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중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 단위모듈 제어기 제작 시방서
2026. 5.
한국전기연구원
전기추진시스템연구센터
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구매시방서
I. 적용 범위
본 구매시방서는 “20MW급 10kV 중대형 선박용 고전압 대용량 직류시스템 개발”과제에 사용될 “중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 단위모듈 제어기 제작”에 대한 시방서이다.
II. 일반 사항
1. 제작 조건
본 구매에서 제작하고자 하는 중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 제어기 시작품은 본 과제의 고전압 대용량 직류 시스템에 적용될 시스템의 통신, 제어 및 알고리즘의 검증을 위해 개발되는 시작품이다. 본 시작품은 지정된 성능 및 품질 요건을 엄격히 충족해야 하며, 시스템의 열적 안정성, 전기적 안정성 및 장기적 신뢰성을 확보할 수 있도록 설계 및 제작되어야 한다. 이에 따라 아래와 같은 조건을 반드시 준수하여야 한다.
1.1 설치 장소
1) 설치 장소 : 실내
2) 주위 온도 : 최고 45℃, 최저 0℃ (보관온도 : 최고 55℃, 최저 –15℃)
3) 상대 습도 : 95% 이하
4) 환경 조건 : 직사광선, 분진, 습기 및 부식성 물질로부터 보호된 환경으로 적절한 환기 시스템이 갖추어진 장소
1.2 제작 기준
1) 중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 제어기는 당 연구원에서 설계 및 기술 가이드라인에 따라 정밀하게 제작되어야 한다.
2) 시스템의 냉각 성능과 전기적 특성이 유지될 수 있도록 설계 및 제작되어야 한다.
2) 시스템 구성품 간의 기계적, 전기적 호환성을 확보해야 하며, 구성 요소 간 상호 부조화로 인한 문제점 발생 시에는 공급자가 해결하여야 한다.
1.3 도면 승인
계약자는 당 연구원의 중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 제어기 제작에 필요한 도면 및 서류를 제출하여 도면승인을 받아야 한다. 계약일로부터 7일 이내에 해당 중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 제어기의 외자재, 내자재 등의 제작도면, 주요 구성품의 회로, 기술자료, 특기사항 및 사양을 제출하여 발주처의 승인을 득해야 한다.
1.4 자재 사용
주요 자재는 KS 표시품을 사용하는 것을 원칙으로 하며, KS 표시품이 없을 경우에는 국내 시판용 중 최상급을 사용하여야 한다.
2. 납품
1) 납품기간은 계약일로부터 30일 이내로 한다.
2) 제작 공정표를 제출하고 감독원의 사전 및 납품 검수를 득하여야 한다.
3) 납품완료 시까지 제품에 대한 책임은 공급자가 부담한다.
4) 제출 자료
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순번
자 료 명
제출 시기
1
제작 시방 및 기구도면, 제작공정표
계약 후 7일 이내
2
취급 설명서 및 최종 완성 제작도면
납품 시
3. 하자 보증
1) 하자보증기간은 납품한 날로부터 1년으로 한다.
2) 하자보증기간 내에 하자가 발생한 경우에는 무상으로 수리 또는 교체하여야 하며, 수리 또는 교체한 부분의 하자 보증기간은 수리 또는 교체한 날로부터 1년으로 한다.
3) 하자보증기간 이후에 하자가 발생한 경우에는 공급자의 규정에 따라 유상수리 또는 교체하고, 수리 또는 교체한 부분의 하자 보증기간은 수리 또는 교체한 날로부터 1년으로 한다.
4. 성능평가
1) 본 장치의 성능평가를 위한 검사는 현장 평가를 원칙으로 한다.
2) 제 성능평가 검사항목은 표 1과 같이 실시한다.
3) 성능평가 검사를 위해서 공급자 측에서는 성능평가에 필요한 제반 설비를 모두 제공하여야 한다.
4) 성능 평가를 위해 필요한 비용은 공급자 측에서 제공한다.
5) 성능평가에 필요한 모든 계측기기는 유효기간이 경과하지 않은 검/교정 장비를 사용한다.
