KR20150000932A - 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템(ｒｔｕ) - Google Patents

네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템(ｒｔｕ) Download PDF

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Abstract

본 발명은 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템에 관한 것으로서, 2개의 알티유를 구비하고 2중 통신선로와 이중화 통신 인터페이스를 제공하도록 통신 절체모듈을 구비하며, 각 알티유는 각 입출력모듈들과 절연 트랜스포머를 통해 신호 포트가 각기 독립적으로 연결되어 메인제어모듈과 이더넷 통신연결하는 통신모듈을 구비하며, 메인제어모듈 간에 랜통신으로 연결되어 이중화 제어하도록 이루어지도록 구성되며, 현장장비 연결 단자대의 신호를 분기하여 각 알티유의 입력채널로 분기시켜 연결하는 인터페이스 보드를 더 포함하여 구성한 이중화 알티유 시스템을 제공한다.

Description

네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템(ＲＴＵ){Network interface based redundant RTU to support the expansion of the input and output}
본 발명은 전력제어 계통의 SCADA 시스템의 원격제어 모듈로 사용하고 있는 알티유(RTU) 장비(Remote Terminal Unit : RTU)에 관한 것으로, 서브랙에 장착하는 장비 슬롯 모듈 간의 데이터 송수신을 이더넷 네트워크 방식을 이용하여 통신을 수행하고, 이더넷 네트워크의 자유로운 포트 확장성을 이용하여 원거리에 있는 입출력 포인트를 위한 입출력 보드의 확장이 자유로운 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 RTU에 관한 것이다.
전력제어 시스템의 원격제어 시스템인 SCADA RTU는 한 개의 서브랙에 대하여 PLC를 사용하거나, VME BUS 방식의 컴퓨팅 방식 또는 PCI 컴퓨팅 시스템의 버스 공유 방식 등을 사용해 왔다.
그러나 이러한 버스 공유 방식의 시스템들은 시스템 확장 시에 시스템 버스를 확장하여야 하므로 연결하여야 하는 많은 케이블이 존재하고, 이로 인하여 인터커넥션의 문제 등 시스템 확장에 번거로움이 존재하고 있으며, 서브랙에 장착된 모듈 중 한 개의 모듈이 공유 버스를 점유하는 물리적 장애를 일으킬 경우 공유 버스의 통신이 불가하게 되어 서브랙 전체 시스템이 장애를 일으킬 수 있는 잠재적인 문제점을 가지고 있다.
또한 노이즈가 심한 악조건의 산업 현장에서 입출력 접점이 원거리인 경우 제어 입출력 접점을 위해 배선의 길이를 길게 하여야 한다. 그러나 배선이 길어질수록 노이즈로 인한 오동작의 문제 가능성 등을 포함하고 있다.
이러한 종래의 버스 공유 방식이나, 배선을 연장하는 방법으로는 산업 현장에서 발생하는 원격제어기의 물리적인 버스 장애 문제나, 제어 신호선의 노이즈 문제를 근본적인 원인을 해결할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 이중화 방식으로 운영실과 현장 제어기 사이에 통신 선로만 이중화시키고 알티유 자체는 하나의 알티유만을 이용하며, 알티유의 내부 프로그램에 의해 통신 선로를 절체하는 이중화 방식이 보편화되어 있으나, 현장 제어 시스템이 이중화 되어 있지 않을 경우 제어시스템의 이중화는 구현하지 못하고 있었다.
한편, 현장 제어기의 이중화에 대해서 한국공개특허 10-2002-0027047호(2002.04.13)' 알티유(RTU)의 마이크로 콘트롤러 2중화 제어장치와 방법'이 제안되어 있는데, 이는 알티유 내부의 마이크로 콘트롤러를 2중화시켜 메인과 서브 마이크로 콘트롤러의 모든 기능을 절체하는 방법으로 이중화하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 알티유 이중화 방법은, 마이크로 콘트롤러의 프로그램수행시 이상 동작이 발생 될 때 절체하는 것이므로, 알티유의 입출력단의 문제발생에 대해서는 전혀 대응할 수 없었다.
