빌딩자동화시스템{BUILDING AUTOMATION SYSTEM}

본 발명은 자동화시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 빌딩의 각종장치를 제어하기 위한 주 CPU 모듈에 장애가 발생하더라도 정상적인 기능을 수행하도록 한 빌딩자동화시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 건물에는 건물에 거주하거나 소정의 업종에 종사하기 위한 사람들에게 각종 편의를 제공하기 위하여 여러 가지 기능을 수행하기 위한 기계적, 전기적인 장치들이 설치되어 있다. 이러한 장치들 중에는 제어가 불필요한 구조물도 있고, 상태에 따라 제어해야 하는 전기적인 장치들도 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 일반적인 빌딩자동화시스템을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 빌딩자동화시스템의 연결 구성을 나타내는 구성도로서, 빌딩에 설치된 각종 장치들을 적절하게 제어하는 호스트(10)가 설치되어 있고, 이 호스트(10)는 빌딩 자동 네트워크용 케이블인 제1 버스(L1)에 연결되어 있다. 이때, 상기 호스트(10)는 개인용 컴퓨터(Personal Computer ; 이하, PC) 또는 워크스테이션(Workstation)이 사용되지만, 저렴한 비용과 탁월한 호환성 때문에 PC가 선호되고 있다.

또한, 상기 제1 버스(L1)는 빌딩내의 각종 장치들을 적절하게 제어하는 CPU 모듈(12)의 일단에도 접속되어 있고, 상기 CPU 모듈(12)의 타단에는 시리얼통신용 제2 버스(L2)가 접속되어 있다. 이때, 상기 제2 버스(L2)는 RS-485 칩을 사용한 비동기 시리얼통신용 버스이다.

그리고, 상기 제2 버스(L2)에는 빌딩내에 거주하거나 특정업무에 종사하는 사람들의 편의를 도모하기 위한 제1 내지 제n 기능 모듈(14a-14d)이 접속되어 있다. 이때, 상기 제1 내지 제n 기능모듈(14a-14d)중에는 여러 가지 장치들을 접속할 수 있는데, 예를 들어서 빌딩내의 공기를 소정의 상태로 정화시켜주는 공조기, 빌딩내의 온도를 소정의 상태로 상승시키는 보일러, 빌딩내의 조명장치를 적절하게 점등하거나 소등시키는 조명스위치, 빌딩내로 다른 층으로 사람을 수직이동시키는 엘리베이터가 있다.

상기한 바와 같은 구성을 가진 빌딩자동화시스템의 세부적 기능 및 구성을 설명하면 다음과 같다.

상기 호스트(10)는 전술한 바와 같이 본체와 모니터로 구성된 PC가 주로 사용되고, 빌딩내에 설치된 각종장치들의 작동 상태를 편리하게 감시하고, 관리하기에 용이하도록 한글화된 그래픽 사용자 인터페이스를 제공한다. 이때, 빌딩내의 각종 장치들의 동작 상태를 알 수 있고, 각종장치들을 적절히 제어할 수 있는 소프트웨어를 구비하도록 한다.

또한, 상기 제1 버스(L1)는 빌딩 자동 제어 네트워크로 이를 이용하여 호스트와 CPU 모듈과 통신 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제2 버스(L2)는 시리얼통신용 RS-485 방식을 사용하고, 이 방식은 RS-422와 같은 전송거리를 가지며, 5V의 단일전원의 차동신호로 통신한다. RS-232C나 RS-422와 크게 다른점은 반이중 통신방법을 사용한다는 점이며, 1대 다수의 통신이 가능하다는 것이다. 그리고, 하나의 전송선로위에 최대 32대까지의 기기를 연결할 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제n 기능모듈(14a-14d)은 전술한 바와 같은 공조기, 보일러, 엘리베이터와 같이 빌딩에서 거주하거나 특정 업종에 종사하는 사람의 편의를 위한 각종장치들이고, 이러한 장치들은 기계장치와 같이 소정의 공간을 차지하며 설치될 수도 있고, 빌딩내에 분산되어 설치될 수도 있다. 이때, 제1 내지 제n 기능모듈(14a-14d)은 제어명령에 따라 소정의 기능을 수행하기 위해서 기계적 구조를 가진 전자식 장치이다.

이와같은 빌딩자동화시스템의 구성은 빌딩의 구조에 따라 다양한 형태를 가지기 때문에 예를 들어서 동작을 설명하면 다음과 같다. 즉, 상기 호스트(10)는 CPU가 인텔사의 펜티엄 프로세서로 된 PC이고, 상기 제1 기능모듈(14a)은 공조기, 제2 기능모듈(14b)은 보일러, 제3 기능모듈(14c)은 엘리베이터로 정의한다.

