KR20240034375A - 마스터 모드로 동작하는 hmi 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치에 관한 것으로, 제1 제어장치와 제2 제어장치의 상태 정보를 전달하는 필드버스 통신부와 필드버스 통신부로부터 전달받은 상태 정보를 연산 처리하도록 한다. 하여 제1 제어장치와 제2 제어장치 중 어느 하나에 장애가 발생한 경우 장애가 발생하지 않은 제어장치의 HMI가 마스터 모드로 동작하도록 동작 모드를 전환하는 제어부를 포함하여 HMI의 이중화를 가능하게 한다.

Description

마스터 모드로 동작하는 HMI 장치{HMI device operating in master mode}

본 발명은 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치에 관한 것으로, 특히 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치에 장애 또는 고장이 발생하여도 슬레이브 모드의 HMI 장치로 동작이 전환되어 시스템을 지속적으로 제어하는 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치에 관한 것이다.

최근 자동화 장비의 사용분야가 다양해지고, 요구되는 기능이 복잡해짐에 따라 자동화 장비를 운영자가 효과적 으로 제어 및 감시하기 위한 사용자용 인터페이스 장치가 필요하게 되었다. 자동화 장비의 제어 및 감시를 위한 사용자의 인터페이스 장치를 HMI(Human Machine Interface) 장치라 한다.

사용자가 HMI 장치를 조작하여 PLC(Programmable Logic Controller), DCS(Distributed Control System), 인버 터 등의 제어 장치에 데이터를 요청하면 제어 장치는 데이터를 HMI 장치로 전송한다. 상기 데이터는 HMI 장치의 디스플레이 화면에 표시되고, 사용자는 표시된 데이터를 인지한 후 입력부를 조작하여 상기 데이터를 처리하고, 메모리카드, USB 메모리 등의 저장장치에 백업 데이터를 저장할 수 있다.

한편, 자동화 시스템의 규모가 커지고 고도의 신뢰성을 요구함에 따라 PLC, 인버터 등과 같은 제어 장치의 이중 화가 이루어지고 있다. 그런데 제어 장치가 이중화 동작을 수행하더라도 HMI 장치는 각각의 제어 장치와 연결이 되어 있을 뿐이고 HMI 장치 상호간에는 어떠한 연결도 되어 있지 않으므로, 제어 장치에 고장 또는 장애 등이 발생하고 이중화 구조에 따라 동작 모드가 전환되더라도 HMI 장치는 동작 모드가 전환되지 않게 되어 결국 HMI 를 통하여 제어 장치를 적절히 제어할 수가 없게 된다.

이와 같이 HMI 장치는 자동화 시스템의 최상위를 점하고 있는데, HMI 장치와 제어 장치 사이의 통신에 장애가 발생하거나 HMI 장치에 장애가 발생하게 되면 PLC, 인버터 등의 하위 제어 장치의 원활한 동작 또한 불가능하게 되어 전체 자동화 시스템의 신뢰성에 큰 문제를 일으키게 된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 HMI(Human Machine Interface) 이중화 장치에 관한 것으로, 특히 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치에 장애 또는 고장이 발생하여도 슬레이브 모드의 HMI 장치로 동 작이 전환되어 시스템을 지속적으로 제어할 수 있는 HMI 이중화 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 일실시예인 HMI 이중화 장치는, 제1 제어장치와 제2 제어장치의 상태 정보를 전달하는 필드버스 통신부와 상기 필드버스 통신부로부터 상태 정보를 수신하여 제1 제어장치와 제2 제어장치 중 어느 하나에 장애 가 발생한 경우 장애가 발생하지 않은 제어장치의 HMI가 마스터 모드로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 제어부는 상기 제1 제어장치와 제2 제어장치 중 장애가 발생 한 제어장치가 마스터 모드일 경우에 장애가 발생하지 않은 제어장치를 마스터 모드로 전환하고, 상기 마스터 모드로 전환된 제어장치의 HMI에 장애가 발생한 제어장치의 HMI의 이전 운전 정보를 전달하고, 상기 이전 운전 정보를 전달받은 제어장치가 마스터 모드로 정상 작동하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 HMI 이중화 장치. 본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 HMI 이중화 장치는 상기 제어부로부터 상태 정보를 전달받아

실시간으로 백업 데이터로 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 HMI 이중화 장치는 상기 제어부로부터 상태 정보를 전달받아 주변 장치와 송수신하는 인터페이스부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치는 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치에 장애가 발생할 경우 슬레이브 모드로 동작하 고 있던 HMI 의 동작 모드를 전환하여 제어 장치를 효율적으로 관리할 수 있고, 자동화 시스템에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 HMI 이중화 장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 HMI 이중화 장치(100)는 필드버스 통신부(110), 제어부(120), 저장부(130), 인터페이스 부(140), 전원부(150)를 포함한다.

