KR20210066595A - Edge Device for Interworking with Heterogeneous Legacy Protocols in Smart Factory - Google Patents

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KR20210066595A KR1020190156034A KR20190156034A KR20210066595A KR 20210066595 A KR20210066595 A KR 20210066595A KR 1020190156034 A KR1020190156034 A KR 1020190156034A KR 20190156034 A KR20190156034 A KR 20190156034A KR 20210066595 A KR20210066595 A KR 20210066595A
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Abstract

Provided is a smart factory edge device for interworking with a heterogeneous legacy protocol. By the edge device receiving the device information model and data information model from an upper operating system, a device interworking method according to an embodiment of the present invention comprises collecting data from a device based on the received device information model and data information model. Therefore, through a protocol conversion standard information model specification of various industrial IoT sensors, equipment, and production facility devices installed in a smart factory, the present invention is capable of integrating and managing different protocol-based data generated by various devices in the smart factory.

Description

이기종 레거시 프로토콜과의 연동을 위한 스마트공장 엣지디바이스{Edge Device for Interworking with Heterogeneous Legacy Protocols in Smart Factory}Edge Device for Interworking with Heterogeneous Legacy Protocols in Smart Factory

본 발명은 프로토콜 상호 연동 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스마트 공장에 설치된 다양한 산업용 IoT 센서, 장비 및 생산 설비 디바이스의 디바이스 및 데이터 표준 정보 모델을 정의하여, 향후 스마트 공장의 다양한 디바이스에서 생성되는 서로 다른 프로토콜 기반 데이터를 통합 관리하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a protocol interworking technology, and more particularly, by defining a device and data standard information model of various industrial IoT sensors, equipment and production facility devices installed in a smart factory, mutually generated by various devices of a smart factory in the future It relates to a method for integrated management of data based on different protocols.

스마트 공장은 여러 제조 설비와 기계를 보유하며, 각 기계는 여러 센서/액츄에이터 등을 사용하지만, 이러한 장비/센서/액츄에이터는 단일화 되지 않은 다양한 프로토콜을 사용하고 있어 상위 시스템과 생산장비들과의 연동에 많은 문제가 야기 되고 있다.A smart factory has several manufacturing facilities and machines, and each machine uses several sensors/actuators, but these equipment/sensors/actuators use various protocols that are not unified, so it is difficult to link higher systems with production equipment. Many problems are being caused.

또한 스마트 공장 구축을 위해서는 필수적으로 장비와 상위 시스템과의 네트워크가 구성이 되어 있어야 한다. 그러나, 유선만으로 생산장비의 네트워크 구성 시 공간적인 제약과 설비확장성에 제약이 발생하게 되며 생산장비 중에는 노후화 하여 네트워크 연결을 지원하지 않는 장비들도 존재한다.In addition, in order to build a smart factory, a network between the equipment and the upper system must be configured. However, when configuring the network of production equipment only by wire, space and facility scalability are limited, and some production equipment is outdated and does not support network connection.

한편 공정 관리 시스템 또는 어플리케이션 제조사의 종속(의존도) 문제 해결하고 공정관리 효율을 높이기 위해, 공장에 구축한 어플리케이션 및 공정관리시스템은 변경이나 업그레이드시 어플리케이션 납품 제조사의 의존도가 높아 공장측 입장을 전적으로 수용하는 것에 대한 많은 제약이 존재 하한다. 특히 장비/센서/액츄에이터로부터 데이터 수집 시, MES/FDC 등 클라이언트 업체에서는 데이터 수집을 위한 표준화 된 방법의 부재로 각 개별 데이터 수집 업체의 솔루션에 대한 의존성이 크다.On the other hand, in order to solve the problem of dependency (dependence) on the process management system or application manufacturer and to increase process management efficiency, the application and process management system built in the factory is highly dependent on the application supplier when changing or upgrading, so it is necessary to fully accept the factory side There are many restrictions on In particular, when collecting data from equipment/sensors/actuators, client companies such as MES/FDC are highly dependent on each individual data collection company's solution due to the lack of a standardized method for data collection.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 스마트 공장에 설치된 산업용 IoT 센서, 장비 및 생산 설비 데이터를 통합 수집하기 위해 필요한 레거시 프로토콜 변환 표준 정보 모델을 이용하여, 이기종 레거시 프로토콜과의 연동을 수행하는 스마트공장 엣지디바이스를 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to use a legacy protocol conversion standard information model necessary to integrate and collect industrial IoT sensors, equipment and production facility data installed in a smart factory, It is to provide a smart factory edge device that performs interworking with heterogeneous legacy protocols.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 디바이스 연동 방법은, 에지디바이스가, 상위 운영 시스템으부터 디바이스 정보 모델을 수신하는 제1 수신단계; 에지디바이스가, 상위 운영 시스템으부터 데이터 정보 모델을 수신하는 제2 수신단계; 에지디바이스가, 수신한 디바이스 정보 모델과 데이터 정보 모델을 기반으로, 디바이스로부터 데이터를 수집하는 단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a device interworking method includes: a first receiving step of receiving, by an edge device, a device information model from an upper operating system; a second receiving step in which the edge device receives the data information model from the upper operating system; and collecting, by the edge device, data from the device based on the received device information model and data information model.