한국공개특허공보 10-2002-0027047(2002.04.13)
본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 것으로,
첫째는 서브랙의 모듈간 백보드를 통한 통신 인터페이스를 기존의 PLC를 사용하거나, VME BUS 방식의 컴퓨팅 방식 또는 PCIe 컴퓨팅 시스템의 버스 공유 방식 등을 사용하는 방식이 아닌 이더넷 방식을 사용하여 모듈 각각의 독립적인 동작은 기존의 시스템과 동일하게 보장하고, 물리적으로는 이더넷 트랜스포머를 이용하여 절연을 유지하면서, 각각의 모듈에 대하여 이더넷 스위치 모듈을 이용한 통신포트를 각각 제공하여 절연된 통신 포트를 제공하면서 동시에 통신 성능을 보장하는 것으로서, 서브랙 모듈 중 한 개의 모듈이 물리적으로 장애를 일으키더라도 나머지 모듈은 안전하게 통신을 할 수 있도록 물리적인 통신 포트의 독립성을 보장하는 것이다.
둘째는 입출력해야 하는 제어 접점이 서브랙으로부터 멀리 떨어져 있을 경우 이더넷 네트워크의 자유로운 포트 확장성을 이용하여 원거리에 있는 입출력 포인트를 위한 입출력 모듈을 사용하여 입출력 접점의 원거리 확장 모듈을 지원하는 기능을 제공하기 위한 것이다. 입출력 원거리 확장 모듈의 물리적인 인터페이스는 트위스트 페어(Twist Pair) 케이블을 이용하는 방법과 SPF 광 모듈을 사용하는 방법 두 가지 중 사용자가 선택하여 사용할 수 있도록 동시에 두 가지의 네트워크 인터페이스를 제공하는 시스템이다. 또한 입출력 확장의 방법으로서 서브랙 단위의 확장 방법도 제공한다.
셋째는 이중화 되어 있지 않은 한 개의 현장 제어기기를 이중화 제어 장치로 제어하기 위한 이중화 인터페이스 보드를 제공하는 것으로 제어 장치를 이중화하고, 이중화한 제어 장치의 출력은 하나의 출력으로 모아서 출력하게 해주는 출력 인터페이스 보드를 제공하고, 입력은 한 개의 입력을 손실 없이 두 개로 분리하여 두 개의 제어 모듈에 전달하여 주는 입력 분기 인터페이스 보드를 제공하는 제어 장비시스템을 구현하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 전력제어 계통의 SCADA 시스템의 원격제어 모듈로 사용하고 있는 장비(Remote Terminal Unit : RTU)에 관한 것으로, 서브랙에 장착하는 장비 슬롯 모듈 간의 데이터 송수신을 이더넷 네트워크 방식을 이용하여 통신을 수행하고, 또 이더넷 네트워크의 자유로운 포트 확장성을 이용하여 원거리에 있는 입출력 포인트를 위한 입출력 보드의 확장이 자유로운 신 개념의 SCADA RTU 장비를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 서브랙의 모듈간 백보드를 통한 통신 인터페이스를 이더넷 방식으로 설계하여 모듈 각각의 독립적인 동작을 보장하고, 물리적으로는 절연을 유지하면서 통신 성능을 보장하는 것으로서, 서브랙 모듈 중 한 개의 모듈이 물리적으로 장애를 일으키더라도 나머지 모듈은 안전하게 통신을 할 수 있도록 보장하는 알티유를 제공한다.
본 발명은, 입출력해야 하는 제어 접점이 서브랙으로부터 멀리 떨어져 있을 경우 이더넷 네트워크의 자유로운 포트 확장성을 이용하여 원거리에 있는 입출력 포인트를 위한 입출력 모듈을 서브랙에 사용하는 동일한 기능을 가진 독립 모듈 형태로 제작하여 네트워크에 연결하여 사용하도록 하여, 출력 접점의 원거리 확장 모듈을 지원하는 기능을 가지는 알티유로서, 입출력 원거리 확장 모듈의 물리적인 인터페이스는 RJ45 커넥터를 이용한 트위스트 페어(Twist Pair) 케이블을 이용하는 방법과 SFP 광 모듈 타입의 커넥터를 사용하는 방법 두 가지 중 사용자가 선택하여 사용할 수 있도록 동시에 두 가지의 네트워크 인터페이스를 제공하는 모듈을 지원하는 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 입출력 원거리 확장 모듈은 AI / BI / BO 각각의 기능을 지원하는 독립형 모듈 또는 통신인터페이스를 이용하여 서브랙 단위의 확장랙 단위로 시스템 확장을 지원하는 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 이중화 되어 있지 않은 한 개의 현장 제어기기를 이중화 제어 장치로 제어하기 위한 이중화 인터페이스 보드를 제공하는 것으로 제어 장치를 이중화하고, 이중화한 제어 장치의 출력은 하나의 출력으로 모아서 출력하게 해주는 출력 인터페이스 보드를 제공하고, 입력은 한 개의 입력을 손실 없이 두 개로 분리하여 두 개의 제어 모듈에 전달하여 주는 입력 분기 인터페이스 보드를 제공한다.
