KR20120077067A - 이중화 제어설비의 전류 출력 신호 단절 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제어설비의 카드간 제어권 전환 시 발생하는 출력 신호의 단절을 방지할 수 있는 이중화 제어장치로서, 본 발명에 따른 이중화 제어장치는, 신호를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 신호를 처리하는 제 1 제어카드; 상기 입력부를 통해 입력된 신호를 처리하는 제 2 제어카드; 및 상기 제1 제어카드 및 상기 제2 제어카드에 의해 출력되는 신호 중 하나의 신호를 선택하여 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 출력부는 상기 제 1 제어카드로부터 출력되는 신호를 스위칭하는제 1 스위치와 상기 제 2 제어카드로부터 출력되는 신호를 스위칭하는 제 2 스위치를 포함한다.

Description

이중화 제어설비의 전류 출력 신호 단절 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING CURRENT OUTPUT SIGNAL DISCONNECTION FOR REDUNDANCY CONTROLLER}

본 발명은 디지털 장비에서 처리된 값을 전류타입(4-20mA, 10-50mA)으로 출력하는 이중화 제어설비에 관한 것으로, 특히 제어설비의 카드간 제어권 전환 시 발생하는 출력 신호의 단절을 방지할 수 있도록 장치에 관한 것이다.

입출력 신호가 이중화 되지 않은 루프에 적용되는 이중화 제어설비는 도 1과 같은 구성으로 이뤄진다. 하나의 입력을 주 제어카드(Master)와 보조 제어카드(Slave)로 분배하여 각각 처리하고 제어권을 가진 쪽에서 선택적으로 출력을 내보내도록 스위치로 구성된다.

종래 기술은 제어카드 간 제어권 전환 시 1ms ~ 4ms의 시간의 스위칭 타임이 소요돼 스위치가 동시에 OFF되는 시점이 존재하였다. 또한 제어권이 없는 상태에서 제어권을 가져올 때 출력 전압 레벨 차이가 도 2와 같이 최대 14VDC의 차이가 발생한다. 또한, 제어권 전환 시 제어권 전환 시간과 출력 전압의 레벨 차이에 의해 도 3과 같이 이상파형이 발생하는 범프(bump)가 발생할 수 있다.

본원 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제어설비의 카드간 제어권 전환 시 발생하는 출력 신호의 단절을 방지할 수 있는 이중화 제어설비의 전류 출력 신호 단절 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중화 제어장치는, 신호를 입력받는 입력부; 상기 입력부를 통해 입력된 신호를 처리하는 제 1 제어카드; 상기 입력부를 통해 입력된 신호를 처리하는 제 2 제어카드; 및 상기 제1 제어카드 및 상기 제2 제어카드에 의해 출력되는 신호 중 하나의 신호를 선택하여 출력하는 출력부를 포함하고, 상기 출력부는 상기 제 1 제어카드로부터 출력되는 신호를 스위칭하는제 1 스위치와 상기 제 2 제어카드로부터 출력되는 신호를 스위칭하는 제 2 스위치를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는, 아날로그 스위치이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아날로그 스위치는 80 ns 이하의 스위칭 속도를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 중 어느 하나는 신호가 출력되는 출력 단자로 스위칭하고, 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 중 다른 하나는 저항을 통해 접지된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 저항은 300Ω이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중화 제어장치는, 상기 제 1 제어카드 및 상기 제 2 카드로의 입력 전원을 지연시키는 출력 지연 회로를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 출력 지연 회로는 커페시터를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이중화 제어설비에 있어서 제어권 전환 시 이중화 제어설비의 출력 단절을 방지할 수 있고 전류 출력 신호 범프가 발생하지 않도록 함으로써, 고수준의 신뢰성 및 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 입출력 신호가 이중화 되지 않은 루프에 적용되는 이중화 제어설비를 나타내는 블럭도.
도 2는 제어권 상태가 변화될 때 출력 전압 레벨 차이를 나타내는 도면.
도 3은 제어권 전환시 출력 파형을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제어카드의 블럭도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이중화 제어설비의 전류 출력 신호 단절 방지 장치를 나타내는 블럭도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 출력 신호를 선택하는 스위치 및 OR 게이트를 나타내는 도면.
도 7은 스위치 개방시 300Ω의 저항에 연결되는 경우의 전압의 출력 레벨을 나타내는 표.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 출력 지연을 나타내는 그래프.
도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제어권 전환 신호 및 출력 파형을 측정한 그래프.