HMI 이중화 장치(100)는 필드버스(Fieldbus)를 통하여 하위 시스템과 연결되는데, 상기 하위 시스템은 HMI를 포 함하고 상기 HMI에 의해 제어되는 각종 제어기기를 포함한다. 여기서 제어기기란, 예를 들어 PLC(Programmable Logic Controller), 인버터(Inverter), 서보(Servo), DCS(Distributed Control System) 등이 해당되며, HMI에 의해 제어될 수 있는 각종 장치를 의미한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 설명함에 있어 상기 HMI에 의해 제어되는 각종 제어기기는 PLC를 포함하는 것 으로 한다. 상기 HMI 이중화 장치(100)와 필드버스를 통하여 연결되는 하위 시스템은 제어장치로 지칭하고, 상 기 제어장치는 PLC와 이를 제어하는 HMI를 포함한다.

상기 HMI 이중화 장치(100)는 HMI의 이중화 동작을 구현하는 것으로서 적어도 두 개의 제어장치와 연결된다. 본 발명에 따른 실시 예를 설명함에 있어 HMI 이중화 장치(100)와 연결되는 제어장치를 각각 제1 제어장치, 제2 제 어장치라 하고, 제1 제어장치가 최초의 마스터 모드로 동작하는 것으로 한다.

필드버스 통신부(110)는 상기 제어장치와 HMI 이중화 장치(100)를 연결하는 통신 링크로서, 상기 제어장치의 HMI와 PLC의 상태 정보를 전달한다.필드버스는 대용량의 데이터를 전달, 처리할 수 있는 고속 통신망으로 빠르 고 신뢰성 높은 데이터 전송이 가능하다.

상기 제어부(120)는 상기 HMI 이중화 장치(100)의 모든 동작을 관할하고, 주기적으로 상기 제어장치의 HMI와 PLC의 상태 정보를 상기 필드버스 통신부(110)를 통하여 전달받는다. 또한 상기 제어장치의 HMI와 PLC의 상태 정보를 연산 처리하여 동작 상태를 모니터링하고, HMI 상호간의 동기를 맞추며, 상태 정보를 백업하는 등의 동 작도 수행하게 된다.

상기 제어부(120)는 상기 상태 정보를 수신하여 상기 제어장치에 장애가 발생하는지를 감시한다. 상기 장애가 발생하는 상황이란, 예를 들어 상기 제어장치의 HMI에 장애가 발생하여 디스플레이 화면에 데이터가 표시되지 않게 되어 사용자가 조작이 불가능한 상황, 상기 제어장치의 PLC와 HMI간의 통신상에 문제가 발생한 상황 등이 이에 해당한다.

마스터 모드로 동작하는 제1 제어장치의 장애 발생이 확인되면, 상기 제어부(120)는 상기 제1 제어장치의 HMI를 슬레이브 모드로 전환하고, 제2 제어장치의 HMI를 마스터 모드로 전환하는 명령을 내리고, 상기 제어장치의 HMI 로부터 주기적으로 수신되는 상태 정보를 통하여 동작 모드 전환이 완료되었는지를 확인한다. 동작 모드 전환이 완료되면, 상기 제1 제어장치의 HMI의 이전 운전 정보를 상기 제2 제어장치의 HMI에 전송하고, 제2 제어장치가 마스터 모드로 정상 작동하는지를 확인한다.

슬레이브 모드로 동작하는 제2 제어장치의 장애 발생이 확인되면, 제어장치의 동작 모드는 유지되고, 마스터 모 드인 제1 제어장치의 통신 상태가 정상인지를 확인한다.

상기 저장부(130)는 상기 필드버스 통신부로부터 전달받은 각각의 제어장치의 상태 정보를 실시간으로 백업 데 이터로 저장한다.

상기 인터페이스부(140)는 주변 장치와 데이터를 송수신하기 위한 수단이다. 여기서 주변 장치는 USB 메모리, CF 카드 등의 저장 매체를 포함하며, 이를 적용하기 위한 USB Host, CF 카드 인터페이스 등이 이에 해당할 수 있다.

상기 전원부(150)는 UPS(Uninterruptible Power Supply:무정전 전원 공급 장치)를 포함하고, 상기 UPS로부터 입력받은 전원을 저전압으로 변경하여 공급한다.

도 2는 본 발명에 따른 HMI 이중화 장치를 포함하는 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 시스템은 본 발명에 따른 HMI 이중화 장치(100), 제1 제어장치(210), 제2 제어장치 (220), HMI 이중화 장치를 각각의 제어장치의 HMI 또는 PLC와 연결하는 필드버스(Fieldbus)(230, 240)를 포함 한다.

