KR20220095481A - 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템 - Google Patents

네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 센서들과 엑추에이터들을 연결하여 제어하기 위해 구비되는 종단 제어기; 상기 종단 제어기와 필드 버스로 연결되어 종단 제어기를 제어하고 관리하기 위한 어플리케이션 게이트웨이; 상기 어플리케이션 게이트웨이에 제어 프로그램을 배포하여 하위에서 발생하는 데이터를 수집, 분석, 가시화할 수 있는 기능을 제공하는 제어/모니터링 서버; 및 원격지에서 모니터링하고 관리하며, 분산 제어 시스템 프로그램을 상기 제어/모니터링 서버로 업로드하여 상기 어플리케이션 게이트웨이에 분산 설치되도록 제어할 수 있는 클라이언트를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템을 제안한다.

Description

네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템{Distributed Control Method And Distributed Control System Of Network-Based Plant Process Control System}
본 발명은 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템에 관한 것으로, 다수의 공정 제어 프로그램들이 내부 로직과 연관된 어플리케이션 게이트웨이에 묵시적으로 분산 설치 및 실행되어 분산 제어기반 공정 제어를 수행하는 방법과 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
종래의 플랜트 공정 제어 시스템들은 PLC(Programmable Logic Controller)를 중앙 제어 장치로하여 공정 제어 시스템을 구축하거나, 다수의 PLC들을 고속 이더넷 필드버스를 통해 상호 연동하도록 한다. 이에 더하여, 제어/모니터링을 위해서 SCADA 시스템을 도입하여 서버를 통해 데이터를 수집/모니터링하고 상태에 따라 관리자가 입출력 제어를 수행할 수 있도록 한다. 최근에는 사물인터넷(IoT) 기술과 클라우드를 도입하여 무선 사물인터넷 통신망을 통해 충분한 데이터를 제공받을 수 있도록 하고, 발생되는 모든 데이터들을 클라우드에 집중하여 수집/저장/분석/처리할 수 있도록 시스템을 구축한다. 이러한 방식의 시스템은 장치 중심적이고, 중앙 집중적이기 때문에 초기에 한번 구축된 시스템을 변경하기가 어렵다는 단점이 있다. 그리고, 여러개의 하위 시스템으로 분산되어 있는 경우, 공정 제어 프로그램을 변경할 때에는 관련된 장치들의 프로그램을 모두 변경해주고 연동해줘야 하는 등 유지보수 및 관리가 쉽지 않은 한계가 있다.
네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템과 관련된 기술로 아래의 특허문헌들이 알려져있다.
대한민국 등록특허 제10-0434862호(공고일 2004.06.07.)이하 특허문헌 1라함에서는 하수처리 통합 감시/제어 시스템이 공개되어 있다. 특허문헌 1에서는 하수처리부에 저장된 오수를 처리하며 하수처리 과정에서 발생되는 데이터를 기지국을 통해 통합운영 하수처리장의 기지국으로 송출함과 아울러 통합운영 하수처리장으로부터 송신된 제어명령 및 유지보수 작업지시를 수신하여 자동 및 수동제어 작업과 유지보수 업무를 수행하는 다수의 단위하수처리장과, 상기 다수의 단위하수처리장으로부터 송출되는 데이터를 수신하고 하수처리부에 저장된 오수를 처리하며 하수처리 과정에서 발생되는 데이터를 기지국을 통해 통합관리국에 송출함과 아울러 통합관리국으로부터 송신된 제어명령 및 유지보수 작업지시를 수신하여 자동 및 수동제어 작업과 유지보수 업무를 수행하는 통합운영 하수처리장과, 상기 통합운영 하수처리장으로부터 송신된 데이터를 수신하고 그 수신된 데이터를 분석하여 하수처리장의 운영실적 및 효율을 평가함과 아울러 통합운영 하수처리장으로 제어명령 및 유지보수 작업지시를 송출하는 통합관리국으로 구성이 개시되어 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0908047호(공고일 2009.07.15.)