KR20210048432A - 안전 환경으로부터 위험-환경에 위치된 기계의 전력선 제어 - Google Patents

안전 환경으로부터 위험-환경에 위치된 기계의 전력선 제어 Download PDF

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KR20210048432A
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부 케이. 응우옌
톰 허버트
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그라코 미네소타 인크.
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Abstract

안전한 위치에 위치된 원격 제어기와 위험한 위치에 있는 기계를 위한 인터페이스 시스템 사이의 안전 전기 제어 및/또는 통신을 제공하는 것과 관련된 장치 및 연관 방법이 개시된다. 제어 및/또는 통신은 위험한 위치로부터 안전한 위치를 분리하는 배리어를 횡단하는 산업용 전압 전력선을 통해 제공된다. 제어 및/또는 통신은 기계에 제공된 AC 동작 전력에 제어 및/또는 통신 신호를 중첩하기 위해, 배리어를 횡단하는 산업용 전력선에 반응성 커플링함으로써 제공된다. 위험한 위치에 위치된 인터페이스 시스템과 안전한 위치에 위치된 원격 제어 모듈의 각각은 이들 사이에 통신하기 위해 산업용 전압 전력선에 이러한 반응성 커플링을 제공한다.

Description

안전 환경으로부터 위험-환경에 위치된 기계의 전력선 제어 {POWER-LINE CONTROL OF A HAZARDOUS-ENVIRONMENT-LOCATED MACHINE FROM A SAFE ENVIRONMENT}
몇몇 산업은 위험한 농도의 가연성 가스 또는 먼지를 함유하는 분위기를 갖는 위험한 위치에서 작업이 수행될 것을 요구한다. 예를 들어, 이러한 위험한 위치는 산업용 페인트 및 유체 처리 시스템이 사용되는 산업 위치에서 발견될 수 있다. 이러한 가연성 가스 및 먼지는 폭발성 분위기를 점화하기에 충분한 열 또는 전기 스파크를 제공함으로써 점화될 수 있다.
국제 전기 기술 위원회(International Electrotechnical Commission: IEC)는 이러한 위험한 위치에서 동작을 행하기 위한 다양한 안전 표준을 공표한 국제 기구이다. 이러한 표준은 IEC 60079-0, IEC 60079-1, IEC 60079-11 및 IEC 60079-25를 포함하며, 이들은 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다. 북미에 대한 부가의 표준은 UL 1203, CSA 22.2 No. 30, FM 3615를 포함한다. 위험한 위치는 IEC에 의해 "위험 영역"으로서 정의된다. 위험 영역은 "폭발성 분위기가 존재하거나 전기 장치의 구성, 설치 및 사용에 대한 특수한 예방 조치가 요구되는 것과 같은 양으로 존재하도록 예상될 수도 있는 영역"이다(예를 들어, IEC 60079-0, definition 3.2 참조). 폭발성 분위기는 "분위기 조건 하에서, 점화 후에 자력 전파를 허용하는 가스, 증기, 먼지, 섬유 또는 솜먼지의 형태의 가연성 물질의 공기와의 혼합물"이다(예를 들어, IEC 60079-0, definition 3.30 참조). 방염 인클로저(enclosure)는 "폭발성 혼합물의 내부 폭발 중에 발생하는 압력을 견딜 수 있고 인클로저 주위의 폭발성 가스 분위기로의 폭발의 전달을 방지하는" 인클로저로서 정의된다. (예를 들어, IEC 60079-1 참조). 유사하게 공표된 다른 표준은 인클로저를 방폭형으로서 정의한다. 여기서, 방폭과 방염은 상호 교환 가능하게 사용된다.
이러한 위험한 위치에서 동작하는 전기 장비는 이러한 가연성 가스 또는 먼지의 점화의 위험을 제시할 수 있다. 다양한 방법이 이러한 폭발성 분위기의 점화에 대해 보호하는 데 사용될 수 있다. 이들은 방폭 챔버의 사용, 오일 또는 모래 내의 전기 장비의 침지, 전기 장비의 안전 설계 등을 포함한다. 이들 위험으로부터 보호하기 위한 이러한 전기 장비의 안전 설계는 본질 안전(Intrinsic Safety: IS)이라 명명된다. 본질 안전(IS) 고려 사항으로 설계된 전기 장비는 폭발성 분위기의 점화에 이용 가능한, 전기 및 열 에너지를 제한한다. 본질 안전은 "스파크 발생 또는 가열 효과에 의해 점화를 유발할 수 있는 것 미만의 레벨로 폭발성 분위기에 노출된 상호 접속 배선 및 장비 내의 전기 에너지의 제한에 기초하는 보호의 유형"으로서 정의된다(예를 들어, IEC 60079-11, definition 3.1.1 참조).
정상 동작시, 몇몇 전기 장비는 예를 들어 스위치, 모터 브러시, 커넥터 내에, 그리고 다른 장소에 전기 아크를 생성할 수 있다. 전기 장비는 또한 몇몇 상황에서 점화 소스가 될 수 있는 열을 발생시킬 수 있다. 정상 동작시에, 장비가 점화 소스를 발생하지 않더라도, 다양한 구성요소 고장은 이러한 장비를 이러한 점화 소스를 생성할 잠재성을 갖게 할 수 있다. 예를 들어, 구성요소가 단락 또는 개회로 방식으로 고장나면, 이전에 점화 소스를 생성하는 것이 불가능하였던 회로는 이러한 소스를 생성하는 것이 가능하게 될 수 있다.
