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EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 제작 시방서
2026. 7.
한국전기연구원
전기추진시스템연구센터
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구매시방서
I. 적용 범위
본 구매시방서는“EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 제작”에 대한 시방서이다.
II. 일반 사항
1. 제작 조건
본 구매에서 제작하고자 하는 EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템은 단위모듈로 구성되는 전력변환장치 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) EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템은 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 EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 제작에 필요한 도면 및 서류를 제출하여 도면승인을 받아야 한다. 계약일로부터 10일 이내에 해당 EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템의 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 10일 이내
2
취급 설명서 및 최종 완성 제작도면
납품시
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
∙ 시스템 전체 구조 및 배선 확인
∙ 제어 보드 및 구성품 조립 상태 확인
설계 도면을 근거하여 구조 및 결합
확인 검사
2
전원 및
초기충전
회로 검증
∙ 전원 인가 시퀀스 및 초기충전회로 동작 확인
오실로스코프 및 전류 프로브를 이용하여 돌입전류 확인
3
Master
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
4
∙ GPIO 신호 확인
(MCU 보드의 신호와 출력 신호를 연계한 상태 신호 확인)
오실로스코프를
이용하여 신호 왜곡 및 지연 확인
5
∙ Analog Input 전류 센싱 확인
0~20mA 전류 인가 후 정확도 0.1% 이하 계측 테스트
6
∙ Analog Output 전류 출력 확인
0~20mA 전류 출력 지령 후 정확도 0.1% 이하 출력 테스트
7
∙ 아날로그 보호 동작, LED 및 지원 통신 동작 확인
EtherCAT, SPI, CAN, RS485, Modbus TCP
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 및 외함 등의 종류와 수량은 변동될 수 있다.
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순번
항목
세부 내역
1
EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템
구성 보드
∙ Power Pre-charging Board : 1EA
∙ Master Controller Interface Board : 1EA
∙ Analog Input Board : 1EA
∙ Analog Output Board : 1EA
∙ 장치 조립 후 성능 검증용 기본 동작 테스트
(전원, FAN, ADC, 통신 등)
2
EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 외함
∙ 제어기, 전장 등을 포함하는 EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 외함
: 1EA
3
EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 구성 조립
∙ 제어기를 포함한 기타 보드류 및 전장품 등을 포함하는 EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 구성품 전체 조립 및 배선
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
Master 제어기 전체 구성도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
2
Master Controller Interface Board
회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
3
Power Pre-charging Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
4
Analog Input Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
5
Analog Output Board 회로도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
6
Master 제어기 외함 구성도
상세 설계 사양, 주요 부품 내역
7
KERI 제공 구성품
- EtherCAT Master PC (CU6030-0080)
- EtherCAT Hub (CU2508)
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 결정 하여야 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
-
Master 제어기
∙ Optic ADC : 12ch
∙ Line GPIO IN : 12ch
∙ Line GPIO OUT : 12ch
∙ Analog IN : 4ch (ADC)
∙ Analog OUT : 4ch (0~20mA)
∙ Interfacing Comm.
- EtherCAT
- SPI
- CAN(A/B)
- RS485, Modbus TCP
전원 인가
Sequence
스위치, EtherCAT Master PC, 초기충전회로로 구성된 전원 Sequence
냉각방식
강제 공기 냉각식
FAN 속도 조절
2. 사양 설명 및 도면
제작하고자 하는 EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템은 Power Pre-charging Board와 Master Controller Interface Board, Noise EMI/EMC Filter, SMPS 및 EtherCAT Master PC, Hub로 구성한다.
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그림 1. Master Controller Interface Board 구성
2.1 Master Controller 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 4층 이상으로 설계한다.
3) Slave ID 선택용 딥스위치 및 7-segment는 외함 밖으로 보이도록 설계한다.
4) DSP_JTAG, easyDSP_CPU1, easyDSP_CPU2, DAC 포트는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
5) 광 신호 ADC(HFBR-2412Z) 12개로 총 12개의 광신호 ADC로 구성된다. 광 신호 커넥터는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
6) 접점 신호 GPIO 입력 8개와 접점 GPIO 출력 8개로 GPIO가 구성된다. GPIO의 접점을 확인할 수 있는 LED는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
7) KERI에서 제공하는 EtherCAT DSP Board와 결합되는 구조이다.
8) CAN A, B 통신 커넥터 및 CAN 통신 관련 LED는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
9) SCI C, D 시리얼 통신 및 SCI 통신 관련 LED는 케이스 밖으로 나오도록 설계한다. SCI C 시리얼 통신은 WIZ750SR-105 보드와 결합되며, 출력은 RJ45 커플러로 연결되어 케이스 밖으로 나오도록 설계한다.
10) Artwork 설계는 반드시 KERI에서 제공하는 회로도를 기반으로 하며, 주요 패턴 설계 시 KERI와 반드시 협의한다.
11) Artwork 파일에는 모든 부품 정보(크기, 형태 등)를 포함하여 관리한다.
12) 부품 배치 및 Layer 변경 등 주요 수정사항은 연구원 담당자와 사전 협의를 거친다.
13) 패턴의 두께는 사용되는 IC의 성능에 맞추어 선정한다.
