KR20130085810A - 아날로그 입력모듈 - Google Patents

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Abstract

논리연산제어장치(PLC)의 아날로그 입력모듈이 개시된다. 입력되는 아날로그 신호에 중첩된 하트(HART) 신호-복수의 HART 트랜스미터로부터 수신함-를 수신하는 본 발명의 아날로그 입력모듈은, 아날로그 신호와 HART 신호를 분리하여 신호처리하는 아날로그 신호처리부와 상기 아날로그 신호처리부를 제어하고, 변환결과를 저장하는 디지털 신호처리부를 포함한다.

Description

아날로그 입력모듈{ANALOG INPUT MODULE}
본 발명은 아날로그 입력모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 논리연산제어장치(Programmable Logic Controller; 이하, 'PLC'라 함)를 구성하는 아날로그 입력모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 아날로그 입력모듈은 PLC 시스템에서, 트랜스미터에서 출력되는 아날로그 전기신호를 입력으로 하여, 아날로그/디지털 변환을 수행하여 디지털 데이터로 출력하는 모듈을 말한다.
아날로그 입력모듈은 DC 4~20mA, DC 0~20mA, DC 1~5V, DC 0~5V, DC 0~10V 및 DC -10~10V 등 다양한 범위의 전기신호를 수신할 수 있으며, PLC 연산을 위하여 이러한 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다. 일례로, 아날로그 입력은 0~16,000 또는 -32000~32,000 등의 지정된 범위 이내의 데이터로 변환되어, PLC 연산부에 제공된다.
이러한 아날로그 입력모듈은 식품포장기계, 각종 공업요로, 반도체 제조장치, 플라스틱 성형기계 등 여러 분야에 걸쳐 이용되고 있다.
한편, 최근 고기능, 지능형 트랜스미터와 이의 효율적 관리에 대한 필요가 증대되면서 분산제어 시스템에 사용되었던 트랜스미터와 PLC와의 통신기능이 요구되고 있다.
PLC는 기존에 사용하던 제어반(Control Panel) 내의 릴레이, 타이머, 계수기 등의 기능을 IC 및 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체시켜, 기본적인 순차제어 기능에 연산기능을 추가함으로써, 프로그램 제어가 가능하도록 한 범용 제어장치를 말한다.
현재 트랜스미터에서 가장 많이 채택하는 통신방식은 하트(Highway Addressable Remote Transducer; 이하, 'HART'라 함) 통신규약이다. HART 통신규약은 현장계측기에서 오래전부터 산업표준으로 사용하는 4~20mA의 아날로그 신호에 디지털 통신기능이 추가된 형태로, 2선 방식 계측기의 정보이용 및 관리에 우수한 개선 효과가 있다.
HART 규약은 아날로그 신호와 함께 부가적인 정보로 계측한 측정값(Process Variable)을 디지털로 출력하며, 각종 매개변수(Parameters)를 설정하고, 전송기를 원격지에서 교정(calibration)할 수 있고, 고장진단까지 가능하므로, 제어실에서 현장계측기의 작동과 관련된 풍부한 정보를 가지고 현장의 상황을 보다 입체적으로 모니터할 수 있다.
이러한 HART 통신의 장점으로 인해 많은 트랜스미터에 HART 통신기능이 들어가게 되었으며, 트랜스미터와 연결되는 분산제어 시스템에 HART 통신을 지원하는 제품들이 사용되고 있다.
최근들어, 비약적으로 발전한 PLC의 성능은 점차 분산제어 시스템의 영역으로 확장되고 있고, 이에 따라 분산제어 시스템에서 주로 사용되었던 HART 통신기능은 PLC에서도 필요한 상황이 되었다.
도 1은 종래의 HART 트랜스미터를 사용하는 PLC 시스템의 구성도이다.
도면에 도시된 같이, 종래의 PLC 시스템에서는, PLC(200)와, HART 트랜스미터(400)와 PLC(200)를 인터페이스하는 트랜스미터 인터페이스(300)로 구성된다.
트랜스미터 인터페이스(300)는 HART 트랜스미터(400)로부터 아날로그 신호와 HART 신호를 입력받아, 아날로그 신호를 PLC의 아날로그 입력모듈(230)로 전송하는 터미널 블록모듈(320)과, 터미널 블록모듈(320)로 들어온 아날로그 신호에 중첩된 HART 신호를 분리하고 해석하여 PLC의 통신모듈(220)로 전송하는 통신모듈(310)로 구성된다.
PLC(200)는 트랜스미터 인터페이스(300)의 통신모듈(310)과 통신하는 통신모듈(220)과, 터미널 블록모듈(320)로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 입력모듈(230) 및 사용자단말(100)에 연결되어 프로그램과 감시에 관련된 책무를 수행하는 PLC 중앙처리장치(Central Processing Unit; 이하 'CPU'라 함)(210)로 구성된다.
즉, 도 1과 같이, HART 트랜스미터(400)에서 출력되는 아날로그 신호와 HART 신호를 PLC(200)에서 이용하려면, 트랜스미터 인터페이스(300)와 통신모듈(220)이 반드시 요구된다.