아날로그 입력 보드는 한 개의 아날로그 입력 포트에 대하여 OP AMP를 이용하여 두 개의 등 전위 아날로그 신호로 분리하여 각각의 이중화된 알티유의 입력채널로 보내 주는 기능을 하고, 디지털 입력 보드는 한 개의 디지털 입력 포트에 대하여 절연 버퍼를 거친 후 동일한 디지털 신호가 동시에 각각의 이중화된 알티유의 입력채널 보내 주는 기능을 하며, 디지털 출력 보드는 한 개의 디지털 출력 포트에 대하여 OR 게이트를 사용하여 각각의 이중화된 제어기의 출력을 수용하여 한 개의 제어 신호라도 수신되면 릴레이 제어를 출력 채널을 제어하는 기능을 하도록 구성함에 특징이 있다.
또한 본 발명은, 상위 서버와의 통신 이중화를 위한 두 개의 통신 인터페이스를 제공하여 각각의 알티유에서, 통신 선로의 이중화를 보장하는 것으로서 한 개의 알티유가 두 개의 서버 전송 인터페이스를 제공하여 시스템 이중화와는 별도로 통신의 이중화 기능을 지원하고, 필요시 이중화 장비로 통신 선로를 절체 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 디지털 릴레이 출력의 이상 출력 방지를 위한 별도의 전원공급장치의 전원 탭을 별도로 구성하고, 시스템 동작 전원과 별도로 디지털 출력 릴레이 제어를 위한 출력 전원의 차단 기능을 제공하여, 유지 보수 시 현장 제어기와 독립적으로 점검을 진행할 수 있는 기능을 제공함에 특징이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은
전력제어 계통의 SCADA 시스템의 원격제어 모듈로 사용하고 있는 알티유(Remote Terminal Unit : RTU)에 있어서,
알티유의 각 모듈들의 전원을 공급하는 파워모듈과,
현장 장치들의 디지털 신호를 입력받는 복수의 디지털 입력모듈과,
현장 장치들의 아날로그 신호를 입력받는 복수의 아날로그 입력모듈과,
현장 장치들을 제어하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 복수의 디지털 출력모듈과,
상기 디지털 입력모듈, 아날로그 입력모듈, 디지털 출력모듈들과 백보드 커넥터를 통하여 이더넷 네트워크 통신 보드 기반으로 각각의 포트에 하나의 모듈들이 독립적으로 연결되는 통신모듈과;
상기 통신모듈을 통해 상기 디지털 입력모듈, 아날로그 입력모듈, 디지털 출력모듈들과 연결되어 원격지의 지령을 받아 현장 장치들을 제어하는 알티유(RTU) 메인제어모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 통신모듈은 복수의 광신호 연결포트와, 복수의 랜 연결 포트를 확장포트로 구비하여 입출력모듈을 확장 연결할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 알티유는 동일한 구성으로 2개가 구비되고, 2개의 알티유는 각 메인제어모듈 간에 랜통신으로 이중화 동적 연결되어 어느 한쪽의 이상 발생시 다른쪽으로 자동 절체되는 메인과 서브 알티유로 각각 동작되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 첫째 서브랙의 모듈간 백보드 커넥터를 통한 통신 인터페이스를 이더넷 허브 모듈을 사용하여, 통신 인터페이스와는 별개로 모듈 각각의 독립적인 동작은 기존의 시스템과 유사하게 보장하면서도, 물리적으로는 모든 이더넷 포트에 대하여 이더넷 통신용 트랜스포머를 이용하여 절연을 유지하여, 각각의 모듈에 대하여 이더넷 스위치 모듈을 이용한 통신포트를 제공하여 절연된 통신 포트를 제공하면서 동시에 통신 성능을 보장하여, 서브랙 모듈 중 한 개의 모듈이 통신 인터페이스에서 물리적으로 장애를 일으키더라도 나머지 모듈은 이더넷 트랜스포머를 통하여 이더넷 스위치 모듈을 이용하여 절연되어 있기 때문에 안전하게 통신을 할 수 있도록 물리적인 통신 포트의 독립성을 보장하는 효과가 있다.
