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NMEA 2000 프로토콜을 적용한 선박 전력 컨버터 모니터링 시스템에 관한 연구
A Study of NMEA 2000 Protocol Application for Ship Electrical Power Converter Monitoring System 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.35 no.2, 2011년, pp.288 - 294  

홍지태 (부산대학교 전기공학과) ,  박동현 (한국해양대학교 제어계측공학과) ,  유영호 (한국해양대학교 IT공학부)

초록
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본 논문에서는 FPGA기반의 SoC보드(Xilinx Virtex-4 ML401 EVM)를 이용한 전력인버터제어시스템을 설계하였다. 선박에 전력시스템을 적용하기 위해서 선박의 최신 통신 프로토콜인 NMEA 2000 표준 프로토콜을 적용하였으며 전력 시스템의 성능을 평가하기 위한 PC기반의 모니터링 프로그램을 제작하였다. 전력 제어시스템은 FPGA기반의 임베디드 SoC보드상에서 이중프로세서(Dualprocessor)형태로 설계하였으며 이중프로세서를 적용함으로써 실시간 제어 감시가 가능하다. 이중프로세서 중 하나는 전력 제어를 위한 PWM신호생성 및 전력 회로내의 주요 전력 파라미터를 센싱 하는 제어용 프로세서로 동작하며(Control processor) 다른 프로세서는 제어프로세서의 각종 전력 센서 파라미터와 제어 파라미터들을 이중포트 램(Dual Port RAM)을 이용하여 정보를 공유하고 외부 NMEA 2000프로토콜 기반의 모니터링 장치와 네트워크 기반의 통신을 수행하는 통신용 프로세서(Communication processor)로 구성된다. 본 논문에서 제작한 전력 제어시스템은 선박내의 분산발전,송배전 및 전압 레귤레이션 시스템에 적용 될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the FPGA-based SoC board (Xilinx Virtex-4 ML401 EVM) is adopted to control electrical power inverter system. For marine application, its performance is shown on PC-based system for monitoring electrical characteristics of a power inverter using by the NMEA 2000 protocol. This power in...

주제어

#전력 컨버터 모니터링   #CAN 통신  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 제어용 프로세서와 통신용 프로세서는 FPGA 기반의 SoC칩 내부에 위치하며 FPGA 제조업체에서 제공하는 소프트웨어를 이용하여 다양한 형태의 프로세서 제작 및 외부 IC소자들과의 인터페이스를 위한 드라이버 제작이 가능하다. 본 논문에서는 이러한 FPGA기반의 SoC를 이용하여 이중 프로세서 방식의 전력 제어 시스템을 설계하였으며 PWM 및 각종 센서신호를 수집 및 제어하기 위한 AD/DA컨버터 및 이를 제어하는 제어용 프로세서를 설계하였다. 통신프로세서는 NMEA 2000 네트워크와 연결하기 위하여 NMEA 2000의 물리적 규격인 CAN (Control network) PHY를 사용하였으며, PC에서 인버터의 상태를 모니터링 하기 위한 Ethernet PHY를 이용하여 PC상에서 UDP응용 프로그램과 연결 된다.
  • 본 논문에서는 차세대 선박 센서네트워크 표준 통신 규격인 NMEA 2000 네트워크의 특징 및 구성에 대해 연구하였으며 전려 변환에 필요한 전력 센싱 관련 프로토콜 규격을 분석하였다. 또한 차세대 그린-스마트 선박에 적용 가능한 인버터 통신 시스템에 NMEA 2000 프로토콜의 알고리즘을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력 제어시스템은 무엇으로 구현하였는가? 또한 차세대 그린-스마트 선박에 적용 가능한 인버터 통신 시스템에 NMEA 2000 프로토콜의 알고리즘을 적용하였다. 다양한 전력변환 시스템에 적용 가능하고 유연성을 가지기 위하여 전력 제어시스템은 상용 FPGA기반의 SoC시스템으로 구현하였다.
이중프로세서(Dualprocessor)형태의 구성은 어떠한가? 전력 제어시스템은 FPGA기반의 임베디드 SoC보드상에서 이중프로세서(Dualprocessor)형태로 설계하였으며 이중프로세서를 적용함으로써 실시간 제어 감시가 가능하다. 이중프로세서 중 하나는 전력 제어를 위한 PWM신호생성 및 전력 회로내의 주요 전력 파라미터를 센싱 하는 제어용 프로세서로 동작하며(Control processor) 다른 프로세서는 제어프로세서의 각종 전력 센서 파라미터와 제어 파라미터들을 이중포트 램(Dual Port RAM)을 이용하여 정보를 공유하고 외부 NMEA 2000프로토콜 기반의 모니터링 장치와 네트워크 기반의 통신을 수행하는 통신용 프로세서(Communication processor)로 구성된다. 본 논문에서 제작한 전력 제어시스템은 선박내의 분산발전,송배전 및 전압 레귤레이션 시스템에 적용 될 수 있다.
전력용 컨버터가 포함하고 았어야 할 기능들은 어떤 것들이 있는가? 이러한 차세대 선박 센서 네트워크 표준으로 채택 된 NMEA 2000에서는 선박내의 전력시스템의 유지 보수 및 감시를 위한 데이터 표준 프레임을 제시하고 있다[4-5]. 전력용 컨버터는 전력 변환을 위한 PWM 신호 생성, DC-Link제어, 발전기의 MPPT알고리즘, 분산전원 병렬운전 알고리즘 등 다양한 제어 알고리즘을 수행하는 동시에 선박내의 전력 공급 및 에너지 저장장치 혹은 발전 전원의 발전 정보 등 다양한 센서 데이터들을 포함하여야 한다. 또한 전력컨버터 운용 시 발생 될 수 있는 모든 상황에 대한 알람 정보 및 긴급신호 정보 등에 대한 대책도 마련되어야 한다.
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참고문헌 (16)

