KR20240007010A - 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 입출력 단말장치들과 연결된 제1 교환기가, PLC와 연결된 제2 교환기와 단일 공통신호선에 의해 연결되어 입출력 단말장치들과 PLC 사이의 데이터 전송이 이루어지도록 구성됨으로써 제1 교환기와 제2 교환기 사이에 설치되는 신호선의 개수가 감소될 뿐만 아니라, 입출력 단말장치의 추가 설치 시, 신호선을 추가로 설치하지 않아도 추가로 설치된 입출력 단말장치와 PLC 사이의 데이터의 전송이 이루어지기 때문에 신호선을 설치하는데 걸리는 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 입출력 단말장치들과 PLC 사이에 설치된 신호선의 개수를 감소시킴으로써 복수개의 동력선들, 전원선들 및 신호선들의 혼재로 인하여 발생되는 유도 자기장에 의해 입출력 단말장치들이 오작동되는 것을 방지할 수 있으며, 교환기들에 형성된 입력 및 출력 I/O 포트들에 주소값들이 각각 색인되며, 신호선들이 서로 대응되는 주소값의 입력 및 출력 I/O 포트에 연결되도록 구성됨으로써 신호선들의 설치가 직관적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 관리를 용이하게 할 수 있으며, 각 입출력 단말장치들로부터 센싱 데이터를 지속적으로 수집 및 분석하며, 수집된 데이터들과 실시간으로 수집되는 센싱 데이터를 비교 분석함으로써 고장나거나 오작동 중인 입출력 단말장치를 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 입출력 단말장치들의 고장발생 시기인 다운타임을 예측할 수 있으며, 입출력 단말장치로부터 입렵되는 센싱데이터가 누락되었다고 판단될 때, 누락된 기간 전후의 센싱데이터를 활용하여 누락기간동안의 센싱데이터를 예측하기 위한 예측식을 생성함으로써 누락기간 동안의 센싱데이터를 예측할 수 있는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템에 관한 것이다.

Description

공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템{Control signal exchange system using common signal line}
본 발명은 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 다양한 종류의 입출력 단말장치들과 연결된 교환기와, PLC와 연결된 교환기가 단일 공통신호선에 의해 연결되며, 교환기들로 입력된 데이터가 패킷 형태로 변환되어 공통신호선에 의해 전송되도록 구성되어 입출력 단말장치들과 PLC 간의 길고 복잡한 다수의 신호선을 간소화하여 제작, 설치관리 비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 교환기들과 연결된 입출력 단말장치들의 온도, 진동 등의 상태정보를 실시간으로 수집 및 분석할 수 있도록 구성됨으로써 생산설비들의 상태정보를 실시간으로 체크하고 설비의 고장(Down) 예측 및 고장 시 신속하게 고장 대처할 수 있는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동제어 시스템으로 움직이는 제조설비 또는 자동화 기기의 경우에는 복수 개의 생산공정 및 생산 기계들을 동시에 관리해야 되기 때문에 서버를 이용한 생산관리 시스템이 개발되고 있다.
그러나 종래의 생산관리 시스템의 경우에는 다양한 제어기능을 가질수록 다양한 공정 설비들이 복잡하게 연결되기 때문에 각 공정 설비들의 운영 및 관리가 어렵다는 문제점을 갖는다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 등록특허 제10-2111854호(발명의 명칭 : 센서 게이트웨이 장치를 이용한 생산설비 관리 시스템)(이하 ‘종래기술’이라 함)가 개발되었다.
도 1은 종래기술의 블록도이다.
종래기술(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 센서노드(140)들과, 센서 게이트웨이 장치(150), 서버(110) 및 사용자 단말(120)로 이루어진다.
센서노드(140)들은 각 공정설비(130)들에 장착된 센서이며, 각 공정설비(130)들로부터 수집된 센싱정보를 센서 게이트웨이 장치(150)로 전송한다.
센서 게이트웨이 장치(150)는 각 공정설비(130)들에 설치된 센서노드(140)들로부터 입력되는 신호를 실시간으로 변환하여 서버(110)로 전송한다. 이때 센서 게이트웨이 장치(150)는 공정설비의 고장 또는 가동 여부를 확인할 수 있다.
서버(110)는 센서 게이트웨이 장치(150)에서 입력되는 센싱신호들을 분석하여 사용자 단말(120)로 전송할 수 있다. 또한 서버(110)는 입력된 센싱신호들을 통해 각 공정설비(130) 별로 분석 데이터를 생성하여 사용자 단말(120)로 전송한다.
이러한 종래기술(100)은 센서노드(140)들로부터 입력되는 신호를 분석하여 실시간으로 공정설비(130)들의 상태를 모니터링 할 수 있다.