둘째 입출력해야 하는 제어 접점이 서브랙으로부터 멀리 떨어져 있을 경우 이더넷 네트워크의 자유로운 포트 확장성을 이용하여 원거리에 있는 입출력 포인트를 위한, RJ45 커넥터를 이용한 Twist Pair 케이블 및 SFP 광 모듈 타입의 커넥터를 동시에 지원하는 원거리 AI / BI / BO 각각의 모듈을 지원하는 모듈과 서브랙 단위의 확장랙 시스템을 지원하는 네트워크제어 모듈을 제공하여 입출력 포트의 자유로운 확장성을 제공하는 효과가 있다.
셋째 이중화 되어 있지 않은 한 개의 현장 제어기기를 이중화 제어 장치로 제어하기 위한 이중화 인터페이스 보드를 제공하여, 초기 설계가 이중화 되어 있지 않은 시스템이더라도 제어 시스템의 이중화를 제공하는 효과가 있다.
또한 시스템 상위 서버와의 통신 이중화를 위한 두 개의 통신 인터페이스를 제공하여 각각의 알티유에서, 통신 선로의 이중화를 보장하는 것으로서 한 개의 알티유가 두 개의 서버 전송 인터페이스를 제공하여 시스템 이중화와는 별도로 통신의 이중화 기능을 지원하고, 필요시 이중화 장비로 통신 선로를 절체 할 수 있는 기능을 갖는 효과가 있다.
또한 디지털 릴레이 출력의 이상 출력 방지를 위한 별도의 전원공급장치의 전원 탭을 별도로 구성하고, 시스템 동작 전원과 별도로 디지털 출력 릴레이 제어를 위한 출력 전원의 차단 기능을 제공하여, 유지 보수 시 현장 제어기와 독립적으로 점검을 진행할 수 있는 기능을 제공하는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명은 종래의 시스템의 장점은 수용하고 단점은 보완하여 현장 적용 시 안정하고 편리한 최고의 효과를 낼 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템 개요도.
도 2는 본 발명에 의한 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템 구성도.
도 3은 본 발명에 의한 통신모듈 연결 개념도.
도 4는 본 발명을 설명하기 위한 이더넷 네트워크 통신보드 기반 백보드 이더넷 네트워크 연결 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 이중화 알티유의 확장보드 개념도.
도 6은 본 발명에 의한 이중화 알티유의 통신 절체 흐름도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 이중화 알티유의 현장장비 연결 인터페이스 보드 개념도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템 개요도이고, 도 2는 본 발명에 의한 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템 구성도이다.
현재까지 사용해 오던 RTU 시스템은 이중화 되어 있지 않고, 통신 선로만 이중화 되어 있는 시스템을 사용해 왔다. 따라서 현재의 시스템은 RTU의 절체를 고려하지 않고 필요에 따라서 통신 선로를 절체하고 있다.
이에 따라 본 발명에서는 종래의 통신 선로의 절체와 RTU의 절체를 독립적으로 통신 절체 모듈을 추가하여 1개의 액티브 RTU에 대하여 종래의 통신 절체를 지원하면서, RTU 장애 시 통신선로를 절체하는 방법을 제시한다.
운영실의 주서버(10)와 원격지의 이중화 RTU(100)(200) 사이에 이중화 통신선로(20)(30)를 설치하고, 통신 절체모듈(300)을 구비하여 이중화 RTU(100)(200)와 절체하도록 구성된다.
이와 같이 통신절체모듈(300)에 의해 2중화 통신선로(20)(30)와 2개의 알티유(100)(200)간의 이중화 절체시스템으로 구성하고, 마스터 RTU 및 리던던시 알티유(100)(200)는 동일 구성으로서 도 2와 같이 구성된다.
