KR200447920Y1 - 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트 - Google Patents

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KR200447920Y1
KR200447920Y1 KR2020070020466U KR20070020466U KR200447920Y1 KR 200447920 Y1 KR200447920 Y1 KR 200447920Y1 KR 2020070020466 U KR2020070020466 U KR 2020070020466U KR 20070020466 U KR20070020466 U KR 20070020466U KR 200447920 Y1 KR200447920 Y1 KR 200447920Y1
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Abstract

본 고안은 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트에 관한 것으로, SCADA 사령설비와 변전소에 설치되는 다기종 호스트와 지능형 전기 장비의 전력용 통신 유니트를 개시한다.
본 고안은 VME Bus와 RTOS를 사용하는 CPU, 메모리, 그래픽카드, 하드 디스크를 위한 포트 등이 구비된 MPU와; 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스를 구축하고 계전기를 제어할 수 있도록 하는 제어부와; 시리얼 통신을 위한 시리얼모듈과; 광통신망과 인터페이스 하는 다기능 광전송모듈과; 전력설비의 아날로그 신호를 입력받는 측정모듈과; 계전기의 상태를 감시하며 제어하는 감시제어모듈과; 전력선반송장치를 연동하는 전력선반송모듈과; RF장치를 연동하는 RF모듈; 및 각 모듈에 전원을 공급하는 전원모듈이 모두 블록단위로 탈부착이 가능하도록 구성되어 있다.
이에 따라 본 고안은 VME Bus 기반의 Real Time 전용 OS를 사용하여 꼭 필요한 기능의 프로그램을 선택하여 구성하므로 시스템 구성을 최적화 할 수 있고, 장애요인이 사전에 제거되며, 빠른 데이터 전송 응답속도를 기대할 수 있는 장점이 있다.
또한 시스템 운영중에도 탈부착이 가능한 기능카드를 모듈화하며, 다양한 정보 취득이 가능한 다기능 광전송 모듈, 시리얼 입출력, 디지털 입출력, 아날로그 입력, 전력선반송, 무선통신, 영상감시, VoIP 같은 모듈을 구성하고 있어서 유지보 수의 편의성과 향후의 기술방향에 유연하게 대처할 수 있는 효과를 제공한다.
호스트, 계전기, 전력용, 통신 유니트

Description

다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트{Communication Unit of Multi-Kinds Host and IED}
본 고안은 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트(Communication Unit)에 관한 것으로, 특히 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 사령설비와 변전소에 설치되는 다기종 호스트와 지능형 전기 장비(Intelligent Electronic Device; 이하 '계전기'라 함)의 전력용 통신 유니트에 관한 것이다.
제철, 자동차 산업 등 대형 산업의 발달로 대형 전력 설비가 늘어나고, 고속전철과 지하철이 늘어나면서 많은 변전소들이 신설되고 있으며, 이로 인하여 종래의 설비들과 신설되는 신기종의 설비들 사이에 통합 관리와 운영이라는 문제가 대두되고 있다. 다양한 형태의 전력기기 구성으로 인하여 운영자는 과거 보다 많은 기기의 운영 지식을 필요로 하며, 아날로그와 디지털 타입의 기기들이 혼재되어 있고 유선 통신장비의 사용으로 피 제어개소 만큼의 모뎀이 중앙제어소에 설치 운영되고 있어 경제적으로나 유지, 보수 측면에서 상당히 불합리한 점이 많다. 또한 여 러 가지 형태의 데이터를 취득할 수 있는 통신제어장치의 부제로 인하여 현재 발전하고 대형화 되는 다양한 전력 시스템의 구성에 어려움이 있다.
