본 논문에서는 원전 계측제어시스템 구축을 위해 개발된 원전용 PLC 시뮬레이터의 설계 사항에 관해 소개한다. 원전용 계측제어시스템은 원전이라는 특수한 환경과 제약으로 말미암아, 일반적인 시뮬레이터 개발보다 엄격한 요건을 만족해야 한다. 이러한 요건으로는 다양한 테스팅을 통하여 제어 프로그램의 안정성을 보장할 수 있어야 하며, 다수의 계측제어 프로그램들을 고속으로 동시에 실행할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 극복하고자 PLC 제어 프로그램의 컴파일러를 제작하여 C 코드 변환을 하게 된다. 제안한 방법에서는 검증용 상용 도구를 변환된 코드에 적용해 제어 프로그램의 안정성 평가를 할 수 있으며, Compiled-Code 시뮬레이션 기법을 이용하여 고속으로 실행 가능한 시뮬레이터를 자동으로 생성할 수 있다는 장점이 있다.
본 논문에서는 원전 계측제어시스템 구축을 위해 개발된 원전용 PLC 시뮬레이터의 설계 사항에 관해 소개한다. 원전용 계측제어시스템은 원전이라는 특수한 환경과 제약으로 말미암아, 일반적인 시뮬레이터 개발보다 엄격한 요건을 만족해야 한다. 이러한 요건에는 다양한 테스팅을 통하여 제어 프로그램의 안정성을 보장할 수 있어야 하며, 다수의 계측제어 프로그램들을 고속으로 동시에 실행할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 극복하고자 PLC 제어 프로그램의 컴파일러를 제작하고, Compiled-Code 시뮬레이션 기법을 적용하여 고속으로 실행할 수 있는 시뮬레이터 생성 방안을 고안해 내었다.
본 논문에서는 임베디드 웹 서버(Embedded Web Server)를 이용하여 원격에서 다양한 입출력 장치들의 상태를 계측하거나 이들을 제어하는 시스템을 설계하고 개발한다. 설계된 원격 제어 및 계측시스템은 Cortex-M3 ARM 마이크로컨트롤러를 사용하여 구현되었으며, 제어 및 계측 시스템 사용자를 위한 사용자 응용 프로그램, 그리고 디지틀 입출력 장치, AD/DAC, LCD 및 온습도 센서 등의 구동장치 프로그램 및 이벤트 처리를 위한 웹서버 프로그램을 구현하였다. 각각의 프로그램은 Eclipse 개발환경을 구축하여 Codesourcery C 언어, Java script, 그리고 HTML 언어를 사용하여 작성되었다. 본 논문에서 구현된 제어 및 계측 시스템의 실험결과는 실제로 실시간 실험을 통해, 설계된 바와 같이 사용자가 원하는 동작을 정확하게 수행하는 것을 확인하였다.
원전 디지털 계측제어시스템에서 공통원인고장(Common cause failure)의 발생 가능성이 증가함에 따라 이를 방지하기 위해 프로그래머블 논리소자(Field Programmable Gate Array)를 이용한 제어기가 개발되어 활용되고 있다. 그러나, FPGA-기반의 제어기를 구현하는데 사용되는 하드웨어 기술 언어는 그래픽 언어를 이용한 PLC 기반의 개발을 하던 대부분의 원전 계측제어 엔지니어에게 친숙하지 않아 제어기의 구현에 어려움이 있다. 따라서 엔지니어에게 친숙한 그래픽 언어를 이용하여 FPGA 용 제어 프로그램을 작성할 수 있는 통합개발환경이 필요하다. 본 논문에서 구현한 VerilogLinker 는 제어프로그램의 개발을 위한 통합개발환경의 일부로 통합개발환경을 이용한 제어 프로그램의 개발과정 중에서 생성된 Verilog 파일을 FPGA 공급자가 제공하는 상용 소프트웨어인 Libero SoC 와 연결하는 기능을 제공한다.
본 논문에서는 CAN(Controller Area Network) 통신 기능을 갖는 전력계측 장치와 이를 통해 계측, 분석된 전력신호를 모니터링과 제어할 수 있는 시뮬레이터 서버 응용프로그램으로 구성된 CAN BUS 기반의 전력계측 및 감시 시스템을 모의 구현하였다. CAN 통신은 기존의 전력감시 제어시스템에서 사용되는 RS-232기반의 통신방식보다 시스템 유지정비 및 확장이 쉽고 데이터의 신뢰도가 뛰어나다. 본 논문에서 전력신호는 PSCAD/EMTDC등에서 시뮬레이션한 파형을 이용 DAQ Device를 이용하여 출력된 아날로그 파형을 입력하여 계측하였고, 전력계측 장치의 하드웨어는 64Kbyte 마이크로 콘트롤러를 이용하여 두 개의 노드로 구성하였고, 원격감시 시뮬레이터 서버 프로그램은 GUI 기반의 윈도우즈 응용프로그램인 LabVIEW7.1을 사용하여 제작하여 입력된 신호를 샘플링한 데이터로 시뮬레이션을 수행하였다.