그러나 종래기술(100)은 각 공정설비(130)의 고장 또는 가동 여부를 확인할 수 있지만 공정설비(130)들의 다운타임을 예측하기 위한 수단이 없기 때문에 공정설비(130)들이 고장나기 전에 사전에 교체하거나 수리가 불가능하여 고장난 공정설비를 수리할 때까지 걸리는 시간이 증가되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 복수개의 입출력 단말장치들과 연결된 제1 교환기가, PLC와 연결된 제2 교환기와 단일 공통신호선에 의해 연결되어 입출력 단말장치들과 PLC 사이의 데이터 전송이 이루어지도록 구성됨으로써 제1 교환기와 제2 교환기 사이에 설치되는 신호선의 개수가 감소될 뿐만 아니라, 입출력 단말장치의 추가 설치 시, 신호선을 추가로 설치하지 않아도 추가로 설치된 입출력 단말장치와 PLC 사이의 데이터의 전송이 이루어지기 때문에 신호선을 설치 하는데 걸리는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 PLC와, 입출력 단말장치들 사이에 설치된 복수개의 신호선들을 공통신호선으로 대체함과 동시에, 제어신호가 패킷의 형태로 전달되도록 구성됨으로써 PLC와, 입출력 단말장치들 사이에 복수개의 고전압 동력선들, 전원선들 및 제어신호선들이 혼재하여 배선된 상황에서 유도 자기장에 의해 입출력 단말장치들의 제어신호에 간섭현상이 발생되어 전체 설비의 제어에 불특정 오작동이 발생되는 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 교환기들에 형성된 입력 및 출력 I/O 포트들에 주소값들이 각각 색인되며, 신호선들이 서로 대응되는 주소값의 입력 및 출력 I/O 포트에 연결되도록 구성됨으로써 신호선들의 설치가 직관적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 관리가 용이한 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 각 입출력 단말장치들로부터 센싱 데이터를 지속적으로 수집 및 분석하며, 수집된 데이터들과 실시간으로 수집되는 센싱 데이터를 비교 분석함으로써 고장나거나 오작동 중인 입출력 단말장치를 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 입출력 단말장치들의 고장발생 시기인 다운타임을 예측할 수 있는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 입출력 단말장치로부터 입렵되는 센싱데이터가 누락되었다고 판단될 때, 누락된 기간 전후의 센싱데이터를 활용하여 누락기간동안의 센싱데이터를 예측하기 위한 예측식을 생성함으로써 누락기간동안의 센싱데이터를 예측할 수 있는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 입출력 단말장치들; 온도센서 및 압력센서를 포함하며, 상기 입출력 단말장치들 각각에 설치되어 설치된 입출력 단말장치의 센싱데이터를 수집하는 센서모듈들; 상기 입출력 단말장치들과 연결되며, 상기 센서모듈에 의해 수집된 센싱데이터를 수신하는 제1 교환기; 상기 입출력 단말장치들을 모니터링하며, 제어데이터를 출력하여 상기 입출력 단말장치들을 제어하는 PLC; 상기 PLC와 연결되는 제2 교환기; 상기 제1 교환기와 상기 제2 교환기 사이에 설치되는 공통신호선을 포함하고, 상기 제1 교환기는 상기 센서모듈들로부터 수신한 센싱데이터를 패킷 형태로 변환하여 제2 교환기로 송신하고, 상기 제2 교환기는 상기 PLC로부터 수신한 제어데이터를 패킷 형태로 변환하여 제1 교환기로 송신하는 것을 특징으로 하는 이다.
또한 본 발명에서 상기 PLC는 상기 입출력 단말장치들로부터 수신한 센싱데이터를 분석하여 분석데이터를 생성하는 데이터 분석부; 상기 데이터 분석부에 의해 생성된 분석데이터를 활용하여 상기 입출력 단말장치들의 정상작동 여부를 판단하며, 분석데이터를 활용하여 상기 입출력 단말장치들의 고장발생 시기인 다운타임을 예측하는 작동상태 판단부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 PLC는 상기 입출력 단말장치들 중 기 설정된 센싱주기(p) 동안 센싱데이터가 입력되지 않은 입출력 단말장치를 누락대상으로 검출하는 데이터 누락 판단부; 상기 데이터 누락 판단부로부터 누락대상이 검출될 때, 차후 누락대상으로부터 센싱데이터를 수신하면, 해당 입출력 단말장치의 센싱데이터가 누락된 기간인 누락기간(O)을 산출하는 누락기간 산출부; 상기 누락기간 산출부에 의해 산출된 누락기간(O) 동안의 센싱데이터를 예측하는 누락센싱데이터 예측부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 누락센싱데이터 예측부는 누락기간(O) 이전에 수집된 센싱데이터를 제1 센싱데이터(P1)라고 하고, 누락기간(O) 이후에 수집된 센싱데이터를 제2 센싱데이터(P2)라고 할 때, 상기 제1 센싱데이터(P1) 이전 순서에 수집된 센싱데이터인 이전센싱데이터(P0)와, 제2 센싱데이터(P2) 이후 순서에 수집된 센싱데이터인 이후센싱데이터(P3)를 추출하는 전후센싱데이터 추출모듈; 상기 전후센싱데이터 추출모듈에 의해 추출된 제1 센싱데이터(P1)와 상기 이전센싱데이터(P0)의 차이값인 제1 차이값(D1)과, 이후센싱데이터(P3)와 제2 센싱데이터(P2)의 차이값인 제2 차이값(D2)을 산출하는 차이값 산출모듈; 상기 차이값 산출모듈에 의해 산출된 제1 차이값(D1) 및 제2 차이값(D2)을 센싱주기(p)로 각각 나누어 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)을 산출하는 변화율 산출모듈; 상기 변화율 산출모듈을 통해 산출된 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값을 기 설정된 상수값 ‘α‘와 비교하며, 1)제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 미만일 경우에는 센싱데이터가 누락기간(O) 내에서 직선 형상으로 그려진다고 예측하되, 2)제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 이상일 경우에는 센싱데이터가 누락기간(O) 내에서 곡선 형상으로 그려진다고 예측하는 비교모듈을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 누락센싱데이터 예측부는 상기 비교모듈에 의해 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 미만이라고 판단될 때 실행되는 제1 예측식 생성모듈; 상기 비교모듈에 의해 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 이상이라고 판단될 때 실행되는 제2 예측식 생성모듈을 더 포함하고, 상기 제1 예측식 생성모듈은 제2 센싱데이터(P2)의 수도사용량(Wn)과 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1), 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시간(t1)을 다음의 수학식 1에 대입하여 일차함수인 제1 예측식(Y1)을 생성하고, 상기 제2 예측식 생성모듈은 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2), 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시간(t1), 제2 센싱데이터(P2)가 수집된 시간(tn), 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)을 다음의 수학식 2에 대입하여 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 생성하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
이때 ‘Y1’은 제1 예측식이고, ‘Wn‘는 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값이고, ’W1‘은 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값이고, t는 센싱시간이고, t1은 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시점임
[수학식 2]
이때 ‘Y2’는 제2 예측식이고, ‘C2’는 제2 변화율이고, ‘C1’은 제1 변화율이고, ‘tn’은 제2 센싱데이터가 수집된 수집시간이고, ‘t1’은 제1 센싱데이터가 수집된 센싱시간이고, ‘W1’은 제1 센싱데이터의 데이터값임
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 복수개의 입출력 단말장치들과 연결된 제1 교환기가, PLC와 연결된 제2 교환기와 단일 공통신호선에 의해 연결되어 입출력 단말장치들과 PLC 사이의 데이터 전송이 이루어지도록 구성됨으로써 제1 교환기와 제2 교환기 사이에 설치되는 신호선의 개수가 감소될 뿐만 아니라, 입출력 단말장치의 추가 설치 시, 신호선을 추가로 설치하지 않아도 추가로 설치된 입출력 단말장치와 PLC 사이의 데이터의 전송이 이루어지기 때문에 신호선을 설치하는데 걸리는 시간 및 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 PLC와, 입출력 단말장치들 사이에 설치된 복수개의 신호선들을 공통신호선으로 대체함과 동시에, 제어신호가 패킷의 형태로 전달되도록 구성됨으로써 PLC와, 입출력 단말장치들 사이에 복수개의 고전압 동력선들, 전원선들 및 제어신호선들이 혼재하여 배선된 상황에서 유도 자기장에 의해 입출력 단말장치들의 제어신호에 간섭현상이 발생되어 전체 설비의 제어에 불특정 오작동이 발생되는 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 교환기들에 형성된 입력 및 출력 I/O 포트들에 주소값들이 각각 색인되며, 신호선들이 서로 대응되는 주소값의 입력 및 출력 I/O 포트에 연결되도록 구성됨으로써 신호선들의 설치가 직관적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 관리를 용이하게 할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 각 입출력 단말장치들로부터 센싱 데이터를 지속적으로 수집 및 분석하며, 수집된 데이터들과 실시간으로 수집되는 센싱 데이터를 비교 분석함으로써 고장나거나 오작동 중인 입출력 단말장치를 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 입출력 단말장치들의 고장발생 시기인 다운타임을 예측할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 입출력 단말장치로부터 입렵되는 센싱데이터가 누락되었다고 판단될 때, 누락된 기간 전후의 센싱데이터를 활용하여 누락기간동안의 센싱데이터를 예측하기 위한 예측식을 생성함으로써 누락기간 동안의 센싱데이터를 예측할 수 있게 된다.