본 발명에 의한 이중화 알티유는,
전력제어 계통의 SCADA 시스템의 원격제어 모듈로 사용하고 있는 알티유(Remote Terminal Unit : RTU)에 있어서,
알티유의 각 모듈들의 전원을 공급하는 파워모듈(110)과,
현장 장치들의 디지털 신호를 입력받는 복수의 디지털 입력모듈(120)과,
현장 장치들의 아날로그 신호를 입력받는 복수의 아날로그 입력모듈(130)과,
현장 장치들을 제어하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 복수의 디지털 출력모듈(140)과,
상기 디지털 입력모듈(110), 아날로그 입력모듈(120), 디지털 출력모듈(130)들과 백보드 커넥터를 통하여 이더넷 네트워크 통신 보드 기반으로 각각의 포트에 하나의 모듈들이 독립적으로 연결되어 이더넷 스위칭처리에 의해 후술되는 메인제어모듈(160)과 이너넷 네트워크 통신하는 통신모듈(150)과;
상기 통신모듈(150)을 통해 상기 디지털 입력모듈(110), 아날로그 입력모듈(120), 디지털 출력모듈(130)들과 연결되어 원격지의 지령을 받아 현장 장치들을 제어하는 알티유(RTU) 메인제어모듈(160)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 통신모듈(150)은 복수의 광신호 연결포트(151)와, 복수의 랜 연결 포트(152)를 확장포트로 구비하여 확장 입출력모듈(170)을 확장 연결할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 알티유는 동일한 구성으로 2개가 구비되고, 2개의 알티유는 각 메인제어모듈 간에 랜통신으로 이중화 동적 연결되어 어느 한쪽의 이상 발생시 다른쪽으로 자동 절체되는 마스터 RTU와 리던던시 RTU로 각각 동작되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 통신모듈 연결 개념도이고, 도 4는 본 발명을 설명하기 위한 이더넷 네트워크 통신보드 기반 백보드 이더넷 네트워크 연결 구성도이다.
본 발명에서 제안하는 RTU 시스템 내부의 통신 개념은 도 3에서 보는 바와 같이 통신 모듈[COMM](150)을 중심으로 백보드를 통한 이더넷 연결로 구성되어 있다.
한 개의 서브랙 시스템에 메인제어모듈(MPU)(160)은 1개, DO 4개, AI 4개, DI 6개의 모듈(또는 보드)를 수용하고 있으며, 각각의 모듈들의 통신 연결은 백보드의 통신라인 설계를 통하여 통신 모듈[COMM](150)과 각각 1:1로 물리적인 이더넷 연결이 되어 있으며, 이더넷 통신 라인은 백보드의 커넥터를 통하여 연결되어 있지만, 모듈 각각의 통신 접속부에는 절연 트랜스포머를 이용하여 전기적으로 상호 절연을 유지하며, 통신을 성립하는 것을 특징으로 한다. 즉, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 통신모듈(150)의 각 입출력단자에는 각기 절연 트랜스포머를 통해서 내부의 이더넷 스위칭모듈과 연결되게 구성한 것이다.
이러한 방식은 운용 중 한 개의 보드가 통신 라인에 장애를 주는 문제가 생기더라도, 이더넷 네트워크의 시스템 구조상 다른 통신 라인과 물리적으로 격리(Isolation)되어 지므로 시스템 전체의 통신에 영향을 주지 않는다.
좀더 상세하게 설명하면 도 3 에서 보는 바와 같이 본 발명은 백보드를 통한 이더넷 통신 라인 인터페이스를 통하여 서브랙 단위의 통신을 주관하는 통신 모듈[COMM](150)이 각각의 입출력 보드를 수용하는 포트를 제공하고 있어, 각각의 보드는 전기적으로 격리(Isolation)된 포트로 1:1로 연결되어 있어, 시스템 운용을 위한 통신은 이더넷을 통하여 원활히 이루어지는 동시에, 전기적으로는 격리 상태를 유지하여, 단위 보드의 장애 증상이나 물리적인 문제가 주변의 보드 또는 시스템 전체의 통신에 영향을 주지 않는 것이 특징이다.
이와 같이 2개의 RTU(100)(200)를 통신절체모듈(300)을 통해 이중화 통신선로(20)(30)와 통신 절체하는 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 통신 절체 모듈(30)은 상위 통신 모뎀과 RTU 사이에 위치하여, 이중화되어 있는 상위 통신 선로를 수용하고, 이중화되어 있는 RTU와의 통신 선로를 수용하되, 한 개의 RTU에 대하여 2개의 통신 선로를 지원하는 복 이중화로 연결한다.
통신 절체 모듈(30)은 상위 서버로부터 수신하는 데이터에 대해서는 신호를 증폭 분배하여 하위 RTU 시스템이 동일한 신호를 수신하도록 모뎀A/B 각각의 라인에 대하여 전달하여 준다.
시스템이 정상일 때 통신 절체 모듈은 마스터 액티브(Master Active)의 응답 신호만을 상위 서버로 전송하도록 스위치 절체 상태를 유지하게되고, 마스터 RTU의장애가 감지되면 리던던시(Redundancy) RTU의 제어에 의하여 리던던시 RTU의 응답을 상위 서버로 전송할 수있도록 절체하는 역할을 수행하게 된다.