앞으로 건설되는 원전의 계측제어계통은 디지털 기술로 설계될 전망이다. 그러나 디지털 기술을 원전 계측제어계통에 적용하는데 있어서 디지털 기술이 원전의 안전성이나 신뢰도에 영향을 미치지 않는다는 사실을 보증하여야 하며, 디지털계통의 기능과 성능에 대한 확인/검증은 원전에 설치되기 전에 수행되어야 한다. 계측제어 시험검증설비의 목적은 새롭게 개발되는 디지털 제어 및 보호 알고리즘, 경보축약 알고리즘 또는 운전지원계통등의 성능을 검증하기 위함이다. 시험검증설비의 소프트웨어는 웨스팅하우스형 993 MWe 가압경수로를 모델링한 수학적 모델링과 시험검증설비를 운용하기 위하여 필요한 종합운용프로그램으로 구성된다. 하드웨어는 공학용 워크스테이션, 시험용 패널, 개발되는 계통과의 인터페이스를 위한 VXI 인터페이스 모듈, 그리고 공유메모리의 값을 시험대상 시작품으로 전송하는 Ethernet 모듈 등으로 구성된다. 사용자 인터페이스로 할덴 원자로 프로젝트에서 개발된 Picasso 그래픽 도구를 이용한 화면과 60개의 주요변수의 값을 CRT에 표시하는 기능을 제공한다. 계측제어 시험검증설비를 응용한 계측제어계통 시작품은 정상운전 및 과도상태에서 적절한 시험결과를 제공하였다.
최근 계측장비 기술의 발전으로 계측장비의 정보를 공유하기 위한 제어기술은 매우 중요해지고 있다. 이와 관련하여 임베디드 시스템을 이용한 다양한 디바이스 설계 기술들이 연구되고 있다. 본 논문은 계측장비 제어를 위해 Text LCD 및 Keypad와 같은 임베디드 디바이스를 장착한 시스템을 설계하였고, 임베디드 시스템의 분석을 통하여 계측장비 설계에 최적화된 시스템을 연구한다. 또한 Ethernet상의 다른 시스템에서 클라이언트 프로그램을 통해 계측장비로부터 측정된 간을 확인할 수 있다.
원전에서 개발되는 계측제어 계통의 소프트웨어에 대한 평가를 위해서 발전소 상태를 모사하는 시뮬레이터를 활용하는 방법이 있다. 기존의 정적인 데이터만을 이용해서 수행하는 시험은 시스템의 성능을 정확하게 검증하는 데 한계가 있었지만 시뮬레이터에서 생성하는 입력 데이터를 계측제어 계통에 입력하여 시험을 수행하면 동적으로 변하는 상태를 구현할 수 있고, 계측제어 계통의 동작이 정확하게 수행되는 지 확인할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 시뮬레이터를 기반으로 계측제어 계통의 시험검증 적합성 평가를 수행할 수 있는 환경을 구축하였고, 필요한 프로그램을 개발하였다.
계측기 장비들을 검증하기 위해서는 원기를 보유하고 있는 인증기관에 의뢰하여 장비의 이상유무를 검증 받게 된다. 디지털 계측기 같은 고가의 장비를 보유하고 있는 기업에게 이런 검증과정은 시간과 비용을 가져온다. 본 연구에서 제안한 '계측기-스마트 네트워크 카드 모델'은 디지털 계측기에 스마트 네트워크 모듈을 탑재하는데, 이 카드는 기존의 웹 어댑터에 원격지에서 프로그램을 적재, 삭제, 실행이 가능하도록 스마트 기능을 추가하여 원격검증 및 제어가 가능하다. 제안한 모델은 다수의 프로그램이 적재 가능하여 응용가치 또한 높으며, 국내외로 판매한 고가의 디지털 계측기 하나하나를 인터넷을 이용하여 원격제어가 가능하게 하고, 원격으로 검증 조건을 교체할 수 있도록 함으로써, 장비의 질과 경쟁력을 높일 수 있다.
시설의 자동화시스템 중, 계측시스템을 개발하고, 토마토 수경재배에 적용 실험하였다. 본 시스템은 하드웨어, 소프트웨어, 계측 기기로 구성되었다. 계측프로그램은 편리한 GUI 환경을 제공하고 다른 프로그램과의 연계를 위하여 윈도우 환경에서 개발하였다. 초기화면에는 시스템설정, 센서보정, 온실상태, 제어, 파일관리 및 도움말 등의 메뉴바를 설정하였으며, 팝업메뉴, 툴바 및 상태바들을 사용하여 조작이 용이하게 하였다. 특히, 센서의 장착에 유연성을 부여하였으며, 계측자료는 일정 시간별로 여러 가지 형태의 파일로 자동 저장하여, 사용자가 통계나 그래프등 필요로 하는 작업을 용이하게 할 수 있게 하였다. 적용실험 결과, 본 계측시스템은 순환식 비순환식 및 여러 가지 수경재배 방식에 모두 적용 가능한 것으로 사료되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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