KR102762668B1

KR102762668B1 - Control signal exchange system using common signal line

Info

Publication number: KR102762668B1
Application number: KR1020220084002A
Authority: KR
Inventors: 안기현
Original assignee: 안기현
Priority date: 2022-07-07
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2025-02-11
Anticipated expiration: 2042-07-07
Also published as: KR20240007010A

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.The present invention is configured such that a first switch connected to a plurality of input/output terminal devices is connected to a second switch connected to a PLC by a single common signal line so that data transmission between the input/output terminal devices and the PLC is performed, thereby reducing the number of signal lines installed between the first switch and the second switch, and when additional input/output terminal devices are installed, data transmission between the additionally installed input/output terminal devices and the PLC is performed without additionally installing signal lines, thereby reducing the time and cost required for installing the signal lines, and by reducing the number of signal lines installed between the input/output terminal devices and the PLC, it is possible to prevent malfunction of the input/output terminal devices due to an induced magnetic field generated by the mixing of a plurality of power lines, power lines, and signal lines, and since address values are indexed for input and output I/O ports formed in the switches, and the signal lines are connected to input and output I/O ports of corresponding address values, not only can the installation of the signal lines be performed intuitively, but also management can be facilitated, and sensing data is continuously collected and analyzed from each input/output terminal device, and the collected data and the data are transmitted in real time. By comparing and analyzing the collected sensing data, it is possible to quickly identify a broken or malfunctioning input/output terminal device, and to predict the downtime, which is the time when the input/output terminal device fails, and when it is determined that the sensing data input from the input/output terminal device is missing, it is possible to predict the sensing data during the missing period by generating a prediction formula for predicting the sensing data during the missing period by utilizing the sensing data before and after the missing period, thereby predicting the sensing data during the missing period. The present invention relates to a control signal exchange system using a common signal line.

Description

Control signal exchange system using common signal line {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.The present invention relates to a control signal exchange system using a common signal line, and more specifically, to a control signal exchange system using a common signal line in which a switch connected to various types of input/output terminal devices and a switch connected to a PLC are connected by a single common signal line, and data input to the switches is converted into packet form and transmitted by the common signal line, thereby simplifying a number of long and complicated signal lines between the input/output terminal devices and the PLC, thereby reducing manufacturing and installation management costs, and also being configured to collect and analyze status information such as temperature and vibration of the input/output terminal devices connected to the switches in real time, thereby enabling the status information of production facilities to be checked in real time, and facility failure (down) can be predicted and failures can be quickly dealt with.

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.In general, in the case of manufacturing facilities or automated equipment that operate with an automatic control system, multiple production processes and production machines must be managed simultaneously, so a production management system using a server is being developed.

그러나 종래의 생산관리 시스템의 경우에는 다양한 제어기능을 가질수록 다양한 공정 설비들이 복잡하게 연결되기 때문에 각 공정 설비들의 운영 및 관리가 어렵다는 문제점을 갖는다.However, in the case of conventional production management systems, the more control functions there are, the more complexly the various process facilities are connected, making it difficult to operate and manage each process facility.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 등록특허 제10-2111854호(발명의 명칭 : 센서 게이트웨이 장치를 이용한 생산설비 관리 시스템)(이하 ‘종래기술’이라 함)가 개발되었다.To solve these problems, registered patent No. 10-2111854 (Title of invention: Production facility management system using sensor gateway device) (hereinafter referred to as “prior art”) was developed.

도 1은 종래기술의 블록도이다.Figure 1 is a block diagram of the prior art.

종래기술(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 센서노드(140)들과, 센서 게이트웨이 장치(150), 서버(110) 및 사용자 단말(120)로 이루어진다.As shown in Fig. 1, the prior art (100) consists of a plurality of sensor nodes (140), a sensor gateway device (150), a server (110), and a user terminal (120).

센서노드(140)들은 각 공정설비(130)들에 장착된 센서이며, 각 공정설비(130)들로부터 수집된 센싱정보를 센서 게이트웨이 장치(150)로 전송한다.Sensor nodes (140) are sensors mounted on each process facility (130) and transmit sensing information collected from each process facility (130) to a sensor gateway device (150).

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.The sensor gateway device (150) converts signals input from sensor nodes (140) installed in each process facility (130) in real time and transmits them to the server (110). At this time, the sensor gateway device (150) can check whether the process facility is broken down or operating.

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.The server (110) can analyze the sensing signals input from the sensor gateway device (150) and transmit them to the user terminal (120). In addition, the server (110) generates analysis data for each process facility (130) through the input sensing signals and transmits the data to the user terminal (120).

이러한 종래기술(100)은 센서노드(140)들로부터 입력되는 신호를 분석하여 실시간으로 공정설비(130)들의 상태를 모니터링 할 수 있다.This prior art (100) can monitor the status of process equipment (130) in real time by analyzing signals input from sensor nodes (140).

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.However, since the prior art (100) can check whether each process facility (130) is broken or operating, but does not have a means to predict the downtime of the process facilities (130), the process facilities (130) cannot be replaced or repaired in advance before they break down, which causes a problem in that the time required to repair the broken process facilities increases.

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.The present invention is to solve such a problem, and the problem to be solved by the present invention is to provide a control signal exchange system using a common signal line in which a first switch connected to a plurality of input/output terminal devices is connected to a second switch connected to a PLC by a single common signal line so that data transmission is performed between the input/output terminal devices and the PLC, thereby reducing the number of signal lines installed between the first switch and the second switch, and also reducing the time and cost required for installing signal lines when additional input/output terminal devices are installed, since data transmission is performed between the additionally installed input/output terminal devices and the PLC without additionally installing signal lines.

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.In addition, another object of the present invention is to provide a control signal exchange system using a common signal line, which replaces a plurality of signal lines installed between a PLC and input/output terminal devices with a common signal line, and at the same time, configures a control signal to be transmitted in the form of a packet, thereby preventing the occurrence of a problem in which an interference phenomenon occurs in the control signals of the input/output terminal devices due to an induced magnetic field in a situation in which a plurality of high-voltage power lines, power lines, and control signal lines are intermixed and wired between a PLC and the input/output terminal devices, causing an unspecified malfunction in the control of the entire facility.

