본 논문에서는 소프트웨어 PLC를 구현하는 방안을 제시하였다. 하드웨어는 표준적인 산업용 PC와 입출력 보드들로 구성된다. 운영체제로는 수십 마이크로초의 정밀한 단위로 태스크들의 스케줄링이 가능한 실시간 리눅스를 사용하였다. 소프트웨어 PLC를 위해 개발한 실시간 태스크들은 실시간 리눅스의 커널 모드에서 실행되며, 사용 목적에 따라 작성된 PLC 프로그램을 해석하고 실행하는 작업을 일정한 주기로 반복한다. 또한 PLC 프로그램을 편리하게 작성할 수 있도록 자체 프로그램 문법을 제안하고 이를 위한 컴파일러도 구현하였다. 이렇게 구현된 PLC는 가격 대비 성능이 우수하며 소규모의 응용분야들에 유용하게 활용할 수 있다.
원전 안전계통에 적용될 PLC는 엄격한 내진, 전자파, 내환경 시험기준을 만족해야 하며, 원전 안전등급에 부합되는 안전성 및 신뢰성을 만족해야 한다. 전 세계에서 안전계통에 적용될 PLC는 Siemens 의 Teleperm XS, Invensys 의 Triconex, WestingHouse 의 AC-160 이 있으며, 국내에서는 원전 안전계통 개발시 전적으로 이들 PLC 수입에 의존하고 있다. 현재 한국원자력연구소와 국내 PLC 제조회사간에 공동과제를 통해 안전등급 PLC 개발을 수행하고 있으며, 본 논문에서는 개발될 PLC 의 설계기준과 개발된 하드웨어 및 소프트웨어 사양 등 개발현황에 대해 기술한다.
IEC1131-3의 PLC(Programmable Logic Controller) 프로그래밍 언어는 프로그래밍이 복잡하여 디버깅이 어려우며 범용성이 없을 뿐 아니라 국내는 PC기반 소프트웨어 PLC 연구개발이 매우 미약하다. 따라서 본 논문은 국제 PLC 표준언어로 제정된 5가지 언어 중 국내에서 90%이상을 사용하고 있는 PLC 언어인 LD언어에 대한 표준규격을 연구하고, LD를 기존 상용화된 편집기(Visual C++)에서 활용 가능한 C코드로 변환하여 LD에 익숙한 사용자나 고급언어에 익숙한 사용자 모두 사용할 수 있는 지능적 에이전트 기반의 통합 시스템 ISPLC(Intelligent Agent System based Software Programmable Logic Controller)를 개발하였다. ISPLC에서는 LD에서보다 C에서 논리오류 검출기능이 훨씬 효율적이며, GUI 기반 인터페이스를 제공하며 에이전트에 의한 프로그래밍 코드를 제공한다. ISPLC는 초보자는 물론 PLC에 익숙한 사용자들에게도 효율적인 프로그래밍 플랫폼을 제공한다. 이러한 LD에서 IL로, IL에서 C로의 코드변환체제에 관한 연구는 국내외적으로 처음 시도되는 연구이다. ISPLC를 실제 실시간 교통량 제어 시스템에 적용하여 시뮬레이션한 결과 ISPLC가 오류검색 뿐 아니라 프로그래밍 시간을 기존 소프트에어 PLC에 비해 단축시켜줌을 알 수 있었다.
본 논문은 교통 혼잡도가 높은 월계 2교 4거리 교차로에 센서를 이용하기 위한 교차로 PLC 프로그램을 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 교차로에서 발생하는 차량사고와 혼잡을 방지하지 위한 소프트웨어 요구사항 명세서(SRS)를 정의하고, 이를 바탕으로 소프트웨어 설계서를 작성한다. 또한 XP-Builder 시뮬레이터를 사용하여 센서기반 교차로 신호등 PLC 프로그램을 구현한다.
PLC는 약물과 천연물질의 분리에 많이 사용된다. 분석용으로부터 제조용으로의 scale-up에 따른 분리도가 낮아지는 것을 방지하여야 하며 또한 분리에 대한 효율성과 생산성을 고려하여야 한다. PLC의 최적조건을 선정하는 것은 많은 조업변수에 대한 고려를 해야 하는 힘든 작업이다. 소프트웨어를 이용한 분리 공정의 디자인, 최적화, 모사, 분석 등을 통하여 시간을 절약할 수 있으며 효율적으로 공정에 적용되게 한다. 하드웨어에 대한 기초 실험과 예비 생산을 통하여 이러한 공정에 대한 모사를 검증하고 생산량을 결정하고 분리 효율을 증가시킬 수 있다. 소프트웨어와 하드웨어의 특성, 종류, 응용을 예로 들어 설명함으로써 분리하고자 하는 물질에 대한 적합한 시스템을 선택하고 적용하여 분리공정을 생산화 할 수 있다. 크로마토그래피의 중요성이 증가함에 따라 고성능 및 사용하기 더욱 편리 한 소프트웨어와 하드웨어가 나타날 것이며 많은 영역의 분리 공정에서 필수적으로 이용될 것이다.