리던던시 RTU는 마스터 RTU가 정상으로 복귀하면, 다시 통신 절체 상태를 마스터 RTU의 응답 신호가 상위 서버로 전달되도록 스위치 한 후 마스터 RTU의 상태를 감시하는 모드로 복귀한다.
도 6은 본 발명에 의한 이중화 알티유의 통신 절체 흐름도이다.
메인제어모듈MPU(160)의 전면에 있는 이더넷 네트워크 포트는 이중화 운전 시 마스터 RTU와 리던던시(Redundancy) RTU를 이더넷 통신으로 연결하여, 상호 운전 상태 정보를 공유하며, 현재 운전 상태를 체크하여 필요 시 절체를 수행한다.
마스터 알티유가 액티브 상태일때 마스터 알티유의 자가진단으로 정상상태인지 비정상 상태인지를 판단한다. 정상상태인 경우, 리던던시 알티유가 마스터 알티유를 감시하여 정상이면 계속 마스터 알티유가 액티브 상태로 운전된다. 마스터 알티유 자가진단 및 리던던시 알티유가 마스터 알티유를 감시하여 마스터 알티유가 비정상인 경우는, 상위 통신 보드를 절체한다. 즉, 통신절체모듈(300)을 제어하여 이중화 통신선로(20)(30)의 통신연결을 액티브 알티유로 절체하는 것이다. 상위 통신보드 절체후, 리던던시 알티유가 액티브 상태로 운전되며, 마스터 알티유의 상태가 정상으로 복귀될 때까지 리던던시 알티유가 액티브 상태로 운전된다.
마스터 알티유가 정상으로 복귀되면, 상위 통신 보드를 절체하여 액티브 상태의 알티유로 이중화 통신선로를 절체한다. 이는 2개의 통신선로 중 정상상태인 통신선로를 그대로 유지하여 통신을 행함으로써 상위 서버는 통신선로 절체를 관여하지 않아도 알티유에서 자동으로 선로를 정상선로로 절체하여 연결해준다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 이중화 알티유의 확장보드 개념도이다.
본 발명에 의한 알티유의 통신모듈(150)은 복수의 광신호 연결포트(151)와, 복수의 랜 연결 포트(152)를 확장포트로 구비하여 확장 입출력모듈(170)을 확장 연결할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
확장 보드는 RTU의 입출력 포트가 RTU로 멀어질 경우 제어케이블이 길어져 생기는 노이즈 및 신호의 감쇄 현상으로 인한 을 보상하기 위해, 입출력 접점을 포함하는 보드를 네트워크를 통하여 원거리에 위치 시킬 수 있도록 별도의 독립 모듈을 제공한다.
확장 보드는 개념적으로는 서브랙에 사용하는 AI / BI / BO 모듈과 같은 기능이지만, 서브랙에 사용하는 보드들은 후면 DIN 커넥터를 이용하여 백보드로 네트워크 인터페이스가 연결되지만, 확장 보드들은 랜 연결포트(152)(예; RJ45 커넥터) 또는 광연결포트(151)(예; SFP 광 커넥터)를 이용하여 네트워크 연결이 되는 것이 다르다.
이때 네트워크의 인터페이스는 이더넷을 이용한 방법으로 트위스트 페어 케이블 또는 광연결을 사용한다.
확장 보드를 사용할 경우 산업 현장에서 입출력 포트가 RTU로부터 멀리 떨어져 있더라도 네트워크를 이용한 확장 보드를 입출력 포트 가까이 배치하게 되면 입출력 포트가 길어 져서 발생하는 노이즈로 인한 문제 가능성을 배제할 수 있는 장점이 있다.
입출력 포트가 90m 이내의 중거리일 경우 트위스트 페어 케이블을 이용할 수 있으며, 장거리 일 경우는 광케이블을 이용하면 된다. 하지만 입출력 포트의 거리가 90m 이내 이더라도 노이즈의 문제 염려가 있다면 광케이블을 사용해도 무방하다.
한편, 본 발명에 의한 이중화 RTU는, 2개의 알티유와 현장 장비의 단자대를 이중화 구조로 연결해야 한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 의한 이중화 알티유의 현장장비 연결 인터페이스 보드 개념도이다.
본 발명의 2개의 알티유(100)(200)와 각각 연결되는 제1컨넥터(CON #1)와 제2컨넥터(CON #2)를 구비하고, 제1,제2컨넥터가 공통으로 현장장비 연결 단자대에 연결되는 인터페이스 보드(400)가 구비된다.