디바이스 정보 모델은, 디바이스 연결에 필요한 정보, 디바이스의 속성 정보, 디바이스 데이터 수집에 요구되는 속성 정보를 포함할 수 있다.The device information model may include information required for device connection, device property information, and property information required for device data collection.

디바이스 정보 모델은, 다바이스 ID, 프로토콜 타입, 연결 모델, 데이터 모델 리스트, 연결 상태, 상태 및 에러 메시지를 포함할 수 있다.The device information model may include a device ID, a protocol type, a connection model, a data model list, a connection state, a status, and an error message.

연결 모델의 세부 정보는, 디바이스가 이용하는 프로토콜에 따라 정의할 수 있다.Detailed information of the connection model can be defined according to the protocol used by the device.

데이터 정보 모델은, 데이터 ID, 데이터 형식, 데이터 배열 개수, 데이터 값, 데이터 최소값, 데이터 최대값, 데이터 기본값, 데이터의 단위, 샘플링 시간, 데이터 변수 타입 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The data information model may include at least one of data ID, data format, number of data arrays, data value, data minimum value, data maximum value, data default value, data unit, sampling time, and data variable type.

데이터 정보 모델의 데이터 변수 타입별 고유 속성 정보는, 디바이스가 이용하는 프로토콜에 따라 정의할 수 있다.Unique attribute information for each data variable type of the data information model may be defined according to a protocol used by a device.

제1 수신단계 및 제2 수신단계는, 엣지디바이스에 디바이스가 새로 연결된 경우에 수행할 수 있다.The first receiving step and the second receiving step may be performed when the device is newly connected to the edge device.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 데이터 수집 시스템은, 스마트 공장에 설치된 디바이스; 및 상위 운영 시스템으부터 디바이스 정보 모델과 데이터 정보 모델을 수신하여, 수신한 디바이스 정보 모델과 데이터 정보 모델을 기반으로 디바이스로부터 데이터를 수집하는 엣지디바이스;를 포함한다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, a data collection system, a device installed in a smart factory; and an edge device that receives the device information model and the data information model from the upper operating system, and collects data from the device based on the received device information model and data information model.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 스마트 공장에 설치된 다양한 산업용 IoT 센서, 장비 및 생산 설비 디바이스의 프로토콜 변환 표준 정보 모델 규격을 통해, 스마트 공장의 다양한 디바이스에서 생성되는 서로 다른 프로토콜 기반 데이터를 통합 관리할 수 있게 된다.As described above, according to embodiments of the present invention, through the protocol conversion standard information model specification of various industrial IoT sensors, equipment, and production facility devices installed in the smart factory, different protocol-based Data can be integrated and managed.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존 설비 변경없이 스마트 공장을 위한 제조, 설비 데이터 수집이 가능하도록 인프라 구축을 지원할 수 있게 된다.In addition, according to embodiments of the present invention, it is possible to support the establishment of an infrastructure to enable manufacturing and facility data collection for a smart factory without changing existing facilities.