현재 철도에서 사용하고 있는 SCADA용 단말기인 RTU(Remote Transfer Unit), CU(Communication Unit) 등은 각 분야의 빠른 기술 발달로 인하여 시스템들이 디지털화, 컴팩트화 되고 있으나 아직 과거와 같은 방법의 아날로그형 설비들과 다양한 형태의 피 제어설비가 남아 있으며, 특히 일반적으로 RTU는 아날로그 방식의 전기설비에, CU는 디지털 방식의 전기설비에 국한되어 적용되고 있다. 기존의 CU도 일체형 PC로 되어 있어서 써지(Surge), 노이즈 등으로부터 취약하며 장애 발생시 시스템 전체에 영향을 미치므로 시스템 정상화에 많은 시간이 소요되고, 이로 인해 안정적인 전력설비의 감시제어에 문제가 있다.
상술한 종래의 문제점을 감안하여 본 고안의 목적은 기존 PC 기반인 CU의 문제점을 해소하여 다수종의 호스트와 디지털 보호계전기 및 기타 피 제어설비가 신뢰성이 확보된 환경에서 데이터를 교환하고 통신할 수 있도록 전력용 디지털 통신제어장치를 마이크로프로세서의 인터페이스 버스 규격인 VME Bus(Versa Module Eurocard Bus) 기반의 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트(CU)를 제안한다.
본 고안은 이러한 목적을 달성하기 위하여 외부로부터 전원을 인가 받아 하나의 쉘프(Shelf)에 탈부착 가능한 각종 모듈들을 포함하여 실장하고, 계전기 데이터 스캔 및 제어 프로그램을 구동하기 위하여 전력설비 등 복수 기종의 다수의 호스트들과 계전기에 연결되는 전력용 통신 유니트에 있어서, VME Bus 기반 버스와 Real Time 전용의 RTOS(Real Time Operating System)를 사용하는 CPU, 메모리, 그래픽카드, 하드 디스크를 위한 포트 등이 구비된 MPU(Main Processing Unit)와; MPU의 메모리에 다수 호스트를 위하여 구획된 호스트 버퍼 영역과, 계전기의 로우 데이터를 저장하기 위하여 구획된 로우 버퍼 영역을 구비하고, 각 호스트별 로우 데이터를 호스트 별 규약에 일치하도록 대응시켜 데이터를 구분, 분산 저장시키는 역할을 하는 디스패처(Dispatcher)데이터베이스를 구축하며, 메모리에 설정된 로우 버퍼 영역과 호스트 버퍼 영역에 각각 계전기로부터의 로우 데이터 및 디스패처 데이터베이스를 참조하여서 된 데이터를 각 호스트 별로 구분하여 입력시켜 메인메모리 데이터베이스를 구축하고, 호스트로부터 데이터 요구 명령이 존재하는 경우 해당 기종의 호스트 버퍼 영역에서 읽어낸 데이터를 해당 호스트로 송출할 수 있도록 하며, 해당 호스트 명령이 존재하는 경우, 전술한 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스를 참조하여 얻은 로우 데이터를 제어 명령으로 변환하여 얻은 제어 데이터로 특정 계전기를 제어할 수 있도록 하는 제어부와; MPU에 VME Bus 기반의 버스로 인터페이스 하여 호스트와 시리얼 통신하는 시리얼모듈과; 이더넷과 비동기 데이터를 다중화 또는 역 다중화 하고, 광 이더넷 신호로 변환하여 광통신 망과 인터페이스 하는 다기능 광전송모듈과; 전력설비의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 VME Bus를 통하여 MPU로 전송하는 측정모듈과; 계전기의 개폐, 경보, 보조접점 등의 온과 오프 상태를 감시하며 온, 오프를 제어하기 위한 디지털 신호의 입출력을 VME Bus를 통하여 MPU로 전송하는 감시제어모듈과; VME Bus를 통하여 MPU와 전력선반송장치를 연동하는 전력선반송모듈과; VME Bus를 통하여 MPU와 RF장치를 연동하는 RF모듈; 및 마스터와 슬레이브 전원으로 이중화 되어 MPU와 시리얼모듈, 광전송모듈, 측정모듈, 감시제어모듈, 전력선반송모듈, RF모듈 등 각 모듈에 전원을 공급하며 각 모듈별로 퓨우즈를 구비하여 정격용량 이상의 과도한 전류흐름을 방지하는 전원모듈이 모두 블록단위로 탈부착이 가능하도록 구성함을 특징으로 하는 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트를 제공한다.