표 1. 성능평가 검사 항목, 판정기준 및 검사방법
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검사 항목
판정기준
검사방법
1
외관, 구조검사
∙ 제어 보드 5종 구성품 조립 상태 확인
- 각 보드 및 소자 배치 구조
- 각 보드 결합 구조
- 기판 층수
- 케이스와 제어보드 보드 조립 상태
설계 도면을 근거하여 구조 및 결합
확인 검사
2
전원 및
초기충전
회로 검증
∙ 전원 인가 및 입출력 전압 확인
전원 인가 후 각 입출력 전압 확인. 정격 출력 전압 대비 0.5% 미만의 오차율 확인
3
제어보드
개별 검증
보호 동작
확인 시험
∙ Optic ADC 전압 및 전류 센싱 확인
설계 도면을 근거로 정격 전압 및 전류 인가 후 정확도 0.1% 이하 계측 테스트
∙ Optic PWM/Fault 신호 확인
(MCU 보드의 신호와 출력 신호를 연계한 상태 신호 확인)
오실로스코프를
이용하여 신호 왜곡 및 지연 확인
: 100ns 이내
∙ Optic GPIO 신호 확인
(MCU 보드의 신호와 출력 신호를 연계한 상태 신호 확인)
오실로스코프를
이용하여 신호 왜곡 및 지연 확인
: 100ns 이내
∙ 아날로그 보호 동작, LED 및 지원 통신 동작 확인
EtherCAT, SPI, CAN, RS232, Modbus RTU
5. 제공 범위
1) 납품 업체 공급 및 제작 범위
※ KERI에서 제공하는 구성품을 제외한 나머지 제작에 필요한 주요 부품은 계약자가 모두 공급한다.
※ 최종 협의된 시스템 구성 및 사양에 따라, 납품하는 보드 등의 종류와 수량은 변동될 수 있다.
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순번
항목
세부 내역
1
단위모듈 제어기
구성 보드
∙ EtherCAT MCU Board : 3EA
∙ MCU Interface Board : 3EA
∙ ADC Board : 3EA
∙ PWM/GPIO Input Board : 3EA
∙ GPIO Output Board : 3EA
∙ 장치 조립 후 성능 검증용 기본 동작 테스트
(전원, 통신, ADC, PWM, I/O 등)
2
단위모듈 제어기 외함
∙ Silk 인쇄된 외함 : 2EA
* EtherCAT Optic 변환을 위한 Beckhoff CU1521 Media Converter는 KERI에서 제공
2) KERI는 계약자가 설계에 필요한 시스템 구성도, 토폴로지 및 설계 자료, 제어기 도면과 주요 부품 리스트를 제공한다.
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순번
항목
세부 내역
1
중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 단위모듈 제어기 구성도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
2
EtherCAT MCU Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
3
MCU Interface Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
4
ADC Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
5
PWM/GPIO Input Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
6
GPIO Output Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
7
외함 정보
상세 설계 사양, 커플러 배치 및 Silk 정보
8
KERI 제공 구성품
- Beckhoff CU1521 : 6EA
6. 기타 사항
1) 본 시방서에 해석상의 이견이 있을 경우에는 당원의 해석에 따른다.
2) 본 시방서에 명시되지 않은 사항들은 당원의 관련규정과 상호간의 협의에 따라 결정한다.
3) 본 입찰에 응시하는 업체는 담당자의 충분한 설명과 내용을 숙지하고 입찰에 참여 하여야 하며 충분한 숙지가 되지 않은 상태에서 발생하는 모든 책임은 낙찰자에게 있다.
4) 계약자는 설치 전에 기술 시방서를 연구원에 제출하여 사용부서의 승인을 득한 후 제작 및 설치를 하여야 한다. 이에 대한 세부 사항을 기술 시방서에 명시하여야 한다.
5) 주요설비 및 부품은 국산 및 성능이 입증된 동동 이상의 제품을 공급하여야 한다.
6) 기타 본 시방서에 언급되지 않은 사항은 사전에 당 연구원과 협의 후 결정하여야 한다.
III. 시스템 상세 사양
1. 일반 사양
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항목
사양
비고
주위 온도
-0℃ ~ +45℃
정격운전 가능
습도
25%RH ~ 95%RH
-
설치 장소
옥내
-
단위모듈
제어기
∙ Optic ADC : 16ch
∙ Optic PWM : 12ch
∙ Optic GPIO IN : 12ch
∙ Optic GPIO OUT : 24ch
∙ Interfacing Comm.
- EtherCAT
- SPI
- CAN(A/B)
- RS232, Modbus RTU
전원
∙ 입력 : 24V
∙ 출력 : 5V, ±15V, 3.3V
냉각방식
자연 냉각
2. 주요 기능 및 사양 설명
제작 하고자 하는 중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 제어기는 EtherCAT MCU Board, MCU Interface Board, ADC Board, PWM/GPIO Input Board, GPIO Output Board로 구성한다.
