본 논문에서는, 컨테이너 터미널에서 운행되는 컨테이너크레인의 자동화 시스템을 개방형 제어시스템으로 제안한다. 그리고, 개방형 제어시스템을 하드웨어 모듈과 OS 모듈 그리고 응용소프트웨어 모듈로 구성되는 표준모델로 제시한다. 본 논문의 기여도는 다음과 같다. 첫째, 크레인 제어시스템의 개방화를 위한 새로운 기준모델을 제안한다. 둘째로, 컨테이너크레인의 구조를 분석하고 자동화된 컨테이너크레인을 구현하기 위한 방법을 제안한다.
본 논문에서는, 컨테이너 터미널에서 운행되는 컨테이너크레인의 자동화 시스템을 개방형 제어시스템으로 제안한다. 그리고, 개방형 제어시스템을 하드웨어 모듈과 OS 모듈 그리고 응용소프트웨어 모듈로 구성되는 표준모델로 제시한다. 본 논문의 기여도는 다음과 같다. 첫째, 크레인 제어시스템의 개방화를 위한 새로운 기준모델을 제안한다. 둘째로, 컨테이너크레인의 구조를 분석하고 자동화된 컨테이너크레인을 구현하기 위한 방법을 제안한다.
In this paper, an open architecture control system for automatic container cranes is investigated. A standard reference model for cranes, which consists of three modules； hardware module, operating system module, and application software module, is proposed. A hybrid control architecture comb...
In this paper, an open architecture control system for automatic container cranes is investigated. A standard reference model for cranes, which consists of three modules； hardware module, operating system module, and application software module, is proposed. A hybrid control architecture combining deliberative and reactive controls for the autonomous operation of the cranes is proposed. The main contributions of this paper are as follows： First, a new reference platform for the crane control system is proposed. Second, by analyzing the structure of a container crane, implementation strategies for the automatic container crane are described.
In this paper, an open architecture control system for automatic container cranes is investigated. A standard reference model for cranes, which consists of three modules； hardware module, operating system module, and application software module, is proposed. A hybrid control architecture combining deliberative and reactive controls for the autonomous operation of the cranes is proposed. The main contributions of this paper are as follows： First, a new reference platform for the crane control system is proposed. Second, by analyzing the structure of a container crane, implementation strategies for the automatic container crane are described.
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문제 정의
본 논문에서는 크레인의 자동화 과정에서 7’ 존의 운전자를 대체할 제어시스템으로 PC기반의 개방형시스템을 도입하여 전술한 문제들도 해결하고, 더욱 효과적인 자동화 설비구축이 가능함을 보이고자 한다. 그리고 자동화된 크레인은 주어진 태스크에 의해 컨테이너를 자동으로 선적 및 하역작업을 수행하기 때문에 자율주행하는 머니퓰레이터(로봇)와 같£ 맥락으로 보고, 로봇의 제어구조를 크레인에 접목하여 작업의 효율성과 안정성을 높이고자 한다.
본 논문에서는 자동화하기 위해 운전자를 대신하여 동일한 설비투자에 대해서 효율을 극대화 할 수 있는 PC기반의 개방형 시스템으로 대체하는 방법을 제안한다. 이는 기존의 제어기가 통합 및 확장 시에 많은 비용과 노력의 재투자가 필요하였지만 제어기의 구조를 개방화 함으로써 사용자의 적은 노력으로도 다양한 목적으로 제어기의 변경이 용이하도록 설계하고, 하드웨어와 소프트웨어의 구조적 모델을 제시한다.
본 절에서는 기존의 개방형시스템을 바탕으로 해서 제안된 표준 기준모델을 살펴본다. 이러한 모델은 크레인시스템이 객체지향형 개방구조를 가지도록 구성하기 위한 기준이 된다.
또한 응용프로그램 모듈내에서 각 객체 사이의 정보를 읽어들이거나, 전달하는 역할은 C++에서 제공되는 TCP/IP 프로토콜을 사용하여 windows NT 운영체제 내에서 내부통신의 형태로 구현된다. 이와 같이 각 객체간의 정보교환을 네트워크를 사용하여 구현하는 목적은 각 객체의 추가/변경 시에 개방성 및 독립성을 보장하기 위해서이다. 또한 제안된 컨테이너 크레인 제어시스템은 TCP/IP를 통하여 각 객체들의 속성을 재설정하는 것이 가능하도록 구성되었다.
본 논문에서는 기존의 컨테이너크레인을 자동화하기 위해 운전자 대신 PC 를 사용하여 크레인제어시스템의 제어기 능들을 하나의 환경으로 통합하며 크레인을 자율동작하는 로봇으로 간주하여 deliberative/reactive 하이브리드 제어구조를 적용한 컨테이너 크레인 제어시스템올 제시하였다. 본 논문에서 제시한 컨테이너 크레인의 제어시스템은 세 가지 측면에서 요약할 수 있다.
