KR20100104965A

KR20100104965A - 조명 시스템에서 전력선 통신을 이용하는 개념과 전력선 통신을 이용하기 위한 제어 신호 통신 속도를 낮추는 방법

Info

Publication number: KR20100104965A
Application number: KR1020090023728A
Authority: KR
Inventors: 박종철
Original assignee: 주식회사 월드조명
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2010-09-29

Abstract

조명 시스템에서는 전원을 공급하기 위한 AC 전원선과 DMX 콘솔에서 조명 기기로 제어 신호를 송신하기 위한 통신선 등 두 개의 배선이 필요하다.

이 발명에서는

첫 번째, 전력선 통신(Power Line Communcation, 이하 PLC 기술로 약칭)을 이용하여 AC 전원선과 통신선 등 두 개의 배선을 하나의 배선으로 통합하여 AC 전원과 조명 기기 제어 신호를 보내는 개념을 고안한다.

이 때, 기존의 DMX 콘솔에서 조명 기기로 송신하는 제어 신호는 250K BPS의 속도로 송신을 한다. 물론, PLC에서는 250K BPS까지 송신이 가능 하지만 조명 기기가 설치된 장소는 옥외가 많은 등, 외부에서 발생하는 노이즈가 비교적 많은 장소에 설치된다. 또한, 조명 기기가 고밀도(高密度)로 설치되는 경우에는 비례하여 PLC가 많이 설치된다. 이 경우, PLC의 가격을 고려하지 않을 수 없다.

따라서 노이즈에 대한 대비, 그리고 PLC의 가격에 대한 대비를 해야 하는데 일반적으로 노이즈는 통신의 속도와 반비례하며 또한 PLC의 가격 역시 통신의 속도와 반비례한다.

본 발명에서는

첫 번째, 조명 시스템에서 PLC를 어떻게 사용하는가에 대한 개념적 설명과

두 번째, PLC를 사용한 조명 시스템에서 조명 제어 신호를 압축하여 송신하는 개념을 설명한다.

조명 기기, DMX 콘솔, RS485, 전력선 통신, Power Line Communication,

Description

조명 시스템에서 전력선 통신을 이용하는 개념과 전력선 통신을 이용하기 위한 제어 신호 통신 속도를 낮추는 방법{THE CONCEPT OF THE WAY OF PLC IN LIGHTING SYSTEM AND THE CONCEPT OF THE WAY OF DECREASING OF BPS}

본 발명에서는 두 개의 개념적 방법을 추구한다.

첫 번째는 조명 시스템에서 PLC를 이용하는 개념과

두 번째는 PLC를 이용한 조명 시스템의 제어 신호를 압축을 하여 송신한다는 개념을 도입한다.

① 전력선 통신(PLC, 電力線通信, Power Line Communication)

AC 전원선을 통하여 통신을 하는 방식. 현재는 AC 전원선과 통신선이 분리되어 있으나 전력선 통신 방식에서는 별도의 통신성 없이 AC 전원선으로 통신을 병행하는 것으로 한다. PLC는 가전기기 등을 제어하는 수백 Hz에서 영상신호 등을 주고 받을 수 있게 수백 MHz의 주파수를 가지는 통신 방식이 응용되고 있다.

② DMX512

DMX512는 디지털 멀티플렉스 신호(Digital Multiplex Signal)의 약자로 광원과 관련된 조명 기기 등의 장비와 함께 사용하는 가장 공통적인 국제 표준 통신 규격이다. DMX512에서 '512'는 데이터 링크 당 512 채널을 동시간에 제어하는 신호를 의미한다.

③ RS485

RS232, RS422의 확장 버전으로, 홈 네트워크를 지원하는 일종의 시리얼 통신 프로토콜 표준 규격.

전송 속도가 늦고 전송 거리가 짧은 RS232를 보완하기 위해 RS422 통신 방식을 채택하였다. 이것은 1개의 마스터 장치와 슬레이브 장치 간에 데이터를 주고받는 방식으로 통신하는 반면, RS485는 모든 장치들이 같은 라인에서 데이터 전송 및 수신을 할 수 있다. 반이중 방식과 전 이중 통신 방식을 모두 지원한다. 또한 RS485는 최대 드라이버·리시버 수가 각각 32개에 이르고, 최대 속도 10Mbps에 최장 거리 1.2km까지 네트워크 구축이 가능하다.

