KR20110113830A - 안전등급 통신모듈 - Google Patents

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Abstract

원전통신망에서 사용되는 안전등급 통신모듈을 개시한다. 일 실시예로서, 안전등급 통신모듈은, 송신 데이터를 포함하여 저장하는 듀얼포트 메모리와, FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 패킷 프로세서, 및 상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 송수신기를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 송수신기에 의해 수신 데이터가 상기 패킷 프로세서로 전달되는 경우, 상기 패킷 프로세서는 상기 수신 데이터를 상기 FPGA를 이용하여 패킷 처리할 수 있다.

Description

안전등급 통신모듈{SAFETY-GRADE COMMUNICATION INTERFACE MODULE FOR NUCLEAR POWER PLANT SATETY SYSTEM}
본 발명의 실시예들은 원전통신망에서 사용되는 안전등급 통신모듈에 관한 것이다.
원자력 발전소는 보통 100개 이상의 개별적인 기능을 가진 계통(system)으로 구성된다. 이들 계통은 크게, 원자로를 중심으로 한 핵 증기 공급계통(NSSS: Nuclear Steam Supply System), 증기를 발전기로 전달하는 2차 순환냉각계통, 상기 2차 순환냉각계통으로부터 증기를 공급 받아 발전기를 돌리는 터빈 발전기 계통, 및 기타 부수설비로 구분된다.
원자력 발전소의 운전을 수행하면서 각 계통의 건전성을 감시하기 위해서는, 여러 종류의 센서를 원자로 계통에 설치하고, 상기 센서로부터 입력되는 신호를 감시하여 원자력 발전소의 상태를 파악해야 한다. 이때, 원자력 발전소 운전 중 원자로의 안전에 영향을 미치는 계통의 이상이나 핵 증기 공급계통내의 냉각 기능의 이상이 발생하는 경우, 이러한 이상 상태를 감지하여 제어봉 낙하에 의한 원자로 정지기능을 개시하고, 공학적 안전설비작동계통을 구동하여 원자로를 냉각시켜야 한다.
최근의 원자력발전소의 계측제어 시스템에서는 디지털 및 통신기술 발달에 따라 계통 기기들이 디지털화되고, 계통 기기 간의 정보 교환 역시 고속 디지털 통신망을 통해 이루어지고 있다. 원자력발전소는 고도의 신뢰성과 안전성을 요구하기 때문에 원전통신망 기술도 고가용성 및 고신뢰도를 제공해야 한다.
이에 따라, 원전통신망에서는 오작동이 다른 모듈에 영향을 미치지 않으면서, 동작 및 데이터의 건전성을 보장하고, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있는 통신 모듈이 요구되고 있다.
본 발명의 일실시예는 신뢰도 및 성능이 검증된 산업용 디지털 시스템 인터페이스 규격인 VME bus(VERSA module Eurocard bus)를 사용하고, FPGA 기술을 이용하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리 함으로써, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있는, 안전등급 통신모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 모듈 간 직접적인 신호 송수신을 배제 함으로써, 오류 발생으로 인한 다른 모듈에의 영향을 최소화할 수 있는, 안전등급 통신모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 별도의 Digital Signal Processor(DSP)를 사용하여 자체적으로 진단 및 감시 기능을 수행할 수 있는, 안전등급 통신모듈을 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 전기적 격리 특성이 우수한 광케이블을 전송매체로 사용 함으로써, 전자파 장애에 잘 견딜 수 있는 안전등급 통신모듈을 제공한다.
상기의 목적을 이루기 위한, 안전등급 통신모듈은, 송신 데이터를 포함하여 저장하는 듀얼포트 메모리와, FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 패킷 프로세서, 및 상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 송수신기를 포함하고, 상기 송수신기에 의해 수신 데이터가 상기 패킷 프로세서로 전달되는 경우, 상기 패킷 프로세서는 상기 수신 데이터를 상기 FPGA를 이용하여 패킷 처리한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 원전통신망에서 오작동이 발생할 경우 다른 모듈에 영향을 미치지 않으면서, 동작 및 데이터의 건전성을 보장할 수 있고, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 상세구성을 도시한 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에는 원자력발전소 계측제어 시스템(원전통신망)에서 사용되는 안전등급 통신모듈(100)의 내부 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈(100)은 듀얼포트 메모리(110), 패킷 프로세서(120), 및 송수신기(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
듀얼포트 메모리(Dual Port Memory, 110)는 송신 데이터를 포함하여 저장한다.
이때, 듀얼포트 메모리(110)는 프로세스 모듈(180)의 네트워크를 통한 데이터 송수신을 지원할 수 있도록, 송신할 송신 데이터를 저장할 공간과, 수신한 수신 데이터를 저장할 공간으로 물리적으로 분리될 수 있다.
즉, 듀얼포트 메모리(110)는 송신 데이터를 저장하는 Tx-FIFO 버퍼, 및 상기 Tx-FIFO 버퍼와 분리되어, 수신 데이터를 저장하는 Rx-FIFO 버퍼를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 듀얼포트 메모리(110)는 수신 데이터를, 송신 데이터와 분리하여 저장할 수 있다. 예컨대, 듀얼포트 메모리(110)는 32Kbytes 크기의 RAM이 사용될 수 있다.
패킷 프로세서(120)는 FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 기능을 한다. 즉, 패킷 프로세서(120)는 듀얼포트 메모리(110)에 저장된 송신 데이터를 리드하고, 상기 리드된 송신 데이터와, 어드레스(Address) 또는 CRC 코드를 포함하여 구성되는 프레임을 송수신기(130)로 전달할 수 있다.