이하, 본 발명과 관련된 제어장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제어카드의 블럭도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제어카드는 아날로그-디지털 변환기, 프로세서, 디지털-아날로그 변환기, 릴레이, 단자대 등으로 구성될 수 있다.

아날로그-디지털 변환기는 원자력 발전소의 각종 센서로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 프로세서로 입력한다. 아날로그 입력은 M/A Station 용 인터페이스를 제외하고 동시에 두 개의 신호를 처리할 수 있다. 디지털-아날로그 변환기는 프로세서로부터 출력되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 단자대를 통해 출력한다. 아날로그 입력은 전압, 전류, 열전대, RTD를 소프트웨어 설정에 따라 선택적으로 사용 가능하다. 아날로그 출력은 전압(1-5V), 전류(4-20mA)를 소프트웨어 설정에 따라 선택적으로 사용 가능하다.

디지털 신호가 입력되는 경우, 프로세서가 처리할 수 있도록 처리되거나 직접 프로세서로 입력되고, 프로세서에 의해 출력되는 디지털 신호는 릴레이를 통해 단자대로 출력될 수 있다. 디지털 출력은 로직출력, 펄스출력과 다수의 Relay 출력을 내보낼 수 있다. 단자대를 통해 출력되는 신호는 원자력 발전소 내 제어룸의 M/A 스테이션, 리코더 및/또는 알람 램프로 입력될 수 있다.

프로세서는 원자력 발전소의 일 계통을 제어하기 위해 입력되는 신호를 처리하여 출력한다. 예를 들어, 프로세서는 입력되는 신호에 대해 PID 제어, 제곱근 연산, 알람 신호 출력 등을 수행할 수 있다. 이를 위해 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 코드가 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

상기 프로세서는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays, 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 하나의 제어카드 내에 구현될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 이중화 제어설비의 전류 출력 신호 단절 방지 장치를 나타내는 블럭도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 계통 제어의 신뢰성을 위해, 원자력 발전소의 계통 제어를 위한 제어장치는 입/출력 단자대, 주 제어카드 및 보조 제어카드로 구성될 수 있다. 주 제어카드 및 보조 제어카드는 하나의 루프를 제어하기 위해 이중화로 구성된다. 제어 카드는 각각 프로세서를 포함하며, 각 프로세서에는 동일한 소프트웨어가 탑재되어 동작할 수 있다.

아날로그 입력은 전압, 전류, 열전대, RTD를 소프트웨어 설정에 따라 선택적으로 사용 가능하다. 입/출력 단자대를 통해 입력된 아날로그 신호는 주 제어카드 및 보조 제어카드의 아날로그-디지털 변환부로 입력되어 디지털 신호로 변환되고, 변환된 디지털 신호는 각각의 프로세서로 입력되어 병렬 처리될 수 있다. 각각의 프로세서에 의해 처리된 디지털 신호는 디지털-아날로그 변환부를 통해 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 출력은 전압(1-5V), 전류(4-20mA)를 소프트웨어 설정에 따라 선택적으로 사용 가능하다.

아날로그 신호 출력 시 주 제어카드 및 보조 제어카드는 설정된 제어권(Active, Non-Active)에 따라 입/출력 단자대의 스위치를 통해 선택적으로 출력될 수 있다. 주 제어카드 및 보조 제어카드는 다른 카드의 상태를 지속적으로 모니터링하고, 하나의 제어카드에서 에러가 발생한 경우 다른 제어카드로 제어권을 넘겨줄 수 있다. 사용자 입력에 따라 제어권을 이전할 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 입/출력 단자대는 주 제어카드 또는 보조 제어카드로부터 출력되는 신호를 선택적으로 출력한다. 입/출력 단자대는, 각 제어카드의 출력을 각각 스위칭하는 스위치(SW1, SW2), OR 게이트를 포함한다. 각각의 스위치는 출력단자 또는 저항을 통해 접지되는 접지단자로 각 제어카드의 출력을 스위칭한다. OR 게이트는 각각의 제어카드의 제어권을 결정하기 위해 필요한 신호를 입력받는다.