도 1은 종래기술의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템의 사시도이다.
도 3은 복수개의 제1, 제2 교환기들이 연결된 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 도 2의 PLC의 블록도이다.
도 5는 도 4의 PLC의 제2 실시예인 제2 PLC의 블록도이다.
도 6은 도 5의 누락센싱데이터 예측부의 블록도이다.
도 7은 제1 예측식에 의해 생성된 그래프의 예시도이다.
도 8은 제2 예측식에 의해 생성된 그래프의 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템의 블록도이고, 도 3은 복수개의 제1, 제2 교환기들이 연결된 상태를 설명하기 위한 예시도이다.
제어신호 교환 시스템(1)은 복수개의 입출력 단말장치(2)들이 하나 또는 소수의 PLC(6)들에 의해 제어되는 자동제어 제조설비, 소방설비, 제어감시설비 등에 적용되며, 입출력 단말장치(2)들과 PLC(6)로부터 송출된 데이터가 교환기(3), (5)들에 의해 패킷으로 변환된 상태에서 교환기(3), (5)들 사이에 설치된 공통신호선(4)에 의해 송수신되도록 구성된다.
이때 설명의 편의를 위해 제어신호 교환 시스템(1)은 단일 PLC(6)에 의해 다수의 입출력 단말장치(2)들이 제어된다고 예를 들어 설명하도록 한다.
이러한 제어신호 교환 시스템(1)은 도 2에 도시된 바와 같이, 입출력 단말장치(2)들과, 제1 교환기(3), 공통신호선(4), 제2 교환기(5), PLC(6), 통합관리서버(7)로 이루어진다.
입출력 단말장치(2)들은 PLC(6)로부터 수신한 제어데이터에 의해 제어되는 장치들이며, 예를 들어, 자동화 생산 라인의 공정기계들을 의미한다.
이러한 입출력 단말장치(2)들은 제1 교환기(3)와 유, 무선 네트워크를 통해 연결되며, 센서모듈(21)에 의해 수집된 센싱데이터를 제1 교환기(3)로 송신하며, PLC(6)로부터 송출된 제어데이터를 제1 교환기(3)로부터 수신한다.
이때 센서모듈(21)은 입출력 단말장치(2)에 설치되며, 설치된 입출력 단말장치의 온도, 압력 등의 파라미터를 측정한다.
또한 센서모듈(21)은 측정된 파라미터(이하 ‘데이터값’이라고 함)을 PLC(6)로 송신한다.
이로 인해 작업자는 PLC(6)를 통해 입출력 단말장치(2)들의 정상작동 여부를 판단할 수 있게 된다.
이러한 입출력 단말장치(2)들은 센서모듈(21)에 의해 수집된 센싱데이터를 PLC(6)로 송출하여 작업자가 PLC(6)를 통해 입출력 단말장치(2)의 정상작동 여부를 파악할 수 있도록 구성되며, PLC(6)로부터 송출된 제어데이터를 수신하여 작동이 제어되도록 구성된다.
제1 교환기(3)는 각 입출력 단말장치(2)들과 유, 무선 네트워크를 통해 연결되며, 공통신호선(4)에 의해 PLC(6)와 연결되며, 데이터 변환 알고리즘이 내장된다.
이때 데이터 변환 알고리즘은 각 입출력 단말장치(2)들로부터 수신한 센싱데이터를 패킷 형태로 변환하며, 제2 교환기(5)로부터 수신한 패킷 형태의 제어데이터를 각 입출력 단말장치(2)들에 대응되는 데이터로 변환하는 알고리즘이며, 기존에 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이러한 제1 교환기(3)는 센서모듈(21)들로부터 수신한 센싱데이터가 데이터 변환 알고리즘에 의해 패킷 형태로 변환되면, 패킷 형태의 센싱데이터를 공통신호선(4)을 통해 제2 교환기(5)로 이송한다.
또한 제1 교환기(3)는 제2 교환기(5)로부터 패킷 형태의 제어데이터를 수신한다.
또한 제1 교환기(3)에는 I/O 포트(Input/output port)(P1)들이 형성된다.
이러한 제1 교환기(3)는 I/O 포트(P1)에 공통신호선(4)의 일단부가 연결되며, I/O 포트(P1)에 일단부가 연결된 공통신호선(4)의 타단부가 제2 교환기(5)에 형성된 I/O 포트(P2)에 연결됨으로써 공통신호선(4)에 의해 인접한 제2 교환기(5)와 연결된다.
이때 제1 교환기(3)는 I/O 포트(P1)들 각각에 CPU 레지스터 주소(Register Address)값(이하 ‘주소값’이라고 함)이 색인되며, 제2 교환기(5)의 I/O 포트(P2)들 각각에 제1 교환기(3)에 색인된 주소값과 대응되는 주소값이 색인되기 때문에 작업자가 공통신호선(4)의 연결을 용이하게 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 관리 작업이 용이하다.