우선, 빌딩의 관리자는 상기 호스트(10)인 PC의 모니터에서 디스플레이되는 그래픽 데이터를 보고서 상기 제1 기능모듈(14a)인 공조기와, 제2 기능모듈(14b)인 보일러와, 제3 기능모듈(14c)인 엘리베이터의 동작 상태와 이상 유무를 파악한다.

그런데, 제1 내지 제n 기능모듈의 기능을 수행하는데 필요한 연산은 CPU모듈에서 수행하고, 상기 CPU모듈에서 연산된 결과는 호스트의 모니터에 디스플레이된다.

한편, 이더넷 랜에 다른 컴퓨터가 접속되어 있다면, 이더넷 랜과 상기 제1 버스(L1)을 통하여 다른 컴퓨터와도 데이터 통신을 수행할 수도 있고, 인터넷을 이용한 통신 및 제어가 가능하게 된다. 그리고, 상기 시리얼통신용 제2 버스(L2)는 복수개의 장치와도 접속되어 데이터통신 및 제어가 가능하게 된다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 빌딩자동화시스템은 CPU 모듈이 셧다운되면 고유의 기능을 수행할 수 없기 때문에 빌딩의 관리자가 시스템을 수동적으로 복구하는 동안 발생되는 시간적, 인적, 물적손실을 감당해야 하는 문제점이 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 빌딩내의 각종장치들을 제어하기 위한 주 CPU 모듈에 장애가 발생하더라도 시스템을 정상적으로 가동시키기 위한 빌딩자동화시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 빌딩자동화시스템의 연결구성을 나타내는 구성도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템의 연결구성을 나타내는 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템의 주 CPU모듈 및 부 CPU모듈의 장애시 발생되는 문제점을 해결하는 단계를 설명하는 상태도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템의 주 CPU모듈의 기능적 구성을 나타내는 구성도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 ; 호스트12a ; 주 CPU 모듈

12b ; 부 CPU 모듈14a ; 제1 기능모듈

14b ; 제2 기능모듈14c ; 제3 기능모듈

14d ; 제n 기능모듈L1 ; 제1 버스

L2 ; 제2 버스S1 ; 제1 상태

S2 ; 제2 상태S3 ; 제3 상태

S4 ; 제4 상태

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 빌딩자동화시스템은 빌딩에 설치되어 업무를 수행하거나 거주하는 사람들의 편의를 도모하기 위해 설치된 복수개의 기능모듈과; 빌딩에 설치된 상기 기능모듈의 동작 상태를 디스플레이하고, 상기 기능모듈로 제어명령을 수행하기 위한 호스트와; 빌딩의 관리자에 의해 입력된 설정치에 따라 상기 기능모듈을 자동으로 제어하기 위한 주 CPU모듈과; 상기 주 CPU모듈의 장애 발생 여부를 검출하여, 주 CPU모듈에 장애가 발생하면 그 기능을 수행하고, 상기 주 CPU모듈이 정상 상태로 회복되면 주 CPU모듈로 제어권을 이양한 후, 상기 주 CPU모듈의 감시기능을 수행하는 부 CPU 모듈과; 케이블 및 인터페이스로 구성되어 상기 호스트와 상기 주 CPU모듈 및 부 CPU모듈 간의 네트웍 통신을 수행하는 빌딩 자동 제어 네트웍 장치와; 케이블 및 인터페이스로 구성되어 상기 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈 간의 시리얼 통신을 수행하는 시리얼 통신장치를 포함하는 빌딩자동화시스템을 포함하는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템의 연결 구성을 나타낸 구성도로서, 컴퓨터본체와 모니터로 구성된 호스트(10)가 설치되어 있고, 이 호스트(10)는 빌딩 자동 제어 네트웍용 케이블(L1)을 통하여 주 CPU모듈(12a) 및 부 CPU모듈(12b)에 각각 접속되어 있다. 또한, 주 CPU모듈(12a) 및 부 CPU모듈(12b)은 제1 기능모듈(14a) 및 제n 기능모듈(14n)에 각각 접속되어 있다.

이와같이 구성된 빌딩자동화시스템의 기능을 설명하면 다음과 같다.

상기 호스트(10)는 빌딩에 설치된 각종 장치들의 이상유무를 검출하기 때문에 빌딩의 관리자는 상기 호스트(10)의 모니터에 디스플레이된 상기 장치들의 동작상태를 보고서 장치들의 이상유무를 파악한다. 이때, 빌딩의 특정 장치에 이상이 발견될 경우 관리자는 필요한 소정의 조치 즉, 해당장치의 수리를 실시하여 시스템이 정상적으로 동작되도록 한다.