이와 같이 하여 본 고안은 VME Bus 기반의 Real Time 전용 OS를 사용하여 꼭 필요한 기능의 프로그램을 선택하여 구성하므로 시스템 구성을 최적화 할 수 있고, 장애요인이 사전에 제거되며, 빠른 데이터 전송 응답속도를 기대할 수 있는 장점이 있다.
또한 시스템 운영중에도 탈부착이 가능한 기능카드를 모듈화하며, 다양한 정보 취득이 가능한 다기능 광전송 모듈, 시리얼 입출력, 디지털 입출력, 아날로그 입력, 전력선반송, 무선통신, 영상감시VoIP(voice over internet protocol) 같은 모듈을 구성하고 있어서 유지보수의 편의성과 향후의 기술방향에 유연하게 대처할 수 있는 효과를 제공한다.
이러한 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 고안에 의한 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트의 전체적인 구성을 도 1로 도시하였다.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 고안은 외부로부터 전원을 인가 받으며, 하나의 쉘프(Shelf)(10)에 탈부착 가능한 각종 모듈들을 포함하여 실장하고, 계전기 데이터 스캔 및 제어 프로그램을 구동하기 위하여 전력설비 등 복수 기종의 다수의 호스트들과 계전기에 연결되는 전력용 통신 유니트에 있어서, VME Bus(101) 기반 버스와 Real Time 전용의 RTOS(Real Time Operating System)를 사용하는 CPU, 메모리, 그래픽카드, 하드 디스크를 위한 포트 등이 구비된 MPU(100)와; 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스를 구축하고 계전기를 제어할 수 있도록 하는 제어부(110)와; 시리얼 통신을 위한 시리얼모듈(200)과; 광통신망(20)과 인터페이스 하는 다기능 광전송모듈(300)과; 전력설비의 아날로그 신호를 입력받는 측정모듈(400)과; 계전기의 상태를 감시하며 제어하는 감시제어모듈(500)과; 전력선반송장치를 연동하는 전력선반송모듈(600)과; RF장치를 연동하는 RF모듈(700); 및 각 모듈에 전원을 공급하는 전원모듈(800)이 모두 블록단위로 탈부착이 가능하도록 구성되어 있다. 또한 MPU(100)의 그래픽카드에 디스플레이부(120)를 연결하여 모든 모듈들의 상태와 제어부(110)의 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스의 정보를 표시할 수 있다.
이를 각 구성요소별로 더욱 상세하게 설명하면, MPU(100)는 VME Bus(101) 형 CU의 핵심이 되는 장치로 계전기로부터 전달되는 명령을 수신하고, 이를 해독하여 적절한 응답 및 처리를 수행하며, 시스템 간 통신 및 구성장치들을 관리는 기능을 한다. 즉, 시스템 자기진단(Self Diagnostic), 구성(Configuration)관리, 프로토콜(Protocol) 변환, 호스트 및 입출력 모듈과의 통신, 비동기(RS-232C) 데이터 통신, 데이터의 보관 및 처리, 시스템 시각 관리 등의 기능을 수행하고, 또한 재가동을 위한 Watchdog 기능 등의 자체 진단 기능을 가진다. 따라서 이와 같은 다양한 정보와 데이터를 처리하고 다양한 기능을 제공하기 위하여 종래에는 퍼스널컴퓨터(PC)를 활용하여 MPU(100)를 구성하였다. 그러나 PC는 산업용에 불필요한 구성과 개인용 OS로 구성되어 있어 산업용으로는 적합하지 않으며, 써지와 노이즈에 약하여 안정성에도 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 CPU, 메모리, 그래픽카드, 하드 디스크 등의 구성을 갖는 써지와 노이즈에 강한 사업용 임베디드 시스템을 도입하고, 산업 표준인 VME Bus(101) 방식과 RTOS를 이용하여 MPU(100)를 구성하며, 시리얼, 이더넷, 디지털 입출력, 아날로그 입력 등의 다양한 통신모듈들과 인터페이스 할 수 있다.