따라서, 안전/위험 배리어를 가로지르는 장비와의 통신 및 제어가 위험한 위치에 위치된 장비의 안전 동작을 유지하기 위해 안전 표준에 따라 수행되어야 한다.
장치 및 연관 방법은 위험-환경에 위치된 기계와 인터페이스하기 위한 시스템과 관련된다. 시스템은 방폭 하우징, 반응성 커플러, 통신 인터페이스, 및 로컬 인터페이스를 포함한다. 반응성 커플러는 방폭 하우징 내에 위치된다. 반응성 커플러는 위험-환경에 위치된 기계에 라인 주파수의 AC 동작 전력을 제공하는 산업용 전압 전력선 전도체에 반응성 커플링하도록 구성된다. 통신 인터페이스는 방폭 하우징 내에 위치되고 반응성 커플러에 전기적으로 커플링된다. 통신 인터페이스는 반응성 커플러를 통해 산업용 전압 전력선 전도체로부터 통신 주파수 대역 내의 주파수 제어 신호를 수신하고 수신된 제어 신호에 기초하여 위험-환경에 위치된 기계에 대한 동작 신호를 발생하도록 구성된다. 로컬 인터페이스는 통신 인터페이스에 전기적으로 커플링되고 발생된 동작 신호를 그에 제공하기 위해 위험-환경에 위치된 기계에 커플링하도록 구성된다.
도 1은 비위험 환경 영역에 위치된 원격 제어기에 의해 제어되는 위험-환경 영역에 위치된 기계를 포함하는 산업용 시스템의 사시도.
도 2는 안전-환경 영역에 위치된 원격 제어기에 의해 제어되는 위험-환경 영역에 위치된 기계를 포함하는 산업용 시스템의 개략도.
도 3은 위험-환경에 위치된 기계와 인터페이스하기 위한 시스템의 실시예의 블록도.
도 4는 위험-환경에 위치된 기계를 안전 환경으로부터 원격 제어하기 위한 시스템의 실시예의 블록도.
도 5는 산업용 전압 전력선 전도체를 통해 안전-환경 영역에 위치된 원격 제어기에 연결된 위험-환경에 위치된 기계 인터페이스의 블록도.
안전한 위치에 위치된 원격 제어기와 위험한 위치에 있는 기계를 위한 인터페이스 시스템 사이의 안전 전기 제어 및/또는 통신을 제공하는 것과 관련된 장치 및 연관 방법이 개시된다. 제어 및/또는 통신은 위험한 위치로부터 안전한 위치를 분리하는 배리어를 횡단하는 산업용 전압 전력선 전도체를 통해 제공된다. 제어 및/또는 통신은 기계에 제공된 AC 동작 전력 신호에 제어 및/또는 통신 신호를 중첩하기 위해, 배리어를 횡단하는 산업용 전력선에 반응성 커플링함으로써 제공된다. 위험한 위치에 위치된 인터페이스 시스템과 안전한 위치에 위치된 원격 제어 모듈의 각각은 이들 사이에 통신하기 위해 산업용 전압 전력선 전도체에 이러한 반응성 커플링을 제공한다. 여기서, 산업용 전압 전력선 전도체와 관한 전기 파라미터는 예를 들어 50 내지 1000 볼트, 120 내지 480 볼트 또는 240 내지 480 볼트의 전압 진폭을 포함한다.
도 1은 안전-환경 영역에 위치된 원격 제어기에 의해 제어되는 위험-환경 영역에 위치된 기계를 포함하는 산업용 시스템의 사시도이다. 도 1에서, 산업용 시스템(10)은 기계 인터페이스(14)를 갖는 기계(12), 원격 제어기(16) 및 산업용 전압 전력선 전도체(20)가 그 내에서 연장하는 방폭 도관(18)을 포함한다. 원격 제어기(16)는 안전-환경 영역(26)에 위치되고, 기계(12) 및 기계 인터페이스(14)는 위험-환경 영역(28)에 위치된다. 안전-환경 영역(26)과 위험-환경 영역(28)은 격리 배리어(24)를 통해 서로로부터 분리되어 있다.
산업용 전압 전력선 전도체(20)는 기계 인터페이스(14)와 원격 제어기(16) 사이에 전도성 전기 경로를 형성하기 위해 격리 배리어(24)를 횡단한다. 따라서, 산업용 전압 전력선 전도체는 기계(12) 및 기계 인터페이스(14)에 산업용 전압 전력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 기계 인터페이스(14)와 원격 제어기(16) 사이의 통신 채널로서 사용될 수 있다.
도 1의 실시예에서, 기계 인터페이스(14) 및 기계(12)는 별개의 유닛이다. 위험-환경 영역(28)에서, 기계(12) 및 기계 인터페이스(14)의 전자 회로는 방폭 하우징 내에 격납된다. 방폭 도관(18)과 기계(12) 및 기계 인터페이스(14)의 방폭 하우징은 방폭 연결부를 통해 서로 연결된다. 이러한 방폭 하우징과 도관은 이에 의해 외부의 위험한 환경으로부터 내부의 전기 회로와 배선을 격리하는 방폭 시스템을 형성한다.