또한, 주 CPU 모듈(12a)은 호스트(10)를 통해 빌딩의 관리자에 의해 입력된 정보로써 제1 내지 제n 기능모듈(14a-14n)을 제어하는 기능을 수행하고, 부 CPU모듈(12b)은 상기 주 CPU 모듈(12a)의 장애가 검출되면 주 CPU 모듈(12a)의 기능을 수행한다.

그리고, 상기 제1 내지 제n 기능모듈(14a-14d)은 빌딩을 적절히 운영하기 위한 전자식 장치들인데, 예를 들어서 주차장의 공기를 환기시키는 주차장 환기장치, 빌딩 내부를 소정의 온도 이상으로 유지시키는 보일러, 사람을 특정 층으로 수직 상승시키는 엘리베이터 등이 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 제1 내지 제n 기능모듈은 빌딩의 규모에 따라 보다 다양한 종류의 장치들이 설치될 수 있는 것으로서, 변동 가능한 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 구성을 가진 시스템 내에서의 데이터 통신에 관하여 설명하면 다음과 같다.

상기 호스트와 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈 사이는 빌딩 자동 제어 네트웍용 케이블로 접속되어 있고, 상기 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈과 제1 내지 제n 기능모듈 사이는 시리얼 통신용 케이블로 접속되어 있다.

그리고, 상기 주 CPU 모듈(12a)과 제1 기능모듈(14a) 사이에는 RS-485 칩을 사용한 시리얼통신이 행해지는데, 이것을 예를 들어서 설명하면 다음과 같다.

상기 주 CPU모듈(12a)이 제1 기능모듈(14a)로 데이터를 송신하는 경우에는, 제1 기능모듈(14a)로 아스키코드 값인 "0xFx"를 먼저 송신하여 제1 기능모듈(14a)이 데이터를 수신할 준비가 되어 있는지를 질문한다. 데이터를 수신할 준비가 되어있지 않으면, 제1 기능모듈(14a)은 "0x04"를 송신하고, 데이터를 수신할 준비가 되어 있으면 "0xFx"를 송신하게 된다.

이와는 반대로, 상기 제1 기능모듈(14a)이 주 CPU모듈(12a)로 데이터를 송신하는 경우에는, 주 CPU모듈(12a)은 제1 기능모듈(14a)로 아스키 코드값인 "0xEx"를 송신하여 현재 전송할 데이터가 있는지 여부를 질문한다. 제1 기능모듈(14a)이 전송할 데이터가 없으면 "0x04"를 송신하고, 전송할 데이터가 있으면 "0xEx"를 송신한다. "0x04"를 수신한 주 CPU모듈(12a)은 제1 기능모듈(14a)이 보낼 데이터가 없음을 인지하고, 자신도 "0x04"를 송신하여 보낸 데이터를 받았다는 신호를 보낸다.

여기서, 상기에서 사용된 외에도 시리얼통신에서는 여러 가지의 아스키코드들이 사용되는데, 이를 제어문자라고도 한다.

그런데, 상기 부 CPU모듈(12b)은 상기 주 CPU모듈(12a)과 상기 제1 내지 제n 기능모듈(14a)(14b)(14c)(14n) 사이에서 이뤄지는 시리얼통신시 송수신되는 제어문자를 검출하여 상기 주 CPU모듈(12a)이 셧다운 상태인지 아닌지를 감지한다.

즉, 상기 주 CPU모듈(12a)과 제1 내지 제n 기능모듈(14a)(14b)(14c)(14n) 사이에는 100ms의 주기로 제어문자를 주고 받게끔 되어 있는데, 이 제어문자가 소정 시간이 지나도 송수신되지 않으면 상기 부 CPU 모듈(12b)는 주 CPU모듈(12a)이 셧다운 상태인 것으로 판단한다.

한편, 상술한 바와 같은 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈의 이상유무에 따른 발생조건과 처리방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템의 주 CPU모듈 및 부 CPU모듈의 이상유무에 따른 상태도로서, 제1 상태(S1)는 주 CPU 모듈(12a) 및 부 CPU 모듈(12b)이 정상적으로 동작하는 상태이다. 또한, 제2 상태(S2)는 주 CPU 모듈(12a)이 정상적으로 동작하고, 부 CPU 모듈(12b)은 장애가 발생된 상태이고, 제3 상태(S3)는 주 CPU 모듈(12a)에 장애가 발생된 상태이고, 부 CPU 모듈(12b)은 정상 동작하는 상태이다. 그리고, 제4 상태(S4)는 주 CPU 모듈(12a) 및 부 CPU 모듈(12b)에 모두 장애가 발생된 상태이다.

제1 스텝(1)으로서, 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈이 모두 다운된 상태에서 동시에 기동하는 경우와, 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈이 파워 오프된 상태에서 파워온된 경우로서, 제4 상태에서 제1 상태로 이행되어 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈은 정상 상태가 된다.

