KR20190091931A - Plc 백플레인의 핫 스왑 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백플레인 설계 기술을 이용하여 백플레인 마스터부와 백플레인 슬레이브부 간 통신 중 증설 모듈의 고장이 발생해도 백플레인 버스는 통신이 가능한 시리얼(serial) 백플레인의 핫 스왑(hot swap) 장치에 관한 것이다. 본 발명의 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치는, PLC 백플레인의 핫 스왑 장치는, 동작 명령을 전달하는 하나의 CPU 모듈, 상기 동작 명령을 전달받아 처리하는 적어도 하나 이상의 증설 모듈, 상기 CPU 모듈과 증설 모듈 간의 통신을 위해 버스 라인으로 연결되는 백플레인 버스, 및 상기 백플레인 버스와 연결되며, 상기 복수개의 증설 모듈과 각각 물리적으로 분리 가능한 탈착식으로 구현되는 하나 이상의 백플레인 모듈을 포함하는데 있다.

Description

PLC 백플레인의 핫 스왑 장치{Hot Swap Apparatus of PLC Backplane}
본 발명은 PLC(Programmable Logic Controller) 백플레인(Backplane)에 관한 것으로, 구체적으로, 이더넷 기반 시리얼(serial) 백플레인의 핫 스왑(hot swap) 장치에 관한 것이다.
백플레인(Backplane) 기술은 여러 모듈을 하나의 버스 시스템에 효과적으로 접목하여 사용하기 위한 기반 기술이다.
전통적인 PLC(Programmable Logic Controller) 시스템의 백플레인은 여러 모듈의 데이터를 공유하기 위하여 데이터 버스로 활용되었으며, 현재에도 백플레인의 성능은 시스템 전체 성능을 좌우하고 있고, 데이터 교환에 있어서도 신뢰성을 보장하는 중요한 기술이다.
도 1 은 종래의 백플레인 기반 PLC 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 백플레인 기반 PLC 시스템은 MPU(11) 내부에 백플레인 마스터부(12)가 구비되는 하나의 CPU 모듈(10)과, MPU(21) 내부에 백플레인 슬레이브부(22)가 구비되는 복수개의 증설 모듈(20a)(20b)(20c)과, 상기 백플레인 마스터부(12)와 상기 백플레인 슬레이브부(22) 간의 통신을 가능하게 해주는 하나의 버스로 이루어지는 시리얼 백플레인 버스(30)를 포함한다.
이때, 백플레인 마스터부(12)는 백플레인 기반 PLC 시스템에서 1개만 존재하며, 시리얼 연결된 모든 백플레인 슬레이브부(22)를 제어한다. 즉, 모든 백플레인 슬레이브부(22)는 백플레인 마스터부(12)에 의해 제어된다.
도 2 는 도 1의 백플레인 기반 PLC 시스템에서 발생되는 문제점을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 먼저 CPU 모듈(10)의 MPU(11) 내부에 구비된 백플레인 마스터부(12)는 시리얼 백플레인 버스(30)로 연결된 복수의 제 1, 2, 3 증설 모듈(20a)(20b)(20c)의 MPU(21) 내부에 각각 구비된 백플레인 슬레이브부(22)들에 대해 동작 명령을 전달한다.
각각의 백플레인 슬레이브부(22)들은 백플레인 마스터부(12)의 지령을 대기하고 있다가, 시리얼 백플레인 버스(30)를 통해 백플레인 마스터부(12)의 명령을 전달받아 처리하고, 시리얼 백플레인 버스(30)를 통해 다음 단에 연결된 증설 모듈로 백플레인 마스터부(12)의 명령을 전달한다.
이때, 시리얼 백플레인 버스(30)로 연결된 복수의 증설 모듈 중 어느 하나의 증설 모듈(예로서, 제 2 증설 모듈)(20b)이 탈착이나 내부적인 문제가 발생되는 경우 통신이 불가능하게 될 경우가 발생한다.