④ BPS

Bit per second 의 약자로, 1초 동안 전송할 수 있는 모든 비트(bit)의 수를 뜻한다. 통신기기들은 보통 원래의 순수한 데이터 펄스 이외에 시간 조정이나 패리티(parity) 표시를 위한 펄스가 첨가되는데, 이 경우에 보드를 사용하며 일반적으로 1초간의 보드의 수가 bps보다 큰 값을 갖게 된다. DMX512에서는 1 Start Bit, 1 Stop Bit, 8 Data Bit로 구성되어 한 바이트의 정보를 보내려면 10비트의 비트가 필요하며 따라서 250K BPS에서는 250 x 1024 = 256000BPS이지만 1 바이트 당 10비트가 필요하므로 1초 간 전달 가능한 Data Byte 수는 25600 바이트이다.

조명 시스템은 일반적으로 [도 1] 및 [도 2]에 명시된 것처럼 DMX 콘솔 및 각각의 조명 기기에 AC 전원을 공급하기 위한 AC 전원선과 DMX 콘솔에서 각 조명 기기를 제어하기 위한 제어 신호를 송출하기 위한 통신선 두 가지로 구성되어 있다.

이렇게 AC 전원선과 통신선을 각각 배선하는 방법은 조명 시스템을 설치하는 현장의 여건 상 배선에 상당히 어려우며 여러가지 문제를 야기시키는 경우가 있다. 특히, 조명은 조명 시스템과 같이 AC 전원선과 통신선 두 가지를 사용하는 '인터넷' 등과 같이 '규격화 되어 있어' 건축물을 설계할 때와 같이 미리 '인터넷' 통신선 등을 미리 배선할 수 있는 제품과는 달리 '규격화가 어렵고' '사용자 주문에 의하여 시스템이 구성되기 때문에' 대부분 건축물이 설계된 후에 배선을 할 수 밖에 없는 현실이다.(또는, 이미 되어 있는 건축물에서)

특히, 조명 시스템은 실내보다는 실외에 설치되는 빈도가 더욱 높기 때문에 이렇게 AC 전원선과 통신선을 각각 배선하는 것은 현장 여건 상 상당히 어려움을 야기시키고 배선 후에도 문제점을 야기시키는 경우가 적지 않다.

따라서 본 발명에서는 기존 조명 시스템에서 PLC(전력선 송신)을 도입하여 통신선을 없애고 AC 전원선을 통하여 통신을 하는 방법을 모색한다. [도 3]은 PLC를 이용한 배선의 예를 그린 것이다.

[도 1]과 비교하여 [도 3]을 보면 [도 1]은 별도의 통신선을 배선해야 하는 반면에 [도 3]에서는 통신을 위하여 PLC를 사용하고 PLC를 위한 배선은 DMX 콘솔이나 각 조명 기기에서 자체적으로 한다.

이렇게, 조명 시스템에서 기존의 AC 전원선과 제어 신호를 송신하기 위한 통신선 두 가지를 배선하던 것을 AC 전원선 한가지로 통합하여 조명 시스템의 설치의 편이성을 높인 것이 이 발명의 첫 번째 항목이다.

조명 시스템에서 조명용 발광 장치로 LED가 빈번히 쓰이게 되면서 단위 면적 당 조명 기기가 많이 설치되는 고밀도(高密度) 조명 장치의 경우에는 각 조명 기기 별로 PLC 장치를 설치하는 것은 PLC 장치가 차지하는 면적 때문에 오히려 조명 시스템 설치에 문제점을 야기시킬 수 있다. 따라서 [그림4]와 같이 DMX 콘솔과 첫 번째 조명 기기 간에는 PLC를 이용한 통신을, 그리고 그 이후의 통신은 기존의 RS485 방식을 그대로 이용하는 혼합형을 사용한다.

