[논문]풀 코드 스위치 동작상태 모니터링 시스템

김대홍; 양철오; 이대성; 임동순; 강건민; 양세영; 송명현; 박규남

문제 정의

본 연구에서는 Zigbee를 사용한 풀 코드 스위치의 동작 상태 모니터링 시스템을 제안하였다. 본 모니터링 시스템에서는 비상정지, 테스트, 배터리 저잔압 경보 세가지와 각각의 복구 명령어를 텍스트와 적색, 녹색, 주황색의 LED를 사용하여 출력하게 하였으며, 또한 알림음 출력 기능을 적용하였다.
본 연구에서는 벨트 컨베이어 시스템에의 풀 코드 스위치에 Zigbee 기반의 무선 센서 네트워크를 이용하여 종래의 무선통신 시스템이 갖고 있는 통신거리 제약의 문제점과 중계기가 필요 없는 Zigbee 통신기술을 응용하였으며, 원격 모니터링과 알림기능으로 시스템의 장애상태를 좀 더 효율적이고 체계적으로 감시할 수 있는 모니터링 시스템 개발을 그 목적으로 한다. 이를 위하여 (주)한백전자의 HBE-ZigbeX 모듈을 응용하여 모트에서 센서정보를 원거리의 서버로 자율통신망을 구축하면서 연결될 수 있는 무선 센서 네트워크를 구축하였다.