또한 MPU(100)의 메모리에 다수 호스트를 위하여 구획된 호스트 버퍼 영역과, 계전기의 로우 데이터를 저장하기 위하여 구획된 로우 버퍼 영역을 구비하고, 각 호스트별 로우 데이터를 호스트 별 규약에 일치하도록 대응시켜 데이터를 구분, 분산 저장시키는 역할을 하는 디스패처 데이터베이스를 구축하며, 메모리에 설정된 로우 버퍼 영역과 호스트 버퍼 영역에 각각 계전기로부터의 로우 데이터 및 디스패처 데이터베이스를 참조하여서 된 데이터를 각 호스트 별로 구분하여 입력시켜 메인메모리 데이터베이스를 구축하고, 호스트로부터 데이터 요구 명령이 존재하는 경우 해당 기종의 호스트 버퍼 영역에서 읽어낸 데이터를 해당 호스트로 송출할 수 있도록 하며, 해당 호스트 명령이 존재하는 경우, 전술한 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스를 참조하여 얻은 로우 데이터를 제어 명령으로 변환하여 얻은 제어 데이터로 특정 계전기를 제어할 수 있도록 하는 제어부(110)를 구성하여 각 모듈들로부터 입출력 되는 데이터를 관리하고 제어할 수 있는 것이다.
시리얼모듈(200)은 MPU(100)와 VME Bus(101)로 인터페이스 되어 시리얼모듈(200)에 연결되는 호스트와 통신할 수 있으며, 슬레이브 로컬 버스의 기능을 사용할 수 있어서 고속으로 동시에 서로 다른 시리얼 데이터를 처리하고, 프로그램용 플래쉬 메모리와 데이터용 에스디램 메모리를 연결하여 시스템을 구성할 수 있다. 또한 시리얼모듈(200)에 인터페이스 되는 호스트와의 통신 상태를 표시하는 LED를 구비하여 동작 유무 및 이상 유무를 LED의 표시를 통하여 확인할 수 있다.
아울러, 다기능 광전송모듈(300)(Optical Transmit & Receive Unit : OXU)은 VME Bus(101)를 통해 MPU(100)와 인터페이스 되며, 광통신을 이용하는 다기종의 호스트와 광통신망(20)에 연결된다. 이와 같은 다기능 광전송모듈(300)의 구성을 도 2에 도시하였다. 도 2에서 보는 바와 같이 다기능 광전송모듈(300)은 광송수신 부(310)와 이더넷 분류부(320)와 광이더넷 변환부(330)로 구성되며, 광통신을 이용하는 다기종의 호스트와 광통신망(20)에 연결되어 광송수신부(310)로부터 송수신한 LAN 신호 및 일반 이더넷 신호를 이더넷 분류부(320)에서 분류한 후 광이더넷 변환부(330)로 보내져 광 이더넷 신호로 변환하여 VME Bus(101)를 통하여 MPU(100)에 전달 되도록 한다. 이때 종속신호로 10/100Mbps 이더넷 신호채널과 비동기 1200bps∼57600bps의 신호 채널을 접속하여 광이더넷 신호로 변환하여 100Mbps의 광전송 속도로 광전송이 가능하며 이와 같은 통신 상태를 LED의 표시에 의해 확인할 수 있다.
이와 같은 다기능 광전송모듈(300)에는 음성 통신을 위한 VoIP를 추가하여 일반 전화기 또는 VoIP 전용 Key Pad를 통해 원하는 노드를 호출할 수 있고, 각 VME Bus(101) CU의 고유 번호를 이용하여 원하는 CU를 호출 가능하다.
측정모듈(400)(Analog Input : AI)은 16POINT이내의 POINT 용량을 갖으며, 0 ~ 1mA, -1mA ~ +1mA, 4 ~ 20mA, 0 ~ 5 V 중 입력종류에 따라 아날로그 입력신호를 선택 가능하고, 이와 같은 아날로그 입력신호의 입력 상태를 LED로 표시하며, 입력된 아날로그 입력신호를 16비트의 디지털 신호로 변환하여 VME Bus(101)를 통하여 MPU(100)로 전송하는 기능을 한다. 이러한 기능을 하는 측정모듈(400)은 종래의 아날로그 신호를 출력하는 전력설비를 인터페이스 할 수 있는 것이다.