도 2는 안전-환경 영역에 위치된 원격 제어기에 의해 제어되는 위험-환경 영역에 위치된 기계를 포함하는 산업용 시스템의 개략도이다. 도 2에서, 산업용 시스템(10)은 기계 인터페이스(14)를 갖는 기계(12), 원격 제어기(16) 및 산업용 전압 전력 소스(22)에 의해 제공된 산업용 전압 AC 전력을 도통하는 산업용 전압 전력선 전도체(20)가 그 내에서 연장하는 방폭 도관(18)을 포함한다. 산업용 전압 전력 소스(22)는 예를 들어 로컬 변압기, 지역 전력 변전소 또는 발전소일 수 있다. 산업용 전압 전력 소스(22)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)를 통해 위험-환경에 위치된 기계(12)에 AC 동작 전력을 제공한다. 산업용 전압 전력선 전도체(20)는 산업용 전압 전력 소스(22)로부터 위험-환경에 위치된 기계(12)로 연장된다. 그 사이에서 연장하기 위해, 산업용 전압 전력선 전도체(20)는 위험-환경 영역(28)으로부터 안전-환경 영역(26)을 분리하는 배리어(24)를 횡단한다.
산업용 전압 전력선 전도체(20)는 산업용 전압 전력 소스(22)로부터 위험-환경에 위치된 기계(12)로 AC 동작 전력을 도통한다. 전력선 전도체는 또한 원격 제어기(16)와 기계 인터페이스(14) 사이에 다양한 통신 신호를 전도한다. 예를 들어, 원격 제어기(16)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)를 통해 기계 인터페이스(14)에 다양한 제어 신호를 송신할 수 있고, 그리고/또는 기계 인터페이스(14)는 원격 제어기(16)에 다양한 정보 신호를 송신할 수 있다. 원격 제어기(16)는 산업용 제어 네트워크(34)를 통해 산업용 프로그램 가능 컴퓨터(32)에 연결된 제1 통신 인터페이스(30)를 갖는다. 제1 통신 인터페이스(30)는 산업용 제어 네트워크(34)를 통해 산업용 프로그램 가능 컴퓨터(32) 및 다른 네트워크 연결된 디바이스로부터/로 다양한 제어 신호를 수신/전송할 수 있다. 예를 들어, 산업용 프로그램 가능 컴퓨터(32)는 위험-환경에 위치된 기계(12)뿐만 아니라 산업용 전압 전력선 전도체(20)를 통해 연결된 다른 기계의 동작을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
위험-환경에 위치된 기계(12)의 이러한 동작은 제1 통신 인터페이스(30)에 의해 수신되는 원격 제어기(16)로 송신되는 일련의 네트워크 제어 신호를 사용하여 제어될 수 있다. 제1 통신 인터페이스(30)는 수신된 네트워크 제어 신호가 위험-환경에 위치된 기계(12)를 위해 의도된 것인지를 판정한다. 만일 그러하면, 제1 통신 인터페이스(30)는 수신된 네트워크 제어 신호를 통신 주파수 대역 내의 주파수의 기계 제어 신호로 변환한다. 이들 기계 제어 신호는 제1 반응성 커플러(36)를 통해 산업용 전압 전력선 전도체(20)에 반응성 커플링되어, 이에 의해 기계 제어 신호를 AC 동작 전력 신호에 중첩한다.
산업용 전압 전력선 전도체(20)에 의해 전도되는 기계 제어 신호는 기계 인터페이스(14)로 전도된다. 기계 인터페이스(14)는 제2 반응성 커플러(38) 및 제2 통신 인터페이스(40)를 갖는다. 제2 반응성 커플러는 방폭 하우징(42) 내의 산업용 전압 전력선 전도체(20)와 제2 통신 인터페이스(40) 사이에 반응성 커플링을 제공한다. 제2 통신 인터페이스(40)는 제2 반응성 커플러(38)를 통해 산업용 전압 전력선 전도체(20)로부터 기계 제어 신호를 수신할 수 있다. 제2 통신 인터페이스(40)는 수신된 기계 제어 신호에 기초하여 위험-환경에 위치된 기계에 대한 기계 동작 신호를 발생할 수 있다. 제2 통신 인터페이스(40)는 로컬 기계 제어 네트워크(44)를 통해 위험-환경에 위치된 기계(12)로 기계 동작 신호를 송신한다. 도 2의 실시예에서, 기계 인터페이스(14)는 기계(12) 내에 일체화된다. 단일 방폭 하우징 - 방폭 하우징(42) - 은 이러한 일체형 시스템을 사용하여 기계(12)와 기계 인터페이스(14)의 모두를 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 기계 인터페이스(14)는 또한 원격 제어기(16)에 통신을 송신할 수 있다. 이러한 통신은 감지된 동작 파라미터를 지시하는 신호와 같은 정보 신호를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 정보 신호는 제2 통신 인터페이스가 원격 제어기(16)로부터의 정보 명령에 대한 요청을 수신하는 것에 응답하여 송신될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 정보 신호는 다양한 경보 조건을 지시하는 신호를 포함할 수 있다.