제안 방법

HBE-ZigbeX모듈에서 데이터는 Base Mote로 패킷으로 전송되며 패킷의 구성은 와 같이 ‘7E'로 시작하여 ’7E'로 끝나게 되어 있으며, 데이터 수신 시 오류 코드의 발생으로 인해 정상 패킷이 18바이트에서 19바이트로 패킷의 길이가 늘어나 전체 모니터링 시스템의 치명적인 오류를 불러와 시작과 끝 문자열 사이의 데이터 패킷 길이를 계산하고 마지막 종료 문자인 ‘7E'가 정상적으로 들어왔을 때 데이터를 읽어오는 방법을 제안하였다.
LabVIEW의 ‘큐’ 구조를 사용하여 프로그래밍 하였으며 Zigbee에서 수신되어 들어오는 데이터는 바로 전달되지 않고 임시 버퍼에 잠시 저장되어 있다가 정상패킷이 들어올 때 버퍼에 있는 정상 데이터를 넘겨 모니터링 하도록 프로그래밍하였다.
<그림 3>은 본 연구에서 LabVIEW로 구현한 풀 코드 스위치 동작 상태 모니터링 시스템의 Web을 통하여 출판한 LabVIEW의 Monitoring 프런트패널을 보여주고 있다. 각 모트에 세 가지의 고장 상태에 따라 각각 비상정지 시 적색, 테스트 발생 시 초록색, 배터리 저전압 경고 시 황색 LED가 점등되도록 구성하였다. 또한 데이터 모니터링 텝에 각 상황별 발생 시간과 Mote ID, 고장상태 문자열, 복구상태 문자열이 테이블에 표시됨으로써 그래픽을 통한 시스템 상태 표시기능 뿐만 아니라 텍스트 결과 출력 기능도 포함하여 운용자들은 모니터링 시스템을 통하여 시스템의 장애 및 복구상태를 쉽고 신속하게 파악할 수 있다.
각 스위치의 동작 상태와 현재 배터리의 전압을 센싱하여 비상정지, 테스트, 배터리 저잔압의 세 가지 신호를 내부에 장착된 Zigbee 모트에서 Base Mote로 고장 데이터를 송신하고 Base Mote에서 이를 수신하고 연결된 Main PC로 전송되어 LabVIEW의 분석 알고리즘에 의해 풀 코드 스위치의 동작 상태를 LED로 표시, 그리고 고장상태와 복구상태별 문자열을 Display하며, 상태별 경고음을 출력하고 이를 실시간으로 Web을 통하여 전송함으로써 작업장이 아닌 다른 곳에서도 운용자가 이를 모니터링 할 수 있는 시스템을 구성하였다.
또한 데이터 모니터링 텝에 각 상황별 발생 시간과 Mote ID, 고장상태 문자열, 복구상태 문자열이 테이블에 표시됨으로써 그래픽을 통한 시스템 상태 표시기능 뿐만 아니라 텍스트 결과 출력 기능도 포함하여 운용자들은 모니터링 시스템을 통하여 시스템의 장애 및 복구상태를 쉽고 신속하게 파악할 수 있다. 그리고 미니맵을 통하여 벨트 컨베이어의 어느 위치에서 풀 코드 스위치가 동작 되었는지를 쉽게 판별할 수 있도록 구성하였다.
또한 세 가지의 상황에 따라 ‘비상정지 발생’, ‘테스트 발생’, ‘배터리 저전압 발생’이라는 문자열이 테이블로 출력되는 동시에 고장 및 복구 알림음이 출력되게 하였으며, 엑셀 파일에 Mote ID와 고장 발생 시간, 고장여부와 복구여부에 따른 문자열이 저장되게 하였다.
<그림 1>은 본 개발의 시스템 구성도이다. 벨트 컨베이어 설비에서 풀 코드 스위치 고장 발생지점과 고장내용을 판별하기 위하여 풀 코드 스위치박스 내부에 USN Module을 장착하였다. 각 스위치의 동작 상태와 현재 배터리의 전압을 센싱하여 비상정지, 테스트, 배터리 저잔압의 세 가지 신호를 내부에 장착된 Zigbee 모트에서 Base Mote로 고장 데이터를 송신하고 Base Mote에서 이를 수신하고 연결된 Main PC로 전송되어 LabVIEW의 분석 알고리즘에 의해 풀 코드 스위치의 동작 상태를 LED로 표시, 그리고 고장상태와 복구상태별 문자열을 Display하며, 상태별 경고음을 출력하고 이를 실시간으로 Web을 통하여 전송함으로써 작업장이 아닌 다른 곳에서도 운용자가 이를 모니터링 할 수 있는 시스템을 구성하였다.
본 연구에서는 Zigbee를 사용한 풀 코드 스위치의 동작 상태 모니터링 시스템을 제안하였다. 본 모니터링 시스템에서는 비상정지, 테스트, 배터리 저잔압 경보 세가지와 각각의 복구 명령어를 텍스트와 적색, 녹색, 주황색의 LED를 사용하여 출력하게 하였으며, 또한 알림음 출력 기능을 적용하였다. 또한 모니터링 화면이 실시간으로 Web을 통하여 모니터링 할 수 있게 하였고, 파일 저장 기능을 부가하였다.
본 연구에서는 벨트 컨베이어 시스템에의 풀 코드 스위치에 Zigbee 기반의 무선 센서 네트워크를 이용하여 종래의 무선통신 시스템이 갖고 있는 통신거리 제약의 문제점과 중계기가 필요 없는 Zigbee 통신기술을 응용하였으며, 원격 모니터링과 알림기능으로 시스템의 장애상태를 좀 더 효율적이고 체계적으로 감시할 수 있는 모니터링 시스템 개발을 그 목적으로 한다. 이를 위하여 (주)한백전자의 HBE-ZigbeX 모듈을 응용하여 모트에서 센서정보를 원거리의 서버로 자율통신망을 구축하면서 연결될 수 있는 무선 센서 네트워크를 구축하였다. 풀 코드 스위치로부터 전송되는 상태정보는 ①Wire에 의해 레버가 당겨짐으로써 스위치가 동작되는 비상 정지 신호 ②풀 코드 스위치의 작동 상태 확인을 위한 시험동작 신호 ③ 풀 코드 스위치 박스 내부의 Zigbee에 전원을 공급하는 배터리의 잔량이 모듈의 정상적인 동작을 보장하는 전압 이하로 낮아졌을 때의 저전압 경고 신호 등 세 가지의 경우가 있으며, 이 세가지의 전송된 신호는 중앙관제실의 모니터링 시스템에서 수신하고 (주)National Instrument의 LabVIEW로 프로그래밍 하여 수신 패킷을 검출, 분석해 풀 코드 스위치의 상태에 따른 정보를 HMI 화면에 구성하도록 하였다.
ZigbeX로부터 수신된 패킷은 LabVIEW로 프로그래밍 된 알고리즘에 의해 수신된 패킷이 정상인지를 판별하게 되며, 임시 저장버퍼를 통해 수신된 데이터 손실을 방지하였다. 정상인 데이터는 수신된 패킷을 분석하여 Mote ID와 비상정지, 테스트, 배터리 저전압 경고의 신호를 판별하게 되고 세 가지의 신호를 고장 여부에 따라 LED 표시등에 표시 하도록 하였다. 또한 세 가지의 상황에 따라 ‘비상정지 발생’, ‘테스트 발생’, ‘배터리 저전압 발생’이라는 문자열이 테이블로 출력되는 동시에 고장 및 복구 알림음이 출력되게 하였으며, 엑셀 파일에 Mote ID와 고장 발생 시간, 고장여부와 복구여부에 따른 문자열이 저장되게 하였다.
이를 위하여 (주)한백전자의 HBE-ZigbeX 모듈을 응용하여 모트에서 센서정보를 원거리의 서버로 자율통신망을 구축하면서 연결될 수 있는 무선 센서 네트워크를 구축하였다. 풀 코드 스위치로부터 전송되는 상태정보는 ①Wire에 의해 레버가 당겨짐으로써 스위치가 동작되는 비상 정지 신호 ②풀 코드 스위치의 작동 상태 확인을 위한 시험동작 신호 ③ 풀 코드 스위치 박스 내부의 Zigbee에 전원을 공급하는 배터리의 잔량이 모듈의 정상적인 동작을 보장하는 전압 이하로 낮아졌을 때의 저전압 경고 신호 등 세 가지의 경우가 있으며, 이 세가지의 전송된 신호는 중앙관제실의 모니터링 시스템에서 수신하고 (주)National Instrument의 LabVIEW로 프로그래밍 하여 수신 패킷을 검출, 분석해 풀 코드 스위치의 상태에 따른 정보를 HMI 화면에 구성하도록 하였다.

성능/효과

각 모트에 세 가지의 고장 상태에 따라 각각 비상정지 시 적색, 테스트 발생 시 초록색, 배터리 저전압 경고 시 황색 LED가 점등되도록 구성하였다. 또한 데이터 모니터링 텝에 각 상황별 발생 시간과 Mote ID, 고장상태 문자열, 복구상태 문자열이 테이블에 표시됨으로써 그래픽을 통한 시스템 상태 표시기능 뿐만 아니라 텍스트 결과 출력 기능도 포함하여 운용자들은 모니터링 시스템을 통하여 시스템의 장애 및 복구상태를 쉽고 신속하게 파악할 수 있다. 그리고 미니맵을 통하여 벨트 컨베이어의 어느 위치에서 풀 코드 스위치가 동작 되었는지를 쉽게 판별할 수 있도록 구성하였다.

후속연구

또한 모니터링 화면이 실시간으로 Web을 통하여 모니터링 할 수 있게 하였고, 파일 저장 기능을 부가하였다. 앞으로 Zigbee 통신의 배터리 절약 문제와 염가형 모듈 연구가 필요하다.

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