그런데, PLC의 전송 속도가 높을수록 PLC장치의 가격은 급격히 상승하기 때문에 설치하고자 하는 조명 시스템의 가격을 급격히 상승시킬 수 있다. 또한, DMX 콘솔은 조명 제어 신호를 250K BPS의 속도로 송신하는데 이는 조명 기기가 실내보다는 실외에 주로 설치된다는 점, 그리고 설치 장소에 따라 AC 전원의 '품질이 좋지 않을 수도 있다는 점', 그리고 250K의 속도는 비교적 고속이기 때문에 외부에서 인입되는 노이즈에 상대적으로 약하다는 단점이 있다.

또한, 가격적인 측면에서의 상승을 억제하고 노이즈 등을 대비하기 위하여 조명 제어 시스템의 제어 신호를 압축하여 PLC의 전송 속도를 낮추는 방법이 고안되어야 한다.

따라서, 본 발명의 두 번째 항목은 DMX 콘솔에서 조명 기기로 송신하는 조명 제어 시스템을 압축하여 송신시키는 방식을 채택함으로써 기존 DMX 콘솔의 송신 속도인 250K BPS에서 9600BPS로 낮추는 개념적인 방법을 기술한다.

조명 시스템에서의 AC 전원선과 DMX 콘솔에서 송신하는 조명 제어 신호를 위한 통신선이 구분되어 있다. 이렇게 두 가지의 배선을 PLC 방식을 도입함으로써 하나로 통합하는 방식을 명시한다.

MX 콘솔에서 송출하는 신호의 속도는 250K BPS로 위에서 설명한 것과 같이 가격적인 측면, 대 노이즈에 대한 성능 향상 등을 위하여 9600BPS로 압축하여 송출한다.

조명 시스템에서 기존의 AC 전원선과 제어 신호를 송신하기 위한 통신선 두 가지를 배선하던 것을 AC 전원선 한가지로 통합하여 조명 시스템의 설치의 편이성을 높인 것

가격적인 측면에서의 상승을 억제하고 노이즈 등을 대비

첫 번째 과제 해결수단으로

[도면]에서 [도 1]과 [도 2]는 일반적인 조명 시스템에서의 AC 전원선과 DMX 콘솔에서 송신하는 조명 제어 신호를 위한 통신선이 구분되어 있다. 이렇게 두 가지의 배선을 PLC 방식을 도입함으로써 하나로 통합하는 방식을 명시한다.

[도 3]과 [도 4]는 이렇게 분리되어 배선된 AC 전원선과 통신선을 PLC를 이용하여 통합하여 배선한 것을 명시한 것이다. 특히, LED를 이용한 조명과 같이 조명 기기가 고밀도(高密度)로 설치된 경우에는 [도 4]와 같이 이 발명에서 명시한 방식인 PLC를 이용하는 것과 종래의 방식 두 가지를 혼합하여 사용하는 것을 명시하였다.

두 번째 과제 해결 수단으로

DMX 콘솔에서 송출하는 신호의 속도는 250K BPS로 위에서 설명한 것과 같이 가격적인 측면, 대 노이즈에 대한 성능 향상 등을 위하여 9600BPS로 압축하여 송출한다.

[도 5]에 기존 DMX 콘솔에서 송신하는 조명 제어 신호의 형식을 표시하고 [도 6]에 [도 5]에 명시된 기존 DMX 콘솔에서 송신하는 조명 제어 신호를 압축하는 방식을 예시한다.

[도 6]에서처럼 압축된 조명 제어 신호는 크게 세 부분으로 나뉜다. 첫 번째 부분은 'Channel 별 Information'이고 두 번째 부분은 'Frame Vector Information'이며 세 번째 부분은 'Channel 별 Vector Information'이다.

첫 번째 부분인 'Channel 별 Information'에서는 현재 송신하는 조명 제어 신호 Frame에서 각 채널 별로 해당 유무를 송신한다. 예를 들어, 현재 송신하는 Frame에서 Channel 1과 Channel 4 그리고 Channel 511만의 조명 제어 신호가 들어 있다면 Channel 1에 해당하는 'Channel 별 Information'의 1st Byte의 Bit0(B0), 1st Byte의 Bit3(B3) 및 64th Byte의 Bit6(B6)은 '1'로 설정하고 나머지 채널에 해당하는 bit들은 '0'으로 설정한다.