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.In addition, another problem of the present invention is to provide a control signal exchange system using a common signal line that is easy to manage and allows intuitive installation of signal lines by configuring that address values are indexed for each of input and output I/O ports formed in switches and that signal lines are connected to input and output I/O ports of corresponding address values.

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.In addition, another object of the present invention is to provide a control signal exchange system using a common signal line that can continuously collect and analyze sensing data from each input/output terminal device, and compare and analyze the collected data with sensing data collected in real time, thereby quickly identifying a malfunctioning or malfunctioning input/output terminal device, and predicting downtime, which is the time when the input/output terminal devices fail.

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.In addition, another object of the present invention is to provide a control signal exchange system using a common signal line capable of predicting sensing data during a missing period by generating a prediction formula for predicting sensing data during a missing period by utilizing sensing data before and after the missing period when it is determined that sensing data input from an input/output terminal device is missing.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 온도센서 및 압력센서를 포함하는 센서모듈이 설치되며, 상기 센서모듈에서 검출된 온도값 및 압력값을 포함하는 센싱데이터를 수집하는 입출력 단말장치들; 상기 입출력 단말장치들과 연결되며, 상기 입출력 단말장치들로부터 센싱데이터를 수신받는 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 입출력 단말장치들로부터 수신한 센싱데이터를 패킷 형태로 변환하여 제2 교환기로 송신하고, 상기 제2 교환기는 상기 PLC로부터 수신한 제어데이터를 패킷 형태로 변환하여 제1 교환기로 송신하고, 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 포함하고, 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 것이다.The present invention provides a solution for the above problem, comprising: input/output terminal devices, each of which is provided with a sensor module including a temperature sensor and a pressure sensor, and which collects sensing data including temperature values and pressure values detected by the sensor module; a first switch connected to the input/output terminal devices and which receives sensing data from the input/output terminal devices; a PLC that monitors the input/output terminal devices and outputs control data to control the input/output terminal devices; a second switch connected to the PLC; and a common signal line installed between the first switch and the second switch, wherein the first switch converts sensing data received from the input/output terminal devices into a packet form and transmits it to the second switch, and the second switch converts control data received from the PLC into a packet form and transmits it to the first switch, and the PLC includes a data omission determination unit that detects, as a missing target, an input/output terminal device that has not input sensing data for a preset sensing period (p) among the input/output terminal devices; When a missing target is detected from the above data missing judgment unit, if sensing data is received from the missing target in the future, a missing period calculating unit for calculating a missing period (O) during which sensing data of a corresponding input/output terminal device is missing; a missing sensing data prediction unit for predicting sensing data during the missing period (O) calculated by the missing period calculating unit, wherein the missing sensing data prediction unit includes a previous/next sensing data extraction module for extracting previous sensing data (P0) which is sensing data collected in a sequence before the first sensing data (P1) and subsequent sensing data (P3) which is sensing data collected in a sequence after the second sensing data (P2), when sensing data collected before the missing period (O) is referred to as first sensing data (P1) and sensing data collected after the missing period (O) is referred to as second sensing data (P2); A difference value calculation module which calculates a first difference value (D1) which is a difference value between the first sensing data (P1) extracted by the above-described pre- and post-sensing data extraction module and the previous sensing data (P0), and a second difference value (D2) which is a difference value between the subsequent sensing data (P3) and the second sensing data (P2); A change rate calculation module which calculates a first change rate (C1) and a second change rate (C2) by dividing the first difference value (D1) and the second difference value (D2) calculated by the above-described difference value calculation module by the sensing period (p), respectively; The absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) calculated through the change rate calculation module is compared with a preset constant value ‘α’, and 1) if the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is less than the constant value ‘α’, it is predicted that the sensing data will be drawn as a straight line within the missing period (O), but 2) if the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is greater than or equal to the constant value ‘α’, it includes a comparison module that predicts that the sensing data will be drawn as a curve within the missing period (O).

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.In addition, in the present invention, it is preferable that the PLC includes a data analysis unit that analyzes sensing data received from the input/output terminal devices to generate analysis data; an operation status determination unit that determines whether the input/output terminal devices are operating normally by utilizing the analysis data generated by the data analysis unit, and predicts downtime, which is the time when the input/output terminal devices fail, by utilizing the analysis data.

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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.In addition, in the present invention, the missing sensing data prediction unit includes a first prediction formula generation module that is executed when the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is determined to be less than the constant value ‘α’ by the comparison module; It is preferable that the second prediction formula generation module further includes a second prediction formula generation module that is executed when it is determined by the comparison module that the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is greater than or equal to the constant value ‘α’, and the first prediction formula generation module generates a first prediction formula (Y1) which is a linear function by substituting the water usage (Wn) of the second sensing data (P2), the data value (W1) of the first sensing data (P1), and the time (t1) at which the first sensing data (P1) was collected into the following mathematical expression 1, and the second prediction formula generation module generates a second prediction formula (Y2) which is a quadratic function by substituting the first change rate (C1) and the second change rate (C2), the time (t1) at which the first sensing data (P1) was collected, the time (tn) at which the second sensing data (P2) was collected, and the data value (W1) of the first sensing data (P1) into the following mathematical expression 2.

[수학식 1][Mathematical formula 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 시점임At this time, ‘Y1’ is the first prediction formula, ‘Wn’ is the data value of the second sensing data (P2), ‘W1’ is the data value of the first sensing data (P1), t is the sensing time, and t1 is the time point when the first sensing data (P1) was collected.

[수학식 2][Mathematical formula 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 데이터값임Here, ‘Y2’ is the second prediction equation, ‘C2’ is the second change rate, ‘C1’ is the first change rate, ‘tn’ is the collection time when the second sensing data was collected, ‘t1’ is the sensing time when the first sensing data was collected, and ‘W1’ is the data value of the first sensing data.