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그림 1. 중대형 선박용 고전압 대용량 직류 시스템 제어기 구성
2.1 EtherCAT MCU Board
1) MCU Interface Board와 결합되는 구조이다. 결합되는 커넥터 및 핀맵은 정확히 일치하여야만 한다.
2) EtherCAT 통신부와 DSP TMS320F28379D MCU로 구성된다.
3) 전원 입력단은 EMI, EMC 등 노이즈 저감을 고려하여 PCB를 설계한다. 노이즈 저감을 고려하여 PCB를 10층 이상으로 설계한다.
2.2 MCU Interface Board
1) 24V 직류 전원을 입력받아, 5V, ±15V 직류 전원을 공급하도록 구성된다. 전원 관련 LED 4개는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
2) 24V 직류 전원 입력단은 EMI, EMC 등 노이즈 저감을 고려하여 PCB를 설계한다.노이즈 저감을 고려하여 PCB를 8층 이상으로 설계한다.
3) Slave ID 선택용 딥스위치 및 7-segment는 외함 밖으로 보이도록 설계한다.
4) easyDSP_CPU1, easyDSP_CPU2, DAC 커넥터는 Right angle 타입으로 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
5) KERI에서 제공하는 EtherCAT & DSP Board와 결합되는 구조이다. 결합되는 커넥터 및 핀맵은 정확히 일치하여야만 한다.
6) ADC Board와 결합되는 구조이다.
7) CAN A, B 통신 커넥터 및 CAN 통신 관련 LED는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
8) SCI C, D 시리얼 통신 및 SCI 통신 관련 LED는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
9) Beckhoff CU1521에 24V 직류 전원을 인가하기 위한 커넥터 2개가 존재하여야 한다.
2.3 ADC Board
1) MCU Interface Board, PWM/GPIO Input Board와 각각 Vertical Type 커넥터로 결합되는 구조이다.
2) 노이즈 저감을 고려하여 PCB를 6층 이상으로 설계한다.
3) 전체 16채널의 ADC는 VF 컨버터를 이용하여 구성되며, 이 중 3채널은 광신호 수신기 HFBR-2412Z를 사용하고, 나머지 13채널은 HFBR-2521Z를 사용하여 설계한다.
2.4 PWM/GPIO Input Board
1) ADC Board, GPIO Output Board와 각각 Vertical Type 커넥터로 결합되는 구조이다.
2) 노이즈 저감을 고려하여 PCB를 6층 이상으로 설계한다.
3) 광 신호 PWM 출력(HFBR-1512Z) 12개와 광 신호 입력(HFBR-2512Z) 12개로 구성된다.
2.5 GPIO Output Board
1) PWM/GPIO Input Board와 Vertical Type 커넥터로 결합되는 구조이다.
2) 노이즈 저감을 고려하여 PCB를 6층 이상으로 설계한다.
3) 광신호 PWM 출력(HFBR-1512Z) 24개로 구성된다.
2.6 케이스 기구
1) 알루미늄 재질로 설계한다.
2) KERI에서 지정한 커넥터들은 케이스 외부로 돌출되어야 한다.
3) 케이스 색은 알루미늄 아노다이징을 이용하여 회색으로 제작한다.
4) KERI에서 지정한 색과 모양으로 Silk 인쇄하여 제작한다.
3. 세부 설계/제작/조립 방법
1) Artwork 설계는 반드시 KERI에서 제공하는 회로도를 기반으로 하며, 주요 패턴 설계 시 KERI와 반드시 협의한다.
2) Artwork 파일에는 모든 부품 정보(크기, 형태 등)를 포함하여 관리한다.
3) 부품 배치 및 Layer 변경 등 주요 수정사항은 연구원 담당자와 사전 협의를 거친다.
4) 패턴의 두께는 사용되는 IC의 성능에 맞추어 선정한다.
5) 주요 설비 및 부품은 국산 또는 성능이 검증된 동등 이상의 제품을 사용한다.
6) 모든 부품은 유지보수가 용이하도록 배치 및 제작한다.
7) 주요 신호선은 노이즈가 발생하지 않도록 충분히 고려하여 설계한다.
8) 최초 설계 완료 후 이상 유무에 대해 연구원 담당자와 협의하여 검토 및 확정한다.
4. 단위모듈 제어기 구조 및 보드 배치 참고자료
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그림 2. 단위모듈 제어기 구조
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그림 3. EtherCAT MCU Board 배치 참고자료
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그림 4. MCU Interface Board 배치 참고자료
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그림 5. ADC Board 배치 참고자료
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그림 6. PWM/GPIO Input Board 배치 참고자료
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그림 7. GPIO Output Board 배치 참고자료