원자력 발전소의 디지털 제어 시스템은 안전성이 중요시되는 safety-critical 소프트웨어로서 충분한 수준의 안전성을 보장하기 위해서 여러 기법들이 적용되고 있다. 특히, 정형명세 기법은 개발의 초기 단계에서 소프트웨어 요구 사항들을 명확하고 완전하게 명세하도록 유도함으로써 안전성을 크게 향상시킬 수 있는 기법으로 인정받고 있다. 본 논문에서는 정형명세 기법인 NuSCR을 이용해서 작성된 요구사항 명세로부터, 설계 단계의 내용으로 사용될 수 있는 PLC 기반의FBD 프로그램을 체계적으로 생성하는 기법을 제안하고 있다. 제안된 기법은 기존의 수동 명세 작업에서 발생할 수 있는 오류들을 크게 줄일 수 있으며, 소프트웨어의 개발 비용과 기간을 줄일 수 있다. 또한, 제안된 기법의 유용성을 증명하기 위해서, 현재 KNICS에서 개발 중인 DPPS RPS의 BP를 구성하는 트립 논리 중의 하나인 고정 설정치 상승 트립을 예제로 설명하고 있다.
본 논문은 PID제어기가 포함된 PLC로 실제의 제어 시스템을 구성하는 일련의 과정을 제안하였다. PID 모듈 FM455C가 포함된 SIMATIC S7-400 PLC시스템을 일반 PC와 온라인으로 연결하여 PC의 윈도우즈 환경에서 PLC의 프로그램을 작성하였다. PID 제어기의 설계를 위하여, PID 모듈의 하드웨어 구성방식, 관련 소프트웨어 구성, 프로그램 작성 환경, 특히 P, PD, PI, PID제어기의 설계과정을 제시하였고, 이를 토대로 실물 제어대상, 도립진자 시스템에 대하여 PID제어기를 설계하고 모의/실물 실험을 통하여 성능을 확인하였다.
산업자동화 분야에는 특수목적 마이크로콘트롤러인 PLC가 널리 사용된다. PLC 프로그램 분석과 검증을 위한 연구에서 우선적으로 해야 할 일은 PLC 프로그래밍 언어의 의미구조를 정형적으로 제시하는 것이다. 본 논문은 PLC 프로그래밍에 널리 사용하는 LD 언어의 의미구조를 정의한다. LD 언어는 그래픽 언어이기 때문에 먼저 텍스트 언어 Symbolic LD로 구문구조를 정형화한 다음에, Symbolic LD에 대한 의미구조를 정의할 수가 있다. 본 논문은 Symbolic LD의 의미구조를 자연 의미구조 기법으로 정의하고, 증명 보조기 Coq을 이용하여 정형화하였다.
In this paper, I developed an intelligent multi agents based softPLC(IMPLC). In IMPLC, the standard IEC 1131-3 PLC languages(LD, SFC, FBD, ST) programmed by a user are converted to IL, which is one of intermediate codes, in order to make them interactions. And then the IL is converted to the standard C code regarding some extension and transplanting, which can be used in a commercial editor such as visual C++. In IMPLC, the logical errors and syntax errors occurred by users are detected, so that the optimal PC control based softPLC can be possible. IMPLC provide easy programming platform to such beginner as well as professionals. The study of code conversion is firstly tried in the world as well as KOREA. I applied IMPLC to 3 steps conveyer belt system. The simulation results say that the debugging steps by IMPLC using multi agents are decreased than the conventional softPLC's.
PC-based control은 현재 제어분야에서 비약적 발전을 하고 있으나 일반 사용자들이 PC에서 PLC 프로그래밍하기에는 어렵다는 단점이 있다. 따라서 본 논문은 국제 PLC 표준언어로 제정된 5가지 언어 중 $90\%$이상 사용하는 LD언어에 대한 표준규격을 연구하고, 이것을 중간코드인 IL(Instruction List) 언어로 변환하고 기존 상용화된 편집기(Visual C++)에서 활용 가능한 표준 C코드로 변환함으로써 LD에 익숙한 사용자나 고급언어에 익숙한 사용자 모두 사용할 수 있는 편집기 및 실행엔진 기능을 갖춘 지능적 에이전트 기반의 통합 시스템 ISPLC(Intelligent Agent System based Software Programmable Logic Controller)를 개발하였다. ISPLC에서는 LD에서보다 C에서 논리오류 검출기능이 훨씬 용이하며, GUI기반 인터페이스를 제공하며 에이전트에 의한 프로그래밍 코드를 제공하므로 가독성이 높다. 이러한 LD->H->C로의 코드변환체제에 관한 연구는 국내외적으로 처음 시도되는 연구이다. ISPLC를 실제 실시간 교통량 제어 시스템(Real Time Traffic Control System)에 적용하여 현장 적응성이 우수한 실행엔진을 개발하여 시뮬레이션 하였으며, ISPLC는 오류검색 뿐 아니라 프로그래밍 시간을 매우 단축시켜줌을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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