또한 제1 교환기(3)는 입출력 단말장치(2)를 추가로 설치하는 과정에서 별도의 신호선을 추가로 설치하지 않아도 기존에 설치된 공통신호선(4)에 의해 데이터의 전송이 가능하기 때문에 입출력 단말장치(2)를 추가 및 제거하는 과정에서 소모되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
이러한 제1 교환기(3)는 데이터 변환 알고리즘에 의해 각 입출력 단말장치(2)들로부터 수신한 센싱데이터를 패킷으로 변환하여 제2 교환기(5)로 송신하며, 제2 교환기(5)로부터 수신한 패킷 형태의 제어데이터를 각 입출력 단말장치(2)들에 대응되는 형태의 데이터로 변환하여 입출력 단말장치(2)들로 송신하도록 구성된다.
이때 제1 교환기(3)는 다양한 종류의 입출력 단말장치(2)들로부터 수신한 센싱데이터가 데이터 변환 알고리즘을 통해 단일 형태의 패킷으로 변환되기 때문에 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5) 사이에 다양한 종류의 데이터를 전송하기 위한 복수개의 신호선이 설치되지 않아도, 패킷을 전송하기 위한 공통신호선(4)에 의해 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5) 사이의 데이터를 송수신할 수 있다.
또한 제1 교환기(3)는 입출력 단말장치(2)를 추가로 설치하는 과정에서 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5) 사이에 별도의 신호선을 추가로 설치하지 않아도 기존에 설치된 공통신호선(4)에 의해 데이터의 전송이 가능하도록 구성되기 때문에 입출력 단말장치(2)를 추가로 설치 또는 제거하는 과정에서 소모되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
공통신호선(4)은 제1 교환기(3) 및 제2 교환기(5)에 형성된 I/O 포트(P1), (P2)들에 양단부가 각각 연결되며, 제1 교환기(3) 및 제2 교환기(5) 사이에서 패킷을 전송한다.
이때 공통신호선(4)은 제1 교환기(3)의 I/O 포트(P1)와, 제2 교환기(5)의 I/O 포트(P2)에 연결 시, 양단부가 교환기(3), (5)들의 I/O 포트(P1), (P2)들에 색인된 주소값이 서로 대응되는 I/O 포트(P1), (P2)들에 각각 연결된다.
또한 도 2에서는 설명의 편의를 위해 제어신호 교환 시스템(1)이 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5)를 하나씩만 포함하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 교환기(3), (5)들이 공통신호선(4)들에 의해 서로 연결될 수 있다.
이때 공통신호선(4)들은 교환기(3), (5)들을 일대일로 매핑하며, 서로 매핑된 교환기(3), (5)들 사이에서만 제한적으로 패킷의 송수신이 이루어지도록 구성됨으로써 패킷이 기 설정된 교환기가 아닌 다른 교환기로 전송되는 전송불량 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
통상적인 산업현장 제조설비의 경우에는 설비가 제작될 때, 또는 유지보수 과정에서 배전반의 PLC와, 입출력 단말장치 사이에 설치된 배선 트레이 상에 고전압 동력선들과, 각종 입출력 단말장치들의 전원선들, 제어신호선들이 혼재하여 배선되는 상황이 빈번하게 발생한다.
이러한 산업현장 제조설비는 유도자기장에 의해 입출력 단말장치(센서류, 버튼/스위치류, 모터드라이버)들의 제어신호에 간섭현상을 발생시켜 전체 설비 제어에 불특정 오작동을 발생시키게 된다.
이러한 문제가 발생되는 것을 방지하기 위하여, 본 발명은 복수개의 동력선들, 전원선들 및 신호선들을 하나의 공통신호선(4)으로 대체하며, 공통신호선(4) 내에서 패킷에 의해 제어신호가 전달되도록 구성됨으로써 유도자기장에 의해 입출력 단말장치들의 제어신호에 간섭현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
제2 교환기(5)는 PLC(6)와 유, 무선 네트워크를 통해 연결되어 PLC(6)로부터 입력된 제어데이터를 수신하며, 제1 교환기(3)와 공통신호선(4)에 의해 연결되어 PLC(6)로부터 수신한 제어데이터를 제1 교환기(3)로 송신한다.
이때 제2 교환기(5)는 제1 교환기(3)와 같이, 데이터 변환 알고리즘이 내장됨으로써 PLC(6)로부터 수신한 데이터를 패킷으로 변환하여 제1 교환기(3)에 송신하며, 제1 교환기(3)로부터 수신한 패킷을 데이터로 변환하여 PLC(6)에 송신한다.
또한 제2 교환기(5)는 제1 교환기(3)로부터 수신한 패킷을 PLC(6)와 대응되는 형식의 데이터로 전환한다.
이와 같이 구성되는 제2 교환기(5)는 PLC(6)로부터 입출력 단말장치(2)들의 제어데이터를 입력받으면, 입력받은 데이터를 패킷으로 변환하여 공통신호선(4)을 통해 제1 교환기(3)로 송신하며, 제1 교환기(3)로부터 수신한 패킷 형태의 센싱데이터를 데이터로 변환하여 PLC(6)로 송신한다.
PLC(6)는 입출력 단말장치(2)들을 제어하기 위한 장치이며, 입출력 단말장치(2)들의 센서모듈(21)들로부터 수신한 센싱데이터를 분석하여 입출력 단말장치(2)들의 정상작동여부를 판단한다.
이때 PLC(6)는 센싱데이터의 분석결과를 모니터(631)에 디스플레이하여 작업자가 입출력 단말장치(2)들의 작동상태를 확인할 수 있으며, 터치스크린, 키보드, 마우스 등의 입력수단(632)의 조작에 의해 입출력 단말장치(2)들을 제어할 수 있다.
도 4는 도 2의 PLC의 블록도이다.
PLC(6)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(61)와, 통신모듈(62), 입출력부(63), 메모리(64), 데이터 분석부(65), 작동상태 판단부(66), 데이터 누락 판단부(67), 경고알람 표출부(68)로 이루어진다.
제어부(61)는 PLC(6)의 O.S(Operating System)이며, 제어대상(62), (63), (64), (65), (66), (67), (68)들을 관리 및 제어한다.