이러한 문제의 해결방안으로 기존 설비의 재활용과 효과적인 교체를 통한 경비 절감과 손쉬운 유지, 보수를 위해서 여러 가지 방법들이 간구될 수 있다. 본 논문에서는 크레인의 자동화 과정에서 7’ 존의 운전자를 대체할 제어시스템으로 PC기반의 개방형시스템을 도입하여 전술한 문제들도 해결하고, 더욱 효과적인 자동화 설비구축이 가능함을 보이고자 한다. 그리고 자동화된 크레인은 주어진 태스크에 의해 컨테이너를 자동으로 선적 및 하역작업을 수행하기 때문에 자율주행하는 머니퓰레이터(로봇)와 같£ 맥락으로 보고, 로봇의 제어구조를 크레인에 접목하여 작업의 효율성과 안정성을 높이고자 한다.
제안 방법
따라서, 본 눈몬에서는 기존 크레인의 자동화 및 자동화 크레인의 새로운 설계에 있어서 크레인시스템을 PC와 PLC를 혼합한 하이브리드 구조를 사용하여 안정성을 보장하는 분 산적구조로의 설계를 제안한다. 그리고 자동화된 크레인을 자율운행하는 로봇으로 보고 제어구조를 로봇에서 효율적으로 사용되는 deliberative/reactive 하이브리드 구조로 구성한 후 개방형 제어구조를 도입하여 하이브리드 제어구조를 구성하고 있는 모듈들을 객체지향형으로 모델링 한다.
설계를 제안한다. 그리고 자동화된 크레인을 자율운행하는 로봇으로 보고 제어구조를 로봇에서 효율적으로 사용되는 deliberative/reactive 하이브리드 구조로 구성한 후 개방형 제어구조를 도입하여 하이브리드 제어구조를 구성하고 있는 모듈들을 객체지향형으로 모델링 한다.
2절에서는 기존 크레인 시스템의 구조와 문제점을 살펴보고 자동화크레인의 구성요소와 하드웨어 운용 제어구조를 다룬다. 3 절에서는 자동화 크레인의 개방형 설계를 위해 OSACA에 기반한 표준기준모델을 제시하고, 4절에서는 자동화크레인을 위한 deliberative/reactive 하이브리드 제어구조를 제시하며 이를 표준기준모델을 통해 객체지향 방법으로 모델링 한다. 마지막으로 5절에서는 연구 결과를 요약정리 한다.
대체하는 방법을 제안한다. 이는 기존의 제어기가 통합 및 확장 시에 많은 비용과 노력의 재투자가 필요하였지만 제어기의 구조를 개방화 함으로써 사용자의 적은 노력으로도 다양한 목적으로 제어기의 변경이 용이하도록 설계하고, 하드웨어와 소프트웨어의 구조적 모델을 제시한다.
그리고 실시간 운용제어가 가능하며 오류상황 시에도 상당 수준의 동작이 가능하게 해 주는 fault tolerance를 갖는다. 본 논문에서는 크레인의 자동화를 위해 분산적 운용제어구조를 적용한다.
그리고 개방형 표준기준모델에 입력 할 변수값을 환경설정편집기에 입력하여 환경설정주문 (configuration order)을 작성한다. 그리고 환경설정주문에 포함된 변수값을 각종 제조장비의 구성요소에 대해 체계적으로 분류하여 구성한 데이터베이스로부터 가져와서 개방형 제어시스템의 환경을 재설정한다. 이러한 환경재설정 기능은 제조환경의 변화에 대응하기 위한 개방형 제어시스템의 필수요소가 된다.
본 절에서는 앞에서 분석된 항만 컨테이너크레인의 구조를 이용하여 자동화 크레인의 제어구조를 설계한다. 그리고 설계된 제어구조를 제시된 표준기준모델과 같은 개방형구조를 가질 수 있도록 새로운 객체를 정의하고, 정의된 객체들을 상용의 하드웨어와 소프트웨어로 구현한다.
본 논문에서는 자동화크레인의 자율운행을 위해 하이브리드제어구조를 도입한다. 그림 4는 자동화 크레인을 위한 하이브리드 제어구조를 나타낸다.
지능형 자동화 항만에서 사용되는 크레인은 중앙 통제실로부터 작업데이터베이스를 전달받아 다른 하역장비들과 연계하여 자율적으로 하역작업을 수행하여야 한다. 따라서 분산처리 개념을 도입하여 각 기능을 schema에 분산함으로써 병렬처리가 완벽하게 지원되는 reactive control 기반의 하이브리드 크레인 제어구조를 제안한다.