이처럼, 제 2 증설 모듈(20b)에서의 통신이 불가능한 상황이 발생하게 될 경우, 제 1 증설 모듈(20a)에서 백플레인 마스터부(12)의 명령을 전달받아 처리한 후, 시리얼 백플레인 버스(30)를 통해 다음 단에 연결된 제 2 증설 모듈(20b)로 백플레인 마스터부(12)의 명령을 전달하였으나, 제 2 증설 모듈(20b)에서는 백플레인 마스터부(12)의 명령을 전달받지 못하게 된다.
이와 함께 제 2 증설 모듈(20b)의 다음 단에 연결된 제 3 증설 모듈(30b)은 어떠한 문제없이 통신이 가능하더라도 제 2 증설 모듈(20b)로부터 백플레인 마스터부(12)의 명령을 전달받지 못하게 됨에 따라 정상적인 동작을 하지 못하게 된다.
이처럼, 하나의 버스로 이루어지는 시리얼 백플레인 버스(30)로 연결되는 복수의 증설 모듈 중 어느 하나라도 통신이 불가능한 상황이 발생하게 될 경우, 시리얼 백플레인 버스(30)는 통신이 불가능하게 되어 백플레인 버스(30)로 연결되어 있는 PLC 시스템 전체가 통신이 불가능하게 되는 문제가 발생한다. 이는 PLC 시스템의 신뢰성에 매우 큰 영향을 주는 문제점이다.
본 발명은, 백플레인 설계 기술을 이용하여 백플레인 마스터부와 백플레인 슬레이브부 간 통신 중 증설 모듈의 고장이 발생해도 백플레인 버스는 통신이 가능한 시리얼(serial) 백플레인의 핫 스왑(hot swap) 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이때, 핫 스왑은 PLC 중단 없이 증설 모듈을 교체 가능하도록 해주는 기능을 말한다.
본 발명의 다른 목적은 증설 모듈의 고장 수리가 완료되어 해당 모듈의 재 기동 시에도 전체 PLC 시스템의 정지 없이 바로 동작이 가능한 이더넷 기반 시리얼(serial) 백플레인의 핫 스왑(hot swap) 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치는, 동작 명령을 전달하는 하나의 CPU 모듈, 상기 동작 명령을 전달받아 처리하는 적어도 하나 이상의 증설 모듈, 상기 CPU 모듈과 증설 모듈 간의 통신을 위해 버스 라인으로 연결되는 백플레인 버스, 및 상기 백플레인 버스와 연결되며, 상기 복수개의 증설 모듈과 각각 물리적으로 분리 가능한 탈착식으로 구현되는 하나 이상의 백플레인 모듈을 포함하는데 있다.
또한, 상기 CPU 모듈 및 증설 모듈은 이더넷 통신을 지원하기 위해 MAC이 내부에 구비되는 MPU 및 PHY를 포함한다.
또한, 상기 CPU 모듈은 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)를 하나만 포함하고, 상기 증설 모듈은 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)가 최소 2 포트를 포함한다.
또한, 상기 백플레인 버스는 증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 가능한 경우에 사용되는 상위 버스와, 증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 불가능한 경우에 사용되는 하위 버스를 포함한다.
또한, 상기 상위 버스는 양측에 이웃하여 위치하는 백플레인 모듈 간의 통신을 가능하게 해주는 앞단 및 뒷단 버스와, 백플레인 모듈과 증설 모듈 간의 통신을 가능하게 해주는 입력 및 출력 버스를 포함한다.
또한, 상기 백플레인 모듈은 장착된 증설 모듈과 백플레인 버스의 연결을 스위칭하는 스위치부를 내부에 포함한다.
또한, 상기 스위치부는 상기 증설 모듈에서 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 가능한 경우에 상위 버스로 스위칭하고, 상기 증설 모듈에서 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 불가능한 경우에 하위 버스로 스위칭한다.
또한, 상기 상위 버스는 백플레인 모듈과 증설 모듈 간에 연결되는 버스로, 증설 모듈 내의 MPU로 CPU 모듈의 동작 명령이 전달되고, 상기 하위 버스는 중간에 위치하는 백플레인 모듈을 기준으로 앞단 백플레인 모듈과 뒷단 백플레인 모듈 간에 바이패스로 연결되는 버스로, 앞단에서 전달된 CPU 모듈의 동작 명령이 뒷단에 위치하는 백플레인 모듈로 바로 전달된다.
