Wireless HART 무선 제어망 기술 김동성 금오공과대학교 전자공학부 교수 (dskim@kumoh.ac.kr) 산업용 무선 제어망에 대한 관심과 국제 표준을 위한 작업들이 경쟁적으로 진행되고 있다. 특히 프로세스 산업분야에서 산업용 무선 해법에 대한 수요가 급격하게 증가함에 따라 이에 따른 업체와 단체 간의 연구 및 개발이 치열하게 진행되고 있다. 무선 제어망 기술은 기기 이상과 오작동 알람 등의 비주기적 긴급 데이터 그리고 기기의 상태와 제어를 위한 주기적 I/O 데이터의 전송을 위해 신뢰성과 실시간성을 만족해야 한다[1][2]. 이러한 제약들로 인해 현장에서는 대부분 유선 기반의 제어망과 필드버스 기술들이 사용돼 왔다. 하지만 최근 들어 무선통신 기술의 성능과 신뢰성이 향상되고 노드당 가격이 저렴해지면서 그림 1과 필드 버스 영역에서 Wireless HART, ISA 100.11a(SP100)와 같은 무선 제어 통신 기술들을 활용하기 위한 제품들 및 관련 응용 제품들이 소개되고 있다. 이번 글에서는 지난번에 소개된 ISA 100.11A에 이어서 Wireless HART 표준에 관해 살펴보고자 한다. Wireless HART(IEC62591)는 200
기계공학에서의비선형특성(Ⅰ) 배영철 전남대학교 공과대학 전기공학과 교수(ycbae@chonnam.ac.kr) 이번 호부터는 기계공학에서의 비선형 특성을 다룬다. 주로 기계적 진동에서 어떤 비선형 특성 즉, 카오스적인 거동이 있는지를 살펴본다. 기계공학에서 비선형성의 일반적인 자원 [1] 우리 자신들과 우리 주변의 모든 세상은 본래부터 비선형성이다. 즉 이 세상은 모두 비선형 시스템으로 구성되어 있다고 해도 과언이 아니다. 그러나 많은 경우에 만약 우리가 작은 영향과 변화만을 고려한다면 비선형 시스템을 해석하는데 비선형 방법 이외에 선형 근사 기법을 이용하며, 이 기법은 종종 비선형 거동의 이해, 예측, 제어하는 데 충분하다. 비선형성들과 물리적, 기계적 세계에서 비선형성들의 중요성은 매우 다양화되었으며 비선형성 연구를 위한 이론적 체계와 수학적 체계에 대응하는 연구 개발 방법들은 아직도 유아기이다. 이러한 많은 비선형 특성 중에서 특별히 기계공학에서의 가장 일반적인 자원을 검증하는 몇 개의 예제들을 살펴보고자 한다. 기하학적인 비선형성들 가장 최초이며 가장 간단한 것 중의 하나는 순수 운동학 형태로부터 나오는 기하학적 비선형성이다. 기하학적 비선형의 가장 간
고부가가치 실현하는 측정 시스템 개발 측정 시스템 영역은 본래의 기능인 측정 외에도 부가적인 가치를 요구하고 있다. 그 부가가치들은 시스템의 빠른 진화에 대응한 유연성뿐만 아니라 자동화라는 요구 조건의 만족을 통해 측정 시스템 운용시간의 절감과 인력의 절감을 기대할 수 있게 한다. 그리고 기술 내재화로 자체적인 경쟁력을 보유하게 되어 치열한 레드오션에서 블루오션으로 이동할수 있는 계기를 마련하게 된다. 권오훈 한국내쇼날인스트루먼트 전략마케팅팀 과장 측정 시스템 개발의 목적은 말 그대로 측정이다. 측정이라 함은 원하는 데이터를 연속으로 모니터링하고 저장하여 데이터베이스와 연동할 뿐 아니라, 향후 상황 파악을 위한 데이터 분석까지도 포함한다. 불과 몇 년 전만 해도 측정 시스템은 그 목적인 측정에 한정되었다. 그러나 테스트 되는 제품 혹은 부품들이 집적, 퓨전, 통합되면서 측정 항목이 증가하고 방법 역시 다변화, 복잡화하고 있다. 그래서 측정 시스템 영역은 본래의 기능인 측정 외에도 부가적인 가치를 요구하게 되었다. 그렇다면 그 부가가치들은 무엇인지 살펴보도록 하겠다. 시스템 진화에 대응한 업그레이드 … 유연성 제품의 성능이 증대됨에 따라, 측정 시스템의 개발비