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.According to the present invention having the above-described task and solution, a first switch connected to a plurality of input/output terminal devices is connected to a second switch connected to a PLC via a single common signal line, thereby configuring data transmission between the input/output terminal devices and the PLC, thereby reducing the number of signal lines installed between the first switch and the second switch, and also, when additional input/output terminal devices are installed, data transmission between the additionally installed input/output terminal devices and the PLC is performed without additionally installing signal lines, thereby reducing the time and cost required for installing signal lines.

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.In addition, according to the present invention, by replacing a plurality of signal lines installed between a PLC and input/output terminal devices with a common signal line and configuring the control signal to be transmitted in the form of a packet, it is possible to prevent the occurrence of a problem in which an unspecified malfunction occurs in the control of the entire facility due to interference in the control signals of the input/output terminal devices caused by an induced magnetic field in a situation in which a plurality of high-voltage power lines, power lines, and control signal lines are intermixed and wired between the PLC and the input/output terminal devices.

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.In addition, according to the present invention, address values are indexed for each of the input and output I/O ports formed in the switches, and signal lines are configured to be connected to the input and output I/O ports of corresponding address values, so that installation of signal lines can be performed intuitively and management can be facilitated.

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.In addition, according to the present invention, sensing data is continuously collected and analyzed from each input/output terminal device, and by comparing and analyzing the collected data with sensing data collected in real time, it is possible to quickly identify input/output terminal devices that are broken or malfunctioning, and to predict downtime, which is the time when the input/output terminal devices break down.

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.In addition, according to the present invention, when it is determined that sensing data input from an input/output terminal device is missing, a prediction formula is generated to predict the sensing data during the missing period by utilizing the sensing data before and after the missing period, thereby making it possible to predict the sensing data during the missing period.

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.Figure 1 is a perspective view of the prior art.
Figure 2 is a perspective view of a control signal exchange system using a common signal line, which is an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an example diagram explaining a state in which multiple first and second exchangers are connected.
Figure 4 is a block diagram of the PLC of Figure 2.
Figure 5 is a block diagram of a second PLC, which is a second embodiment of the PLC of Figure 4.
Figure 6 is a block diagram of the missing sensing data prediction unit of Figure 5.
Figure 7 is an example of a graph generated by the first prediction equation.
Figure 8 is an example of a graph generated by the second prediction formula.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예인 공통신호선을 이용한 제어신호 교환 시스템의 블록도이고, 도 3은 복수개의 제1, 제2 교환기들이 연결된 상태를 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 2 is a block diagram of a control signal exchange system using a common signal line, which is an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exemplary diagram explaining a state in which a plurality of first and second switches are connected.

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.The control signal exchange system (1) is applied to automatic control manufacturing facilities, firefighting facilities, control and monitoring facilities, etc., in which a plurality of input/output terminal devices (2) are controlled by one or a small number of PLCs (6), and is configured such that data transmitted from the input/output terminal devices (2) and PLCs (6) is converted into packets by the switches (3) and (5) and transmitted and received by a common signal line (4) installed between the switches (3) and (5).

이때 설명의 편의를 위해 제어신호 교환 시스템(1)은 단일 PLC(6)에 의해 다수의 입출력 단말장치(2)들이 제어된다고 예를 들어 설명하도록 한다.At this time, for convenience of explanation, the control signal exchange system (1) is explained as an example in which multiple input/output terminal devices (2) are controlled by a single PLC (6).

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.This control signal exchange system (1) is composed of input/output terminal devices (2), a first switch (3), a common signal line (4), a second switch (5), a PLC (6), and an integrated management server (7), as shown in Fig. 2.

입출력 단말장치(2)들은 PLC(6)로부터 수신한 제어데이터에 의해 제어되는 장치들이며, 예를 들어, 자동화 생산 라인의 공정기계들을 의미한다.Input/output terminal devices (2) are devices controlled by control data received from a PLC (6), and refer to, for example, process machines of an automated production line.

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.These input/output terminal devices (2) are connected to the first switch (3) through a wired or wireless network, transmit sensing data collected by the sensor module (21) to the first switch (3), and receive control data transmitted from the PLC (6) from the first switch (3).

이때 센서모듈(21)은 입출력 단말장치(2)에 설치되며, 설치된 입출력 단말장치의 온도, 압력 등의 파라미터를 측정한다.At this time, the sensor module (21) is installed in the input/output terminal device (2) and measures parameters such as temperature and pressure of the installed input/output terminal device.

또한 센서모듈(21)은 측정된 파라미터(이하 ‘데이터값’이라고 함)을 PLC(6)로 송신한다.Additionally, the sensor module (21) transmits the measured parameters (hereinafter referred to as ‘data values’) to the PLC (6).

이로 인해 작업자는 PLC(6)를 통해 입출력 단말장치(2)들의 정상작동 여부를 판단할 수 있게 된다.This allows the worker to determine whether the input/output terminal devices (2) are operating normally through the PLC (6).

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.These input/output terminal devices (2) are configured to transmit sensing data collected by the sensor module (21) to the PLC (6) so that the operator can determine whether the input/output terminal device (2) is operating normally through the PLC (6), and are configured to control operation by receiving control data transmitted from the PLC (6).

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.The first switch (3) is connected to each input/output terminal device (2) via a wired or wireless network, is connected to a PLC (6) via a common signal line (4), and has a built-in data conversion algorithm.

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.At this time, the data conversion algorithm is an algorithm that converts sensing data received from each input/output terminal device (2) into packet form and converts control data received from the second switch (5) into data corresponding to each input/output terminal device (2). Since various previously known technologies can be applied, a detailed description will be omitted.

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.When the sensing data received from the sensor modules (21) is converted into packet form by a data conversion algorithm, the first exchanger (3) transfers the packet-form sensing data to the second exchanger (5) through the common signal line (4).