트랜스미터 인터페이스(300)는 내부적으로 2개의 책무를 수행하여야 하는데, 하나는 아날로그 신호를 아날로그 모듈(230)에 전달하는 것이고, 다른 하나는 HART 신호를 PLC 통신모듈(220)에 전달하는 것이다. 트랜스미터 인터페이스(300) 내부의 통신모듈(310)은 아날로그 신호에 중첩된 HART 신호를 분리하여 전송하고자 하는 통신규약으로 변환하여야 한다.
이때, 트랜스미터 인터페이스(300)의 통신모듈(310)의 통신방식에 따라 PLC(200)의 통신모듈(220)의 종류가 결정되며, 이는 HART 통신을 위해 2개의 제품을 사용해야 하는 것을 의미하고, 이는 비용의 증가로 이어지는 문제점이 있다.
또한, 운전중 트랜스미터 인터페이스(300)의 고장이 발생한 경우, 사용자의 손실이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, PLC에서 아날로그 입력모듈이 HART 신호처리를 수행하게 하여, 설치비용을 줄이고, 간단한 시스템을 구성하도록 하는, 아날로그 입력모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 입력되는 아날로그 신호에 중첩된 하트(HART) 신호-복수의 HART 트랜스미터로부터 수신함-를 수신하는 본 발명의 논리연산제어장치(PLC)의 아날로그 입력모듈은, 아날로그 신호와 HART 신호를 분리하여 신호처리하는 아날로그 신호처리부; 및 상기 아날로그 신호처리부를 제어하고, 변환결과를 저장하는 디지털 신호처리부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 아날로그 신호처리부는, 아날로그 신호를 수신하고, 상기 HART 트랜스미터로부터 수신되는 HART 신호를 수신하는 입출력부; 상기 입출력부를 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 변환부; 및 상기 입출력부를 통해 수신된 HART 신호를 디지털 데이터로 변환하는 HART 통신부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 아날로그 신호처리부는, 아날로그 신호와 디지털 데이터를 분리하는 절연부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 디지털 신호처리부는, 기설정된 파라미터를 전달받고, 아날로그 신호의 변환결과를 저장하는 인터페이스부; 및 상기 아날로그 신호처리부로부터 전달된 데이터를 해석하고 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 HART 통신부는, 디지털 데이터로 변환한 HART 신호를 상기 제어부에 전송하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 아날로그 신호처리부는, 상기 HART 통신부로부터 수신되는 HART 명령어를 상기 입출력부에 스위칭하는 스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 HART 통신부는, 상기 제어부로부터 HART 명령어를 수신하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은, PLC에 HART 인터페이스가 가능한 아날로그 입력모듈을 제공함으로써, PLC에서 트랜스미터 인터페이스 없이 HART 트랜스미터와 HART 통신을 수행하도록 하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 HART 통신을 구성하고자 하는 사용자에게 직접적인 비용 절감이 가능하게 하며, 설치의 복잡성 또한 줄이도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 HART 트랜스미터를 사용하는 PLC 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 PLC 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 아날로그 입력모듈의 일실시예 상세 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 PLC 시스템의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 시스템은, 사용자단말(10)과 연결되는 논리제어장치(Programmable Logic Controller; PLC)(20)와, 복수의 HART(Highway Addressable Remote Transducer) 트랜스미터(30)를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 PLC(20)는 중앙처리장치(Central Processing Unit; 이하 'CPU'라 함)(21), 본 발명의 HART 인터페이스 기능을 수행하는 아날로그 입력모듈(22) 및 전원부(23)를 포함한다.
본 발명의 아날로그 입력모듈(22)은 도 1의 트랜스미터 인터페이스(300)와 PLC의 통신모듈(220)의 기능을 동시에 수행하므로, 시스템의 구성이 매우 간단해졌음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 아날로그 입력모듈의 일실시예 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 아날로그 입력모듈(22)은 HART 트랜스미터(30)로부터 출력된 신호를 수신하여, 아날로그 신호와 HART 신호를 분리하여 신호 처리하는 아날로그 신호처리부(40)와, 아날로그 신호처리부(40)를 제어하고, 변환결과를 저장하는 디지털 신호처리부(50)를 포함한다.