도 3은 위험-환경에 위치된 기계와 인터페이스하기 위한 시스템의 실시예의 블록도이다. 도 3에서, 기계 인터페이스(14)는 산업용 전압 전력선 전도체(20) 및 로컬 기계 제어 네트워크(44)를 통해 위험-환경에 위치된 기계(12)에 전기적으로 연결된다. 기계(12)는 위험-환경 영역에서 동작하도록 설계된 임의의 기계일 수 있다. 예를 들어, 위험-환경에 위치된 기계(12)는 전기 페인트 펌프일 수 있다. 위험-환경에 위치된 기계(12)는 제어 모듈(46) 및 센서(48)를 포함한다.
기계 인터페이스(14)는 모두 방폭 하우징(42) 내에 수용되어 있는 반응성 커플러(38), 통신 인터페이스(40), 아날로그 프론트-엔드 필터(50), 로컬 인터페이스(52), 격리 필터(56), 및 로컬 제어기(58)를 포함한다. 방폭 하우징(42)은 방폭 도관(18)에 커플링된 것으로 도시되어 있다. 이러한 커플링은 위험한 환경의 분위기가 붕괴되거나 내부 폭발 이벤트가 붕괴되는 것을 방지하는 조합된 방폭 배리어를 야기한다.
반응성 커플러(38)는 위험-환경에 위치된 기계(12)에 라인 주파수의 AC 동작 전력을 제공하는 산업용 전압 전력선 전도체(20)에 반응성 커플링하도록 구성된다. 아날로그 프론트-엔드 필터(50)는, 기계 명령 신호를 통신 인터페이스(40)로 전달하기 위해, 통신 주파수 대역 내에서 주파수를 통과시키면서, 기계(12)에 제공된 AC 산업용 전압 전력의 라인 주파수를 필터링한다. 기계 제어 신호는 통신 주파수 대역 내의 주파수를 갖는다. 통신 주파수 대역은 AC 동작 전력의 라인 주파수를 포함하지 않는다.
통신 인터페이스(40)는 반응성 커플러(38) 및 아날로그 프론트-엔드 필터(50)를 통해 산업용 전압 전력선 전도체(20)로부터 기계 제어 신호를 수신하도록 구성된다. 통신 인터페이스(40)는 수신된 기계 제어 신호에 기초하여 위험-환경에 위치된 기계(12)에 대한 로컬 동작 신호를 발생하도록 또한 구성된다. 통신 인터페이스(40)는 로컬 인터페이스(52)를 통해 위험-환경에 위치된 기계(12)로 발생된 로컬 동작 신호를 송신한다.
격리 필터(56)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)에 의해 전송되는 기계 제어 신호를 감쇠하도록 구성되어 이러한 기계 제어 신호가 위험-환경에 위치된 기계(12)의 동작과 간섭하거나 고주파 기계 제어 신호로 인한 아크 발생 전위를 제공하지 않게 된다. 도시되어 있는 실시예에서, 격리 필터(56)는 하나 이상의 커패시터와 함께 인덕터 또는 무선 주파수(RF) 초크의 조합이다.
로컬 제어기(58)는 프로세서(들)(μP) 및 저장 메모리(MEM)를 포함한다. 프로세서(들)(μP)는 저장 메모리(MEM)로부터 프로그램 명령을 수신할 수 있다. 프로세서(들)(μP)는 수신된 프로그램 명령에 기초하여 기계 인터페이스(14)에 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(들)(μP)는 수신된 기계 명령 신호에 응답하여 기계(12)에 로컬 동작 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 프로세서(들)(μP)는 또한 통신 인터페이스(40)에 의해 수신된 정보 요청 신호에 응답하여 원격 제어기(16)에 정보 신호를 송신하도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 기계 인터페이스(14)는 반응성 커플러(38), 통신 인터페이스(40), 아날로그 프론트-엔드 필터(50), 로컬 인터페이스(52), 격리 필터(56), 및 프로세서(들)(μP) 및 저장 메모리(MEM)를 갖는 로컬 제어기(58)를 포함한다. 그러나, 특정 예에서, 기계 인터페이스(14)는 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 인터페이스(14)는 사용자 인터페이스를 또한 포함할 수 있다.