또한, 상기 동작여부 신호는 증설 모듈의 탈거나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능하게 되는 것을 알리기 위해 증설 모듈에서 백플레인 모듈로 전달되는 신호인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 동작여부 신호는 일정 시간 간격으로 증설 모듈에서 백플레인 모듈로 전달되고, 백플레인 모듈은 동작여부 신호가 전달되지 않으면 증설 모듈에 탈거나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능한 것으로 판단한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명의 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치는, 증설 모듈 탈거나 오류 등의 고장이 발생할 경우에도 백플레인의 스위치 동작에 의해 전체 PLC 시스템 중단 없이 구동 가능한 효과가 있다.
이를 통해, 기존 증설 모듈의 문제 발생 시 정지되었던 과거의 문제점에서 PLC 시스템 중단 없이 증설 모듈의 교체나 탈거 등의 동작을 가능하게 해 PLC 시스템의 신뢰성을 높여주는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1 은 종래의 백플레인 기반 PLC 시스템을 나타낸 구성도
도 2 는 도 1의 백플레인 기반 PLC 시스템에서 발생되는 문제점을 설명하기 위한 구성도
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 기반 PLC 백플레인 구성을 갖는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치를 나타낸 구성도
도 4 는 도 3의 이더넷 기반 PLC 백플레인 구성을 갖는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치에서 증설 모듈의 문제 발생 시 백플레인의 정상 동작을 보증하는 것을 설명하기 위한 구성도
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이더넷 기반 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치에 대해 설명하도록 한다. 참고로 아래에서 실시예로서 설명하고 있는 시리얼 백플레인의 핫 스왑(hot swap) 방법은 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)을 서로 독립적을 구성하여 서로 탈착이 가능하도록 구성하기 위해 바람직한 실시예로서 이더넷 통신을 이용하는 것을 실시예로 설명하고 있다. 즉, 서로 탈착이 가능하도록 구성되는 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 간의 통신을 위해 이더넷 통신을 이용하고 있다.
이처럼, 본원발명은 바람직한 실시예로서, 이더넷 통신을 이용하기 위해, 이더넷 통신을 지원하는 MAC(211a)(211b)이 내부에 구비되는 MPU(210) 및 PHY(220a)(220b)가 구비되는 복수개의 증설 모듈(200a)(200b)(200c)을 구성요소로서 구성하고 있다. 기본적으로 이더넷 통신을 위해서 이더넷 기능이 지원되는 MPU가 필요하며, MPU 내부 MAC을 지원하는 MPU의 경우 외부에 이더넷 물리적 계층인 PHY(Physical Layer)와, 트랜스포머(transformer), 그리고 RJ45를 이용해 통신을 한다. 그러나 본 발명에 따른 이더넷 기반 백플레인 통신은 트랜스포머와 RJ45를 제외하고 PHY와 PHY통신을 이용해 백플레인 마스터부와 백플레인 슬레이브부 통신을 한다.
그러나, 본 발명의 핵심적 기술은 이더넷 통신이 아닌 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)을 서로 독립적을 구성하여 서로 탈착이 가능하도록 하는 구성과, 백플레인 버스(300)는 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)을 통해 연결되고, 증설 모듈(200a)(200b)(200c)로 전달되는 신호는 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)을 거쳐 전달되도록 구성하여 PLC 시스템 중단 없이 증설 모듈의 교체나 탈거 등의 동작을 가능하도록 하는데 그 특징이 있다.
따라서, 이러한 기술적 사상을 포함하고 있다면, 서로 독립적으로 구성하고 있는 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 간의 통신 방식으로 이미 공지되어 있는 어떠한 통신 기반으로 모두 사용 가능하며, 또한 사용되는 통신 기반에 따라 PLC 시스템의 내부 포트 종류 또는 지원되는 소자의 변경은 통신 기반에 맞게 용이하게 변경하여야 할 것으로 판단된다.