  1. IMO Maritime Safety committee 78th, 2004 

  2. http://www.lowrance.com/Products/Marine/LowranceNET-Marine-Networking-System, 2010. 

  3. http://www.maretron.com/products.php, 2010. 

  4. 선박전자장치간 직렬데이터 네트워킹 규격(NMEA2000) 기술보고서, TTA 단체표준작성, TTAR-11.0012, 2009. 

  5. MEA2000, Standard for Serial-Data Networking of Marine Electronic Device, ver 1.20, 2004. 

  6. ISO11898-1, Controller Area Network, 2006. 

  7. ISO11898-1, Controller Area Network (CAN) - Data link layer and physical signaling, 2006. 

  8. F. Cassidy, "NMEA 2000 Explained-The latest word", Marine Electronics, 1999. 

  9. 김경엽, 박동현, 심진보, 유영호, "2010 A study of marine network NMEA2000 for e-Navigation",한국마린엔지니어링학회지, vol. 34, no. 1, pp. 133-140, 2010. 

  10. NMEA와 NMEA 2000통신프로토콜 표준화 동향, TTA Journal, 기술해설, no. 126, pp52-57, 2009. 

  11. NMEA, Appendix B.1-PGN Table, ver1.210, 2006. 

  12. 박동현, 허진영, 김종현, 유영호, 심진보, 신옥근, "FPGA를 이용한 NMEA2000 선박표준네트워크 프로토콜의 구현", 한국마린엔지니어링학회 공동학술대회논문집, pp. 205-206, 2009. 

  13. 박동현, 김종현, 김경엽, 홍지태, 유영호, "Development of SOC for NMEA2000 ship standard network protocol using FPGA", International Symposium on Marine Engineering (ISME), 2009. 

  14. 박동현, 홍지태, 김경엽, 유영호, "Marine implementation of SoC for NMEA2000 ship standard network protocol using FPGA", 한국마린엔지니어링학회지, vol. 34, no. 1, pp. 125-132, 2010. 

  15. 김경엽, 김종현, 박동현, 홍지태, 유영호, "A Study of on marine network NMEA 2000 for e-Navigation", International Symposium on Marine Engineering (ISME), 2009. 

  16. http://www.nmea.org/Assets/20100813%20nmea%202000%20registration%20numbers.pdf, 2010. 

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