 입출력장치를 제어하여 상기 입출력장치의 동작상태를 로컬베이스에 전달하는 버스증설부와,

상기 버스증설부로부터 수령한 제어에 따른 동작을 수행하는 입출력장치를 구비하고,

상기 로컬베이스는,

PLC 시스템의 동작 OS와 상기 입출력장치의 동작상태에 따른 제어명령 프로그램을 내장한 중앙처리부와,

상기 제어명령을 직렬통신 선로에 의해 연결된 모든 증설베이스내 버스증설부에 전송하는 버스중심부

을 구비한 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제1항에 있어서, 직렬통신 선로는 네트워크 7 계층 중에서 물리 계층(physical layer), 데이터링크 계층(data link layer), 응용 계층(application layer)만으로 이루어진 전용 프로토콜을 사용하여 데이터를 주고 받는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제2항에 있어서, 데이터링크 계층은 MAC 목적지 주소, MAC 소스 주소, 프레임 길이, 어플리케이션 데이터, 첵섬(check sum)을 포함한 프레임 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제2항에 있어서, 어플리케이션 계층은, 로컬베이스에서 증설베이스로 메시지를 전송할 경우에는 프레임 번호, 메시지 타입, 플래그, 중앙처리장치(CPU) 모드, 제어 데이터 필드를 포함한 프레임 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제2항에 있어서, 어플리케이션 계층은, 증설베이스에서 로컬베이스로 메시지를 전송할 경우에는 프레임 번호, 메시지 타입, 플래그, 상태변수, 입출력장치 변수 데이터 필드를 포함한 프레임 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제4항에 있어서, 제어 데이터 필드는 로컬베이스에 연결된 증설베이스 개수의 개별데이터 필드로 이루어져, 각 증설베이스의 개별데이터 필드에 해당 증설베이스내 입출력장치의 제어 데이터가 실리는 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제1항에 있어서, 증설베이스내 버스증설부는 로컬베이스내 버스중심부와의 직렬통신을 담당하기 위한 네트워크 접속 운영 OS와, 로컬베이스로부터 수령한 제어명령에 따라 자신에게 부속된 입출력장치를 관리하는 프로그램을 내장한 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
제1항에 있어서, 로컬베이스내 버스중심부는 증설베이스내 버스증설부와의 직렬통신을 담당하기 위한 네트워크 접속 운영 OS를 내장한 것을 특징으로 하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템.
입출력장치를 구비한 다수의 증설베이스와, 상기 입출력장치에 대한 소정의 제어명령을 증설베이스에 전송하는 로컬베이스와, 상기 증설베이스와 로컬베이스는 직렬통신 선로에 의해 연결된 프로그래머블 로직 제어장치(PLC) 시스템에 있어서,

상기 로컬베이스가 각 증설베이스에 대한 제어데이터를 포함하고 있는 입출력장치 갱신 메시지를 브로드캐스트하는 단계와,

상기의 각 증설베이스가 상기의 입출력장치 갱신 메시지 중에서 자신이 처리할 데이터를 추출하여 자신에게 부속한 입출력장치를 제어하는 단계와,

상기의 각 증설베이스가 해당 입출력장치 제어결과에 대한 응답프레임을 자신의 타임슬롯대에 실어서 로컬베이스로 전송하는 단계와,

상기 제어결과를 수령한 로컬베이스가 입출력 갱신작업 완료를 나타내는 입출력 갱신 종료 메시지를 로컬베이스에 연결된 모든 증설베이스에 브로드캐스트하는 단계

을 포함하는 프로그래머블 로직 제어장치 시스템의 동작방법.