또한 제어부(61)는 통신모듈(62)을 통해 제2 교환기(5)로부터 센싱데이터를 수신하며, 수신한 센싱데이터를 메모리(64)에 저장함과 동시에 데이터 분석부(65)로 송신한다.
또한 제어부(61)는 데이터 분석부(65)에 의해 분석된 분석데이터를 모니터(631)에 디스플레이한다.
이때 분석데이터는 입출력 단말장치들의 온도값, 내부압력값 등을 포함한다.
또한 제어부(61)는 입력수단(632)으로부터 신호가 입력되면, 해당 신호와 대응되는 제어데이터를 생성하여 입출력 단말장치(2)로 송신한다.
통신모듈(62)은 제2 교환기(5)와 데이터를 송수신한다.
입출력부(63)는 입출력 단말장치(2)들의 작동상태를 디스플레이하는 모니터(631)와, 작업자가 원격에서 입출력 단말장치(2)들을 제어하기 위한 입력수단(632)으로 이루어진다.
이때 입력수단(632)은 터치스크린, 키보드, 마우스 등으로 이루어지며, 작업자가 입력수단(632)을 통해 신호를 입력할 경우, 해당 신호와 대응되는 제어데이터가 생성되어 입출력 단말장치(2)로 송신된다.
메모리(64)에는 입출력 단말장치(2)들로부터 수신한 센싱데이터들이 저장된다.
또한 메모리(64)에는 센서모듈(21)들로부터 입력된 센싱데이터를 분석하여 분석데이터를 생성하기 위한 분석 알고리즘이 기 설정되어 저장된다.
데이터 분석부(65)는 제2 교환기(5)로부터 수신한 센서모듈(21)들의 센싱데이터를 활용하여 입출력 단말장치(2)들의 작동상태를 분석한다.
상세하게로는 데이터 분석부(65)는 기 설정된 센싱주기(p)마다 센서모듈(21)들로부터 센싱데이터를 입력받으며, 입력받은 센싱데이터를 메모리(64)에 기 저장된 분석 알고리즘에 적용하여 각 입출력 단말장치(2)들의 분석데이터를 생성하며, 생성된 분석데이터를 작동상태 판단부(66)로 입력한다. 이때 분석데이터는 입출력 단말장치(2)의 진동, 온도, 작업진행도 등을 포함한다.
작동상태 판단부(66)는 데이터 분석부(65)로부터 입력되면, 분석데이터에 포함된 정보들을 활용하여 입출력 단말장치(2)들이 정상적으로 작동 중인지를 판단한다.
예를 들어, 작동상태 판단부(66)는 분석데이터 내에 포함된 입출력 단말장치의 온도값을 메모리(64)에 기 저장된 임계온도값과 비교하여 입출력 단말장치(2)의 온도가 임계온도값을 초과하였을 때, 해당 입출력 단말장치가 과열되었다고 판단하며, 분석데이터 내에 포함된 입출력 단말장치의 내부압력값을 메모리(64)에 기 저장된 임계내부압력값과 비교하여 입출력 단말장치의 내부압력이 임계내부압력값을 초과하였을 때, 해당 입출력 단말장치의 내부압력 너무 높기 ‹š문에 위험하다고 판단한다.
이때 설명의 편의를 위해 작동상태 판단부(66)가 온도값 및 내부압력값을 기 설정된 임계값과 비교하여 입출력 단말장치(2)들의 정상작동 여부를 판단하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 정상작동 여부를 판단하기 위한 기준은 이에 한정되지 않고, 입출력 단말장치(2)들의 진동, 작업진행속도 등 다양한 기준을 활용하여 입출력 단말장치의 정상작동 여부를 판단할 수 있다.
또한 작동상태 판단부(66)는 적어도 하나 이상의 입축력 단말장치(2)들이 비정상작동 중이라고 판단하면, 경고알람 표출부(68)를 실행한다.
또한 작동상태 판단부(66)는 메모리(64)에 저장된 분석데이터들을 활용하여 입출력 단말장치(2)들의 고장발생 시기인 다운타임(downtime)을 예측한다.
이때 다운타임을 예측하는 방법은 기존에 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략하도록 한다.
제어부(61)는 작동상태 판단부(66)에 의해 예측된 다운타임을 모니터(631)에 전시함으로써 작업자가 다운타임에 도달한 입출력 단말장치(2)들을 사전에 파악할 수 있도록 한다.
데이터 누락 판단부(67)는 기 설정된 센싱주기(p)가 경과되어도 센싱데이터가 입력되지 않을 경우, 센싱데이터가 입력되지 않은 입출력 단말장치가 통신불량 또는 작동불량에 의해 센싱데이터가 누락되었다고 판단하며, 해당 입출력 단말장치를 누락대상으로 검출한다.
이때 데이터 누락 판단부(67)는 누락대상이 발견될 경우, 경고알람 표출부(68)를 실행한다.
경고알람 표출부(68)는 데이터 누락 판단부(67)에 의해 누락대상이 발견될 때, 또는 작동상태 판단부(66)에 의해 입출력 단말장치가 비정상작동 중이라고 판단될 때 실행되며, 입출력부(63)로 경고알람 데이터를 전송한다.
이때 입출력부(63)는 경고알람 표출부(68)로부터 수신한 경고알람 데이터와 대응되는 경고알람을 메모리(64)로부터 추출하며, 해당 경고알람을 모니터(631)에 전시함으로써 작업자가 모니터(631)를 통해 비정상작동 또는 통신이 불안정한 입출력 단말장치를 확인할 수 있도록 한다.
이와 같이 구성되는 제어신호 교환 시스템(1)은 복수개의 입출력 단말장치(2)들과 연결된 제1 교환기(3)가 PLC(6)와 연결된 제2 교환기(5)와 단일 공통신호선(4)에 의해 연결되어 입출력 단말장치(2)들과 PLC(6) 사이의 데이터 전송이 이루어지도록 구성됨으로써 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5) 사이에 설치되는 신호선의 개수가 감소될 뿐만 아니라, 입출력 단말장치의 추가 설치 시, 신호선을 추가로 설치하지 않아도 추가로 설치된 입출력 단말장치와 PLC(6) 사이의 데이터의 전송이 이루어지기 때문에 신호선을 설치하는데 걸리는 시간 및 비용이 절감된다.