인터페이스 보드(400)는 디지털 입력 인터페이스 보드(410)와, 아날로그 입력 인터페이스 보드(420)와, 디지털 출력 릴레이 보드(430)로 구성되고, 각각의 제1컨넥터는 마스터 알티유(100)에, 제2컨넥터는 리던던시 알티유(200)에 연결되어 현장장치 단자대와의 이중화 연결 구성을 한다.
아날로그 입력 인터페이스 보드(420)는 한 개의 아날로그 입력 포트에 대하여 OP AMP를 이용하여 두 개의 등 전위 아날로그 신호로 분리하여 각각의 이중화된 알티유의 입력채널로 보내 주도록 구성하고, 디지털 입력 인터페이스 보드(410)는 한 개의 디지털 입력 포트에 대하여 절연 버퍼를 거친 후 동일한 디지털 신호가 동시에 각각의 이중화된 알티유의 입력채널 보내 주도록 구성하며, 디지털 출력 릴레이 보드(430)는 한 개의 디지털 출력 포트에 대하여 OR 게이트를 사용하여 각각의 이중화된 제어기의 출력을 수용하여 한 개의 제어 신호라도 수신되면 릴레이 제어를 출력 채널을 제어하는 기능을 하도록 구성된다.
이와 같이 본 발명에 의한 이중화 알티유(100)(200)에는 인터페이스 보드(400)를 구비하여 현장 장비 연결 단자대와 이중화 연결함으로써 2개의 알티유를 구비한 시스템에 현장장비 연결 단자대를 이중화 시켜 연결한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 이중화 알티유는, 첫째 서브랙의 모듈간 백보드 커넥터를 통한 통신 인터페이스를 이더넷 허브 모듈을 사용하여, 통신 인터페이스와는 별개로 모듈 각각의 독립적인 동작은 기존의 시스템과 유사하게 보장하면서도, 물리적으로는 모든 이더넷 포트에 대하여 이더넷 통신용 트랜스포머를 이용하여 절연을 유지하여, 각각의 모듈에 대하여 이더넷 스위치 모듈을 이용한 통신포트를 제공하여 절연된 통신 포트를 제공하면서 동시에 통신 성능을 보장하여, 서브랙 모듈 중 한 개의 모듈이 통신 인터페이스에서 물리적으로 장애를 일으키더라도 나머지 모듈은 이더넷 트랜스포머를 통하여 이더넷 스위치 모듈을 이용하여 절연되어 있기 때문에 안전하게 통신을 할 수 있도록 물리적인 통신 포트의 독립성을 보장 하는 시스템이다.
둘째 입출력해야 하는 제어 접점이 서브랙으로부터 멀리 떨어져 있을 경우 이더넷 네트워크의 자유로운 포트 확장성을 이용하여 원거리에 있는 입출력 포인트를 위한, RJ45 커넥터를 이용한 Twist Pair 케이블 및 SFP 광 모듈 타입의 커넥터를 동시에 지원하는 원거리 AI / BI / BO 각각의 모듈을 지원하는 모듈과 서브랙 단위의 확장랙 시스템을 지원하는 네트워크제어 모듈을 제공하여 입출력 포트의 자유로운 확장성을 제공하는 시스템이다.
셋째 이중화 되어 있지 않은 한 개의 현장 제어기기를 이중화 제어 장치로 제어하기 위한 이중화 인터페이스 보드를 제공하여, 초기 설계가 이중화 되어 있지 않은 시스템이더라도 제어 시스템의 이중화를 제공하는 시스템이다.
또한 시스템 상위 서버와의 통신 이중화를 위한 두 개의 통신 인터페이스를 제공하여 각각의 알티유에서, 통신 선로의 이중화를 보장하는 것으로서 한 개의 알티유가 두 개의 서버 전송 인터페이스를 제공하여 시스템 이중화와는 별도로 통신의 이중화 기능을 지원하고, 필요시 이중화 장비로 통신 선로를 절체 할 수 있는 기능을 갖는 시스템이다.
또한 디지털 릴레이 출력의 이상 출력 방지를 위한 별도의 전원공급장치의 전원 탭을 별도로 구성하고, 시스템 동작 전원과 별도로 디지털 출력 릴레이 제어를 위한 출력 전원의 차단 기능을 제공하여, 유지 보수 시 현장 제어기와 독립적으로 점검을 진행할 수 있는 기능을 제공한다.