본 명세서에서는 설명의 용이성을 위해 사용되는 통신 방식으로 이더넷 기반의 통신 방식으로 설명하도록 한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
기본적으로 이더넷 통신을 위해서 이더넷 기능이 지원되는 MPU가 필요하며, MPU 내부 MAC을 지원하는 MPU의 경우 외부에 PHY와, 트랜스포머(transformer), 그리고 RJ45를 이용해 통신을 한다. 그러나 본 발명에 따른 이더넷 기반 백플레인 통신은 트랜스포머와 RJ45를 제외하고 PHY와 PHY통신을 이용해 백플레인 마스터부와 백플레인 슬레이브부 통신을 한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 이더넷 기반 PLC 백플레인 구성을 갖는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3에서 도시하고 있는 것과 같이, PLC 백플레인의 핫 스왑 장치는 이더넷 통신을 지원하기 위해 MAC(111)이 내부에 구비되는 MPU(110) 및 PHY(120)가 구비되는 하나의 CPU 모듈(100)과, 이더넷 통신을 지원하기 위해 MAC(211a)(211b)이 내부에 구비되는 MPU(210) 및 PHY(220a)(220b)가 구비되는 복수개의 증설 모듈(200a)(200b)과, 상기 CPU 모듈(100)과 복수개의 증설 모듈(200a)(200b) 간의 통신을 위해 버스 라인으로 연결되는 백플레인 버스(300)와, 상기 백플레인 버스(300)와 연결되며, 상기 복수개의 증설 모듈(200a)(200b)과 각각 물리적으로 분리 가능한 탈착식으로 구현되어, 장착된 증설 모듈과 백플레인 버스의 연결을 스위칭하는 스위치부(410b)(410c)를 내부에 구비하는 복수개의 백플레인 모듈(400b)(400c)를 포함한다.
이때, 상기 CPU 모듈(100)은 백플레인 모듈(400b)(400c)이 별도로 구성되어 있지 않으며, 이웃하는 증설 모듈(200a)과 백플레인 버스를 연결해주는 스위치부(410b)(410c)가 내부에 구비되는 일체형으로 구성된다. 이는 CPU 모듈(100)에서 모든 증설 모듈(200a)(200b)을 제어함에 따라, CPU 모듈(100)에 고장이 발생하는 경우에는 전체 PLC 시스템이 중단된다. 따라서 증설 모듈(200a)(200b)과 같이 탈착식을 통해 고장난 증설 모듈만을 교체하는 작업이 CPU 모듈(100)에서는 의미가 없기 때문이다.
그리고 상기 CPU 모듈(100)은 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)를 하나만 내장하고 있으며, 상기 증설 모듈(200a)(200b)은 데이지 체인(daisy chain) 구성을 위해 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)가 최소 2 포트를 내장하고 있다. 이때, 상기 MAC(111)(211a)(211b)는 MPU 내부에 위치하며 이더넷 MAC 주소를 의미하고, 상기 PHY(120)(220a)(220b)는 MPU(110) 외부에 위치하며 이더넷 PHY 변환을 의미한다.
한편, 상기 증설 모듈(200a)(200b)에 내장되는 이더넷 포트는 입력과 출력이 각각 발생되는 논리적 구성으로 최소 2 포트로 표시하고 있으나, 이는 입력과 출력이 함께 이루어는 하나의 물리적 구성으로 표현하게 되면 1 포트로 표시될 수 있다.
또한 상기 백플레인 버스(300)는 증설 모듈의 MPU(210)에서 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 정상적인 통신이 가능한 경우에 사용되는 상위 버스(upper bus)(310)와, 증설 모듈의 MPU(210)에서 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 정상적인 통신이 불가능한 경우에 사용되는 하위 버스(lower bus)(320)로 구성된다. 즉, 상위 버스(310)는 동작여부 신호에서 증설 모듈(200a)(200b) 또는 백플레인 모듈(400b)(400c)에 고장이 없는 경우에 사용되며, 하위 버스(320)는 동작여부 신호에서 증설 모듈(200a)(200b) 또는 백플레인 모듈(400b)(400c)에 고장이 감지되는 경우에 사용된다.
이때, 상기 상위 버스(310)는 양측에 이웃하여 위치하는 백플레인 모듈(400b)(400c) 간의 통신을 가능하게 해주는 앞단 버스(311a) 및 뒷단 버스(311b)와, 백플레인 모듈(400b)(400c)과 증설 모듈(200a)(200b) 간의 통신을 가능하게 해주는 입력 버스(312) 및 출력 버스(313)로 구성된다. 참고로, 제 1 증설 모듈(200a)에서는 앞단 버스는 도면부호 311a이고, 뒷단 버스는 도면부호 311b이다. 한편 제 2 증설 모듈(200b)에서는 앞단 버스는 도면부호 311b이고, 뒷단 버스는 도면부호 311c가 된다.