이하 특허문헌 2 이라함에서는 통신망을 이용한 수처리설비 감시제어시스템이 공개되어 있다. 특허문헌 2에서는 각 수처리시설에 일 대 일로 대응하도록 설치된 수처리계측기기와, 상기 각 수처리시설에 일 대 일로 대응하도록 설치되고 각각 대응하는 수처리계측기기로부터의 측정데이터 및 피엘씨메모리에 저장된 제어시퀀스프로그램에 기초하여 수처리설비를 제어하는 피엘씨와, 통신망에 연결된 상위제어장치를 갖는 수처리설비감시제어시스템에 있어서, 상기 상위제어장치는 각각 상위장치저장부와 상기 피엘씨와의 신호전송을 담당하는 피엘씨통신모듈과 상기 통신망과의 신호전송을 담당하는 망통신모듈과 상기 피엘씨통신모듈을 통해 입력되는 측정데이터를 처리하여 상기 상위장치저장부에 저장하는 상위장치중앙처리부를 가지고, 상기 피엘씨통신모듈을 통해 상기 각 피엘씨에 일 대 일로 연결되도록 설치되며; 상기 피엘씨는 상기 수처리계측기기로부터 입력되는 측정데이터를 상기 피엘씨통신모듈로 전송하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 수처리시설 별로 감시기능이 분리되고, 효율적으로 측정데이터를 수집하고 이용할 수 있는 것이 개시되어 있다.
그러나 종래의 플랜트 공정 제어 시스템들은 PLC(Programmable Logic Controller)를 중앙 제어 장치로하여 공정 제어 시스템을 구축하거나, 다수의 PLC들을 고속 이더넷 필드버스를 통해 상호 연동하도록 한다. 이에 더하여, 제어/모니터링을 위해서 SCADA 시스템을 도입하여 서버를 통해 데이터를 수집/모니터링하고 상태에 따라 관리자가 입출력 제어를 수행할 수 있도록 한다. 최근에는 사물인터넷(IoT) 기술과 클라우드를 도입하여 무선 사물인터넷 통신망을 통해 충분한 데이터를 제공받을 수 있도록 하고, 발생되는 모든 데이터들을 클라우드에 집중하여 수집/저장/분석/처리할 수 있도록 시스템을 구축한다. 이러한 방식의 시스템은 장치 중심적이고, 중앙 집중적이기 때문에 초기에 한번 구축된 시스템을 변경하기가 어렵다는 단점이 있다. 그리고, 여러개의 하위 시스템으로 분산되어 있는 경우, 공정 제어 프로그램을 변경할 때에는 관련된 장치들의 프로그램을 모두 변경해주고 연동해줘야 하는등 유지보수 및 관리가 쉽지 않은 한계가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0434862호(공고일 2004.06.07.) 대한민국 등록특허 제10-0908047호(공고일 2009.07.15.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템은 전체 플랜트 공정 제어 시스템의 운전을 위한 제어 프로그램을 변경하여 서버를 통해 배포하는 것으로 종단의 설비 및 장치들의 규모 변화에 대응할 수 있어 분산 제어 시스템이 확장성과 유연성을 가질 수 있고, 다수의 공정 제어 프로그램들이 다수의 어플리케이션 게이트웨이에 적절히 분산되어 설치되는 것으로 그 역할이 분산되어 전체 공정 제어에 분산 처리되는 효과를 가질 수 있는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법은, 복수의 센서들과 엑추에이터들을 연결하여 제어하기 위해 구비되는 종단 제어기; 상기 종단 제어기와 필드 버스로 연결되어 종단 제어기를 제어하고 관리하기 위한 어플리케이션 게이트웨이; 상기 어플리케이션 게이트웨이에 제어 프로그램을 배포하여 하위에서 발생하는 데이터를 수집, 분석, 가시화할 수 있는 기능을 제공하는 제어/모니터링 서버; 및 원격지에서 모니터링하고 관리하며, 분산 제어 시스템 프로그램을 상기 제어/모니터링 서버로 업로드하여 상기 어플리케이션 게이트웨이에 분산 설치되도록 제어할 수 있는 클라이언트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 종단 제어기는, 이중화 기능을 제공하기 위하여 