각각의 제어카드는 하드웨어적 오류(예를 들어, 전원 차단) 여부를 출력하는 하드웨어 신호(CPU reset signal) 및 주 제어카드에서 제어권 전환을 위한 소프트웨어 처리결과(제어권 전환 키를 통한 경우 및 일반적인 에러가 발생한 경우)를 출력하는 소프트웨어 신호(software signal)를 출력할 수 있다. 또는 각각의 제어카드는 하드웨어 신호 또는 소프트웨어 신호 중 어느 하나를 출력할 수도 있는데, 본 발명에서는 주 제어카드는 소프트웨어 신호를, 보조 제어카드는 하드웨어 신호를 출력하는 경우를 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 주 제어카드는 OR 게이트로 제어권이 있는 경우 소프트웨어 시그널 "1"을 출력하고, 제어권이 없는 경우 "0"을 출력한다. 한편, 보조 제어카드는 OR 게이트로 정상 동작하는 경우 하드웨어 시그널 "0"을 출력하고, 비정상 동작하는 경우 "1"을 출력한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 각 스위치는 OR 게이트의 출력 신호에 따라 제어된다. 예를 들어, OR 게이트의 출력 신호가 "1"인 경우 주 제어카드의 출력신호가 출력될 수 있도록 SW1을 출력단자로 스위칭하고 SW2를 개방하고, OR 게이트의 출력 신호가 "0"인 경우 보조 제어카드의 출력신호가 출력될 수 있도록 SW2를 출력단자로 스위칭하고 SW1을 개방한다.

바람직하게는, 스위치(SW1, SW2)는 출력신호가 단절이 되지 않게 짧은 시간(80ns)의 스위치 속도를 갖는 아날로그 스위치로 구성될 수 있다. 일반 스위치를 사용하는 경우 제어카드 간 제어권 전환 시 스위칭 타임이 1ms ~ 4ms의 시간이 소요돼 스위치가 동시에 OFF되는 시점이 존재하였다. 그러나 80ns의 스위치 속도를 갖는 아날로그 스위치를 사용하는 경우 1~4ms의 스위치 속도를 갖는 일반 스위치에 비해 양 스위치가 모두 개방되어 있는 시간을 단축시킬 수 있다. 제어권 전환 시 제어권 전환 시간이 단축됨에 따라 범프 발생을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 스위치(SW1 또는 SW2)가 저항을 통해 접지되는 접지 단자로 스위칭될 수 있다. 따라서 제어카드로부터 출력되는 출력 전류가 저항을 통해 접지단자로 흐름으로써 전압강하로 인해 제어카드의 출력전압레벨차이를 줄여 도2와 같은 현상을 줄여줄 수 있다.