본 절에서는 컨테이너크레인의 하이브리드 제어구조를 개방형 시스템으로 구현하기 위해서 모듈의 구성요소들을 각각 객체로서 정의하고 그 특성과 행위를 부여하는 객체지향적인 모델링을 수행한다 (Cost-Maniere & Simon, 1993). 그림 5에서는 객체지향 접근법의 OMT (Object Modeling Techr而que)를사용하여 각 클래스 및 클래스들 사이의 논리적 관계가 정의되어 있다 (Rumbaugh et al.
그리고 주변환경조건을 전달받는다. 그리고 실제 크래인이 컨테이너 하역작업을 시행하기전에 제한조건에 근거하여 TaskDB의 작업내용을 최소의 시간에 효율적으로 수행도도록시뮬레이션을 통해 재구성한다. Simulation객체가 Workspace Model로부터 전달받는 주변환경조건에는 작업대상선박의 위치와 동일선박에 대해 작업중인 다른 크레인에 대한 정보 그리고 육측의 컨테이너 운반차량의 이동경로 등이다.
이와 같이 각 객체간의 정보교환을 네트워크를 사용하여 구현하는 목적은 각 객체의 추가/변경 시에 개방성 및 독립성을 보장하기 위해서이다. 또한 제안된 컨테이너 크레인 제어시스템은 TCP/IP를 통하여 각 객체들의 속성을 재설정하는 것이 가능하도록 구성되었다. 이와 같이 구성된 각 객체들은 컨테이너크레인 제어시스템에서 정의된 프로세서 작업을 수행하고, 제어시스템의 구조를 변경 또는 추가할 때 유연성 및 확장성을 제공한다.
본 논문에서 제시한 컨테이너 크레인의 제어시스템은 세 가지 측면에서 요약할 수 있다. 우선 크레인시스템의 하드웨어 측면에서 전체 시스템의 하드웨어 운용제어구조를 분산형으로 제안하여 기존의 PLC 시스템을 그대로 활용하면서 자동화 크레인의 두뇌인 운전자를 대체할 수 있는 PC기반의 제어시스템 만을 추가하였다. 다음으로, 소프트웨어 측면에서 살펴보면 PC기반의 제어시스템에서 운영될 소프트웨어는 운전자의 지능을 대체하며 크레인이 자율적으로 하역작업을 수행할 수 있게 한다.
다음으로, 소프트웨어 측면에서 살펴보면 PC기반의 제어시스템에서 운영될 소프트웨어는 운전자의 지능을 대체하며 크레인이 자율적으로 하역작업을 수행할 수 있게 한다. 따라서 전체 소프트웨어의 구조를 로봇시스템에서 활용되고 있는 deliberative /reactive 하이브리드구조로 제안하였다. 마지막으로 제안한 하이브리드 제어구조를 OSACA에 기반한 표준기준모델을 바탕으로 객체지향형방법으로 모델링하여 개방구조의 제어기를 구축하였다.
따라서 전체 소프트웨어의 구조를 로봇시스템에서 활용되고 있는 deliberative /reactive 하이브리드구조로 제안하였다. 마지막으로 제안한 하이브리드 제어구조를 OSACA에 기반한 표준기준모델을 바탕으로 객체지향형방법으로 모델링하여 개방구조의 제어기를 구축하였다.
일반적인 개방형 제어시스템의 환경 재설정과정은 다음과 같은 과정으로 이루어진다. 먼저 사용자는 off-line에서 실제 제어시스템의 기능 및 성능명세를 분석한다. 그리고 개방형 표준기준모델에 입력 할 변수값을 환경설정편집기에 입력하여 환경설정주문 (configuration order)을 작성한다.
성능/효과
(2) API: 제조환경은 생산제품이나 생산공정의 변화에 따라 제조 장비의 재구성이나 추가적인 설치를 요구하게 된다. 이러한 제조환경의 변화에 따라 제어시스템의 구성요소도 재조정이 요구된다.
(3) 네트워크: 네트워크는 객체들의 현재상태의 값을 읽어 들이거나 필요한 동작에 대한 적절한 값을 보낼 때 데이터버스의 역할올 한다. 네트워크는 개념적으로 두개의 부분으로 나뉘어 데이터를 교환한다.
후속연구
소프트웨어적인 측면에서는 구동프로ri램을 모듈화하고 수%이나 확장성을 가지도록 설계하는 것이 용이하며, 빠르게 발잔하는 소프트웨어 기술들을 쉽게 채용할 수 있다. 또한 PC를 하드웨어 플랫폼으로 사용하면 제어시스템의 가격저하와 고장시 교체가 용이한 부수적인 효과가 기대된다
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