도 1은 본 발명이 적용 가능한 시스템,
도 2는 디바이스 및 데이터 표준 정보 모델 클래스다이어그램,
도 3은 디바이스 표준 정보 모델 클래스다이어그램,
도 4는 연결 모델 클래스다이어그램,
도 5는 Modbus의 통신 프로토콜 구분,
도 6은 SECS-I 의 프로토콜 매개변수 목록 및 설명.
도 7은 HSMS의 프로토콜 매개변수,
도 8은 데이터 표준 정보 모델 클래스다이어그램,
도 9는 Modbus 데이터 요청 메시지의 형식,
도 10은 Modbus Function 필드 종류 예시,
도 11은 SECS-I 데이터 요청 메시지의 형식과 필드 정보,
도 12는 SECS-I 의 Stream, Function 코드 종류(예시),
도 13은 HSMS 데이터 요청 메시지의 형식과 필드 정보,
도 14는 MQTT 동작 절차,
도 15는 OPC UA구조,
도 16은 CoAP 데이터 요청 메시지의 형식과 필드 정보,
1 is a system to which the present invention is applicable;
2 is a device and data standard information model class diagram;
3 is a device standard information model class diagram;
4 is a connection model class diagram;
5 is a communication protocol classification of Modbus,
6 is a list and description of protocol parameters of SECS-I.
7 shows the protocol parameters of HSMS;
8 is a data standard information model class diagram;
9 is a format of a Modbus data request message;
10 is an example of the Modbus Function field type;
11 shows the format and field information of a SECS-I data request message;
12 is a Stream of SECS-I, a function code type (example),
13 shows the format and field information of an HSMS data request message;
14 is an MQTT operation procedure;
15 is an OPC UA structure;
16 shows the format and field information of a CoAP data request message;

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에서는 다양한 레거시 프로토콜이 적용된 디바이스의 연결 및 기본적인 속성 정보를 포함하는 디바이스 표준 정보 모델을 정의 하고, 디바이스가 생성하는 데이터 수집에 필요한 정보를 포함하는 데이터 표준 정보 모델을 정의한다.In an embodiment of the present invention, a device standard information model including connection and basic attribute information of a device to which various legacy protocols are applied is defined, and a data standard information model including information required for data collection generated by the device is defined.

레거시 프로토콜은 제조 공장에서 주로 사용되고 있는 PLC 프로토콜(Modbus, OMROM PLC, MELSEC PLC, LS산전 PLC, 지멘스 PLC 등) 및 반도체 공정에서 사용되는 HSMS, SECS, 기존 IoT프로토콜인 MQTT, CoAP 등을 포함한다.Legacy protocols include PLC protocols (Modbus, OMROM PLC, MELSEC PLC, LSIS PLC, Siemens PLC, etc.) mainly used in manufacturing plants, HSMS, SECS, and existing IoT protocols MQTT and CoAP used in semiconductor processes.

본 발명의 실시예에서는 이들을 표현하기 위해 디바이스 정보를 나타내는 DeviceModel 객체 규격을 정의한다. 또한, 디바이스에서 데이터를 생성하는 태그의 정보를 나타내는 CommonTag 와 Tag 객체 규격을 정의한다. CommonTag 객체는 태그가 생성하는 데이터의 공통 정보를 포함하고 Tag 객체는 태그가 생성하는 공통 데이터 정보 뿐만 아니라 디바이스별 고유 데이터 정보를 추가적으로 포함한다.In an embodiment of the present invention, a DeviceModel object specification representing device information is defined to express them. In addition, it defines CommonTag and Tag object standards indicating information of tags that generate data in devices. CommonTag object includes common information of data generated by tag, and Tag object additionally includes not only common data information generated by tag but also unique data information for each device.

또한 본 발명의 실시예에서는 제시된 표준 정보 모델로 산업용 IoT 센서, 장비 및 생산 설비의 데이터를 통합 수집하여 상위 시스템으로 전달하여 주는 엣지디바이스를 제시한다.In addition, an embodiment of the present invention proposes an edge device that collects and transmits data of industrial IoT sensors, equipment, and production facilities to a higher level system using the suggested standard information model.

본 발명의 실시예에서 제공하는 정보 모델을 통해 장비/센서/액츄에이터의 프로토콜에 관계없이 호스트 측의 MES/FDC 등 다양한 클라이언트 어플리케이션이 표준화된 방식으로 데이터를 획득/사용할 수 있도록 할 수 있다.Through the information model provided in the embodiment of the present invention, various client applications such as MES/FDC on the host side can acquire/use data in a standardized manner regardless of the protocol of the equipment/sensor/actuator.