동일한 사양을 가지는 종단 제어기가 쌍(pair)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 쌍(pair)으로 구성된 종단 제어기와 상기 복수의 센서들과 엑츄에이터들 사이에 연결되어 구성되며; 상기 쌍(pair)으로 구성된 종단 제어기의 이중화 동작에 따라 입출력 신호의 제어권을 가지는 종단 제어기와 인터페이스를 스위칭하는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 클라이언트는, 상기 종단 제어기들의 운전 상태 확인하고, 각 시스템의 파라메터 설정을 변경하거나 프로그램의 동작을 변경할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 분산 제어 프로그램은 로직의 구성과 프로그램 프로파일에 명세된 내용에 따라 상기 어플리케이션 게이트웨이에 묵시적으로 배포되고 설치되며; 실행될 때는 프로그램 내부에서 자신과 관련된 제어 로직만을 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 관리자가 구성한 제어 프로그램이 제어 프로그램의 프로파일과 함께 클라이언트에서 제어/모니터링 서버로 업로드 하는 업로드 단계; 상기 제어/모니터링 서버에서 제어 프로그램의 프로파일에 명세된 종단 제어기 노드들과 연결된 어플리케이션 게이트웨이들에 분산 설치되는 분산 설치 단계; 및 상기 분산 설치 단계를 통해 설치가 완료된 후 상기 어플리케이션 게이트웨이에서 설치된 제어 프로그램을 실행하고 관리하는 관리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 분산 설치 단계는, 상기 업로드 단계에서 업로드된 제어 프로그램 프로파일을 로드 하는 단계; 상기 제어 프로그램의 프로파일에 명세된 종단 제어기 정보를 추출하는 단계; 상기 추출된 종단 제어기와 연결된 어플리케이션 게이트웨이를 추출하고 결정하는 단계; 및 상기 제어 프로그램의 기설치 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어 프로그램의 기설치 여부를 확인하는 단계는, 제어 프로그램의 기설치 여부 확인 후 기설치된 프로그램의 경우 제어 프로그램의 프로파일을 변경하고, 기설치되지 않은 프로그램의 경우 어플리케이션 게이트웨이에 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어 프로그램은 로직의 구성과 프로그램 프로파일에 명세된 내용에 따라 상기 어플리케이션 게이트웨이에 묵시적으로 배포되고 설치되며; 실행될 때는 프로그램 내부에서 자신과 관련된 제어 로직만을 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템에 따르면, 전체 플랜트 공정 제어 시스템의 운전을 위한 제어 프로그램을 변경하여 서버를 통해 배포하는 것으로 종단의 설비 및 장치들의 규모 변화에 대응할 수 있어 분산 제어 시스템이 확장성과 유연성을 가질 수 있고, 다수의 공정 제어 프로그램들이 다수의 어플리케이션 게이트웨이에 적절히 분산되어 설치되는 것으로 그 역할이 분산되어 전체 공정 제어에 분산 처리되는 효과를 갖는다.
또한, 어플리케이션 게이트웨이에 분산된 동일한 제어 프로그램이 자신의 로직과 관련된 기능만을 담당하여 처리하고 네트워크를 통해 연동되는 것으로 분산 제어가 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어 네트워크의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어를 위한 구성 요소들 간의 관계를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 네트워크 기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 네트워크 구성 및 분산 제어 프로그램 배포 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어 프로그램의 배포 과정을 나타내는 순서도 이다.