감시제어모듈(500)(Digital Input Output : DIO)은 전력설비의 차단기 개폐상태, 경보 상태 등 계전기 보조접점의 On/Off 상태감시와 SOE 기능을 갖고 있으며 전력설비의 차단과 각종 계전기류의 개폐 상태를 Optical Isolation 방식을 이용하 여 검출하고 그 데이터를 MPU(100)에 전송하며, MPU(100)의 명령에 따라 보조접점의 On/Off를 제어 한다. 즉, 자동 재폐로 기능을 갖는 차단기의 개폐상태, 경보 상태 등 계전기의 보조접점 상태 감시는 차단기의 On-Off, Off-On, On-Off-On, Multi-Off 상태 등을 고속으로 검출하여 해당 정보를 명령에 따라 데이터를 전송한다. 아울러 이와 같은 입출력 상태를 LED의 표시에 의해 확인 가능하다.
전력선반송모듈(600)(Power Line Carrier : PLC)은 MPU(100)와 PLC 장치를 연동하기 위한 모듈로 20Mbps 이상을 제공하는 고속 PLC모듈과 9600bps PLC모듈, 360bps PLC모듈이 있으며, 원격으로 전력설비들을 제어하기 위한 인터페이스이다.
이와 마찬가지로 RF모듈(700) 역시 MPU(100)와 RF 장치를 연동하기 위한 모듈로 1200bps의 통신 속도를 갖는 단신 통신방식이고, PLL Synthesizer 발진방식과 FSK 변조방식을 사용하는 FID의 전파형식을 사용하고, 10mW의 공중선 전력과 4ppm이하의 주파수 허용 편차로 424.7~424.95MHz의 주파수범위를 사용하며, 12.5kHz 간격으로 21개의 채널을 사용한다.
또한 전력선반송모듈(600)과 RF모듈(700)도 각 채널마다 연결상태 및 동작상태를 표시하는 LED를 포함하고 있어서 LED의 확인만으로도 이상 유무를 확인할 수 있다.
아울러, 전원모듈(800)은 마스터(Master)와 슬레이브(Slave) 전원으로 이중화 되어 MPU(100)와 시리얼모듈(200), 광전송모듈, 측정모듈(400), 감시제어모듈(500), 전력선반송모듈(600), RF모듈(700) 등 각 모듈에 전원을 공급하며, 각 모듈별로 퓨우즈를 구비하여 정격용량 이상의 과도한 전류흐름을 방지하고, LED로 각 모듈별 전원 공급 상태를 표시한다.
이러한 구성을 갖는 CU의 각 구성요소들은 시스템 운영중에도 탈부착이 가능한 기능카드로 모듈화가 되어 있어 이상이 있는 모듈만을 교체 또는 수리할 수 있고 필요한 모듈을 추가하거나 더 발전된 모듈로 교체할 수 있어서 유지보수의 편의성과 향후의 기술방향에 유연하게 대처할 수 있다.
도 1은 본 고안에 의한 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트의 전체적인 구성도.
도 2는 본 고안에 의한 다기능 광전송모듈의 구성도.