구체적으로, 아날로그 신호처리부(40)는, 입출력부(41), 스위치부(42), 아날로그/디지털(Analog/Digital; 이하, 'A/D'라 함) 변환부(43), HART 통신부(44) 및 절연부(45)를 포함한다. 또한, 디지털 신호처리부(50)는 인터페이스부(51) 및 제어부(52)를 포함한다.
입출력부(41)는 HART 트랜스미터(30)로부터 출력되는 신호를 다중화하고, HART 통신부(44)로부터 출력되는 신호를 역다중화한다.
스위치(42)는 HART 통신부(44)로부터 출력되는 HART 출력신호를 입출력부(41)로 스위칭하여 연결한다.
A/D 변환부(43)는 입출력부(41)를 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다.
HART 통신부(44)는 입출력부(41)를 통해 수신된 HART 신호를 디지털 데이터로 변환하고, PLC CPU(21)로부터 인터페이스부(51) 및 제어부(52)를 통해 전달된 HART 출력신호를 스위치(42)를 통해 입출력부(41)가 HART 트랜스미터(30)로 출력하게 한다.
절연부(45)는 복수의 광커플러(photocoupler)로 구성되며, 회로의 신뢰성 향상을 위해 아날로그 신호와 디지털 데이터를 분리한다.
디지털 신호처리부(50)의 인터페이스부(51)는 절연부(45)와 PLC CPU(21)를 인터페이스한다. 또한, 외부로부터 기설정된 파라미터를 전달받고, 아날로그 신호의 변환결과를 저장한다. 인터페이스부(51)는 예를 들어, 메모리 인터페이스이다.
제어부(52)는 HART 통신부로부터 전달된 신호를 해석하고 제어한다.
이하, 본 발명의 아날로그 입력모듈의 동작을 설명하기로 한다.
도 3의 입출력부(41)를 통해 수신된 HART 신호가 중첩된 아날로그 전류신호는, 입출력부(41)의 멀티플렉서에 의해 다중화된다.
도 2에서는 4개의 HART 트랜스미터(30)가 4개의 채널을 가지는 아날로그 입력모듈에 연결된 형태를 도시하였으나, 이에 한정되는 것이 아님은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
입출력부(41)를 거친 아날로그 전류신호는 A/D 변환부(43)에 입력되어 디지털 변환되고, 입출력부(41)를 거친 아날로그 전류신호에 중첩된 HART 신호는 아날로그 전류신호와 분리되어 HART 통신부(44)로 입력된다. 이를 위해 본 발명의 아날로그 신호처리부(40)는 아날로그 전류신호와 HART 신호를 분리하는 필터링부(도시되지 않음)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
A/D 변환부(43)가 변환한 디지털 데이터는 절연부(45)를 거쳐 인터페이스부(51)에 저장된다.
HART 통신부(44)는, 예를 들어 HART 모뎀이다. HART 통신부(44)는 소정 핀(도 에서는 ORXD 및 OCD핀)을 통해 외부로부터 입력된 HART 신호를 출력한다. 이와 같이 출력된 HART 신호는 절연부(45)를 통해 제어부(52)로 전송되는데, 예를 들어 제어부(52)의 RXD 단자로 수신된다.
HART 명령어를 전송하고자 하는 경우, PLC CPU(21)로부터 전달받은 HART 명령어는 인터페이스부(51)를 거쳐 제어부(52)에 전달되고, 제어부(52)의 소정 단자(예를 들어 TXD 단자)를 통해 절연부(45)를 거쳐 HART 통신부(44)의 INTRS 및 ITXD 단자로 전송된다.
이와 같이 전송된 신호는 HART 통신부(44)의 출력단자를 통해 입출력부(41)로 전송되는데, 이때, 스위치(42)를 통해 전송하고자 하는 단자와 연결할 수 있다. HART 신호를 송신하지 않는 경우에는 스위치(42)는 오픈상태로 유지된다.
입출력부(41) 및 스위치(42)는 제어부(52)에 의해 제어된다.
HART 통신을 이용하기 위해 기존설비에 추가하여 HART 인터페이스 모듈을 장착하는 것은 많은 비용이 소모되므로, 본 발명에 의하면, 기존 배선을 그대로 이용할 수 있는 아날로그 입력모듈에 HART 통신기능을 부가하여, 비용과 설치와 관련된 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 PLC(20)에 연결된 복수의 HART 트랜스미터(30)는 HART 통신을 통해 제품의 고장, 진단과 현장상황을 쉽게 파악할 수 있게 하고, 유지/보수비용을 낮출 수 있도록 한다.
본 발명에 따르면, 기존 아날로그 배선을 통신채널로 사용하여, 필드버스 구축을 위한 배선비용을 절감할 수 있다.
즉, 본 발명은 아날로그 입력모듈에 HART 통신기능을 부가하여, PLC의 아날로그 입력모듈에서 필드버스의 장점을 이용할 수 있도록 하며, 인건비, 전선, 단자대 등을 구성되는 필드버스의 배선비용을 절감하여, PLC에서도 필드버스 데이터를 저렴한 비용으로 이용하려는 생산현장의 요구를 충족시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 사용자단말 20: PLC
21: PLC CPU 22: 아날로그 입력모듈
30: HART 트랜스미터 40: 아날로그 신호처리부
41: 입출력부 42: 스위치
43: A/D 변환부 44: HART 통신부
45: 절연부 50: 디지털 신호처리부
51: 인터페이스부 52: 제어부