프로세서(들)(μP)는 일 예에서, 기계 인터페이스(14) 내에서 실행을 위한 기능 및/또는 프로세스 명령을 구현하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(들)(μP)는 저장 메모리(MEM)에 저장된 명령을 프로세싱하는 것이 가능할 수 있다. 프로세서(들)(μP)의 예는 마이크로프로세서, 제어기, 디지털 신호 프로세서(들)(DSP), 응용 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 다른 등가의 이산 또는 집적 논리 회로 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(들)(μP)는 기계 인터페이스(14)뿐만 아니라 위험-환경에 위치된 기계(12)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
저장 메모리(MEM)는 동작 중에 기계 인터페이스(14) 내에 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 저장 메모리(MEM)는 몇몇 예에서, 컴퓨터-판독 가능 저장 매체로서 설명된다. 몇몇 예에서, 컴퓨터-판독 가능 저장 매체는 비일시적 매체를 포함할 수 있다. 용어 "비일시적"은 저장 매체가 반송파 또는 전파된 신호에 구현되지 않는 것을 지시할 수 있다. 특정 예에서, 비일시적 저장 매체는 시간 경과에 따라, 변경될 수 있는 데이터를 저장할 수 있다(예를 들어, RAM 또는 캐시에). 몇몇 예에서, 저장 메모리(MEM)는 일시적 메모리인데, 즉 저장 메모리(MEM)의 주 목적이 장기 저장이 아닌 것을 의미한다. 저장 메모리(MEM)는 몇몇 예에서, 휘발성 메모리로서 설명되는데, 즉 저장 메모리(MEM)는 기계 인터페이스(14)로의 전원이 턴오프될 때 저장된 내용을 유지하지 않는다는 것을 의미한다. 휘발성 메모리의 예는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 및 다른 형태의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 저장 메모리(MEM)는 프로세서(들)(μP)에 의한 실행을 위한 프로그램 명령을 저장하는 데 사용된다. 저장 메모리(MEM)는 일 예에서, 프로그램 실행 중에 정보를 일시적으로 저장하기 위해 기계 인터페이스(14) 상에서 실행되는 소프트웨어 또는 애플리케이션(예를 들어, 기계(12)의 제어와 관련된 특정 동작을 구현하는 소프트웨어 프로그램)에 의해 사용된다.
저장 메모리(MEM)는 몇몇 예에서, 하나 이상의 컴퓨터-판독 가능 저장 매체를 또한 포함할 수 있다. 저장 메모리(MEM)는 휘발성 메모리보다 더 많은 양의 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 저장 메모리(MEM)는 정보의 장기 저장을 위해 또한 구성될 수 있다. 몇몇 예에서, 저장 메모리(MEM)는 비휘발성 저장 소자를 포함한다. 이러한 비휘발성 저장 소자의 예는 자기 하드 디스크, 광학 디스크, 플래시 메모리, 또는 전기 프로그램 가능 메모리(EPROM) 또는 전기 소거 가능 및 프로그램 가능(EEPROM) 메모리의 형태를 포함할 수 있다.
로컬 인터페이스(52)는 몇몇 예에서, 통신 모듈을 포함한다. 로컬 인터페이스(52)는 일 예에서, 하나 이상의 무선 또는 유선 네트워크 또는 모두와 같은 하나 이상의 네트워크를 통해 외부 디바이스와 통신하기 위해 통신 모듈을 이용한다. 통신 모듈은 이더넷 카드, 광학 송수신기, 무선 주파수 송수신기 또는 정보를 송수신할 수 있는 임의의 다른 유형의 디바이스와 같은 네트워크 인터페이스 카드일 수 있다. 이러한 네트워크 인터페이스의 다른 예는 블루투스, 3G, 4G 및 Wi-Fi 33 무선 컴퓨팅 디바이스뿐만 아니라 범용 직렬 버스(USB)를 포함할 수 있다.
기계 인터페이스(14)가 사용자 인터페이스를 포함하면, 이러한 사용자 인터페이스는 몇몇 예에서, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 사용자 입력 인터페이스의 예는 마우스, 키보드, 마이크로폰, 카메라 디바이스, 존재 감응식 및/또는 터치 감응식 디스플레이, 푸시 버튼, 화살표 키, 또는 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성된 다른 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자로부터의 사용자 입력 통신은 예를 들어 CAN(Controller Area Network) 버스와 같은 통신 버스를 통해 수행될 수 있다.
사용자 인터페이스는 사용자에게 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스의 예는 디스플레이 디바이스, 사운드 카드, 비디오 그래픽 카드, 스피커, 음극선관(CRT) 모니터, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 사용자 또는 기계에 이해 가능한 형태로 정보를 출력하기 위한 다른 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자로의 출력 통신은 예를 들어 CAN(Controller Area Network) 버스와 같은 통신 버스를 통해 수행될 수 있다.
도 4는 위험-환경에 위치된 기계를 안전 환경으로부터 원격 제어하기 위한 시스템의 실시예의 블록도이다. 도 4에서, 원격 제어기(16)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)를 통해 산업용 전압 전력 소스(22) 및 기계 제어기(14)의 모두에 전기적으로 연결된다. 원격 제어기(16)는 또한 산업용 제어 네트워크(34)를 통해 하나 이상의 네트워크 노드(60)에 연결된다.
원격 제어기(16)는 반응성 커플러(36), 통신 인터페이스(30), 아날로그 프론트-엔드 필터(62), 네트워크 인터페이스(64), 격리 필터(66) 및 로컬 제어기(68)를 포함한다. 반응성 커플러(36)는 위험-환경에 위치된 기계(12)에 라인 주파수의 AC 동작 전력을 제공하는 산업용 전압 전력선 전도체(20)에 반응성 커플링하도록 구성된다. 몇몇 실시예에서, 산업용 전압 전력선 전도체(20)는 또한 원격 제어기(16)에 AC 동작 전력을 제공한다. 아날로그 프론트-엔드 필터(62)는, 기계 명령 신호를 통신 인터페이스(40)로부터 전달하기 위해, 통신 주파수 대역 내에서 주파수를 통과시키면서, 기계(12)에 제공된 AC 고전압 전력의 라인 주파수를 필터링한다. 기계 제어 신호는 통신 주파수 대역 내의 주파수를 갖는다. 통신 주파수 대역은 AC 동작 전력의 라인 주파수를 포함하지 않는다.