송수신기(130)는 상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 기능을 한다.
여기서, 송수신기(130)는 물리 계층의 통신 기능을 담당하는 PHY Transceiver로 구현될 수 있으며, 송수신기(130)는 MAC 계층의 통신 기능을 담당하는 패킷 프로세서(120)와 MII(Media Independence Interface)를 통해 연결될 수 있다. 또한, 송수신기(130)는 병렬데이터의 직렬화, 직렬데이터의 병렬화, 및 4B/5B 코딩/디코딩과 NRZ-I와 같은 물리 계층의 코딩을 담당할 수 있다.
또한, 송수신기(130)에 의해 수신 데이터가 패킷 프로세서(120)로 전달되는 경우, 패킷 프로세서(120)는 상기 수신 데이터를 FPGA를 이용하여 패킷 처리한다. 즉, 패킷 프로세서(120)는 수신 데이터에 대해 오류를 검사하고, 오류가 없는 것으로 검사된 수신 데이터를 듀얼포트 메모리(110) 내 Rx-FIFO 버퍼에 저장할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 안전등급 통신모듈(100)은 안전등급 통신모듈(100)에 대한 진단 또는 감시 기능을 수행하는 디지털 시그널 프로세서(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 디지털 시그널 프로세서(140)는 패킷 프로세서(120)에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Check) 기능의 감시, 듀얼포트 메모리(110)(즉, Tx-FIFO 버퍼와 Rx-FIFO 버퍼)에 대한 건전성의 감시, 생성된 테스트 프레임에 대한 PHY 계층의 검사, 또는 데이터 트래픽에 대한 감시 중 적어도 하나를 수행하는 기능을 할 수 있다. 또한, 디지털 시그널 프로세서(140)는 안전등급 통신모듈(100)을 통해 교환되는 데이터 트래픽을 감시할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 안전등급 통신모듈(100)은 VME 인터페이스(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, VME 인터페이스(150)는 듀얼포트 메모리(110)와 데이터 교환하는 프로세스 모듈(180)과의 인터페이싱을 수행할 수 있다. 프로세스 모듈(180)과 데이터 교환을 위한 인터페이스는 VME 백플레인을 통해 이루어지며 VME interface로 명명된 FPGA에서 수행될 수 있다.
또한, 디지털 시그널 프로세서(140)는 듀얼포트 메모리(110)에서 데이터를 읽고 쓰면서, 듀얼포트 메모리(110)와 VME 인터페이스(150) 간 데이터 교환 기능을 진단할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 안전등급 통신모듈(100)은 광송신기(160) 및 광수신기(170)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
광송신기(160)는 송수신기(130)에서 전송되는 상기 패킷 처리된 송신 데이터를, 광신호로 변환하는 기능을 할 수 있다.
또한, 광수신기(170)는 광케이블로부터 수신한 광신호의 상기 수신 데이터를 전기신호로 변환하여 송수신기(130)로 전달하는 기능을 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 원전통신망에서 오작동이 발생할 경우 다른 모듈에 영향을 미치지 않으면서, 동작 및 데이터의 건전성을 보장할 수 있고, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈의 상세구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 안전등급 통신모듈(200)은 듀얼포트 메모리(110), 패킷 프로세서(120), PHY Transceiver, DSP, VME interface, Fiber Optic Transimitter, Fiber Optic Receiver, MAC address DIP Switch, VME Address DIP Switch, 및 VME-Backplane을 포함하여 구성될 수 있다.
듀얼포트 메모리(110)는 Tx-FIFO 버퍼(210) 및 Rx-FIFO 버퍼(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
Tx-FIFO 버퍼(210)는 송신 데이터를 저장할 수 있으며, Rx-FIFO 버퍼(220)는 Tx-FIFO 버퍼(210)와 분리되어, 수신 데이터를 저장할 수 있다.
패킷 프로세서(120)는 데이터 송신부(230) 및 데이터 수신부(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
데이터 송신부(230)는 Tx-FIFO Buffer(210)에 저장된 송신 데이터를 리드하고, Address 및 CRC32 코드 등을 생성하여 프레임을 구성하고, 10 또는 100Mbps PHY Transceiver로 구성된 프레임을 송신할 수 있다.
데이터 수신부(240)는 10 또는 100Mbps PHY Transceiver로부터 수신 데이터를 수신하여 프레임을 기억하고, 프레임 헤더를 해석하여 저장 여부를 판단하고, CRC32 계산하여 오류를 검사하고, 수신된 수신 데이터를 Rx-FIFO Buffer(220)에 저장할 수 있다.
여기서, DSP(Digital Signal Processor, 디지털 시그널 프로세서)는 안전등급 통신모듈(200)에 대해 자체적으로 진단 및 감시 기능을 수행할 수 있다.
또한, 프로세스 모듈과 데이터 교환을 위한 인터페이스는 VME 백플레인을 통해 이루어지며, VME interface로 명명된 FPGA에서 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 신뢰도 및 성능이 검증된 산업용 디지털 시스템 인터페이스 규격인 VME bus(VERSA module Eurocard bus)를 사용하고, FPGA 기술을 이용하여 하드웨어 기반으로 패킷을 처리 함으로써, 고속 패킷 처리와 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 모듈 간 직접적인 신호 송수신을 배제 함으로써, 오류 발생으로 인한 다른 모듈에의 영향을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 전기적 격리 특성이 우수한 광케이블을 전송매체로 사용 함으로써, 전자파 장애에 잘 견딜 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 안전등급 통신모듈
110: 듀얼포트 메모리
120: 패킷 프로세서
130: 송수신기
140: 디지털 시그널 프로세서
150: VME 인터페이스
160: 광송신기
170: 광수신기