두 번째 부분인 'Frame Vector Information'에서 현재 송신하는 조명 제어 신호에 해당하는 채널들의 증감값이 표시되어 있다. 최대 16바이트인 이 'Frame Vector Information'의 값들은 -127에서부터 127까지의 값으로 다음에 기술할 'Channel 별 Vector Information'과 같이 연동하여 작동한다.

세 번째 부분인 'Channel 별 Vector Information'에서는 첫 번째 부분인 'Channel 별 Information'을 분석한 결과의 해당 채널의 정보이다.

첫 번째 부분인 'Channel 별 Information'에서 Channel 1과 Channel 4 그리고 Channel 511만이 유효한 것으로 송신이 되었다면 세 번째 부분의 'Channel 별 Information'에서는 첫 번째 송신 Byte의 High Nibble이 Channel 1, 첫 번째 송신 Byte의 Low Nibble이 Channel 4 그리고 두 번째 송신 Byte의 High Nibble이 Channel 511의 'Channel 별 Information'이 된다.

그리고 Channel 1과 Channel 4 그리고 Channel 511의 구체적인 값의 증감은 두 번째 부분인 'Frame Vector Information'의 값을 참조하여 연산한다.

예를 들어, 'Frame Vector Information'의 세 번째 Byte의 값이 25, 네 번째 Byte의 값이 -120, 그리고 여덟 번째 Byte의 값이 0이라고 가정하자.

이 때 Channel 1의 송신 값이 '3'이고 Channel 4의 송신 값이 '4' 그리고 Channel 511의 송신 값이 '8'이라고 하면 Channel 1의 증감값은 'Frame Vector Information'의 세 번째 Byte의 값인 25, Channel 4의 증감값은 'Frame Vector Information'의 네 번째 Byte의 값인 -120 그리고 Channel 511의 증감값은 여덟 번째 값인 0이 되어 다음과 같이 값이 변화한다.

Channel 1의 결과값 = Channel 1의 현재값 + 새로운 값(25)

Channel 4의 결과값 = Channel 4의 현재값 + 새로운 값(-120)

Channel 511의 결과값 = Channel 511의 현재값 + 새로운 값(0)

(도 1) 조명 시스템에서 조명기기에 AC 전원을 사용하는 경우로 전원을 공급하기 위한 배선과 조명 기기를 제어하기 위한 제어 신호 송신용 RS485가 따로 배선이 되어 있다.

(도 2) 조명 시스템에서 조명기기에는 SMPS의 출력인 DC 전원을 사용하지만 배선은 (도1)과 같이 전원의 배선과 통신용 배선 두가지가 있다. 단지, 차이점은 전원의 배선이 조명 기기에는 DC가 공급이 된다는 것이다.

(도 3) 조명 시스템에서 PLC를 사용하는 경우에는 AC 전원용 배선만 하면 된다.

(도 4) LED 조명 기기와 같이 단위 면적에 조명 기기가 많이 들어가는 고밀도(高密度)인 경우에는 PLC가 차지하는 면적 때문에 조명기기 설치가 어려운 경우가 발생할 수 있다. 이 경우에는 PLC를 DMX 콘솔 또는 통신 콘트롤과 첫 번째 조명기기만 이용하고 나머지 조명기기에는 RS485 통신을 이용한다.

Claims

조명 제어 시스템에서 PLC를 이용하여 통신을 하는 방법에 대한 개념
조명 제어 시스템에서 기존 통신 방식인 RS485와 PLC를 혼합하여 통신을 하는 방법에 대한 개념
[청구항 1]과 [청구항 2]에 있어서 PLC를 사용함에 따라 발생하는 노이즈에 대한 대책의 방법과 가격의 추가 요인을 억제하는 방법으로 PLC의 통신 속도를 낮추고 그에 따른 통신 데이터를 압축하는 개념에 대한 특허
[청구항 4]에 있어서 상기 [발명의 실시를 위한 구체적인 내용]에 명시한 압축 방식