통신 인터페이스(30)는 반응성 커플러(36) 및 아날로그 프론트-엔드 필터(62)를 통해 산업용 전압 전력선 전도체(20)로 기계 제어 신호를 커플링하도록 구성된다. 통신 인터페이스(30)는 이러한 기계 명령 신호를 발생하거나 네트워크 인터페이스(64)를 통해 하나 이상의 네트워크 노드(60)로부터 이러한 기계 명령 신호를 수신하도록 또한 구성된다. 네트워크 인터페이스(64)는 네트워크 노드(60)와 원격 제어기(16) 사이의 네트워크 통신을 제공한다.
격리 필터(66)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)에 의해 전송되는 기계 제어 신호를 감쇠하도록 구성되어 이러한 기계 제어 신호가 AC 동작 전력이 산업용 전압 전력선 전도체(20)에 의해 제공되는 다른 장비의 동작과 간섭하지 않게 된다. 도시되어 있는 실시예에서, 격리 필터(66)는 하나 이상의 커패시터와 함께 인덕터 또는 무선 주파수(RF) 초크의 조합이다.
로컬 제어기(68)는 프로세서(들)(μP) 및 저장 메모리(MEM)를 포함한다. 프로세서(들)(μP)는 저장 메모리(MEM)로부터 프로그램 명령을 수신할 수 있다. 프로세서(들)(μP)는 수신된 프로그램 명령에 기초하여 기계 인터페이스(14)에 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서(들)(μP)는 수신된 네트워크 제어 신호에 응답하여 기계 제어 신호를 기계(12)로 송신하도록 구성될 수 있다. 프로세서(들)(μP)는 또한 통신 인터페이스(30)에 의해 송신된 정보 요청 신호에 응답하여 기계 인터페이스(14)로부터 정보 신호를 수신하도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 원격 제어기(16)는 반응성 커플러(36), 통신 인터페이스(30), 아날로그 프론트-엔드 필터(62), 네트워크 인터페이스(64), 격리 필터(66) 및 로컬 제어기(68)를 포함한다. 그러나, 특정 예에서, 원격 제어기(16)는 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 원격 제어기(16)는 사용자 인터페이스를 또한 포함할 수 있다.
프로세서(들)(μP)는 일 예에서, 원격 제어기(16) 내에서 실행을 위한 기능 및/또는 프로세스 명령을 구현하도록 구성된다. 예를 들어, 프로세서(들)(μP)는 저장 메모리(MEM)에 저장된 명령을 프로세싱하는 것이 가능할 수 있다. 프로세서(들)(μP)의 예는 마이크로프로세서, 제어기, 디지털 신호 프로세서(들)(DSP), 응용 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 다른 등가의 이산 또는 집적 논리 회로 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(들)(μP)는 원격 제어기(16)의 동작을 제어할 뿐만 아니라 네트워크 노드(60)와의 통신을 제어하도록 구성될 수 있다.
저장 메모리(MEM)는 동작 중에 원격 제어기(16) 내에 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 저장 메모리(MEM)는 몇몇 예에서, 컴퓨터-판독 가능 저장 매체로서 설명된다. 몇몇 예에서, 컴퓨터-판독 가능 저장 매체는 비일시적 매체를 포함할 수 있다. 용어 "비일시적"은 저장 매체가 반송파 또는 전파된 신호에 구현되지 않는 것을 지시할 수 있다. 특정 예에서, 비일시적 저장 매체는 시간 경과에 따라, 변경될 수 있는 데이터를 저장할 수 있다(예를 들어, RAM 또는 캐시에). 몇몇 예에서, 저장 메모리(MEM)는 일시적 메모리인데, 즉 저장 메모리(MEM)의 주 목적이 장기 저장이 아닌 것을 의미한다. 저장 메모리(MEM)는 몇몇 예에서, 휘발성 메모리로서 설명되는데, 즉 저장 메모리(MEM)는 원격 제어기(16)로의 전원이 턴오프될 때 저장된 내용을 유지하지 않는다는 것을 의미한다. 휘발성 메모리의 예는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM) 및 다른 형태의 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 저장 메모리(MEM)는 프로세서(들)(μP)에 의한 실행을 위한 프로그램 명령을 저장하는 데 사용된다. 저장 메모리(MEM)는 일 예에서, 프로그램 실행 중에 정보를 일시적으로 저장하기 위해 원격 제어기(16) 상에서 실행되는 소프트웨어 또는 애플리케이션(예를 들어, 기계(12)의 제어와 관련된 특정 동작을 구현하는 소프트웨어 프로그램)에 의해 사용된다.
저장 메모리(MEM)는 몇몇 예에서, 하나 이상의 컴퓨터-판독 가능 저장 매체를 또한 포함할 수 있다. 저장 메모리(MEM)는 휘발성 메모리보다 더 많은 양의 정보를 저장하도록 구성될 수 있다. 저장 메모리(MEM)는 정보의 장기 저장을 위해 또한 구성될 수 있다. 몇몇 예에서, 저장 메모리(MEM)는 비휘발성 저장 소자를 포함한다. 이러한 비휘발성 저장 소자의 예는 자기 하드 디스크, 광학 디스크, 플래시 메모리, 또는 전기 프로그램 가능 메모리(EPROM) 또는 전기 소거 가능 및 프로그램 가능(EEPROM) 메모리의 형태를 포함할 수 있다.