한편, 상위 버스(310) 및 하위 버스(320) 또는 입력 버스(312) 및 출력 버스(313)는 명령 신호 전송을 위해 채널 라인이 2개인 것을 설명하기 위해 2개의 버스로 구성하고 있다. 하지만, 이는 하나의 실시예일 뿐, 백플레인 모듈(400a)(400b) 내에 구비된 스위치부(410b)(410c)에 의해 증설 모듈(200a)(200b)로 입력(정상적인 통신)되도록 스위칭하거나, 또는 다음 단의 백플레인 모듈(400c)로 바이패스(비정상적인 통신)되게 스위칭되도록 스위치부(410b)(410c)를 제어한다면, 하나의 버스로 이루어진 백플레인 버스(300)로도 2개의 채널 라인을 가지는 것과 동일하게 구현할 수 있다.
도 4 는 도 3의 이더넷 기반 PLC 백플레인 구성을 갖는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치에서 증설 모듈의 문제 발생 시 백플레인의 정상 동작을 보증하는 것을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 먼저 CPU 모듈(100) 내부에 구비된 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)를 통해 백플레인 버스(300)로 연결된 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 동작 명령을 전달한다.
이에, 각각의 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)들은 CPU 모듈(100)의 지령을 대기하고 있다가, 백플레인 버스(300)를 통해 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 순차적으로 전달받아 처리하고, 백플레인 버스(300)를 통해 다음 단에 연결된 증설 모듈로 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달한다.
이때, 백플레인 버스(300)로 연결된 복수의 증설 모듈 중 어느 하나의 증설 모듈(예로서, 제 2 증설 모듈)(200b)의 탈거나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능하게 되고, 나머지 증설 모듈은 통신이 가능한 경우를 가정한다.
먼저, 제 1 증설 모듈(200a)의 MCU(210)는 제 1 백플레인 모듈(400b) 내부에 구비되는 제 2 스위치부(410b)로 통신이 가능함을 알리는 동작여부 신호를 전달한다. 그리고 제 2 스위치부(410b)는 MPU(210)로부터 전달된 동작여부 신호로 제 1 증설 모듈(200a)과의 정상적인 통신이 가능한 것으로 판단한다.
이에 제 2 스위치부(410b)는 정상적인 통신이 가능한 경우에 사용되는 백플레인 버스(300)의 상위 버스(311a)로 통신이 이루어질 수 있도록 스위칭한다.
따라서, 제 1 백플레인 모듈(410b)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령이 스위칭된 상위 버스(311a)를 통해 전달되면, 제 1 증설 모듈(200a)은 이더넷 통신을 통해 제 1 이더넷 포트(MAC, PHY)(220a->211a->211b->220b)를 거쳐 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달받아 처리한다. 그리고 제 1 증설 모듈(200a)에서 처리된 CPU 모듈(100)의 동작 명령은 제 2 스위치부(410b)의 스위칭을 통해 백플레인 버스(300)의 상위 버스(311b)로 다음 단에 연결된 제 2 증설 모듈(200b)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달한다.
다음 단에 위치하는 제 2 증설 모듈(200b)은 탈거나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능함에 따라, 제 2 증설 모듈(200b)의 MPU(210)는 제 2 백플레인 모듈(400c) 내부에 구비되는 제 3 스위치부(410c)로 통신이 불가능함을 알리는 동작여부 신호를 전달한다.
이에 제 3 스위치부(410c)는 제 2 증설 모듈(200b)의 MPU(210)로부터 전달된 동작여부 신호로 제 2 증설 모듈(200b)과의 정상적인 통신이 불가능한 것으로 판단하여 정상적인 통신이 불가능한 경우에 사용되는 백플레인 버스(300)의 하위 버스(320c)로 통신이 이루어질 수 있도록 스위칭 한다.