나아가, 오픈 API 기반의 정보 제공 방식을 통해, MES/FDC 등 다양한 클라이언트 어플리케이션이 표준화 된 방법으로 센서 및 기기 데이터를 획득할 수 있도록 지원하여, 보다 쉽게 모니터링 및 분석 어플리케이션에 사용할 수 있다.Furthermore, through an open API-based information provision method, various client applications such as MES/FDC can acquire sensor and device data in a standardized way, making it easier to use for monitoring and analysis applications.

도 1은 본 발명이 적용 가능한 시스템의 구성도이다. 본 발명이 적용 가능한 시스템은, 도시된 바와 같이, 산업용 IoT 센서(110), 장비 및 생산 설비(120), 에지디바이스(130) 및 상위 시스템(140)을 포함하여 구성한다.1 is a block diagram of a system to which the present invention is applicable. The system to which the present invention is applicable is configured to include an industrial IoT sensor 110 , equipment and production facilities 120 , an edge device 130 , and an upper system 140 , as shown.

산업용 IoT 센서(110)는 진동, 온도, 습도 등 각족 IoT 센서류를 말하며 산업용 IoT 표준 프로토콜(MQTT, CoAP, OPC-UA 등)을 기반으로 통신한다.The industrial IoT sensor 110 refers to various IoT sensors such as vibration, temperature, and humidity, and communicates based on industrial IoT standard protocols (MQTT, CoAP, OPC-UA, etc.).

장비 및 생산 설비(120)는 로봇, 컨베이어, AGV, PLC, CNC 등을 말하며 산업 표준(SECS-I-1, HSMS, MODBUS 등) 및 비표준 프로토콜(미쯔비시 PLC, 옴론 PLC, 지멘스 PLC, LS산전 PLC)을 기반으로 통신한다.Equipment and production facilities 120 refer to robots, conveyors, AGVs, PLCs, CNCs, etc., and industrial standard (SECS-I-1, HSMS, MODBUS, etc.) and non-standard protocols (Mitsubishi PLC, Omron PLC, Siemens PLC, LSIS PLC) ) to communicate based on

에지디바이스(130)는 산업용 IoT 센서(110) 및 장비 및 생산 설비(120)와 연동하여 데이터를 획득하고, 획득한 데이터를 필요로 하는 상위 시스템(140)에 전달한다.The edge device 130 acquires data by interworking with the industrial IoT sensor 110 and equipment and production facilities 120 , and transmits the acquired data to the higher-level system 140 in need.

에지디바이스(130)는 새로운 디바이스가 연결 되면 상위 운영 시스템으부터 디바이스 및 데이터 표준 정보 모델을 수신하고 이를 기반으로 통신 모듈을 설치/실행시켜 특정 디바이스 및 프로토콜에 국한되지 않고 표준화된 방식으로 디바이스와 통신할 수 있다.When a new device is connected, the edge device 130 receives the device and data standard information model from the upper operating system and installs/executes a communication module based on this to communicate with the device in a standardized manner without being limited to a specific device and protocol. can do.

디바이스 표준 정보 모델은 디바이스 연결에 필요한 정보와 디바이스의 기본 및 고유 속성 정보를 포함하고, 디바이스 데이터 수집에 요구되는 기본 및 고유 속성 정보를 포함한다. 디바이스 및 데이터 표준 정보 모델간의 관계를 나타내는 클래스다이어그램을 도 2와 같이 정의할 수 있다.The device standard information model includes information necessary for device connection and basic and unique attribute information of the device, and includes basic and unique attribute information required for device data collection. A class diagram representing a relationship between a device and a data standard information model may be defined as shown in FIG. 2 .

1. 디바이스 표준 정보 모델1. Device standard information model

디바이스 표준 정보 모델은 디바이스 연결 정보와 기본 및 고유 속성 정보를 포함하며, 상위 운영 시스템에 의해 에지디바이스(130)가 상위 운영 시스템에 최초 연결 되었거나 에지디바이스(130)에 새로운 디바이스가 연결되었을 때 에지디바이스(130)로 전송된다.The device standard information model includes device connection information and basic and unique property information. When the edge device 130 is first connected to the upper operating system by the upper operating system or when a new device is connected to the edge device 130 is sent to 130.

에지디바이스(130)에서는 디바이스 표준 정보 모델을 기반으로 통신모듈을 동적으로 설치하고 디바이스와 연동할 수 있다. 디바이스 표준 정보 모델과 연관된 모델들 간의 관계를 나타내는 클래스다이어그램을 도 3과 같이 정의할 수 있다.The edge device 130 may dynamically install a communication module based on the device standard information model and interwork with the device. A class diagram representing a relationship between the device standard information model and related models may be defined as shown in FIG. 3 .