시스템분석(1) - 시스템 분석 개념과 영역 민성기 박사 시스템체계공학원 원장 (ise@seinstitute.co.kr) [ 개요 ] 1. 시스템 분석·설계·개발 우리가 접하고 있는 소형, 중형, 대형 프로그램을 개발할 때 성공과 실패의 기준이란 무엇인가. 성공적인 획득이 란 주어진 기간에 주어진 예산 범위 내 에서 아무런 품질 하자 없이 시스템, 제 품, 용역을 납품할 뿐만 아니라 이윤도 발생했을 때를 말한다. 오늘날 이러한 성공적인 획득은 무한 경쟁으로 말미 암아 기술변화와 기타 압박 요소로 인 해 개발기간을 단축해야만 하는 환경 에 놓여 있다. 이에 따라 우리가 경험해 온 개발 사 례를 뛰어넘는 방법을 찾기 위해 개발 단계를 압축시킬 수 있는 선택적 테일 러링 방법이 사용되고 있다. 대부분 프로그램은 사용자 요구(문 제점 도메인)를 효율적이고 비용-효과 적인 하드웨어와 소프트웨어 솔루션 (솔루션 도메인)을 적용함으로써 시스 템, 제품, 용역을 충족시키려고 갖은 애 를 쓰고 있다. 특히 시스템 엔지니어링 과 같은 기술 프로그램을 통해 문제점 과 솔루션 도메인의 갭을 연결하는 전 략으로 사용하고 있다. 시스템 엔지니어링은 그림
산업용무선제어망기술 ISA100.11a 무선제어망 김동성 금오공과대학교 전자공학부 교수(dskim@kumoh.ac.kr) 산업 환경에서 사용되는 무선 제어 망 기술은 기기 이상, 오작동 알람 등의 비주기적 긴급 데이터와 기기의 상태 와 제어를 위한 주기적 I/O 데이터 전 송을 위해 신뢰성과 실시간성을 만족 해야 한다[1][2]. 이러한 제약들로 말미암아 현장에서 는 대부분 유선 기반의 제어망과 필드 버스 기술들이 사용됐다. 하지만 최근 들어 무선통신 기술의 성능과 신뢰성 이 향상되고 노드 당 가격이 저렴해지 면서 Wirless HART, ISA 100.11a와 같은 무선 제어 통신 기술들이 활용되 고 있다. 이번 글에서는 그중 먼저 ISA 100.11a 표준에 관해 살펴보고자 한다. ISA 100.11a는 ISA 100.11a 장치 간의 상호 호환성을 제공하면서 산업현장에 서 있을 수 있는 다른 무선 장치들과의 공존, 예를 들어 휴대폰, IEEE 802.11 기반의 장치들, IEEE 802.16 기반의 장치들 및 다른 무선규격 등과의 공존 성을 언급하고 있다. ISA 100.11a는 ISA 100 무선 워킹그룹에서
카오스 제어 (86) - 진동하는 MEMS에서 비선형 동력학(5) 배영철 전남대학교 공과대학 전기공학과 교수(ycbae@chonnam.ac.kr) 이번 호에서는 진동하는 MEMS에서의 비선형 동력학에 대한 연구 마지막 내용으로서 비선형 확률 공진에 기반을 둔 진동을 이용한 에너지 하비스팅과 MEMS 열탄성 제동상의 기하학적 비선형성 효과를 중심으로 설명한다. C.R. McInnes, D.G. Gorman, M.P. Cartmell 연구 C.R. McInnesa, D.G. Gormana, M.P. Cartmell[1]은 2008년 Journal of Sound and Vibration에 발표한 “Enhanced vibrational energy harvesting using nonlinear stochastic resonance(비선형 확률 공진을 이용한 개 선된 진동 에너지 하비스팅)”이란 제목의 논문을 통하여 수직 적으로 여기된 에너지 하바스팅 기구에 주기적 강제 항을 인 가함에 의해 소자로부터 유용한 전력은 주기적 강제 힘없이 기구에 대하여 명확하게 개선되었음을 증명했다. 또한 이 논문에서는 새로운 효과를 검증하기 위하여 개