또한 제1 교환기(3)는 제2 교환기(5)로부터 패킷 형태의 제어데이터를 수신한다.Additionally, the first switch (3) receives control data in packet form from the second switch (5).

또한 제1 교환기(3)에는 I/O 포트(Input/output port)(P1)들이 형성된다.Additionally, I/O ports (Input/output ports) (P1) are formed in the first switch (3).

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.The first switch (3) is connected to an I/O port (P1) at one end of a common signal line (4), and the other end of the common signal line (4) connected to the I/O port (P1) is connected to an I/O port (P2) formed in a second switch (5), thereby being connected to an adjacent second switch (5) via the common signal line (4).

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.At this time, the first switch (3) indexes the CPU register address value (hereinafter referred to as “address value”) to each of the I/O ports (P1), and the address value corresponding to the address value indexed to the first switch (3) is indexed to each of the I/O ports (P2) of the second switch (5), so that not only can the worker easily proceed with the connection of the common signal line (4), but also the management work is easy.

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.In addition, since the first switch (3) can transmit data by the existing common signal line (4) without installing a separate signal line during the process of additionally installing the input/output terminal device (2), the time and cost consumed during the process of adding and removing the input/output terminal device (2) can be reduced.

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.This first exchanger (3) is configured to convert sensing data received from each input/output terminal device (2) into packets by a data conversion algorithm and transmit them to the second exchanger (5), and to convert control data in packet form received from the second exchanger (5) into data in a form corresponding to each input/output terminal device (2) and transmit them to the input/output terminal devices (2).

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.At this time, since the sensing data received from various types of input/output terminal devices (2) is converted into a single packet through a data conversion algorithm by the first switch (3), even without installing multiple signal lines for transmitting various types of data between the first switch (3) and the second switch (5), data can be transmitted and received between the first switch (3) and the second switch (5) by a common signal line (4) for transmitting packets.

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.In addition, since the first switch (3) is configured to enable data transmission by the existing common signal line (4) without additionally installing a separate signal line between the first switch (3) and the second switch (5) in the process of additionally installing the input/output terminal device (2), the time and cost consumed in the process of additionally installing or removing the input/output terminal device (2) can be reduced.

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.The common signal line (4) is connected at both ends to I/O ports (P1) and (P2) formed in the first switch (3) and the second switch (5), respectively, and transmits packets between the first switch (3) and the second switch (5).

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.At this time, when the common signal line (4) is connected to the I/O port (P1) of the first switch (3) and the I/O port (P2) of the second switch (5), both ends are respectively connected to the I/O ports (P1) and (P2) of the switches (3) and (5) whose indexed address values correspond to each other.

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.In addition, for convenience of explanation, in Fig. 2, the control signal exchange system (1) is described as including only one first exchanger (3) and one second exchanger (5), but as shown in Fig. 3, a plurality of exchangers (3) and (5) can be connected to each other by common signal lines (4).

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.At this time, the common signal lines (4) are configured to map the switches (3) and (5) on a one-to-one basis, and packet transmission and reception are limited to only between the mapped switches (3) and (5), thereby preventing the occurrence of a transmission failure phenomenon in which packets are transmitted to a switch other than the preset switch.

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.In the case of typical industrial manufacturing facilities, when the facilities are manufactured or during the maintenance process, high-voltage power lines, power lines of various input/output terminal devices, and control signal lines are frequently wired together on the wiring tray installed between the PLC of the distribution panel and the input/output terminal devices.

이러한 산업현장 제조설비는 유도자기장에 의해 입출력 단말장치(센서류, 버튼/스위치류, 모터드라이버)들의 제어신호에 간섭현상을 발생시켜 전체 설비 제어에 불특정 오작동을 발생시키게 된다.These industrial manufacturing facilities cause interference in the control signals of input/output terminal devices (sensors, buttons/switches, motor drivers) due to induced magnetic fields, which causes random malfunctions in the overall equipment control.

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.In order to prevent such problems from occurring, the present invention replaces a plurality of power lines, power lines, and signal lines with a single common signal line (4), and is configured so that control signals are transmitted by packets within the common signal line (4), thereby preventing interference from occurring in control signals of input/output terminal devices due to induced magnetic fields.

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.The second switch (5) is connected to the PLC (6) through a wired or wireless network and receives control data input from the PLC (6), and is connected to the first switch (3) through a common signal line (4) and transmits control data received from the PLC (6) to the first switch (3).

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.At this time, the second switch (5), like the first switch (3), has a built-in data conversion algorithm so that it converts data received from the PLC (6) into packets and transmits them to the first switch (3), and converts packets received from the first switch (3) into data and transmits them to the PLC (6).

또한 제2 교환기(5)는 제1 교환기(3)로부터 수신한 패킷을 PLC(6)와 대응되는 형식의 데이터로 전환한다.Additionally, the second switch (5) converts the packet received from the first switch (3) into data in a format corresponding to the PLC (6).

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.The second switch (5) configured in this manner receives control data of input/output terminal devices (2) from the PLC (6), converts the received data into packets and transmits them to the first switch (3) via the common signal line (4), and converts packet-type sensing data received from the first switch (3) into data and transmits them to the PLC (6).

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.PLC (6) is a device for controlling input/output terminal devices (2), and analyzes sensing data received from sensor modules (21) of input/output terminal devices (2) to determine whether the input/output terminal devices (2) are operating normally.

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.At this time, the PLC (6) displays the analysis results of the sensing data on the monitor (631) so that the operator can check the operating status of the input/output terminal devices (2), and control the input/output terminal devices (2) by operating an input means (632) such as a touch screen, keyboard, or mouse.

도 4는 도 2의 PLC의 블록도이다.Figure 4 is a block diagram of the PLC of Figure 2.

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.As shown in Fig. 4, the PLC (6) is composed of a control unit (61), a communication module (62), an input/output unit (63), a memory (64), a data analysis unit (65), an operating status determination unit (66), a data loss determination unit (67), and a warning alarm display unit (68).