또한 제어신호 교환 시스템(1)은 단일 공통신호선(4)에 의해 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5)가 연결되기 때문에 제1 교환기(3)와 제2 교환기(5) 사이의 거리가 비교적 멀게 설치되어도, 복수개의 신호선들이 아닌 공통신호선(4)의 길이만 증가시키면 되기 때문에 입출력 단말장치(2)들과 PLC(6)들 사이의 거리를 증가시킬 수 있다.
또한 제어신호 교환 시스템(1)은 입출력 단말장치(2)들과 PLC(6) 사이에 설치된 신호선의 개수를 감소시킴으로써 복수개의 동력선들, 전원선들 및 신호선들의 혼재로 인하여 발생되는 유도 자기장에 의해 입출력 단말장치(2)들이 오작동 되는 것을 방지할 수 있다.
또한 제어신호 교환 시스템(1)은 교환기(3), (5)들에 형성된 입력 및 출력 I/O 포트들에 주소값들이 각각 색인되며, 공통신호선(4)들이 서로 대응되는 주소값의 입력 및 출력 I/O 포트에 연결되도록 구성됨으로써 공통신호선(4)들의 설치가 직관적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 관리가 용이하다.
또한 제어신호 교환 시스템(1)은 각 입출력 단말장치(2)들로부터 센싱 데이터를 지속적으로 수집 및 분석하며, 수집된 데이터들과 실시간으로 수집되는 센싱 데이터를 비교 분석함으로써 고장나거나 오작동 중인 입출력 단말장치를 신속하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 입출력 단말장치(2)들의 고장발생 시기인 다운타임을 예측할 수 있다.
도 5는 도 4의 PLC의 제2 실시예인 제2 PLC의 블록도이다.
제2 PLC(7)는 도 4의 PLC(6)의 제2 실시예이며, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 제어부(71)와, 제2 통신모듈(72), 제2 입출력부(73), 제2 메모리(74), 제2 데이터 분석부(75), 제2 작동상태 판단부(76), 제2 데이터 누락 판단부(77), 제2 경고알람 표출부(78), 누락기간 산출부(79), 누락센싱정보 예측부(80)로 이루어진다.
이때 제2 제어부(71)와, 제2 통신모듈(72), 제2 입출력부(73), 제2 메모리(74), 제2 데이터 분석부(75), 제2 작동상태 판단부(76), 제2 데이터 누락 판단부(77), 제2 경고알람 표출부(78)는 도 4의 제어부(61)와, 통신모듈(62), 입출력부(63), 메모리(64), 데이터 분석부(65), 작동상태 판단부(66), 데이터 누락 판단부(67), 경고알람 표출부(68)와 동일한 동작을 수행하기 때문에 자세한 설명은 생략하도록 한다.
누락기간 산출부(79)는 제2 데이터 누락 판단부(77)에 의해 입출력 단말장치의 센싱데이터가 누락되었다고 판단될 때 실행되며, 센싱데이터가 누락된 기간(이하 ‘누락기간(O)’이라고 함)을 산출한다.
이때 누락기간(O)은 센싱데이터가 누락되기 직전에 감지된 센싱데이터인 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시간(t1)과, 센싱데이터가 누락된 후에 최초로 감지된 센싱데이터인 제2 센싱데이터(P2)가 수집된 시간(tn) 사이의 기간을 의미한다.
이때 설명의 편의를 위해, 제2 센싱데이터(P2)는 제1 센싱데이터(P1)가 추출된 시점으로부터 n번째 수집된 센싱데이터라고 예를 들어 설명하도록 한다.
또한 누락기간(O)은 n개의 센싱데이터가 수집된 기간이기 때문에 기 설정된 주기(p)에 (n-1)을 곱해줌으로써 누락기간(O)의 길이를 산출할 수 있다.
도 6은 도 5의 누락센싱데이터 예측부의 블록도이고, 도 7은 제1 예측식에 의해 생성된 그래프의 예시도이고, 도 8은 제2 예측식에 의해 생성된 그래프의 예시도이다.
누락센싱데이터 예측부(80)는 도 7에 도시된 바와 같이, 전후센싱데이터 추출모듈(801), 차이값 산출모듈(802), 변화율 산출모듈(803), 비교모듈(804), 제1 예측식 생성모듈(805), 제2 예측식 생성모듈(806), 예측데이터값 산출모듈(807)로 이루어진다
전후센싱데이터 추출모듈(801)은 제2 메모리(74)로부터 제1 센싱데이터(P1) 이전 순서에 수집된 센싱데이터(이하 ‘이전센싱데이터(P0)’라고 함)와, 제2 센싱데이터(P2)의 이후 순서에 수집된 센싱데이터(이하 ‘이후센싱데이터(P3)’라고 함)를 제2 메모리(74)로부터 추출한다.
차이값 산출모듈(802)은 1)제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)과, 이전센싱데이터(P0)의 데이터값(W0)의 차이값인 제1 차이값(D1, D1=W1-W0)과, 2)이후센싱데이터(P3)의 데이터값(Wn+1)과 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값(Wn)의 차이값인 제2 데이터값(D2, D2=Wn+1-Wn)을 산출한다.
변화율 산출모듈(803)은 차이값 산출모듈(802)에 의해 산출된 제1 차이값(D1)을 센싱주기(p)로 나눈 값인 제1 변화율(C1, C1=D1/p), 제2 차이값(D2)을 센싱주기(p)로 나눈값인 제2 변화율(C2, C2=D2/p)을 산출한다.
이때 산출된 변화율(C1), (C2)들은 해당 지점에서 데이터값(W)의 변화율을 의미하며, 누락된 센싱데이터들을 예측할 때 활용된다.
비교모듈(804)은 변화율 산출모듈(803)에 의해 변화율(C1), (C2)들이 산출되었을 때, 변화율(C1), (C2)들의 차이값(C2-C1)을 산출하며, 산출된 변화율(C1), (C2)들의 차이값의 절대값(lC2-C1l)을 기 설정된 상수 ‘α‘와 비교한다.