임베디드 시스템 개발 단축 위한 플랫폼 CompactRIO-9082는 Real-time OS와 윈도 OS에 설치가 가능하며, 두 OS 중 선택하여 부팅할 수 있다. 또한 VGA 출력이 가능하여 모니터, 키보드, 마우스를 연결하고, 윈도 OS로 부팅하면 컴퓨터처럼 사용할 수 있다. NI RIO 기술과 더불어 임베디드 시스템의 개발을 가속화시킨 LabVIEW는 빠른 코딩은 물론, 그래픽 기반의 언어답게 그래프/차트, on/off 스위치, 3D 모델링 그래프 등의 다양한 함수를 제공하기 때문에 많은 시간을 들이지 않고도 깔끔하고 직관적인 UI 구성을 할 수 있다. 권순묵 한국내쇼날인스트루먼트 전략마케팅팀 대리 스마트 기기의 발달로 손안에서 모든 것을 해결할 수 있는 시대가 되었다. 스마트 기기가 보편화 된 지 불과 몇 년도 되 지 않아 사용자들은 또 다른 혁신기술을 요구하고 있다. 어쩌 면, 기술의 발전 속도보다 사용자들의 요구가 더 앞서나가고 있다고 해도 틀린 말이 아닐 것이다. 임베디드 시스템 분야에도 이러한 추세가 반영되고 있다. 시스템 관리자들은 하나의 임베디드 시스템에 더 많은 기능 을 추가하여 더욱 다양한 분야에서 사용하고 싶어한다. 이에
정전식 터치 스크린을 위한 신호 대 잡음비 측정 현실 터치스크린 컨트롤러 제조업체는 제품 차별화를 위해 다양한 사양과 측정 기준을 인용하곤 한다. 그 중 하나가 신호 대 잡음비 (SNR)이다. 그러나 이 수치가 인상적이라고 해도 그것이 반드시 시스템 성능의 좋은 지표가 되는 것은 아니다. 여기서는 SNR 이 무엇이고 어떻게 계산되며 시스템 성능에 있어서 의미가 있는지에 대해 알아보고, 더 나은 터치 성능을 나타내는 대안 메트 릭스에 대해서도 살펴본다. Patrick Prendergast, Cypress Semiconductor Corp SNR이란? 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio : SNR)는 터치스크린 컨트롤러를 위한 성능 측정기준이며 업계 전반의 표준으로 받아들여지고 있다. SNR이 가진 문제점은 이러한 SNR을 측정하고 계산하며 보고하기 위한 업계의 표준 방법론이 없다는 것이며, 특히 휴대폰과 같은 일반적인 시스템에서 구성요소에 기여하는 노이즈의 높은 다양성을 고려할 때에는 더욱 그러하다. 이러한 측정과 계산의 두 가지 요소(신호와 잡음)는 DUT(Device Under Test)에 크게 의존한다(일반적으로 휴대폰). 성능 측정
배터리 수명을 연장시키는 에너지 효율적인 오디오 울프슨은 10년 이상 컨슈머 오디오 애플리케이션용 혼성 신호 IC를 설계해 왔다. 이 기간 동안 시스템 복잡도는 싱글 스테레오 DAC IC에서 다수의 DAC, ADC, 오디오 DSP로 증가하며 컨슈머 전자 시장의 까다로운 수요를 충족시켜 왔으며, 대규모 수요 에 따른 저가형 미세 공정 실리콘으로 이를 가능하게 했다. Ian Smith, Wolfson Microelectronics 컨슈머 제품 내 오디오 신호 체인의 에너지 효율을 향상시키기 위해 ADC, DAC, 헤드폰 드라이버, 스피커 드라이버에는 새로운 기술이 요구되고 있으며, 여기서는 이와 관련된 각 영역의 일부 기법에 대해 알아본다. 관련 업계에서는 아날로그 성능을 향상시키거나 최소한 유지시켜야 한다고 요구해 왔지만, 소형 트랜지스터에서의 최대 전압은 감소하는 추세로 진화하고 있다. 만일 전압이 반으로 줄면 성능을 유지하기 위해 잡음도 반으로 줄어야 하며, 이는 트랜지스터 전류가 네 배, 전력소모가 두 배로 된다는 것을 의미한다. 더 나아가 최신 시스템의 복잡한 기능 요구 사항을 만족시키기 위해 아날로그 스테이지들을 직렬로 연결함에 따라 SNR은 더욱 열