Claims (7)

  1. 송신 데이터를 포함하여 저장하는 듀얼포트 메모리;
    FPGA(field-programmable gate array)를 이용하여, 상기 송신 데이터를 하드웨어 기반으로 패킷 처리하는 패킷 프로세서; 및
    상기 패킷 처리된 송신 데이터를 전송하는 송수신기
    를 포함하고,
    상기 송수신기에 의해 수신 데이터가 상기 패킷 프로세서로 전달되는 경우,
    상기 패킷 프로세서는,
    상기 수신 데이터를 상기 FPGA를 이용하여 패킷 처리하는, 안전등급 통신모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 듀얼포트 메모리는,
    상기 송신 데이터를 저장하는 Tx-FIFO 버퍼; 또는
    상기 Tx-FIFO 버퍼와 분리되어, 상기 패킷 처리된 수신 데이터를 저장하는 Rx-FIFO 버퍼
    를 포함하는, 안전등급 통신모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패킷 프로세서에 대한 CRC(Cyclic Redundancy Check) 기능의 감시, 상기 듀얼포트 메모리에 대한 건전성의 감시, 생성된 테스트 프레임에 대한 PHY 계층의 검사, 또는 데이터 트래픽에 대한 감시 중 적어도 하나를 수행하는 디지털 시그널 프로세서
    를 더 포함하는, 안전등급 통신모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 듀얼포트 메모리와 데이터 교환하는 프로세스 모듈과의 인터페이싱을 수행하는 VME 인터페이스
    를 더 포함하고,
    상기 디지털 시그널 프로세서는,
    상기 데이터 교환에 대한 기능을 진단하는, 안전등급 통신모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기는,
    MII(Media Independence Interface)를 통해 상기 패킷 프로세서와 연결되는, 안전등급 통신모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패킷 프로세서는,
    수신 데이터에 대해 오류를 검사하고, 오류가 없는 것으로 검사된 수신 데이터를 상기 듀얼포트 메모리에 저장하는 데이터 수신부; 및
    상기 듀얼포트 메모리에 저장된 송신 데이터를 리드하고, 상기 리드된 송신 데이터와, 어드레스(Address) 또는 CRC 코드를 포함하여 구성되는 프레임을 상기 송수신기로 전달하는 데이터 송신부
    를 포함하는, 안전등급 통신모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송수신기에서 전송되는 상기 패킷 처리된 송신 데이터를, 광신호로 변환하는 광송신기; 및
    광신호의 상기 수신 데이터를 전기신호로 변환하여 상기 송수신기로 전달하는 광수신기
    를 더 포함하는, 안전등급 통신모듈.
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