이와 같이 본 발명은 종래의 시스템의 장점은 수용하고 단점은 보완하여 현장 적용 시 안정하고 편리한 최고의 효과를 낼 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
10 : 주 서버 20, 30 : 이중화 통신선로
100, 200 : 이중화 알티유 110 : 파워모듈
120 : 디지털 입력모듈 130 : 아날로그 입력모듈
140 : 디지털 출력모듈 150 : 통신모듈
151 : 광신호 연결포트 152 : 랜 연결포트
300 : 통신 절체모듈 400 : 인터페이스 보드
410 : 디지털 인터페이스 보드 420 : 아날로그 인터페이스 보드
430 : 디지털 출력 릴레이 모드

Claims (7)

  1. 전력제어 계통의 SCADA 시스템의 원격제어 모듈로 사용하고 있는 알티유(Remote Terminal Unit : RTU)에 있어서,
    동일한 구성으로 2개의 알티유(100)(200)가 이중화 통신선로(20)(30)에 연결되고, 2개의 알티유는 각 메인제어모듈 간에 랜통신으로 이중화 동적 연결되어 어느 한쪽의 이상 발생시 다른쪽으로 자동 절체되는 마스터 RTU와 리던던시 RTU로 각각 동작되도록 이중화되어 구성된 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 이중화 알티유는,
    알티유의 각 모듈들의 전원을 공급하는 파워모듈(110)과,
    현장 장치들의 디지털 신호를 입력받는 복수의 디지털 입력모듈(120)과,
    현장 장치들의 아날로그 신호를 입력받는 복수의 아날로그 입력모듈(130)과,
    현장 장치들을 제어하기 위한 디지털 제어신호를 출력하는 복수의 디지털 출력모듈(140)과,
    상기 디지털 입력모듈(110), 아날로그 입력모듈(120), 디지털 출력모듈(130)들과 백보드 커넥터를 통하여 이더넷 네트워크 통신 보드 기반으로 각각의 포트에 하나의 모듈들이 독립적으로 연결되어 이더넷 스위칭처리에 의해 후술되는 메인제어모듈(160)과 이너넷 네트워크 통신하는 통신모듈(150)과;
    상기 통신모듈(150)을 통해 상기 디지털 입력모듈(110), 아날로그 입력모듈(120), 디지털 출력모듈(130)들과 연결되어 원격지의 지령을 받아 현장 장치들을 제어하는 알티유(RTU) 메인제어모듈(160)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 통신모듈(150)은,
    복수의 광신호 연결포트(151)와, 복수의 랜 연결 포트(152)를 확장포트로 구비하여 확장 입출력모듈(170)을 확장 연결할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 통신모듈(150)은,
    상기 디지털 입력모듈(110), 아날로그 입력모듈(120), 디지털 출력모듈(130)과 연결되는 각 포트는 절연 트랜스포머를 이용하여 전기적으로 포트 상호간의 절연을 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이중화 알티유(100)(200)와 이중화 통신선로(20)(30) 사이에는 알티유의 제어를 받아 액티브 되는 알티유로 이중화 통신선로를 자동으로 절체하여 한 개의 알티유가 두 개의 서버 전송 인터페이스를 제공하기위한 통신 절체모듈(300)이 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    2개의 알티유(100)(200)와 각각 연결되는 제1컨넥터(CON #1)와 제2컨넥터(CON #2)를 구비하고, 현장장비 연결 단자대의 신호를 2개의 알티유(100)(200)와 각각 연결되는 제1컨넥터(CON #1)와 제2컨넥터(CON #2)에 분기시켜 인터페이스하는 인터페이스 보드(400)가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 인터페이스 보드(400)는,
    디지털 입력 인터페이스 보드(410)와, 아날로그 입력 인터페이스 보드(420)와, 디지털 출력 릴레이 보드(430)로 구성되고,
    아날로그 입력 인터페이스 보드(420)는 한 개의 아날로그 입력 포트에 대하여 OP AMP를 이용하여 두 개의 등 전위 아날로그 신호로 분리하여 각각의 이중화된 알티유의 입력채널로 보내 주도록 구성하고,
    디지털 입력 인터페이스 보드(410)는 한 개의 디지털 입력 포트에 대하여 절연 버퍼를 거친 후 동일한 디지털 신호가 동시에 각각의 이중화된 알티유의 입력채널 보내 주도록 구성되며,
    디지털 출력 릴레이 보드(430)는 한 개의 디지털 출력 포트에 대하여 OR 게이트를 사용하여 각각의 이중화된 제어기의 출력을 수용하여 한 개의 제어 신호라도 수신되면 릴레이 제어를 출력 채널을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 네트워크 인터페이스 기반 입출력 확장형 이중화 알티유 시스템.
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