제어부(61)는 PLC(6)의 O.S(Operating System)이며, 제어대상(62), (63), (64), (65), (66), (67), (68)들을 관리 및 제어한다.The control unit (61) is an O.S (Operating System) of the PLC (6) and manages and controls the control targets (62), (63), (64), (65), (66), (67), and (68).

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.In addition, the control unit (61) receives sensing data from the second switch (5) through the communication module (62), stores the received sensing data in the memory (64), and transmits it to the data analysis unit (65).

또한 제어부(61)는 데이터 분석부(65)에 의해 분석된 분석데이터를 모니터(631)에 디스플레이한다.Additionally, the control unit (61) displays the analysis data analyzed by the data analysis unit (65) on the monitor (631).

이때 분석데이터는 입출력 단말장치들의 온도값, 내부압력값 등을 포함한다.At this time, the analysis data includes temperature values and internal pressure values of input/output terminal devices.

또한 제어부(61)는 입력수단(632)으로부터 신호가 입력되면, 해당 신호와 대응되는 제어데이터를 생성하여 입출력 단말장치(2)로 송신한다.In addition, when a signal is input from the input means (632), the control unit (61) generates control data corresponding to the signal and transmits it to the input/output terminal device (2).

통신모듈(62)은 제2 교환기(5)와 데이터를 송수신한다.The communication module (62) transmits and receives data with the second switch (5).

입출력부(63)는 입출력 단말장치(2)들의 작동상태를 디스플레이하는 모니터(631)와, 작업자가 원격에서 입출력 단말장치(2)들을 제어하기 위한 입력수단(632)으로 이루어진다.The input/output unit (63) is composed of a monitor (631) that displays the operating status of the input/output terminal devices (2) and an input means (632) for the operator to remotely control the input/output terminal devices (2).

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.At this time, the input means (632) is composed of a touch screen, keyboard, mouse, etc., and when the worker inputs a signal through the input means (632), control data corresponding to the signal is generated and transmitted to the input/output terminal device (2).

메모리(64)에는 입출력 단말장치(2)들로부터 수신한 센싱데이터들이 저장된다.Sensing data received from input/output terminal devices (2) are stored in the memory (64).

또한 메모리(64)에는 센서모듈(21)들로부터 입력된 센싱데이터를 분석하여 분석데이터를 생성하기 위한 분석 알고리즘이 기 설정되어 저장된다.In addition, an analysis algorithm for generating analysis data by analyzing sensing data input from sensor modules (21) is preset and stored in the memory (64).

데이터 분석부(65)는 제2 교환기(5)로부터 수신한 센서모듈(21)들의 센싱데이터를 활용하여 입출력 단말장치(2)들의 작동상태를 분석한다.The data analysis unit (65) analyzes the operating status of the input/output terminal devices (2) by utilizing the sensing data of the sensor modules (21) received from the second exchanger (5).

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.In detail, the data analysis unit (65) receives sensing data from sensor modules (21) at each preset sensing cycle (p), applies the received sensing data to an analysis algorithm stored in the memory (64), generates analysis data for each input/output terminal device (2), and inputs the generated analysis data to the operating status judgment unit (66). At this time, the analysis data includes vibration, temperature, work progress, etc. of the input/output terminal device (2).

작동상태 판단부(66)는 데이터 분석부(65)로부터 입력되면, 분석데이터에 포함된 정보들을 활용하여 입출력 단말장치(2)들이 정상적으로 작동 중인지를 판단한다.The operating status judgment unit (66) determines whether the input/output terminal devices (2) are operating normally by utilizing the information included in the analysis data when input from the data analysis unit (65).

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 문에 위험하다고 판단한다.For example, the operating status judgment unit (66) compares the temperature value of the input/output terminal device included in the analysis data with the critical temperature value previously stored in the memory (64), and when the temperature of the input/output terminal device (2) exceeds the critical temperature value, it determines that the input/output terminal device is overheated. In addition, it compares the internal pressure value of the input/output terminal device included in the analysis data with the critical internal pressure value previously stored in the memory (64), and when the internal pressure of the input/output terminal device exceeds the critical internal pressure value, it determines that the internal pressure of the input/output terminal device is too high and therefore dangerous.

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.At this time, for the convenience of explanation, the operating status judgment unit (66) is explained as an example of comparing the temperature value and the internal pressure value with the preset threshold value to determine whether the input/output terminal devices (2) are operating normally. However, the criteria for determining whether the input/output terminal devices are operating normally are not limited to this, and various criteria such as the vibration and work progress speed of the input/output terminal devices (2) can be utilized to determine whether the input/output terminal devices are operating normally.

또한 작동상태 판단부(66)는 적어도 하나 이상의 입축력 단말장치(2)들이 비정상작동 중이라고 판단하면, 경고알람 표출부(68)를 실행한다.In addition, if the operating status judgment unit (66) determines that at least one input/output terminal device (2) is operating abnormally, it executes the warning alarm display unit (68).

또한 작동상태 판단부(66)는 메모리(64)에 저장된 분석데이터들을 활용하여 입출력 단말장치(2)들의 고장발생 시기인 다운타임(downtime)을 예측한다.In addition, the operating status judgment unit (66) uses the analysis data stored in the memory (64) to predict the downtime, which is the time of failure of the input/output terminal devices (2).

이때 다운타임을 예측하는 방법은 기존에 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략하도록 한다.At this time, a detailed description will be omitted because various existing known technologies can be applied to predict downtime.

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.The control unit (61) displays the downtime predicted by the operating status judgment unit (66) on the monitor (631), thereby allowing the operator to identify the input/output terminal devices (2) that have reached downtime in advance.

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.If sensing data is not input even after a preset sensing period (p) has elapsed, the data missing judgment unit (67) determines that the input/output terminal device to which sensing data is not input has lost sensing data due to a communication failure or malfunction, and detects the input/output terminal device as a missing target.

이때 데이터 누락 판단부(67)는 누락대상이 발견될 경우, 경고알람 표출부(68)를 실행한다.At this time, if a missing data target is found, the data missing judgment unit (67) executes the warning alarm display unit (68).