14) 주요 설비 및 부품은 국산 또는 성능이 검증된 동등 이상의 제품을 사용한다.
15) 모든 부품은 유지보수가 용이하도록 배치 및 제작한다.
16) 주요 신호선은 노이즈가 발생하지 않도록 충분히 고려하여 설계한다.
17) 최초 설계 완료 후 이상 유무에 대해 연구원 담당자와 협의하여 검토 및 확정한다.
2.2 Power Pre-charging Board
1) 24V 직류 전원을 입력받아 회로를 구성한다. 24V 전원 확인용도 LED를 구성한다.
2) 그림 2와 같이 Master 제어기 전원을 구성 및 결선하여 그림 3과 같이 Master 제어기 전원 Sequence를 동작이 이루어지도록 한다.
3) 초기 충전회로로 사용될 24V 신호의 허용 전류는 0.5A를 초과하면 안된다.
4) Artwork 설계는 반드시 KERI에서 제공하는 회로도를 기반으로 하며, 주요 패턴 설계 시 KERI와 반드시 협의한다.
5) Artwork 파일에는 모든 부품 정보(크기, 형태 등)를 포함하여 관리한다.
6) 부품 배치 및 Layer 변경 등 주요 수정사항은 연구원 담당자와 사전 협의를 거친다.
7) 패턴의 두께는 사용되는 IC의 성능에 맞추어 선정한다.
8) 주요 설비 및 부품은 국산 또는 성능이 검증된 동등 이상의 제품을 사용한다.
9) 모든 부품은 유지보수가 용이하도록 배치 및 제작한다.
10) 주요 신호선은 노이즈가 발생하지 않도록 충분히 고려하여 설계한다.
11) 최초 설계 완료 후 이상 유무에 대해 연구원 담당자와 협의하여 검토 및 확정한다.
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그림 2. Master Controller Interface Board 전원 관련 주변 구성
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그림 3. Master Controller Interface Board 전원 Sequence
2.3 Analog Input/Output Board
1) Analog Input Board 및 Analog Output Board는 개별로 각각 Master Controller Interface Board와 결합되는 구조이다.
2) Artwork 설계는 반드시 KERI에서 제공하는 회로도를 기반으로 하며, 주요 패턴 설계 시 KERI와 반드시 협의한다.
3) Artwork 파일에는 모든 부품 정보(크기, 형태 등)를 포함하여 관리한다.
4) 부품 배치 및 Layer 변경 등 주요 수정사항은 연구원 담당자와 사전 협의를 거친다.
5) 패턴의 두께는 사용되는 IC의 성능에 맞추어 선정한다.
6) 주요 설비 및 부품은 국산 또는 성능이 검증된 동등 이상의 제품을 사용한다.
7) 모든 부품은 유지보수가 용이하도록 배치 및 제작한다.
8) 주요 신호선은 노이즈가 발생하지 않도록 충분히 고려하여 설계한다.
9) 최초 설계 완료 후 이상 유무에 대해 연구원 담당자와 협의하여 검토 및 확정한다.
2.4 전원 및 기타 전력장치 설계 사양
1) 외부 220V를 입력 전원으로 사용한다.
2) AC Noise 필터 및 DC EMI/EMC 필터는 과전류·과전압 등 전기적 스트레스를 충분히 견딜 수 있도록 선정한다.
2) 전원공급장치(SMPS)는 과전류·과전압 등 전기적 스트레스를 충분히 견딜 수 있도록 선정한다.
4) 24V 전원공급장치(SMPS) 출력 전원의 분배를 위하여, 단자대를 사용한다. 단자대 및 전력장치 구성품 연결 시 정격 내압 및 정격 전류를 충분히 고려한 부스바 및 적절한 선 굵기를 선정한다.
5) 전력장치를 포함한 전체 전장 구성품은 진동 환경에서도 견딜 수 있도록 견고하게 고정 및 설치한다.
2.5 제어기 외함 설계 사양
1) 케이스 외함은 19인치 표준렉 사이즈에 높이는 5U의 사이즈로 알루미늄 재질로 설계한다. 케이스 색은 알루미늄 아노다이징을 이용하여 회색으로 제작한다.
2) KERI에서 지정한 부품 및 커넥터들은 케이스 외부로 돌출되어야 한다.
3) Master 제어기 외함은 시험 및 운용의 안전성을 고려하여 외함을 설계한다.
4) 외함 내부의 적정 온도를 유지하기 위해 냉각팬 등 냉각 시스템을 반드시 구비한다.
5) 방열이 요구되는 소자 및 부품은 가능한 한 냉각 공기의 흐름 경로에 가깝게 배치한다.
6) 모든 부품은 유지보수가 용이하도록 배치하며, 부품배치는 연구원의 담당자와 반드시 협의해야 한다.
7) 주요설비 및 부품은 국산 및 성능이 입증된 동동 이상의 제품을 공급하여야 한다.
8) 최초 설계 완료 후 이상 유무에 대해 연구원 담당자와 협의하여 검토 및 확정한다.
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그림 4. EtherCAT 통신 기반 모듈형 전력변환장치 통합 제어시스템 구성 및 결합 예시