따라서, 제 2 백플레인 모듈(410c)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령이 스위칭된 하위 버스(320c)를 통해 전달되면, 하위 버스(320c)는 제 1 증설 모듈(200a)로부터 전달된 CPU 모듈(100)의 동작 명령이 제 2 증설 모듈(200b)로 전달되지 않고, 다음 단에 위치하는 제 3 증설 모듈(200c)의 제 3 백플레인 모듈(400d)로 바로 전달한다.
이처럼, 제 2 증설 모듈(200b)은 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달받지 못하게 되며, CPU 모듈(100)의 동작 명령은 제 2 증설 모듈(200b)을 건너뛰고 제 1 증설 모듈(200a)에서 바로 제 3 증설 모듈(200c)로 전달되게 된다.
이때, 전술하고 있는 것과 같이, 정상적인 통신이 불가능한 제 2 증설 모듈(200b)는 제 2 백플레인 모듈(400c)에 연결되는 백플레인 버스(300)의 경우, 앞단에 연결된 제 1 증설 모듈(200a)과는 정상적인 통신에서 이용되는 상위 버스(311b)로 연결되고, 뒷단에 연결된 제 3 증설 모듈(200c)과는 정상적인 통신이 불가능한 경우에서 이용되는 하위 버스(320c)로 연결된다.
다음으로, 제 3 증설 모듈(200c)의 MCU(210)는 제 3 백플레인 모듈(400d) 내부에 구비되는 제 4 스위치부(410d)로 통신이 가능함을 알리는 동작여부 신호를 전달한다. 그리고 제 4 스위치부(410d)는 MPU(210)로부터 전달된 동작여부 신호로 제 3 증설 모듈(200c)과의 정상적인 통신이 가능한 것으로 판단한다.
이에 제 4 스위치부(410d)는 정상적인 통신이 가능한 경우에 사용되는 백플레인 버스(300)의 상위 버스(316)로 통신이 이루어질 수 있도록 스위칭한다.
따라서, 제 3 백플레인 모듈(400d)로 CPU 모듈(100)의 명령이 스위칭된 상위 버스(316)를 통해 전달되면, 제 3 증설 모듈(200c)은 이더넷 통신을 통해 제 3 이더넷 포트(MAC, PHY)(220a->211a->211b->220b)를 거쳐 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달받아 처리한다.
그리고 제 3 증설 모듈(200c)에서 처리된 CPU 모듈(100)의 동작 명령은 다시 제 4 스위치부(410d)이 스위칭을 통해 백플레인 버스(300)의 상위 버스(311d)로 다음 단에 연결된 증설 모듈로 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달한다.
이러한 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)의 핫 스왑(hot swap) 구조를 통해 증설 모듈 탈거나 오류 등의 고장이 발생할 경우에도 전체 PLC 시스템 중단 없이 구동이 가능하며, 또한 기존 증설 모듈의 문제 발생 시 전체 PLC 시스템의 구동이 정지되었던 과거의 문제점에서 PLC 시스템 중단 없이 증설 모듈의 교체나 탈거 등의 동작을 가능하게 되어 PLC 시스템의 신뢰성을 높여줄 수 있다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이더넷 기반 PLC 백플레인 구성을 갖는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치는 복수개의 증설 모듈(200a)(200b)과 각각 물리적으로 분리 가능한 탈착식으로 복수개의 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)이 구현되어 있으며, 상기 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)은 백플레인 버스(300)와 연결되어, 증설 모듈과 백플레인 버스를 연결해주는 스위치부(410b(410c)(410d)를 내부에 구비한다. 이에 따라 상기 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)을 통해 이웃하는 증설 모듈(200a)(200b)과 백플레인 버스(300)로 연결된다. 이때, 증설 모듈(200a)(200b)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)은 바람직한 실시예로서 이더넷 통신을 통해 서로 간의 통신이 이루어진다.
이러한 구성을 갖는 PLC 시스템의 백플레인의 핫 스왑 방법으로 도 5를 참조하여 설명하면, 먼저 백플레인 버스(300)로 연결된 복수개의 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)을 초기화 한다(S10). 이는 이더넷 기반으로 동작하는 백플레인 모듈들이 정상적인 통신이 가능한 상태로 설정하는 것이다.