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.The warning alarm display unit (68) is executed when a missing target is found by the data missing judgment unit (67) or when the operation status judgment unit (66) determines that the input/output terminal device is operating abnormally, and transmits warning alarm data to the input/output unit (63).

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.At this time, the input/output unit (63) extracts a warning alarm corresponding to the warning alarm data received from the warning alarm display unit (68) from the memory (64) and displays the corresponding warning alarm on the monitor (631), thereby allowing the operator to check an input/output terminal device that is operating abnormally or has unstable communication through the monitor (631).

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.The control signal exchange system (1) configured in this manner is configured such that a first switch (3) connected to a plurality of input/output terminal devices (2) is connected to a second switch (5) connected to a PLC (6) by a single common signal line (4), thereby allowing data transmission between the input/output terminal devices (2) and the PLC (6), thereby reducing the number of signal lines installed between the first switch (3) and the second switch (5). In addition, when additional input/output terminal devices are installed, data transmission between the additionally installed input/output terminal devices and the PLC (6) is achieved without additionally installing signal lines, thereby reducing the time and cost required for installing signal lines.

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.In addition, since the control signal exchange system (1) connects the first switch (3) and the second switch (5) by a single common signal line (4), even if the distance between the first switch (3) and the second switch (5) is installed relatively far apart, only the length of the common signal line (4) needs to be increased instead of multiple signal lines, so the distance between the input/output terminal devices (2) and the PLCs (6) can be increased.

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.In addition, the control signal exchange system (1) can prevent the input/output terminal devices (2) from malfunctioning due to an induced magnetic field generated by the mixing of multiple power lines, power lines, and signal lines by reducing the number of signal lines installed between the input/output terminal devices (2) and the PLC (6).

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.In addition, the control signal exchange system (1) is configured so that the input and output I/O ports formed in the switches (3) and (5) are each indexed with address values, and the common signal lines (4) are connected to the input and output I/O ports of corresponding address values, so that the installation of the common signal lines (4) can be done intuitively, and management is easy.

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.In addition, the control signal exchange system (1) continuously collects and analyzes sensing data from each input/output terminal device (2), and by comparing and analyzing the collected data with sensing data collected in real time, it is possible to quickly identify input/output terminal devices that are broken or malfunctioning, and also to predict downtime, which is the time when the input/output terminal devices (2) fail.

도 5는 도 4의 PLC의 제2 실시예인 제2 PLC의 블록도이다.Figure 5 is a block diagram of a second PLC, which is a second embodiment of the PLC of Figure 4.

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.The second PLC (7) is a second embodiment of the PLC (6) of Fig. 4, and as shown in Fig. 5, is composed of a second control unit (71), a second communication module (72), a second input/output unit (73), a second memory (74), a second data analysis unit (75), a second operating status determination unit (76), a second data missing determination unit (77), a second warning alarm display unit (78), a missing period calculation unit (79), and a missing sensing information prediction unit (80).

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.At this time, the second control unit (71), the second communication module (72), the second input/output unit (73), the second memory (74), the second data analysis unit (75), the second operating status determination unit (76), the second data missing determination unit (77), and the second warning alarm display unit (78) perform the same operations as the control unit (61), the communication module (62), the input/output unit (63), the memory (64), the data analysis unit (65), the operating status determination unit (66), the data missing determination unit (67), and the warning alarm display unit (68) of FIG. 4, so a detailed description thereof will be omitted.

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.The missing period calculation unit (79) is executed when the second data missing judgment unit (77) determines that the sensing data of the input/output terminal device is missing, and calculates the period during which the sensing data is missing (hereinafter referred to as ‘missing period (O)’).

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.At this time, the missing period (O) means the period between the time (t1) at which the first sensing data (P1), which is the sensing data detected immediately before the sensing data is missing, is collected, and the time (tn) at which the second sensing data (P2), which is the sensing data detected for the first time after the sensing data is missing, is collected.

이때 설명의 편의를 위해, 제2 센싱데이터(P2)는 제1 센싱데이터(P1)가 추출된 시점으로부터 n번째 수집된 센싱데이터라고 예를 들어 설명하도록 한다.For convenience of explanation, the second sensing data (P2) is explained as the nth sensing data collected from the time point at which the first sensing data (P1) was extracted.

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.In addition, since the missing period (O) is the period during which n sensing data are collected, the length of the missing period (O) can be calculated by multiplying the preset period (p) by (n-1).

도 6은 도 5의 누락센싱데이터 예측부의 블록도이고, 도 7은 제1 예측식에 의해 생성된 그래프의 예시도이고, 도 8은 제2 예측식에 의해 생성된 그래프의 예시도이다.Fig. 6 is a block diagram of the missing sensing data prediction unit of Fig. 5, Fig. 7 is an example diagram of a graph generated by the first prediction formula, and Fig. 8 is an example diagram of a graph generated by the second prediction formula.

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 이루어진다The missing sensing data prediction unit (80) is composed of a front and rear sensing data extraction module (801), a difference value calculation module (802), a change rate calculation module (803), a comparison module (804), a first prediction formula generation module (805), a second prediction formula generation module (806), and a prediction data value calculation module (807), as shown in FIG. 7.

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.The pre- and post-sensing data extraction module (801) extracts sensing data collected in a sequence before the first sensing data (P1) from the second memory (74) (hereinafter referred to as “previous sensing data (P0)”) and sensing data collected in a sequence after the second sensing data (P2) (hereinafter referred to as “subsequent sensing data (P3)”) from the second memory (74).

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.The difference value calculation module (802) calculates 1) a first difference value (D1, D1=W1-W0) which is a difference value between the data value (W1) of the first sensing data (P1) and the data value (W0) of the previous sensing data (P0), and 2) a second data value (D2, D2=Wn+1-Wn) which is a difference value between the data value (Wn+1) of the subsequent sensing data (P3) and the data value (Wn) of the second sensing data (P2).