이때 비교모듈(804)은 1)변화율(C1), (C2)들 차이값의 절대값이 기 설정된 상수 ‘α‘ 미만일 때(lC2-C1l<α), 변화율의 차이값이 크지 않기 때문에 데이터값이 시간에 비례하여 증가 또는 감소하였다고 판단하여 도 7에 도시된 바와 같이, 직선(일차함수) 형상의 제1 예측식(Y1)을 생성하는 제1 예측식 생성모듈(805)을 실행하며, 2)변화율(C1), (C2)들 차이값의 절대값이 기 설정된 상수 ’α‘ 이상일 때(lC2-C1l≥α), 변화율의 차이값이 크기 때문에 데이터값이 급격하게 변화되는 시점이라고 판단하여 도 8에 도시된 바와 같이, 곡선(이차함수) 형상의 제2 예측식(Y2)을 생성하는 제2 예측식 생성모듈(806)을 실행한다.
이러한 비교모듈(804)은 변화율(C1), (C2)들 차이값의 절대값이 작을 경우에는 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)과, 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값(W2)을 잇는 1차 함수인 제1 예측식(Y1)을 생성하여 누락된 센싱데이터들을 생성할 수 있도록 하며, 변화율(C1), (C2)들 차이값의 절대값이 클 경우에는 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)과, 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값(W2)을 잇는 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 생성하여 누락된 센싱데이터들을 생성할 수 있도록 한다.
제1 예측식 생성모듈(805)은 변화율(C1), (C2)들 차이값의 절대값이 기 설정된 상수 ‘α‘ 미만일 때(lC2-C1l<α) 실행되며, 제1 센싱데이터의 데이터값(W1)과 제2 센싱데이터의 데이터값(Wn)을 직선으로 연결하는 제1 예측식(Y1)을 생성한다.
우선, 제1 예측식 생성모듈(805)은 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)과, 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값(Wn)을 다음의 수학식 1에 대입하여 센싱데이터가 측정된 시간(이하 ’센싱시간(t)‘이라고 함)에 대응되는 데이터값(W)을 산출할 수 있는 1차 방정식인 제1 예측식(Y1)을 생성한다.
이때 ‘Y1’은 제1 예측식이고, ‘Wn‘는 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값이고, ’W1‘은 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값이고, t는 센싱시간이고, t1은 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시점임
즉, 제1 예측식 생성모듈(805)은 수학식 1을 통해, 센싱시간(t)을 입력하였을 때, 입력된 센싱시간(t)과 대응되는 데이터값(W)을 산출할 수 있는 1차 방정식인 제1 예측식(Y1)을 신속하고 간단하게 산출할 수 있게 된다.
그러나 이러한 제1 예측식(Y1)의 경우에는 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이가 작을 경우를 가정하여 산출된 1차 방정식이기 때문에 변화율(C1), (C2)들의 차이가 클 경우에는 실제 사용량과 예측 사용량 사이의 격차가 크게 발생하게 되는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 변화율(C1), (C2)들의 차이가 클 경우에는 후술되는 [수학식 2]를 사용하여 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 산출하여 누락된 센싱데이터들을 예측함으로써 실제 센싱데이터와 예측된 센싱데이터 사이의 차이를 최소화한다.
제2 예측식 생성모듈(806)은 변화율(C1), (C2)들 차이값의 절대값이 기 설정된 상수 ‘α‘ 이상일 때(lC2-C1l≥α) 실행되며, 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)과, 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값(Wn)을 곡선 형상으로 연결하는 제2 예측식(Y2)을 생성한다.
제2 예측식 생성모듈(806)은 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)과, 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값(Wn), 제1 변화율(C1), 제2 변화율(C2)을 다음의 [수학식 2]에 대입하여 센싱시간(t)에 대응되는 데이터값(W)을 산출할 수 있는 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 생성한다.
다음의 수학식 2는 제2 예측식을 산출하는 계산식이다.
이때 ‘Y2’는 제2 예측식이고, ‘C2’는 제2 변화율이고, ‘C1’은 제1 변화율이고, ‘tn’은 제2 센싱데이터의 센싱시간이고, ‘t1’은 제1 센싱데이터의 센싱시간이고, ‘W1’은 제1 센싱데이터의 데이터값임
이러한 수학식 2을 산출하는 과정은 기 산출된 C2, C1, tn, t1, W1들을 이차함수에 대입하여 산출하며, 수학식 2를 산출하는 과정의 경우에는 기존에 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략하도록 한다.
즉, 제2 예측식 생성모듈(806)은 수학식 2를 통해, 센싱시간(t)을 입력하였을 때, 입력된 센싱시간(t)과 대응되는 예상 데이터값(W)을 산출할 수 있는 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 신속하고 간단하게 산출할 수 있게 된다.
이러한 제2 예측식 생성모듈(806)은 단순히 제1 센싱데이터(P1)와 제2 센싱데이터(P2)를 직선으로 연결한 제1 예측식(Y1)과 달리, 누락기간(O)의 전후 기울기를 참조하여 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 생성함으로써 센싱데이터가 급격하게 변화되어 데이터값이 곡선 형상으로 변화될 때에도 수도의 사용량을 실제와 유사하게 예측할 수 있게 된다.
예상데이터값 산출모듈(807)은 제1 예측식(Y1) 또는 제2 예측식(Y2) 중 하나가 생성되었을 때, 누락기간(O)에 포함되는 센싱시간(t2, t3, …, tn-1)들을 생성된 예측식에 대입함으로써 누락된 센싱데이터들의 예상데이터값(W2, W3, …, Wn-1)들을 측정한다.
이러한 센싱데이터 예측부(80)는 센싱데이터가 입출력 단말장치(2)들 또는 센서모듈(21)들의 비정상작동에 의해 센싱데이터가 누락되었을 때, 누락기간(O)의 전후에 센싱된 센싱데이터(P0), (P3)들을 데이터베이스부(253)로부터 추출하며, 센싱데이터(P0), (P1), (P2), (P3)들을 활용하여 예측식(Y1), (Y2)들을 생성함으로써 누락기간(O) 동안 사용된 데이터값을 예측할 수 있도록 구성된다.