신호 교차 회피 기술 지난 20년에 걸쳐 이뤄온 디지털 혁명의 혜택에도 불구하고 여전히 아날로그는 매우 많은 분야에서 사용되고 있다. 사람과 연 관된 아날로그 신호는 매우 중요하며 때로는 사람의 생명을 구하기도 한다. 따라서 아날로그 신호를 디지털로 변환하거나 혹은 디지털 신호를 아날로그로 변환하는 컨버터는 중요한 역할을 담당하게 되었다. Tamara Schmitz, Intersil 사람들은 단순히 자동차 경적이 울리는 소리 외에도 매우 다양한 소리를 듣고 있으며, 다양한 밝기의 컬러 스펙트럼을 보고 있다. 사람과 연관되어 있기에 아날로그 신호는 매우 중요한 역할을 담당하는데, 이러한 이유로 A-D, D-A 컨버터의 중요성이 부각됐다. 그러나 컨버터 작동 방식에 대한 통찰력을 기르기에 앞서, 아날로그와 디지털 신호의 장단점에 대한 이해가 선행되어야 할 것이다. 여기서는 우선 디지털 신호의 장점을 살펴본다. 디지털 신호는 단순하며 저장이쉽고, 잡음에대한면역성을갖고있을뿐만 아니라 조정비용이 적게 든다. 디지털 비트는 하나의 정보만 포함하며 온/오프, 하이/로우, 1/0을나타낼수있다. 간단한 예로, 의사의 역할이 질병의 경중(輕重)을 판단하는 것이 아니라 단순하게
35W 미만의 LED 애플리케이션으로 전력 컨디셔닝, 전력변환, 부하제어를 균형 있게 실행하는 솔루션 저전력 LED 솔루션은 통상적으로 단일 LED 스트링, LED 드라이버에 대한 단일 입력, 출력 제어 지점으로 이루어진다. 이러한 드라이버는 LED 전력 공급을 위해 전력 컨디셔닝, 전력 변환, 부하 제어 등의 기능을 수행한다. 고전력 솔루션은 각각 전문적인 스테이지를 이용할 수 있지만, 35W 미만의 저전력 솔루션은 가격과 공간이 중요하므로 가급적 적은 스테이지로 수행할 수 있어야 한다. Alexander Craig, Fairchild semiconductor 저전력 LED 디자인에는 표준 규격에서 정의한 전력 컨디셔닝을 달성해야 하고 역시 표준 규격에서 정의하고 있는대로 전력 변환이 안전하고 효율적이어야 하며, 우수한 부하 제어를 채택해야 한다는 과제가 있다. 부하 제어는 정전류 레귤레이션과 시장에서 요구하는 디밍 호환성를 달성하는 것을 포함한다. 페어차일드 반도체(Fairchild Semiconductor)의 FL7730과 FL7732는 이와 같은 세 가지 요구사항을 균형있게 달성할 수 있을 뿐만 아니라 이 세가지 기능을 싱글 스테이지로 수행할 수 있는
고성능 고신뢰성 절연 전력 공급기의 간편한 구축방법 기성품 설계들이 필요로 하는 모든 기능들을 제공할 수 없기 때문에 대부분의 애플리케이션에서 맞춤형 설계에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 대응한 디스크리트 PWM 컨트롤러를 사용해 자체 솔루션을 구축할 경우, 상당히 낮은 비용으로 특수한 폼팩터, 비표준 입력, 출력 전압 등과 같은 어려운 요구사항들을 충족시킬 수 있다. 특히, 능동 클램프 리셋 기능을 제공하는 포워드 컨버터가 맞춤형 공급기에서 탁월한 효율성과 컴포넌트 스트레스 감소를 지원하기 때문에 폭넓게 사용되고 있는데 이 글에서는 구체적인 제품을 통해 그 특징을 살펴본다. Bruce Haug 리니어 테크놀로지 선임 제품 마케팅 엔지니어 배경 조립식 절연 DC/DC 컨버터와 모듈은 분배 버스 전압을 절연 저전압으로 효율적으로 변환시킬 수 있는 간편한 솔루션이긴 하지만 상대적으로 높은 비용이 소요되는 단점을 갖는다. 하지만 기성품 설계들은 필요로 하는 모든 기 능들을 제공할 수 없기 때문에 대부분의 애플리케이션에서는 이러한 맞춤형 설계가 요구되고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해 디스크 리트 PWM 컨트롤러를 사용해 자체 솔루션을 구축할 경우 상당히 낮