제2 스텝(2)으로서, 주기적으로 주 CPU모듈이 시리얼 통신을 위해 사용되는 질의문자인 "0xFx", "0xEx"를 검사하는 경우로서, 제1 상태를 유지하여 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈은 정상상태를 유지한다.

제3 스텝(3)으로서, 주 CPU모듈과 부 CPU모듈이 동시에 셧다운되거나, 전원이 오프되는 경우로서, 제1 상태에서 제4 상태로 이행하여 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈은 모두 셧 다운 상태가 된다.

제4 스텝(4)으로서, 주 CPU 모듈에 오류가 발생되거나 주 CPU 모듈을 디버그하기 위해 동작을 멈출경우로서, 제1 상태에서 제3 상태로 이행되어 주 CPU 모듈에는 오류가 발생된 상태이고, 부 CPU 모듈은 정상 작동되는 상태이다.

제5 스텝(5)으로서, 주 CPU 모듈이 정상동작하는 경우와, 주 CPU 모듈을 리셋한 후, 재동작하는 경우로서, 제3 상태에서 제1 상태로 이행되어 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈이 모두 정상적으로 동작하는 상태이다.

여기서, 주 CPU모듈이 에러가 발생하여 부 CPU모듈이 그 기능을 대신하고 있다가 주 CPU모듈이 다시 재가동을 시작하면 로컬통신상에서 통신에러가 발생한다. 이 에러가 평균 이상으로 발생하면 부 CPU모듈은 주 CPU모듈이 재가동되었음으로 인식하고, 시스템관리를 주 CPU모듈로 이양하며 자신은 주 CPU모듈의 상태를 감시하는 동작을 계속한다.

제6 스텝(6)으로서, 주 CPU 모듈에 오류가 발생되거나 주 CPU 모듈을 디버그하기 위해 동작을 멈출경우로서, 제1 상태에서 제2 상태로 이행되어 주 CPU 모듈은 정상 작동하고, 부 CPU 모듈에는 오류가 발생된 상태이다.

제7 스텝(7)으로서, 주 CPU 모듈이 정상동작하거나 리셋한 후, 재동작하는 경우로서, 제2 상태에서 제1 상태로 이행되어 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈이 모두 정상 작동하는 상태이다.

제8 스텝(8)으로서, 주 CPU 모듈이 없는 상태에서 전원이 턴온될 경우로서, 제4 상태에서 제3 상태로 이행되어 주 CPU 모듈에는 오류가 발생되고, 부 CPU 모듈은 정상적으로 동작하는 상태이다.

제9 스텝(9)으로서, 주 CPU 모듈이 없는 상태에서 전원이 턴오프될 경우로서, 제3 상태에서 제4 상태로 이행되어 주 CPU 모듈 및 부 CPU 모듈에 모두 오류가 발생된 상태이다.

상기한 바와 같은 CPU 모듈의 세부적 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 빌딩자동화시스템에 접속되어 있는 주 CPU 모듈의 세부적 구성을 나타낸 구성도로서, 연산 및 로직을 수행하는 CPU(10)가 설치되어 있고, 상기 CPU(10)에는 클럭주파수를 발생시키는 클럭발생기(12)가 접속되어 있다. 또한, 상기 CPU(10)에는 지역버스가 접속되어 있고, 이 버스에는 노드 어드레스(node address)를 저장해두는 노드메모리(14), 제1 메모리(16) 및 제2 메모리(18)와, 상기 제2 메모리(18)에는 보조전원으로서 기능하는 백업용배터리(20)가 접속되어 있다. 상기 지역버스에는 시리얼통신을 수행하게 하는 시리얼통신칩(22)과, 버스를 제어하는 버스제어기(24)와, 장치의 상태를 표시하는 상태표시LED(26)가 접속되어 있다.

그리고, 상기 시리얼통신칩(22)에는 시리얼 통신을 위해 구비된 접속장치로 된 시리얼통신 인터페이스(28)가 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 버스인터페이스(30a)(30b)가 각각 연결되어 있다. 이때, 상기 시리얼통신칩(22)과 버스제어기(24)는 독립적으로 연결되어 있다.

상술한 바와 같이, 주 CPU모듈에 장애가 발생하더라도 장애 여부를 검출할 수 있는 부 CPU 모듈을 구비함으로써, 빌딩자동화시스템을 안정적으로 운영할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 예측하지 못한 장애로 인하여 주 CPU모듈에 이상이 발생하더라도 정상적으로 각종 장치들을 제어할 수 있기 때문에 빌딩관리를 안정적으로 운영할 수 있는 장점이 있게 된다.