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.The change rate calculation module (803) calculates a first change rate (C1, C1=D1/p), which is a value obtained by dividing the first difference value (D1) calculated by the difference value calculation module (802) by the sensing period (p), and a second change rate (C2, C2=D2/p), which is a value obtained by dividing the second difference value (D2) by the sensing period (p).

이때 산출된 변화율(C1), (C2)들은 해당 지점에서 데이터값(W)의 변화율을 의미하며, 누락된 센싱데이터들을 예측할 때 활용된다.The change rates (C1) and (C2) produced at this time represent the change rates of the data values (W) at the corresponding points and are used when predicting missing sensing data.

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.The comparison module (804) calculates the difference value (C2-C1) between the change rates (C1) and (C2) when the change rates (C1) and (C2) are calculated by the change rate calculation module (803), and compares the absolute value (lC2-C1l) of the difference value between the calculated change rates (C1) and (C2) with a preset constant ‘α’.

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.At this time, the comparison module (804) 1) executes the first prediction equation generation module (805) which generates the first prediction equation (Y1) in the shape of a straight line (linear function) as illustrated in FIG. 7, since the difference in the change rates is not large when the absolute value of the difference between the change rates (C1) and (C2) is less than the preset constant ‘α’ (lC2-C1l<α), and 2) executes the second prediction equation generation module (806) which generates the second prediction equation (Y2) in the shape of a curve (quadratic function) as illustrated in FIG. 8, since the difference in the change rates is large and it is judged that this is the time point at which the data values change rapidly.

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.This comparison module (804) generates a first prediction equation (Y1), which is a linear function connecting the data value (W1) of the first sensing data (P1) and the data value (W2) of the second sensing data (P2), when the absolute value of the difference between the change rates (C1) and (C2) is small, thereby enabling the generation of missing sensing data, and generates a second prediction equation (Y2), which is a quadratic function connecting the data value (W1) of the first sensing data (P1) and the data value (W2) of the second sensing data (P2), when the absolute value of the difference between the change rates (C1) and (C2) is large, thereby enabling the generation of missing sensing data.

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.The first prediction equation generation module (805) is executed when the absolute value of the difference between the change rates (C1) and (C2) is less than the preset constant ‘α’ (lC2-C1l<α), and generates a first prediction equation (Y1) that connects the data value (W1) of the first sensing data and the data value (Wn) of the second sensing data with a straight line.

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.First, the first prediction equation generation module (805) generates a first prediction equation (Y1), which is a first-order equation that can calculate a data value (W) corresponding to the time at which the sensing data was measured (hereinafter referred to as “sensing time (t)”) by substituting the data value (W1) of the first sensing data (P1) and the data value (Wn) of the second sensing data (P2) into the following mathematical expression 1.

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.That is, the first prediction equation generation module (805) can quickly and simply generate the first prediction equation (Y1), which is a linear equation that can calculate the data value (W) corresponding to the input sensing time (t) when the sensing time (t) is input through mathematical expression 1.

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.However, in the case of this first prediction equation (Y1), since it is a first-order equation calculated assuming that the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is small, a problem occurs in which a large gap occurs between the actual usage and the predicted usage when the difference between the change rates (C1) and (C2) is large.

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.To prevent such problems from occurring, when the difference between the change rates (C1) and (C2) is large, the second prediction equation (Y2), which is a quadratic function, is calculated using [Mathematical Formula 2] described below to predict the missing sensing data, thereby minimizing the difference between the actual sensing data and the predicted sensing data.

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.The second prediction equation generation module (806) is executed when the absolute value of the difference between the change rates (C1) and (C2) is greater than or equal to a preset constant ‘α’ (lC2-C1l≥α), and generates a second prediction equation (Y2) that connects the data value (W1) of the first sensing data (P1) and the data value (Wn) of the second sensing data (P2) in a curved shape.

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.The second prediction equation generation module (806) generates a second prediction equation (Y2), which is a quadratic function that can calculate a data value (W) corresponding to a sensing time (t), by substituting the data value (W1) of the first sensing data (P1), the data value (Wn) of the second sensing data (P2), the first change rate (C1), and the second change rate (C2) into the following [Mathematical Formula 2].

다음의 수학식 2는 제2 예측식을 산출하는 계산식이다.The following mathematical expression 2 is a calculation expression that produces the second prediction expression.

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 데이터값임Here, ‘Y2’ is the second prediction equation, ‘C2’ is the second change rate, ‘C1’ is the first change rate, ‘tn’ is the sensing time of the second sensing data, ‘t1’ is the sensing time of the first sensing data, and ‘W1’ is the data value of the first sensing data.

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.The process of calculating this mathematical expression 2 is to substitute the previously calculated C2, C1, tn, t1, and W1 into the quadratic function and calculate it. Since various methods known in the past can be used in the process of calculating the mathematical expression 2, a detailed description will be omitted.

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.That is, the second prediction equation generation module (806) can quickly and simply generate the second prediction equation (Y2), which is a quadratic function that can calculate the expected data value (W) corresponding to the input sensing time (t) when the sensing time (t) is input through mathematical expression 2.

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.Unlike the first prediction equation (Y1) that simply connects the first sensing data (P1) and the second sensing data (P2) with a straight line, this second prediction equation generation module (806) generates the second prediction equation (Y2), which is a quadratic function, by referencing the slope before and after the missing period (O), so that even when the sensing data changes rapidly and the data value changes into a curved shape, the water usage can be predicted similarly to the actual amount.

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.The expected data value production module (807) measures the expected data values (W2, W3, …, Wn-1) of missing sensing data by substituting the sensing times (t2, t3, …, tn-1) included in the missing period (O) into the generated prediction formula when either the first prediction formula (Y1) or the second prediction formula (Y2) is generated.

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.This sensing data prediction unit (80) extracts sensing data (P0) and (P3) sensed before and after the missing period (O) from the database unit (253) when sensing data is missing due to abnormal operation of input/output terminal devices (2) or sensor modules (21), and is configured to predict data values used during the missing period (O) by generating prediction formulas (Y1) and (Y2) using the sensing data (P0), (P1), (P2), and (P3).