네트워크 인터페이스(60)는 몇몇 예에서, 통신 모듈을 포함한다. 네트워크 인터페이스(60)는 일 예에서, 하나 이상의 무선 또는 유선 네트워크 또는 모두와 같은 하나 이상의 네트워크를 통해 외부 디바이스와 통신하기 위해 통신 모듈을 이용한다. 통신 모듈은 이더넷 카드, 광학 송수신기, 무선 주파수 송수신기 또는 정보를 송수신할 수 있는 임의의 다른 유형의 디바이스와 같은 네트워크 인터페이스 카드일 수 있다. 이러한 네트워크 인터페이스의 다른 예는 블루투스, 3G, 4G 및 Wi-Fi 33 무선 컴퓨팅 디바이스뿐만 아니라 범용 직렬 버스(USB)를 포함할 수 있다.
원격 제어기(16)가 사용자 인터페이스를 포함하면, 이러한 사용자 인터페이스는 몇몇 예에서, 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 사용자 입력 인터페이스의 예는 마우스, 키보드, 마이크로폰, 카메라 디바이스, 존재 감응식 및/또는 터치 감응식 디스플레이, 푸시 버튼, 화살표 키, 또는 사용자로부터 입력을 수신하도록 구성된 다른 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자로부터의 사용자 입력 통신은 예를 들어 CAN(Controller Area Network) 버스와 같은 통신 버스를 통해 수행될 수 있다.
사용자 인터페이스는 사용자에게 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 사용자 인터페이스의 예는 디스플레이 디바이스, 사운드 카드, 비디오 그래픽 카드, 스피커, 음극선관(CRT) 모니터, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 사용자 또는 기계에 이해 가능한 형태로 정보를 출력하기 위한 다른 유형의 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자로의 출력 통신은 예를 들어 CAN(Controller Area Network) 버스와 같은 통신 버스를 통해 수행될 수 있다.
도 5는 산업용 전압 전력선 전도체를 통해 안전-환경 영역에 위치된 원격 제어기에 연결된 위험-환경에 위치된 기계 인터페이스의 블록도이다. 도 5에서, 기계 인터페이스(14)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)를 통해 원격 제어기(16)와 전기적으로 통신한다. 이러한 전기 통신은 원격 제어기(16)로부터 기계 인터페이스(14)로와 같이 1방향 또는 2방향일 수 있다. 원격 제어기(16)는 반응성 인터페이스(70), 변조기/복조기(72), 통신 프로세서(74), 애플리케이션 프로세서(76), 사용자 인터페이스(78), EMC 필터(80) 및 전력 변환기(82)를 포함한다.
반응성 인터페이스(70)는 반응성 커플러(36) 및 격리 필터(66)(도 2 및 도 4에 도시되어 있음)를 포함한다. 반응성 인터페이스(70)는 변조된 통신 신호를 변조기/복조기(72)로 전송하고 이러한 변조된 통신 신호가 다른 장비에 전달되는 AC 동작 전력 신호를 오염시키는 것을 방지하도록 구성된다. 변조기/복조기(72)는 원격 제어기(16)에 의해 전송될 통신 신호를 변조하고 원격 제어기(16)에 의해 수신된 통신 신호를 복조하도록 구성된다. 복조된 또는 비변조된 신호는 변조기/복조기(72)와 통신 프로세서(74) 사이에서 전송되고, 통신 프로세서는 이어서 애플리케이션 프로세서(76)와 통신한다. 애플리케이션 프로세서(76)는 원격 제어기(16)의 마스터 제어를 제공하도록 구성된다.
사용자 인터페이스(78)는 사용자와 통신하여 애플리케이션 제어기(76)에 사용자 입력을 제공하고 애플리케이션 제어기(76)로부터 사용자에게 출력을 제공하도록 구성된다. 전력 변환기(82)는 원격 제어기(16)의 다양한 구성요소(70 내지 82)에 의해 요구되는 모든 AC 및/또는 DC 전력 신호를 제공하도록 구성된다. EMC 필터(80)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)로부터 노이즈를 필터링하도록 구성된다.
기계 인터페이스(14)는 반응성 인터페이스(84), 변조기/복조기(86), 통신 프로세서(88), 애플리케이션 프로세서(90), EMC 필터(92) 및 전력 변환기(94)를 포함한다. 반응성 인터페이스(84)는 반응성 커플러(38) 및 격리 필터(56)(도 2 및 도 3에 도시되어 있음)를 포함한다. 반응성 인터페이스(84)는 변조된 통신 신호를 변조기/복조기(86)로 전송하고 이러한 변조된 통신 신호가 다른 장비에 전달되는 AC 동작 전력 신호를 오염시키는 것을 방지하도록 구성된다. 변조기/복조기(86)는 기계 제어기(14)에 의해 전송될 통신 신호를 변조하고 기계 제어기(14)에 의해 수신된 통신 신호를 복조하도록 구성된다. 복조된 또는 비변조된 신호는 변조기/복조기(86)와 통신 프로세서(88) 사이에서 전송되고, 통신 프로세서는 이어서 애플리케이션 프로세서(90)와 통신한다. 애플리케이션 프로세서(90)는 기계 인터페이스(14)의 마스터 제어를 제공하도록 구성된다.
