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AO 이중화 시스템 분석 (Siemens)

게시자: Sundew Shin, 2011. 1. 12. 오전 1:25   [ 2011. 3. 22. 오전 1:29에 업데이트됨 ]

AO 이중화 개요

본 이중화 컨셉은, 정상상태에서 2oo2로, 문제 발생시 1oo2로 운영 되는 이중화 I/O 모듈 구성이다.
일반적인 Analog Output 모듈의 출력을 0%(4mA) ~ 100%(20mA)로 고려 할 때, 위 구성에서 목표출력이 50%, 즉, 10mA를 출력하는 방법은 모듈의 상태에 따라 각각 다음 모드의 규칙을 따른다:

  • 2oo2 (2 out of 2)
    • 이중화된 파트너가 모두 목표제어에 동참 하는 것으로 (Collaborative Characteristics)
    • 각 모듈이 목표출력의 1/(파트너수)로, 이 경우 5mA씩을 출력한다.
  • 1oo2 (1 out of 2)
    • 정상상태의 파트너만 제어를 참여하는 경우로 (Redundancy)
    • 그림에서와 같이 전체 목표출력인 10mA를 단독으로 출력 한다.
 
[Redundant I/O Module Configuration]

데모 시스템 구성

간단한 데모시스템 구성은 다음과 같고 BOM은 다음과 같다:
  • 332-5RD00-0AB0, AO 4x0/4...20mA (15bit) - 'S7_400_h_en_en-US.pdf '
  • Siemens AO module의 경우 diode 1N4003 ~ 1N4007을 권장 한다.
  • 본 데모에 대한 Step7 project를 구성 하였다. - 'AO_Red_Final.zip'
[Demo Kit Configuration]

테스트 대상 및 항목

  • 2oo2 모드
    • 검사항목:
      • 전류 분할 적합성 검사
    • 0% ~ 100% 사이 샘플 출력 명령에 대해 실출력값 확인
      • [RESULT] 0에서 27648(20mA) 사이의 샘플 출력에 대해, 각각 50%의 균등한 출력이 나오는 것을 확인 하였음. (Calibrator로 측정)
    • 다이오드 소실 후 short 되는 시나리오 테스트
      • [RESULT] 출력값에는 영향이 없으며 모듈 fault도 발생 하지 않는 것으로 확인됨. 비정상 상황에서 AO module 보호용도라고 판단됨
  • 1oo2 모드
    • 검사항목:
      • Module Problem (Disconnect the front connector)
      • Channel Break (Wire break)
      • Stress Test
    • 제어권을 넘겨 받은 모듈이 출력목표 100%의 출력을 내는지 확인
      • [RESULT] 계측기를 통해 육안으로 확인 하였으며, 신호 drop과 관련하여 오실로스코프에서의 측정결과는 밑에 첨부함
    • 기준시간동안 설계한 극단적인 동작환경에서 stress test를 진행
      • [RESULT] 약 1시간동안 1초간격으로 switching하였으나 동작은 안정적으로 유지 되는 것으로 확인됨

테스트 결과

1oo2 모드에서 절체중 순간 전류신호 drop이 발생한다. 이와 관련하여 지멘스 메뉴얼에서는 다음과 같이 표현 하였다:
  • "The output value drops briefly to 50%, and the program then recovers the proper value." - Using I/O on the S7-400H (8.34)
이에 대해 오실로스코프로 파형측정 하였으며 그 결과는 다음과 같다:
  • 여러 차례 반복하여 실험 한 결과, 신호 drop 시간은, 최소 25ms에서 최대 55ms 정도로 측정 되었다. (40ms +/- 15ms)
  • OB34의 Scan-time을 10~200ms까지 조정 해 보았으나, 이 설정과는 무관한 것으로 판명 되었다.
[Sample Current Signal Drop Duration]


Appendix A: 이중화 설정 (Step7)

첨부파일, '28430682_Projektierung_red_IO_en.pdf' 참조한다.
실제 작업은 2단계로 진행된다:
  1. CPU Configuration
    1. Adjust the 'Object Properties' to enable the redundancy feature. (P37)
    2. Decide a Process Image Partition (PIP) and assign the PIP* an cyclic interrupt Organization Block (OB)
      (e.g. OB34)
  2. ET200M Configuration (P48)
    1. Select the primary AO module -> Properties
    2. On the Addresses tab
      1. Select the Process Image Partition you selected at the CPU configuration
    3. On the Redundancy tab
      1. Redundancy ('2 modules')
    4. Find the secondary module and select it.
[Function Mechanism (P58)]

Appendix B: AO Module, Analog Value Representation

Refer to the 'PRO1_13e_Analog' for analog value representation.
[Analog Value Representation (P9)]

Appendix C: AO/AI (feedback) Samples

[AO 4..20mA, AI 
Measuring Range: 
4..20mA]

[AO 0..20mA, AI Measuring Range: 4..20mA]

[AO 0..20mA, AI 
Measuring Range: 
0..20mA]
tag:redundancy
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AO_Red_Final.zip
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MTA.pdf
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STEP7.pdf
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