체계 요구 공학 (17) - 운용 요구서 국방 사례(2) 민성기 박사 시스템체계공학원 원장 (ise@seinstitute.co.kr) [운용요구서 작성과정 모델화] 1. 일반사항 ORD란 제안된 개념이나 시스템에 대한 운용성능 요구사항을 포함한 포 맷으로 제시된 문서이다. 후속 획득 단 계에서 지속적인 평가를 위해 제안된 시스템은 임무 필요성을 충족시키는 데 필요한 시스템 능력을 정의하여 초 기 ORD로 작성한다. 초기 ORD에 운 용성능 파라미터로 나타낸 요구사항은 시스템(예, 인공위성, 항공기, 선박, 미 사일, 또는 무기체계)에 테일러링 되며, 거리, 살상확률, 플랫폼 생존 가능성, 소요시기 등과 같이 시스템 레벨 성능 능력을 반영한다. ORD 작성절차는 그 림 16에서와 같이 다음 네 가지 단계로 되어 있다. 2. ORD 정의단계 정의단계란 ORD 개발 내용을 정의 하고 정당화하는 활동이다. ORD 스폰 서는 대안비교분석(AOA), 리스크 감소 시연, 군사적 이용 평가, 선행 기술개념 시연(ACTD), 선행기술시연(ATD), 실 험, 시험평가, 비용-일정-성능 절충. 요구사항 비용 절충 및 ORD 초안 요구 사항( 특정 KPPs) 개발 시 예산의 수용
카오스 제어 (85) - 진동하는 MEMS에서 비선형 동력학(4) 배영철 전남대학교 공과대학 전기공학과 교수(ycbae@chonnam.ac.kr) 이번 호에서는 진동하는 MEMS에서의 비선형 동력학에 관한 내용으로서 비선형 광대역 에너지 하비스팅을 위한 압전 쌍안정 평판과 비선형 압전 변환기에 의한 광대역 진동으로부터 개선된 에너지 하비스팅을 중심으로 설명한다. A. F. Arrieta, P. Hagedorn, A. Erturk, and D. J. Inman 연구 A. F. Arrieta, P. Hagedorn, A. Erturk, and D. J. Inman[1]은 2010년 APPLIED PHYSICS LETTERS 97에 발표한“A piezoelectric bistable plate for nonlinear broadband energy harvesting(비선형 광대역 에너지 하비 스팅을 위한 압전 쌍안정 평판)”이란 제목의 논문을 통하여 광대역 비선형 에너지 하비스팅을 위한 접합된 압전 패치를 가진 쌍안정 복합물의 풍부한 비선형 거동을 탐구하기 위한 방법을 제시했다. 이 논문의 저자들은 압전 쌍안정 복합 평판들(piezoelectric bistabl
[산업용 컴퓨터] 소음 감소 방법 여러 제품에서 최종 소비자의 요구 사항을 살펴보면 대부분 비슷한 변화 과정을 거친다는 것을 확인할 수 있다. 처음 소 비자들은 제품을 소유하는 것에만 관심을 둔다. 그리고 그 후에 제품 성능을 요구하게 되고, 기술 수준이 특정 수준에 도달하게 되면 제품의 세부사항에 주목하게 된다. IT 산업이 바로 그러한 예라고 할 수 있다. 처음에 PC가 등장했을 때 는 판촉이 무엇보다도 중요한 목표가 되었다. 그러나 PC가 대중적으로 보급되고 난 이후 PC의 사양과 성능이 개선되 기 시작했다. 현재 PC 기술이 성숙한 단계에 이르렀기 때문에, 판매업자들은 낮은 소비 전력, 소음 감소 등 기타 세부적 인 측면에 집중하고 있다. 특히, 소음 감소는 최근 IT 제품 설계에 있어 중점적인 사항이 되고 있다. 산업용 컴퓨터 역시 동일한 트렌드를 따라 개발되고 있는 것이다. 최수혁 어드밴텍 PSM 차장 더욱 다양해진 산업용 컴퓨터 애플리케이션 과거에는 산업용 컴퓨터가 제조 현장이나 실외, 소음에 상 당히 관용적인 환경 등에 사용되었지만, 오늘날 산업용 컴퓨 터의 애플리케이션이 점점 더 다양해짐에 따라, 산업용 컴퓨 터들은 네트워크 커뮤니케이션이나