전력 변환기(94)는 기계 인터페이스(14)의 다양한 구성요소(84 내지 94)에 의해 요구되는 모든 AC 및/또는 DC 전력 신호를 제공하도록 구성된다. EMC 필터(92)는 산업용 전압 전력선 전도체(20)로부터 노이즈를 필터링하도록 구성된다.
본 발명이 예시적인 실시예(들)를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경이 이루어질 수도 있고 등가물이 그 요소를 대체할 수도 있다는 것이 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있을 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고 다수의 수정이 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적응하기 위해 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예(들)에 한정되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함할 것이라는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 위험-환경에 위치된 기계와 인터페이스하기 위한 시스템이며,
    방폭 하우징;
    방폭 하우징 내의 반응성 커플러로서, 반응성 커플러는 위험-환경에 위치된 기계에 라인 주파수의 AC 동작 전력을 제공하는 산업용 전압 전력선 전도체에 반응성 커플링하도록 구성되는, 반응성 커플러;
    방폭 하우징 내에 있고 반응성 커플러에 전기적으로 커플링된 통신 인터페이스로서, 통신 인터페이스는 반응성 커플러를 통해 산업용 전압 전력선 전도체로부터 통신 주파수 대역 내의 주파수 제어 신호를 수신하고 수신된 제어 신호에 기초하여 위험-환경에 위치된 기계에 대한 동작 신호를 발생하도록 구성되는, 통신 인터페이스; 및
    통신 인터페이스에 전기적으로 커플링되고 발생된 동작 신호를 그에 제공하기 위해 위험-환경에 위치된 기계에 커플링하도록 구성된 로컬 인터페이스를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 위험-환경에 위치된 기계는 전기 페인트 펌프인, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    전기 페인트 펌프를 더 포함하고, 방폭 하우징은 전기 페인트 펌프에 일체형인, 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 제어 신호는 펌프 속도 명령 신호 및 모드 제어 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    전기 페인트 교반기를 더 포함하고, 방폭 하우징은 전기 페인트 교반기에 일체형인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    전기 페인트 혼합기를 더 포함하고, 방폭 하우징은 전기 페인트 혼합기에 일체형인, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 통신 인터페이스는 반응성 커플러를 통해 산업용 전압 전력선 전도체를 거쳐 원격 제어기로 송신되는 정보 신호를 발생하도록 또한 구성되는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 반응성 커플러는 변압기인, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    위험-환경에 위치된 기계의 경보 조건을 감지하도록 구성된 방폭 하우징 내의 경보 조건 센서를 더 포함하는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 경보 조건 센서는 경보 조건이 경보 조건 센서에 의해 감지되는 것에 응답하여 경보 신호를 발생하도록 또한 구성되는, 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 경보 조건은 위험-환경에 위치된 기계에 제공된 AC 동작 전력에 적어도 부분적으로 기초하여 감지되는, 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    반응성 커플러와 위험-환경에 위치된 기계 사이에서 산업용 전압 전력선 전도체에 전기적으로 커플링된 격리 필터를 더 포함하고, 격리 필터는 라인 주파수를 통과시키고 통신 주파수 대역 내의 주파수를 감쇠하도록 구성되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 격리 필터는 유도성 요소를 포함하는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    방폭 하우징 내에 있고 프로세서 및 메모리를 갖는 로컬 제어기를 더 포함하는, 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 통신 인터페이스는 제1 통신 인터페이스이고, 시스템은
    안전-환경 위치로부터 위험-환경에 위치된 기계를 제어하도록 구성된 원격 제어기를 더 포함하고, 원격 제어기는
    위험-환경에 위치된 기계에 대한 제어 신호를 발생하도록 구성된 제2 통신 인터페이스를 포함하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 반응성 커플러는 제1 반응성 커플러이고, 원격 제어기는
    발생된 제어 신호를 그에 전송하기 위해 위험-환경에 위치된 기계에 라인 주파수의 AC 동작 전력을 제공하는 산업용 전압 전력선 전도체에 반응성 커플링하도록 구성된 제2 반응성 커플러를 더 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 제2 반응성 커플러는 변압기인, 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 격리 필터는 제1 격리 필터이고, 원격 제어기는
    라인 주파수를 통과시키고 통신 주파수 대역 내의 주파수를 감쇠시키도록 구성된 제2 격리 필터를 더 포함하고, 제2 격리 필터는 제2 반응성 커플러와 산업용 전압 전력 소스 사이에 위치되고, 이에 의해 AC 동작 전력이 제공되는, 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 원격 제어기는
    산업용 제어 네트워크에 커플링되어 그로부터 제어 신호를 수신하고 그에 정보 신호를 제공하도록 구성된 네트워크 인터페이스를 더 포함하는, 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 원격 제어기는
    산업용 제어 네트워크에 커플링되어 그로부터 제어 신호를 수신하고 그에 정보 신호를 제공하도록 구성된 사용자 인터페이스를 더 포함하는, 시스템.
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