도 6은 본 발명의 분산 제어 프로그램의 실행 실시 예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어 네트워크의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어를 위한 구성 요소들 간의 관계를 나타내는 블록 다이어그램이고, 도 4는 본 발명의 네트워크 기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 네트워크 구성 및 분산 제어 프로그램 배포 실시예를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어 프로그램의 배포 과정을 나타내는 순서도 이고, 도 6은 본 발명의 분산 제어 프로그램의 실행 실시 예를 나타내는 도면이다.
본원발명의 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템을 살펴보면,
도 1에 도시된 바와 같이, 클라이언트(100)와 제어/모니터링 서버(200)와 어플리케이션 게이트웨이(300)와 종단제어기(311,312)와 브릿지(400)와 센서/액츄에이터(500)를 포함할 수 있다.
클라이언트(100)는, 사용자(관리자)가 분산 제어 시스템 전체를 원격지에서 모니터링하고 관리하기 위한 시스템으로, 사용자(관리자)는 분산 제어 시스템 프로그램을 서버로 업로드하여 어플리케이션 게이트웨이 분산 설치되도록 제어할 수 있고, 종단 제어기들의 운전 상태 확인 및 각 시스템의 파라메터 설정을 변경하거나 프로그램의 동작을 변경할 수 있다.
제어/모니터링 서버(200)는, 종단 제어기와 연결된 센서들의 데이터 저장 및 인출, 분산 제어 프로그램 설치 및 관리, 클라이언트에게 가시화 기능 제공, 전체 시스템 연동을 위한 API등 전체 시스템을 연동하고 관리하기 위한 서버집합이다.
어플리케이션 게이트웨이(300)는, PLC기반의 시스템이나 이중화 기능을 제공하는 종단 제어기들과의 통신 인터페이스, 분산 제어 프로그램의 실행/관리를 위한 미들웨어 구동, 종단 제어기에서 생성되는 데이터 및 로그 저장 및 인출, 제어/모니터링 서버(200)와 연동 및 독립된 HMI(Humanmachine Interface) 제공을 위한 인터페이스를 제공하기 위한 시스템이다.
또한, 내부에 실시간 운영체제가 탑재되어 다수의 분산 실시간 제어 프로그램을 동적으로 설치/구동/제거 할 수 있다.
종단 제어기(310)는 실질적으로 플랜트 설비에 필요한 각종 장치들과 연결되어 직접 제어를 수행하거나 데이터를 상위로 전달할 수 있도록 지원하는 제어기로, 동일한 사양을 가지는 두 개의 제어기(Primary, Secondary)가 쌍으로 연결되어 상호 상태를 감시하는 것으로 이중화를 제공할 수 있다.
또한, 내부에 운영체제가 탑재될 수 있지만, 동적으로 제어 프로그램을 설치/구동/제거할 수는 없다.
브릿지(400)는, 센서/엑추에이터(500)를 이중화되는 종단 제어기에 연결하기 위한 브릿지 시스템으로, 이중화 동작에 따라서 입출력 신호의 제어권을 가지는 종단 제어기와 인터페이스를 스위칭할 수 있도록 지원하는 시스템이다.
따라서, 본 발명에 따른 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템의 주요 구성 요소들을 계층화 할 수 있다.
클라이언트(100)는 사용자(관리자)가 플랜트의 공정 제어 상황이나 전체 장치들의 상태, 데이터 모니터링 및 수동 제어를 수행할 수 있도록 지원하며, 제어/모니터링 서버(200)는 사용자(관리자)가 업로드하는 공정 제어 프로그램 및 하위에서 송신하는 데이터를 데이터베이스 저장부(250, DB)에 저장 및 관리하고, 클라이언트(100)의 요청에 따라 데이터를 데이터베이스 저장부(250, DB)로부터 인출하고 가시화하여 전달할 수 있다.