이어 증설 모듈(200a)(200b)(200c)의 MCU(210)에서 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 내부에 구비되는 스위치부(410b)(410c)(410d)로 통신이 가능함을 알리는 동작여부 신호를 전달한다(S20). 이때 동작여부 신호는 증설 모듈(200a)(200b)(200c)의 탈착이나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능하게 되는 것을 알리기 위해 증설 모듈(200a)(200b)(200c)에서 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 전달되는 신호이다. 그런데, 증설 모듈(200a)(200b)(200c)의 내부적인 문제인 경우는 오류 신호를 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 전달 가능하지만, 탈거 등과 같이 전기적인 연결이 끊긴 경우에는 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로의 신호 전달이 불가능하게 된다. 따라서, 전달되는 동작여부 신호는 평상시 일정 시간 간격으로 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 전달되게 되며, 탈거 등과 같이 전기적인 연결이 끊긴 경우에는 일정 시간 가격으로 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 전달되는 동작여부 신호가 더 이상 전달되지 않게 되므로, 이 경우에 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)은 오류가 발생된 것으로 판단하게 된다.
상기 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 간의 통신 가능 여부를 판단한다(S30).
상기 판단 결과(S30), 통신이 가능한 것으로 판단되면 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 내부에 구비되는 스위치부(410b)(410c)(410d)를 통해 정상적인 통신이 가능한 경우에 사용되는 백플레인 버스(300)의 상위 버스(310)로 통신이 이루어질 수 있도록 스위칭한다(S40). 이때, 상위 버스(310)는 이더넷 통신을 통해 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)과 증설 모듈(200a)(200b)(200c) 간에 연결되는 버스로서, 이더넷 포트(MAC, PHY)(220a->211a->211b->220b)를 거쳐 증설 모듈(200a)(200b)(200c) 내의 MPU(210)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령이 전달된다.
한편, 스위치부(410b)(410c)(410d)는 증설 모듈(200a)(200b)(200c)의 탈거(교체)나 고장 등으로 정상적인 통신이 불가능한 경우에서 교체 완료를 통해 다시 정상적인 통신이 가능해진 경우에는 하위 버스(320)에서 상위 버스(310)로 변경되도록 스위칭하게 된다. 또한, 계속해서 정상적인 통신이 가능한 경우에는 상위 버스(310)로 연결되어 있으므로 현재 연결 상태를 그대로 유지한다.
그러면, 증설 모듈(200a)(200b)(200c)은 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)과 이더넷 통신을 통해 상위 버스(310)로 전달된 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달받아 처리한다(S50).
이어 상위 버스(310)를 통해 백플레인 버스(300)로 다음 단에 연결되어 있는 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달한다(S60).
한편, 상기 판단 결과(S30), 정상적인 통신이 불가능한 것으로 판단되면 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 내부에 구비되는 스위치부(410)를 통해 정상적인 통신이 불가능한 경우에 사용되는 하위 버스(320)로 통신이 이루어질 수 있도록 스위칭한다(S70). 이때, 하위 버스(320)는 앞단의 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)(예로서 제 1 백플레인 모듈(400b))로부터 전달된 CPU 모듈(100)의 동작 명령이 해당 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)(예로서 제 2 백플레인 모듈(400c))로 전달되지 않고, 뒷단에 위치하는 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)(예로서 제 3 백플레인 모듈(400d))로 바로 전달되도록 하는 연결되는 버스이다.
한편, 스위치부(410)는 정상적인 통신이 가능하다가 증설 모듈(200a)(200b)(200c)의 교체나 고장 등으로 정상적인 통신이 불가능해진 경우에는 상위 버스(310)에서 하위 버스(320)로 변경되도록 스위칭하게 된다. 또한 계속해서 정상적인 통신이 불가능한 경우에는 하위 버스(320)로 연결되어 있으므로 현재 연결 상태를 그대로 유지한다.
따라서, 하위 버스(320)를 통해 백플레인 버스(300)로 다음 단에 연결되어 있는 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 전달한다(S80).