도 3은 본 고안에 의한 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트의 전체 실장도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10:쉘프 20:광통신망 100:MPU
101:VME Bus 110:제어부 120:디스플레이부
200:시리얼모듈 300:다기능 광전송모듈 310:광송수신부
320:이더넷 분류부 330:광이더넷 변환부 400:측정모듈
500:감시제어모듈 600:전력선반송모듈 700:RF모듈
800:전원모듈

Claims (4)

  1. 외부로부터 전원을 인가 받으며, 하나의 쉘프(Shelf)에 탈부착 가능한 각종 모듈들을 포함하여 실장하고, 계전기 데이터 스캔 및 제어 프로그램을 구동하기 위하여 전력설비 등 복수 기종의 다수의 호스트들과 계전기에 연결되는 전력용 통신 유니트에 있어서,
    VME Bus와 Real Time 전용의 RTOS를 사용하는 CPU, 메모리, 그래픽카드를 위한 포트가 구비된 MPU와;
    MPU의 메모리에 다수 호스트를 위하여 구획된 호스트 버퍼 영역과, 계전기의 로우 데이터를 저장하기 위하여 구획된 로우 버퍼 영역을 구비하고, 각 호스트별 로우 데이터를 호스트 별 규약에 일치하도록 대응시켜 데이터를 구분, 분산 저장시키는 역할을 하는 디스패처 데이터베이스를 구축하며, 메모리에 설정된 로우 버퍼 영역과 호스트 버퍼 영역에 각각 계전기로부터의 로우 데이터 및 디스패처 데이터베이스의 데이터를 각 호스트 별로 구분하여 입력시켜 메인메모리 데이터베이스를 구축하고, 호스트로부터 데이터 요구 명령이 존재하는 경우 해당 기종의 호스트 버퍼 영역에서 읽어낸 데이터를 해당 호스트로 송출할 수 있도록 하며, 해당 호스트 명령이 존재하는 경우, 전술한 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스를 참조하여 얻은 로우 데이터를 제어 명령으로 변환하여 얻은 제어 데이터로 특정 계전기를 제어할 수 있도록 하는 제어부와;
    MPU에 VME Bus로 인터페이스 하여 호스트와 시리얼 통신하는 시리얼모듈과;
    이더넷과 비동기 데이터를 다중화 또는 역 다중화 하고, 광 이더넷 신호로 변환하여 광통신망과 인터페이스 하는 광전송모듈과;
    전력설비의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 VME Bus를 통하여 MPU로 전송하는 측정모듈과;
    계전기의 개폐, 경보, 보조접점 등의 온과 오프 상태를 감시하며 온, 오프를 제어하기 위한 디지털 신호의 입출력을 VME Bus를 통하여 MPU로 전송하는 감시제어모듈과;
    VME Bus를 통하여 MPU와 전력선반송장치를 연동하는 전력선반송모듈과;
    VME Bus를 통하여 MPU와 RF장치를 연동하는 RF모듈; 및
    마스터와 슬레이브 전원으로 이중화 되어 MPU와 시리얼모듈, 광전송모듈, 측정모듈, 감시제어모듈, 전력선반송모듈, RF모듈 등 각 모듈에 전원을 공급하며 각 모듈별로 퓨우즈를 구비하여 정격용량 이상의 과도한 전류흐름을 방지하는 전원모듈이 모두 블록단위로 탈부착이 가능하도록 구성함을 특징으로 하는 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전술한 광전송모듈은 광송수신부와 이더넷 분류부와 광이더넷 변환부로 구성되며,
    광통신을 이용하는 다기종의 호스트와 광통신망에 연결되어 광송수신부로부터 송수신한 LAN 신호 및 일반 이더넷 신호를 이더넷 분류부에서 분류한 후 광이더넷 변환부로 보내져 광 이더넷 신호로 변환하여 VME Bus를 통하여 MPU에 전달 되도록 함을 특징으로 하는 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    전술한 MPU, 시리얼모듈, 광전송모듈, 측정모듈, 감시제어모듈, 전력선반송모듈, RF모듈, 전원모듈은 각각 스스로의 상태를 표시하는 LED를 포함함을 특징으로 하는 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트.
  4. 청구항 1에 있어서,
    전술한 MPU에 연결되어 MPU의 그래픽카드의 출력을 입력받아 전술한 시리얼모듈, 광전송모듈, 측정모듈, 감시제어모듈, 전력선반송모듈, RF모듈, 전원모듈의 상태와 제어부의 디스패처 데이터베이스와 메인메모리 데이터베이스의 정보를 표시하는 디스플레이부를 구성함을 특징으로 하는 다기종 호스트와 계전기의 전력용 통신 유니트.
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