또한, 어플리케이션 게이트웨이(300)는 제어/모니터링 서버(200)로부터 수신한 제어 프로그램들이 설치되고, 미들웨어를 통해 실행 및 관리되며, 연결된 하위의 종단 제어기들(311,312)과 연동된다. 종단 제어기는 이중화를 위해 제1 종단 제어기(311) 및 제2 종단 제어기(312)와 같이 쌍(Pair)으로 구성될 수 있고, 실제 말단 장치인 센서/엑추에이터(500)들을 어플리케이션 게이트웨이(300)상에서 실행되는 제어 프로그램의 명령에 따라 제어 입출력 신호를 출력한다.
이때, 브릿지(400)는 이중화된 종단 제어기들(311,312)과 연결하기 위해 채널을 분배하고 스위칭할 수 있다.
본 발명에 따른 분산 제어 네트워크의 구성을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어/모니터링 서버(200)와 어플리케이션 게이트웨이(300)와는 이더넷과 WiFi와 같은 고속의 유무선 통신 네트워크로 연결될 수 있다.
그리고, 각 어플리케이션 게이트웨이(301,302,303)는 산업용 필드버스(fieldbus)를 통해 다수의 종단 제어기(310)들이 하위에 연결될 수 있다.
또한, 이중화를 지원하는 종단 제어기들은 제1 종단 제어기(311)와 제2 종단 제어기(312)와 같이 각 쌍(Pair)이 브릿지(400)를 통해 센서 및 엑추에이터(500)와 연결될 수 있다.
또한, 기존 공정 제어 시스템에서 활용되고 있는 PLC나 전용 제어기들도 통신 및 외부 입출력 인터페이스를 통해 어플리케이션 게이트웨이(300)와 연결될 수 있다.
분산 제어를 위한 기본 구성 요소들간의 관계를 블록 다이어그램을 통해 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 관리자가 구성한 신규 프로그램은 프로그램 프로파일과 함께 클라이언트(100)에서 제어/모니터링 서버(200)로 업로드 될 수 있고, 제어/모니터링 서버(200)의 프로그램 관리자로부터 제어 프로그램들이 관리된다.
보다 구체적으로는, 가시화부(101)는 플랜트 공정 운전과정에서 발생되는 제어 데이터, 센서 계측 데이터, 이벤트등이 그래프, 테이블 등의 형태로 사용자에게 보여지도록 하는 디스플레이 장치 또는 기능이다.
제어 패널(102)은 플랜트 공정 운전을 사용자가 변경하거나 수동으로 제어할 수 있도록 하는 기능으로, 관리자가 신규의 공정 제어 프로그램인 신규 프로그램을 구성하고 클라이언트를 통해 서버로 업로드 한다.
또한, 업로드되는 제어 프로그램은 서버 내 프로그램 관리자(201)를 통해 저장/검색/로드 될 수 있는데, 사용자가 서버에 등록된 제어 프로그램 리스트를 프로그램 관리자로부터 제공받고 제어 패널(102)을 통해 설치할 프로그램을 선택하여 설치 명령을 서버의 프로그램 관리자(201)에게 전달한다.
제어/모니터링 서버의 프로그램 관리자(201)는 플랜트 공정에서 사용 가능한 프로그램의 리스트를 관리하거나, 실행/설치 여부, 제어 프로그램의 설정 파라메터 등을 관리한다.
그리고, 사용자의 실행 명령에 따라 프로그램 설치부로 하여금 제어 프로그램을 분산 설치되도록 요청하는 역할을 수행한다.
프로그램 설치부(202)는 프로그램 관리자(201)를 통해 특정 제어 프로그램을 플랜트 공정 제어 시스템에 설치하도록 요청을 받게 되면, 해당 제어 프로그램은 프로파일에 명시된 파라메터에 따라 서버의 DB에 저장된 네트워크의 장치(노드) 트리를 검색하여 실제로 설치할 타깃 어플리케이션 게이트웨이를 선택한다.
검색된 타깃 어플리케이션 게이트웨이(300)에 해당 제어 프로그램이 설치가 되어있다면, 제어 프로그램의 프로파일을 변경한다. 설치되어 있지 않다면 해당 프로그램을 어플리케이션 게이트웨이(300)에 전송한다.