이때 센싱데이터 예측부(80)는 데이터값이 일정하거나 일정한 비율로 증감될 때, 일차함수인 제1 예측식(Y1)을 활용하여 누락된 데이터값을 측정하되, 데이터값이 급격하게 변화될 때, 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 활용하여 누락된 데이터값을 측정하도록 구성됨으로써 예측된 데이터값의 정확성을 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이 구성되는 제2 PLC(7)는 입출력 단말장치(2)들 또는 센서모듈(21)들의 비정상작동에 의하여 센싱데이터가 누락될 때, 센싱데이터가 누락된 기간의 전후에 측정된 센싱데이터를 활용하여 누락기간(O)동안 사용된 데이터값을 예측함으로써 입출력 단말장치(2)들 또는 센서모듈(21)에 의해 센싱된 센싱데이터들의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
또한 제2 PLC(7)는 누락된 센싱데이터를 예측함으로써 제2 작동상태 판단부(76)로부터 예측하는 다운타임의 신뢰성을 확보할 수 있다.
1 : 제어신호 교환 시스템 2 : 입출력 단말장치
21 : 센서모듈 3 : 제1 교환기
4 : 공통신호선 5 : 제2 교환기
6 : PLC 61 : 제어부
62 : 통신모듈 63 : 입출력부
64 : 메모리 64 : 데이터 분석부
65 : 데이터 분석부 66 : 작동상태 판단부
67 : 데이터 누락 판단부 68 : 경고알람 표출부
7 : 제2 PLC

Claims (5)

  1. 입출력 단말장치들;
    온도센서 및 압력센서를 포함하며, 상기 입출력 단말장치들 각각에 설치되어 설치된 입출력 단말장치의 센싱데이터를 수집하는 센서모듈들;
    상기 입출력 단말장치들과 연결되며, 상기 센서모듈에 의해 수집된 센싱데이터를 수신하는 제1 교환기;
    상기 입출력 단말장치들을 모니터링하며, 제어데이터를 출력하여 상기 입출력 단말장치들을 제어하는 PLC;
    상기 PLC와 연결되는 제2 교환기;
    상기 제1 교환기와 상기 제2 교환기 사이에 설치되는 공통신호선을 포함하고,
    상기 제1 교환기는
    상기 센서모듈들로부터 수신한 센싱데이터를 패킷 형태로 변환하여 제2 교환기로 송신하고,
    상기 제2 교환기는
    상기 PLC로부터 수신한 제어데이터를 패킷 형태로 변환하여 제1 교환기로 송신하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 PLC는
    상기 입출력 단말장치들로부터 수신한 센싱데이터를 분석하여 분석데이터를 생성하는 데이터 분석부;
    상기 데이터 분석부에 의해 생성된 분석데이터를 활용하여 상기 입출력 단말장치들의 정상작동 여부를 판단하며, 분석데이터를 활용하여 상기 입출력 단말장치들의 고장발생 시기인 다운타임을 예측하는 작동상태 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 PLC는
    상기 입출력 단말장치들 중 기 설정된 센싱주기(p) 동안 센싱데이터가 입력되지 않은 입출력 단말장치를 누락대상으로 검출하는 데이터 누락 판단부;
    상기 데이터 누락 판단부로부터 누락대상이 검출될 때, 차후 누락대상으로부터 센싱데이터를 수신하면, 해당 입출력 단말장치의 센싱데이터가 누락된 기간인 누락기간(O)을 산출하는 누락기간 산출부;
    상기 누락기간 산출부에 의해 산출된 누락기간(O) 동안의 센싱데이터를 예측하는 누락센싱데이터 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 누락센싱데이터 예측부는
    누락기간(O) 이전에 수집된 센싱데이터를 제1 센싱데이터(P1)라고 하고, 누락기간(O) 이후에 수집된 센싱데이터를 제2 센싱데이터(P2)라고 할 때, 상기 제1 센싱데이터(P1) 이전 순서에 수집된 센싱데이터인 이전센싱데이터(P0)와, 제2 센싱데이터(P2) 이후 순서에 수집된 센싱데이터인 이후센싱데이터(P3)를 추출하는 전후센싱데이터 추출모듈;
    상기 전후센싱데이터 추출모듈에 의해 추출된 제1 센싱데이터(P1)와 상기 이전센싱데이터(P0)의 차이값인 제1 차이값(D1)과, 이후센싱데이터(P3)와 제2 센싱데이터(P2)의 차이값인 제2 차이값(D2)을 산출하는 차이값 산출모듈;
    상기 차이값 산출모듈에 의해 산출된 제1 차이값(D1) 및 제2 차이값(D2)을 센싱주기(p)로 각각 나누어 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)을 산출하는 변화율 산출모듈;
    상기 변화율 산출모듈을 통해 산출된 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값을 기 설정된 상수값 ‘α‘와 비교하며, 1)제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 미만일 경우에는 센싱데이터가 누락기간(O) 내에서 직선 형상으로 그려진다고 예측하되, 2)제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 이상일 경우에는 센싱데이터가 누락기간(O) 내에서 곡선 형상으로 그려진다고 예측하는 비교모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 누락센싱데이터 예측부는
    상기 비교모듈에 의해 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 미만이라고 판단될 때 실행되는 제1 예측식 생성모듈;
    상기 비교모듈에 의해 제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2)의 차이값의 절대값이 상수값 ‘α‘ 이상이라고 판단될 때 실행되는 제2 예측식 생성모듈을 더 포함하고,
    상기 제1 예측식 생성모듈은
    제2 센싱데이터(P2)의 수도사용량(Wn)과 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1), 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시간(t1)을 다음의 수학식 1에 대입하여 일차함수인 제1 예측식(Y1)을 생성하고,
    상기 제2 예측식 생성모듈은
    제1 변화율(C1)과 제2 변화율(C2), 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시간(t1), 제2 센싱데이터(P2)가 수집된 시간(tn), 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값(W1)을 다음의 수학식 2에 대입하여 이차함수인 제2 예측식(Y2)을 생성하는 것을 특징으로 하는 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템.
    [수학식 1]

    이때 ‘Y1’은 제1 예측식이고, ‘Wn‘는 제2 센싱데이터(P2)의 데이터값이고, ’W1‘은 제1 센싱데이터(P1)의 데이터값이고, t는 센싱시간이고, t1은 제1 센싱데이터(P1)가 수집된 시점임
    [수학식 2]

    이때 ‘Y2’는 제2 예측식이고, ‘C2’는 제2 변화율이고, ‘C1’은 제1 변화율이고, ‘tn’은 제2 센싱데이터가 수집된 수집시간이고, ‘t1’은 제1 센싱데이터가 수집된 센싱시간이고, ‘W1’은 제1 센싱데이터의 데이터값임
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