상기 HMI 이중화 장치(100)는 각각의 제어장치의 HMI(211, 221)와 필드버스(230)로 연결되어 HMI의 상태 정보, 화면 데이터 등을 주기적으로 전달받는다. 또한 각각의 제어장치에 포함된 HMI(211, 221)와 PLC(212, 222)사이 의 통신 상태를 감시하고, 백업 데이터를 실시간으로 저장하며 상태 정보에 관한 이력을 상위 시스템에 전달하 여 사용자가 인지할 수 있도록 한다.

한편, 상기 각각의 제어장치의 PLC(212, 222)는 마스터 모드로 동작하는 PLC에 장애가 발생하면 슬레이브 모드 로 동작하던 PLC가 마스터 모드로 전환되어 하위 시스템을 연속적으로 제어할 수 있는 이중화 구조로 이루어진 다. 따라서 상기 HMI 이중화 장치(100)는 두 개의 PLC 중 어느 하나와 필드버스(240)로 연결되어 PLC의 상태 정 보를 수신하면서 이중화 동작 상태를 감시할 수 있게 된다.

슬레이브 모드로 동작하는 제2 제어장치(220)에 장애가 발생하게 되면, 각 제어장치의 동작 모드는 유지되고, 마스터 모드인 제1 제어장치의 통신 상태가 정상인지를 확인한다.

마스터 모드로 동작하는 제1 제어장치(210)에 장애가 발생하게 되면, 각 제어장치의 동작 모드가 전환되는데, 제1 제어장치의 PLC(212)에 장애가 발생하는 경우에는 이중화 동작에 따라 PLC(212, 222) 상호간의 동작 모드 전환이 선행된다. 그 후에 HMI(211, 221)의 동작 모드가 전환되는데, HMI는 상호간의 통신 장치가 존재하지 않 아서 이중화 동작을 수행할 수 없으므로 상기 HMI 이중화 장치(100)가 이를 수행하게 되며, 이 과정은 HMI 자체 의 장애가 발생한 경우에도 공통된다. 즉, 제1 제어장치의 HMI(211)를 슬레이브 모드로 전환하고 제2 제어장치 의 HMI(221)를 마스터 모드로 전환하도록 명령을 하고, 명령한 바에 따라 HMI(211, 221)의 동작 모드가 전환되 었는지 여부를 확인한 후, 제1 제어장치의 HMI(211)의 이전 운전 정보를 제2 제어장치의 HMI(221)에 전송함으로 써 HMI의 이중화를 가능하게 한다.

도 3은 본 발명에 따른 HMI 이중화 장치의 동작을 나타내는 순서 흐름도이다.

먼저, HMI 이중화 장치(100)는 상기 제1 제어장치와 제2 제어장치의 상태 정보를 수신한다(S300).

HMI 이중화 장치(100)는 상기의 상태 정보를 통하여 각각의 제어장치를 모니터링하면서 각각의 제어장치(210, 220)에 장애가 발생하는지를 확인한다(S301).

HMI 이중화 장치(100)의 제어부는 마스터 모드로 동작하던 제1 제어장치(210)에 장애가 발생한 경우에(S302) 제 1 제어장치의 HMI(211)를 마스터 모드에서 슬레이브 모드로 전환하고, 제2 제어장치의 HMI(221)를 슬레이브 모 드에서 마스터 모드로 전환하도록 명령하고(S303), 이에 따라 각각의 제어장치의 HMI의 동작 모드가 전환되었는 지를 확인한다(S304).

상기 확인 결과, 각각의 제어장치의 HMI(211, 221)의 동작 모드 전환이 완료되었다면 상기 HMI 이중화 장치 (100)는 마스터 모드로 동작하고 있는 제2 제어장치의 HMI(221)에 제1 제어장치의 HMI(211)의 이전 운전 정보를 전송하고(S305), 제2 제어장치가 마스터 모드로 정상 작동하는지를 확인한다(S306).

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식 을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 제1 제어장치와 제2 제어장치의 상태 정보를 전달하는 필드버스 통신부; 및
   상기 필드버스 통신부로부터 상태 정보를 수신하여 제1 제어장치와 제2 제어장치 중 어느 하나에 장애가 발생한 경우 장애가 발생하지 않은 제어장치의 HMI가 마스터 모드로 동작하도록 제어하는 제어부를 포함하는 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 제1 제어장치와 제2 제어장치 중 장애가 발생한 제어장치가 마스터 모드일 경우에 장애가 발생하지 않은 제어장치를 마스터 모드로 전환하고,
   상기 마스터 모드로 전환된 제어장치의 HMI에 장애가 발생한 제어장치의 HMI의 이전 운전 정보를 전달하고, 상기 이전 운전 정보를 전달받은 제어장치가 마스터 모드로 정상 작동하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는
   마스터 모드로 동작하는 HMI 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부로부터 상태 정보를 전달받아 실시간으로 백업 데이터로 저장하는 저장부;를 더 포함하는 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부로부터 상태 정보를 전달받아 주변 장치와 송수신하는 인터페이스부;를 더 포함하는 마스터 모드로 동작하는 HMI 장치.