제어/모니터링 서버의 DB 처리부(205)는 서버의 DB에는 네트워크(network)와 필드버스(fieldbus)에 연결된 모든 장치들이 트리로 저장되어 있다.
그리고, 하위에서 발생되는 모든 데이터가 저장되어 있고, 쿼리 요청에 따라 검색하여 정보를 인출할 수 있다.
어플리케이션 게이트웨이(300)의 프로그램 관리자(301)는 제어/모니터링 서버(200)로부터 설치해야 할 제어 프로그램을 전달받고, 현재 실행중이거나 보관중인 제어 프로그램들을 관리한다.
제어 프로그램이 서버로부터 정상적으로 다운로드가 완료되면, 자동으로 설치하도록 하고 프로그램 실행부로 해당 프로그램을 실행하도록 명령할 수 있다.
어플리케이션 게이트웨이(300)의 데이터베이스(DB) 처리부(305)를 통해 어플리케이션 게이트웨이(300)의 데이터베이스(DB) 에는 해당 어플리케이션 게이트웨이에서 제어되고 수신되는 모든 데이터가 저장된다. 데이터베이스(DB)는 제어/모니터링 서버(200)로부터 백업 요청을 받을 수 있고, 저장된 데이터가 서버의 데이터베이스(DB)에 백업될 수 있다.
프로그램 실행부(306)는 서버로부터 수신된 프로그램을 실행하기 위한 엔진으로, 수신된 프로그램을 메모리에 로드하여 실행한다.
어플리케이션 게이트웨이(300)는 제어 프로그램의 프로파일에 따라 프로그램의 제어 주기, 의존하는 모듈(라이브러리), 통신 포트/속도, 기타 프로그램 파라메터를 로드하여 프로그램을 구동하는데, 서비스/통신 미들웨어(307)는 하드웨어 추상화 계층으로 제어 프로그램이 추상화된 인터페이스를 통해 하드웨어를 간접적으로 제어할 수 있도록 제공한다.
또한, 모든 제어 입출력은 내부 데이터베이스(DB)에 저장된다.
종단 제어기는 필드버스(fieldbus)를 통해 입출력 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 모드버스(Modbus)와 같은 산업용 표준 통신 프로토콜을 제공하는데, 모든 장치는 고유의 ID를 가질 수 있고 외부에서 변경 가능한 프로파일 정보를 가지고 있다.
따라서, 관리자가 구성한 신규의 제어 프로그램은 프로그램 프로파일과 함께 클라이언트에서 서버로 업로드 될 수 있고, 서버의 프로그램 관리자로부터 제어 프로그램들이 관리되며, 관리자가 지정한 제어 프로그램의 프로파일은 프로파일에 명세된 내용에 따라 서버의 프로그램 설치부를 통해서 제어 프로그램이 배포된다. 배포가 완료되면 프로그램 실행부는 해당 제어 프로그램을 메모리에 로드하여 구동하는 실행 엔진의 역할을 수행한다.
이때 제어 프로그램은 서비스/통신 미들웨어에서 제공하는 인터페이스의 규약에 따라 미들웨어와 연동할 수 있어, IPC(Inter-Process Communication)와 같은 방법으로 하위 제어기를 통제할 수 있다.
종단 제어기는 내부에 특정 어드레스에 데이터를 읽고 쓰는 것으로 모드버스(Modbus)와 같은 프로토콜을 지원하여 외부에서 접근할 수 있도록 제공한다.
도 4 및 도 5를 참조하여 분산 제어 프로그램의 실시 예를 살펴보면, 플랜트에는 다수의 말단 장치들이 있고, 각 말단 장치들은 종단 제어기(E-1 내지 E-10)들과 연결되어 있다.
단위 공정 분산 제어의 여부와 관계없이, 모든 종단 제어기들은 시스템 구축 시 임의의 어플리케이션 게이트웨이들과 연결될 수 있다.