그리고 이와 같은 방법으로 백플레인 버스(300)에 연결된 모든 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d) 및 증설 모듈(200a)(200b)(200c)로 CPU 모듈(100)의 동작 명령을 모두 전달하여 처리할 수 있도록 한다(S90). 도면에 기재된 루프백(loopback) 동작은 PLC 시스템이 정상 동작하는 동안 유지시켜 주기 위한 동작으로, 동작을 유지시켜주는 경우에는 상기 과정을 반복하게 된다.
이처럼 스위치부(410)를 이용하여 증설 모듈(200a)(200b)(200c)과 백플레인 모듈(400b)(400c)(400d)의 핫 스왑(hot swap)을 수행할 수 있게 되어, 증설 모듈 탈거나 오류 등의 고장이 발생하는 경우에도 전체 PLC 시스템의 중단 없이 동작이 가능하다. 또한, 기존 증설 모듈의 문제 발생 시 정지되었던 과거의 문제점에서 PLC 시스템 중단 없이 증설 모듈의 교체나 탈거 등이 가능하게 되어 PLC 시스템의 신뢰성을 높여줄 수 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : CPU 모듈 200a, 200b, 200c : 증설 모듈
110, 210 : MPU 111, 211 : MAC
120, 220 : PHY 300 : 백플레인 버스
310 : 상위 버스 320 : 하위 버스
400b, 400c, 400d : 백플레인 모듈 410 : 스위치부

Claims (10)

  1. 동작 명령을 전달하는 하나의 CPU 모듈;
    상기 동작 명령을 전달받아 처리하는 적어도 하나 이상의 증설 모듈;
    상기 CPU 모듈과 증설 모듈 간의 통신을 위해 버스 라인으로 연결되는 백플레인 버스; 및
    상기 백플레인 버스와 연결되며, 상기 복수개의 증설 모듈과 각각 물리적으로 분리 가능한 탈착식으로 구현되는 하나 이상의 백플레인 모듈을 포함하는
    PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 CPU 모듈 및 증설 모듈은 이더넷 통신을 지원하기 위해 MAC이 내부에 구비되는 MPU 및 PHY를 포함하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 CPU 모듈은 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)를 하나만 포함하고,
    상기 증설 모듈은 이더넷 통신을 지원하는 이더넷 포트(MAC, PHY)가 최소 2 포트를 포함하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레인 버스는
    증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 가능한 경우에 사용되는 상위 버스와,
    증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 불가능한 경우에 사용되는 하위 버스를 포함하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상위 버스는
    양측에 이웃하여 위치하는 백플레인 모듈 간의 통신을 가능하게 해주는 앞단 및 뒷단 버스와,
    백플레인 모듈과 증설 모듈 간의 통신을 가능하게 해주는 입력 및 출력 버스를 포함하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 백플레인 모듈은
    장착된 증설 모듈과 백플레인 버스의 연결을 스위칭하는 스위치부를 내부에 포함하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스위치부는
    상기 증설 모듈에서 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 가능한 경우에 상위 버스로 스위칭하고,
    상기 증설 모듈에서 전달되는 동작여부 신호를 기반으로 증설 모듈과 백플레인 모듈 간의 정상적인 통신이 불가능한 경우에 하위 버스로 스위칭하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 상위 버스는 백플레인 모듈과 증설 모듈 간에 연결되는 버스로, 증설 모듈 내의 MPU로 CPU 모듈의 동작 명령이 전달되고,
    상기 하위 버스는 중간에 위치하는 백플레인 모듈을 기준으로 앞단 백플레인 모듈과 뒷단 백플레인 모듈 간에 바이패스로 연결되는 버스로, 앞단에서 전달된 CPU 모듈의 동작 명령이 뒷단에 위치하는 백플레인 모듈로 바로 전달되는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 동작여부 신호는
    증설 모듈의 탈거나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능하게 되는 것을 알리기 위해 증설 모듈에서 백플레인 모듈로 전달되는 신호인 것을 특징으로 하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 동작여부 신호는 일정 시간 간격으로 증설 모듈에서 백플레인 모듈로 전달되고, 백플레인 모듈은 동작여부 신호가 전달되지 않으면 증설 모듈에 탈거나 내부적인 문제가 발생되어 통신이 불가능한 것으로 판단하는 PLC 백플레인의 핫 스왑 장치.
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