도 7은 스위치 개방시 300Ω의 저항에 연결되는 경우의 전압의 출력 레벨을 나타내는 표이다. 제어권을 갖는 경우(스위치가 출력단자로 스위칭된 경우, 250Ω의 부하 가정), 1-5 V(4-20mA 출력 전류의 경우) 또는 2.5-12.5 V(10-50mA)의 출력 레벨을 갖는다. 한편, 제어권이 없는 경우(스위치가 개방된 경우), 저항이 연결되지 않은 상태에서는, 15 V의 출력 레벨을 갖고, 이에 반해 300Ω의 저항을 통해 접지되는 상태에서는, 1.2 - 6 V(4 - 20 mA의 경우) 또는 3 - 15 V(10 - 50 mA의 경우)의 출력 레벨을 갖는다. 따라서 출력 전류가 저항을 통해 접지됨으로써 제어권 유무(스위치의 개방 또는 단락)에 따른 출력 레벨의 차이를 줄일 수 있고, 또한, 제어권 전환 시 출력 전압의 레벨 차이에 의해 발생하는 범프를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 스위칭이전에 발생할 수 있는 전원전압의 강하를 지연시키는 회로가 포함할 수 있다. 지연 회로는 적절한 크기의 용량을 갖는 커패시터로 구성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 커패시터는 각 제어카드의 전원 입력부(미도시)에 연결되어 각 제어카드에 입력되는 전원이 갑자기 차단되더라도 스위치의 스위칭 타이밍 보다 빠르게 입력되는 전원의 전압이 급격히 강하하는 것을 방지하고 따라서 전원이 차단된 이후에 출력 신호가 딜레이 되는 효과를 가져 출력파형에 영향을 주지 않도록 한다. 또한, 커페시터는 출력 단자와 접지 사이에 연결되어 양 스위치가 개방되더라도 일정 시간 이전 전압을 유지할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 9a 내지 9d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제어권 전환 신호 및 출력 파형을 측정한 그래프이다. 도 9a는 제어카드에 구비된 키 입력(소프트웨어 신호)이 입력되어 제어권이 주 제어카드에서 보조 제어카드로 전환된 경우에 출력파형에는 영향이 없음을 나타내는 그래프이다. 도 9b는 제어카드에 구비된 키 입력(소프트웨어 신호)이 입력되어 제어권이 보조 제어카드에서 주 제어카드로 전환된 경우에 출력파형에는 영향이 없음을 나타내는 그래프이다. 도 9c는 전원이 OFF(하드웨어 신호)되어 제어권이 주 제어카드에서 보조 제어카드로 전환된 경우에 출력파형에는 영향이 없음을 나타내는 그래프이다. 도 9d는 전원이 OFF(하드웨어 신호)되어 제어권이 보조 제어카드에서 주 제어카드로 전환된 경우에 출력파형에는 영향이 없음을 나타내는 그래프이다.

CH 1은 제어권 전환 신호(H→L = 주 제어카드 → 보조 제어카드, L →H = 보조 제어카드 → 주 제어카드)를 나타내고, CH2는 출력 파형을 나타낸다(시간 범위:100㎲, 전압 범위: CH1=10V, CH2=500mV, 출력 전류:4mA). 각 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 출력 파형에 도 3에 나타난 범프가 나타나지 않았음을 확인할 수 있다.

상기와 같이 설명된 이중화 제어설비의 전류 출력 신호 단절 방지 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다.

여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

ADC : 아날로그-디지털 변환부
DAC : 디지털-아날로그 변환부
CPU : 프로세서

Claims (4)

1. 신호를 입력받는 입력부;
   상기 입력부를 통해 입력된 신호를 처리하는 제 1 제어카드;
   상기 입력부를 통해 입력된 신호를 처리하는 제 2 제어카드; 및
   상기 제1 제어카드 및 상기 제2 제어카드에 의해 출력되는 신호 중 하나의 신호를 선택하여 출력하는 출력부를 포함하고,
   상기 출력부는,
   상기 제 1 제어카드로부터 출력되는 신호를 스위칭하는 제 1 스위치;
   상기 제 2 제어카드로부터 출력되는 신호를 스위칭하는 제 2 스위치; 및
   상기 제 1 제어카드의 제어권 및 상기 제 2 제어카드의 제어권에 관한 신호를 수신하여 상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치를 제어하는 OR 게이트를 포함하는, 이중화 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치는 80 ns 이하의 스위칭 속도를 갖는 고속 아날로그 스위치인 것을 특징으로 하는 이중화 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 스위치 및 상기 제 2 스위치 중 어느 하나는 신호가 출력되는 출력 단자로 스위칭되고, 다른 하나는 300Ω의 저항을 통해 접지되는 것을 특징으로 하는 이중화 제어장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 제어카드 및 상기 제 2 카드는 각각 전원 전압의 강하를 지연시키는 회로를 더 포함하고,
   상기 회로는 커페시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중화 제어장치.

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