도 4에 도시된 실시 예에서는 두 개의 제어 블록을 가정하였는데, 제어 블록 1은 3개의 어플리케이션 게이트웨이와 5개의 종단 제어기로 구성되어 있고, 제어 블록 2는 두 개의 어플리케이션 게이트웨이와 5개의 종단 제어기로 구성되어 있다.
관리자가 구성(S100)한 제어 프로그램(App #1)을 서버에 업로드(S110)하면 제어 프로그램 프로파일(S210)에 명세된 종단 제어기(E1 내지 E5)와 연결된 어플리케이션 게이트웨이를 직접 탐색(S220) 또는 데이터베이스(DB)에서 장치 트리를 검색하여 해당 제어 프로그램을 설치할 대상 어플리케이션 게이트웨이를 결정(S230)한다.
제어 프로그램(App #1)은 3개의 어플리케이션 게이트웨이(G-1 내지 G-3)가 선택될 것이고, 제어 프로그램의 기설치 여부를 확인하고(S240) 각 어플리케이션 게이트웨이 해당 제어 프로그램이 배포되고 설치된다(S250).
관리가가 구성한 제어 프로그램(App #2)도 이전 프로세스와 동일한 과정(S100 내지 S250)으로 해당 어플리케이션 게이트웨이(G-3 및 G-4)에 배포 및 설치된다.
설치가 정상적으로 완료되면 어플리케이션 게이트웨이의 프로그램 실행부를 통해 제어 프로그램이 실행(S300)된다.
도 6을 참조하여 분산 제어 프로그램의 실시 예를 살펴보면, 제어 프로그램 프로파일에 명세된 종단 제어기(E1 내지 E5)들과 연관된 대상 어플리케이션 게이트웨이 정보를 추출 및 결정하게 되면, 해당 제어 프로그램은 동일하게 각 어플리케이션 게이트웨이로 전송되어 설치된다.
프로그램이 실행되면 G-2에 설치된 제어 프로그램은 세 개의 종단 제어기로부터 데이터를 수집하여 특정 알고리즘을 통해 처리하여 결과를 출력하는 로직만 실행하는 과정을 반복한다.
G-3에 설치된 제어 프로그램은 이전 로직에서 처리되는 결과데이터를 수신 대기(Subscribe)하다가, 데이터가 수신되면 자신과 연결된 종단 제어기로부터 데이터를 수집하여 특정 알고리즘을 통해 처리된 결과를 전송하는 로직만 반복한다. 마지막으로 G-1에 설치된 제어 프로그램은 최종적으로 처리되는 데이터를 수신 대기하다가, 수신이 정상적으로 되면 해당 종단 제어기에게 제어 신호를 출력하는 로직만 반복한다.
따라서, 본 발명에 따른 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법 및 분산 제어 시스템은 전체 플랜트 공정 제어 시스템의 운전을 위한 제어 프로그램을 변경하여 서버를 통해 배포하는 것으로 종단의 설비 및 장치들의 규모 변화에 대응할 수 있어 분산 제어 시스템이 확장성과 유연성을 가질 수 있고, 다수의 공정 제어 프로그램들이 다수의 어플리케이션 게이트웨이에 적절히 분산되어 설치되는 것으로 그 역할이 분산되어 전체 공정 제어에 분산 처리되는 효과를 갖는다.
또한, 어플리케이션 게이트웨이에 분산된 동일한 제어 프로그램이 자신의 로직과 관련된 기능만을 담당하여 처리하고 네트워크를 통해 연동되는 것으로 분산 제어가 가능한 효과를 가진다.
또한, 전체 플랜트 공정 제어 시스템의 운전을 위한 제어 프로그램을 변경하여 서버를 통해 배포하는 것으로 종단의 설비 및 장치들의 규모 변화에 대응할 수 있어 분산 제어 시스템이 확장성과 유연성을 가질 수 있고, 다수의 공정 제어 프로그램들이 다수의 어플리케이션 게이트웨이에 적절히 분산되어 설치되는 것으로 그 역할이 분산되어 전체 공정 제어에 분산 처리되는 효과를 갖는다.