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.At this time, the sensing data prediction unit (80) is configured to measure missing data values by utilizing the first prediction equation (Y1), which is a linear function, when the data value is constant or increases or decreases at a constant rate, but to measure missing data values by utilizing the second prediction equation (Y2), which is a quadratic function, when the data value changes rapidly, thereby improving the accuracy of the predicted data values.

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.The second PLC (7) configured in this manner can secure the reliability of the sensing data sensed by the input/output terminal devices (2) or the sensor modules (21) by predicting the data value used during the missing period (O) by utilizing the sensing data measured before and after the period in which the sensing data is missing when the sensing data is missing due to abnormal operation of the input/output terminal devices (2) or the sensor modules (21).

또한 제2 PLC(7)는 누락된 센싱데이터를 예측함으로써 제2 작동상태 판단부(76)로부터 예측하는 다운타임의 신뢰성을 확보할 수 있다.In addition, the second PLC (7) can secure the reliability of the downtime predicted from the second operating status judgment unit (76) by predicting missing sensing data.

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 PLC1: Control signal exchange system 2: Input/output terminal device
21: Sensor module 3: 1st switch
4: Common signal line 5: Second switch
6 : PLC 61 : Control unit
62: Communication module 63: Input/output section
64: Memory 64: Data Analysis Section
65: Data analysis section 66: Operation status judgment section
67: Data missing judgment section 68: Warning alarm display section
7: 2nd PLC

Claims

A sensor module including a temperature sensor and a pressure sensor is installed, and input/output terminal devices collect sensing data including temperature values and pressure values detected by the sensor module;
A first switch connected to the above input/output terminal devices and receiving sensing data from the above input/output terminal devices;
A PLC that monitors the above input/output terminal devices and outputs control data to control the above input/output terminal devices;
A second switch connected to the above PLC;
Including a common signal line installed between the first exchanger and the second exchanger,
The above first exchanger
The sensing data received from the above input/output terminal devices is converted into packet form and transmitted to the second switch,
The above second exchanger
The control data received from the above PLC is converted into packet form and transmitted to the first switch,
The above PLC
A data missing judgment unit that detects as a missing target an input/output terminal device from among the above input/output terminal devices, in which sensing data has not been input for a preset sensing period (p);
When a missing target is detected from the above data missing judgment unit, a missing period calculation unit that calculates a missing period (O), which is the period during which the sensing data of the corresponding input/output terminal device is missing, when sensing data is received from the missing target in the future;
Includes a missing sensing data prediction unit that predicts sensing data during the missing period (O) calculated by the above missing period calculation unit,
The above missing sensing data prediction part
When the sensing data collected before the missing period (O) is referred to as the first sensing data (P1) and the sensing data collected after the missing period (O) is referred to as the second sensing data (P2), a pre- and post-sensing data extraction module extracts the pre-sensing data (P0) which is the sensing data collected before the first sensing data (P1) and the post-sensing data (P3) which is the sensing data collected after the second sensing data (P2);
A difference value calculation module that calculates a first difference value (D1) which is a difference value between the first sensing data (P1) extracted by the above-mentioned pre- and post-sensing data extraction module and the previous sensing data (P0), and a second difference value (D2) which is a difference value between the subsequent sensing data (P3) and the second sensing data (P2);
A change rate calculation module that calculates a first change rate (C1) and a second change rate (C2) by dividing the first difference value (D1) and the second difference value (D2) calculated by the difference value calculation module by the sensing period (p);
A control signal exchange system using a common signal line, characterized in that it includes a comparison module that compares the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) calculated through the change rate calculation module with a preset constant value 'α', and predicts that the sensing data will be drawn in a straight line shape within the missing period (O) if 1) the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is less than the constant value 'α', but 2) predicts that the sensing data will be drawn in a curved shape within the missing period (O) if the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is equal to or greater than the constant value 'α'.

In the first paragraph, the PLC
A data analysis unit that analyzes sensing data received from the above input/output terminal devices and generates analysis data;
A control signal exchange system using a common signal line, characterized in that it further includes an operating status judgment unit that uses the analysis data generated by the data analysis unit to determine whether the input/output terminal devices are operating normally, and uses the analysis data to predict downtime, which is the time when the input/output terminal devices will fail.

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In the second paragraph, the missing sensing data prediction unit
A first prediction formula generation module that is executed when the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is determined to be less than the constant value 'α' by the above comparison module;
It further includes a second prediction formula generation module that is executed when the absolute value of the difference between the first change rate (C1) and the second change rate (C2) is determined to be greater than or equal to the constant value 'α' by the above comparison module.
The above first prediction formula generation module
The water usage (Wn) of the second sensing data (P2), the data value (W1) of the first sensing data (P1), and the time (t1) at which the first sensing data (P1) was collected are substituted into the following mathematical expression 1 to generate the first prediction expression (Y1), which is a linear function.
The above second prediction formula generation module
A control signal exchange system using a common signal line, characterized in that a second prediction equation (Y2), which is a quadratic function, is generated by substituting a first change rate (C1), a second change rate (C2), a time (t1) at which the first sensing data (P1) is collected, a time (tn) at which the second sensing data (P2) is collected, and a data value (W1) of the first sensing data (P1) into the following mathematical expression 2.
[Mathematical Formula 1]

At this time, 'Y1' is the first prediction formula, 'Wn' is the data value of the second sensing data (P2), 'W1' is the data value of the first sensing data (P1), t is the sensing time, and t1 is the time point when the first sensing data (P1) was collected.
[Mathematical formula 2]

At this time, 'Y2' is the second prediction equation, 'C2' is the second change rate, 'C1' is the first change rate, 'tn' is the collection time when the second sensing data is collected, 't1' is the sensing time when the first sensing data is collected, and 'W1' is the data value of the first sensing data.