Claims (7)

  1. 입력되는 아날로그 신호에 중첩된 하트(HART) 신호-복수의 HART 트랜스미터로부터 수신함-를 수신하는 논리연산제어장치(PLC)의 아날로그 입력모듈에 있어서,
    아날로그 신호와 HART 신호를 분리하여 신호처리하는 아날로그 신호처리부; 및
    상기 아날로그 신호처리부를 제어하고, 변환결과를 저장하는 디지털 신호처리부를 포함하는 아날로그 입력모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아날로그 신호처리부는,
    아날로그 신호를 수신하고, 상기 HART 트랜스미터로부터 수신되는 HART 신호를 수신하는 입출력부;
    상기 입출력부를 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 변환부; 및
    상기 입출력부를 통해 수신된 HART 신호를 디지털 데이터로 변환하는 HART 통신부를 포함하는 아날로그 입력모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 아날로그 신호처리부는,
    아날로그 신호와 디지털 데이터를 분리하는 절연부를 더 포함하는 아날로그 입력모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 디지털 신호처리부는,
    기설정된 파라미터를 전달받고, 아날로그 신호의 변환결과를 저장하는 인터페이스부; 및
    상기 아날로그 신호처리부로부터 전달된 데이터를 해석하고 제어하는 제어부를 포함하는 아날로그 입력모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 HART 통신부는,
    디지털 데이터로 변환한 HART 신호를 상기 제어부에 전송하는 아날로그 입력모듈.
  6. 제2항에 있어서, 상기 아날로그 신호처리부는,
    상기 HART 통신부로부터 수신되는 HART 명령어를 상기 입출력부에 스위칭하는 스위치를 더 포함하는 아날로그 입력모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 HART 통신부는,
    상기 제어부로부터 HART 명령어를 수신하는 아날로그 입력모듈.

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