또한, 시스템을 모듈화하고 공정 제어를 유연하게 할 수 있으며, 유지보수의 편의성을 향상 시킬 수 있는 효과를 갖는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 클라이언트 200: 제어/모니터링 서버
250: 데이터베이스 저장부 300: 어플리케이션 게이트웨이
311: 종단 제어기(Primary) 312: 종단 제어기(Secondary)
350: 데이터베이스 저장부 400: 브릿지
500: 센서/액츄에이터

Claims (9)

  1. 복수의 센서들과 엑추에이터들을 연결하여 제어하기 위해 구비되는 종단 제어기;
    상기 종단 제어기와 필드 버스로 연결되어 종단 제어기를 제어하고 관리하기 위한 어플리케이션 게이트웨이;
    상기 어플리케이션 게이트웨이에 제어 프로그램을 배포하여 하위에서 발생하는 데이터를 수집, 분석, 가시화할 수 있는 기능을 제공하는 제어/모니터링 서버; 및
    원격지에서 모니터링하고 관리하며, 제어 프로그램을 상기 제어/모니터링 서버로 업로드하여 상기 어플리케이션 게이트웨이에 분산 설치되도록 제어할 수 있는 클라이언트를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 종단 제어기는,
    이중화 기능을 제공하기 위하여 동일한 사양을 가지는 종단 제어기가 쌍(pair)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    쌍(pair)으로 구성된 종단 제어기와 상기 복수의 센서들과 엑츄에이터들 사이에 연결되어 구성되며;
    상기 쌍(pair)으로 구성된 종단 제어기의 이중화 동작에 따라 입출력 신호의 제어권을 가지는 종단 제어기와 인터페이스를 스위칭하는 브릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 클라이언트는,
    상기 종단 제어기들의 운전 상태 확인하고, 각 시스템의 파라메터 설정을 변경하거나 프로그램의 동작을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 프로그램은 로직의 구성과 프로그램 프로파일에 명세된 내용에 따라 상기 어플리케이션 게이트웨이에 묵시적으로 배포되고 설치되며;
    실행될 때는 프로그램 내부에서 자신과 관련된 제어 로직만을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 시스템.
  6. 관리자가 구성한 제어 프로그램이 제어 프로그램의 프로파일과 함께 클라이언트에서 제어/모니터링 서버로 업로드 하는 업로드 단계;
    상기 제어/모니터링 서버에서 제어 프로그램의 프로파일에 명세된 종단 제어기 노드들과 연결된 어플리케이션 게이트웨이들에 분산 설치되는 분산 설치 단계; 및
    상기 분산 설치 단계를 통해 설치가 완료된 후 상기 어플리케이션 게이트웨이에서 설치된 제어 프로그램을 실행하고 관리하는 관리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 분산 설치 단계는,
    상기 업로드 단계에서 업로드된 제어 프로그램 프로파일을 로드 하는 단계;
    상기 제어 프로그램의 프로파일에 명세된 종단 제어기 정보를 추출하는 단계;
    상기 추출된 종단 제어기와 연결된 어플리케이션 게이트웨이를 추출하고 결정하는 단계; 및
    상기 제어 프로그램의 기설치 여부를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어 프로그램의 기설치 여부를 확인하는 단계는,
    제어 프로그램의 기설치 여부 확인 후 기설치된 프로그램의 경우 제어 프로그램의 프로파일을 변경하고, 기설치되지 않은 프로그램의 경우 어플리케이션 게이트웨이에 전송하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어 프로그램은 로직의 구성과 프로그램 프로파일에 명세된 내용에 따라 상기 어플리케이션 게이트웨이에 묵시적으로 배포되고 설치되며;
    실행될 때는 프로그램 내부에서 자신과 관련된 제어 로직만을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 네트워크기반 플랜트 공정 제어 시스템의 분산 제어 방법.
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