1.2 디바이스 모델의 공통 속성 정보1.2 Common property information of device model

디바이스 모델의 공통 속성 정보를 다음과 같이 정할 수 있다.The common attribute information of the device model can be determined as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, 디바이스 모델은 하나의 커넥션 모델과 여러 개의 데이터 모델과 서로 연결될 수 있다. 즉, 디바이스는 하나의 커넥션을 통해 에지디바이스(130)와 연결되고 여러 종류의 데이터를 생성할 수 있다.Here, the device model may be connected to one connection model and multiple data models. That is, the device may be connected to the edge device 130 through one connection and generate various types of data.

1.3 연결(Connection) 모델의 속성 정보1.3 Property information of the Connection model

연결 모델은 공통 속성 정보와 연결 타입별 고유 속성 정보를 포함하며 연관된 모델들 간의 관계를 나타내는 클래스다이어그램을 도 4와 같이 정의할 수 있다.The connection model includes common attribute information and unique attribute information for each connection type, and a class diagram indicating a relationship between related models may be defined as shown in FIG. 4 .

1.3.1 연결(Connection) 모델의 공통 속성 정보1.3.1 Common property information of Connection model

연결 모델의 공통 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.The common attribute information of the connection model can be defined as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, 연결 타입은 주요 산업용 통신 프로토콜에서 사용되는 TCP, UDP, 시리얼 통신을 지원하고 시리얼 통신은 RS232/485 를 포함한다.Here, the connection type supports TCP, UDP, and serial communication used in major industrial communication protocols, and the serial communication includes RS232/485.

1.3.2 연결(Connection) 모델의 연결 타입별 고유 속성 정보1.3.2 Unique property information for each connection type of the Connection model

연결 모델의 연결 타입별 연결에 필요한 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.Unique property information required for connection by connection type of connection model can be defined as follows.

TCP 연결 속성 정보TCP connection property information

Figure pat00003
Figure pat00003

UDP 연결 속성 정보UDP connection property information

Figure pat00004
Figure pat00004

시리얼 연결 속성 정보Serial connection property information

Figure pat00005
Figure pat00005

1.4 디바이스 모델의 프로토콜 타입별 고유 속성 정보1.4 Unique property information for each protocol type of device model

디바이스 모델의 프로토콜 타입별 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다. 여기서 프로토콜 타입은 주요 산업용 프로토콜 6종(Modbus, SECS-I, HSMS, MQTT, OPC UA, CoAP)을 포함하며, 디바이스 연결 및 통신에 필요한 정보 중 고정된 값이거나 연관된 모델에 의해 미리 정의되어 생략 가능한 정보를 제외한 나머지 정보를 프로토콜 타입별 고유 속성 정보로 정의할 수 있다.Unique property information for each protocol type of the device model can be defined as follows. Here, the protocol type includes 6 major industrial protocols (Modbus, SECS-I, HSMS, MQTT, OPC UA, CoAP), and it is a fixed value among the information required for device connection and communication, or it is predefined by the related model Information other than information can be defined as unique attribute information for each protocol type.

1.4.1 Modbus1.4.1 Modbus

Modbus의 통신 프로토콜은 도 5와 같이 RTU와 ASCII 프로토콜로 구분된다. RTU는 공백으로 프레임을 구분하여 0x00~0xFF 문자를 사용하므로 통신 시간이 단축되며 ASCII는 특수 시작문자(콜론 ':') 와 끝 문자(CR, LF)로 프레임을 구분하여 RTU 모드에 비해 통신 시간이 더 걸리지만 human-readable 하다. 이 정보를 기반으로 Modbus 디바이스의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.Modbus communication protocol is divided into RTU and ASCII protocol as shown in FIG. RTU uses 0x00~0xFF characters by separating frames with spaces, so communication time is shortened. ASCII uses special starting characters (colon ':') and ending characters (CR, LF) to separate frames, so communication time is shorter than in RTU mode. This takes more but is human-readable. Based on this information, unique property information of Modbus device can be defined as follows.

Figure pat00006
Figure pat00006

1.4.2 SECS-I1.4.2 SECS-I

SECS-I의 프로토콜 매개변수 및 매개변수의 일반 값, 범위, 정밀도는 도 5과 같다. 여기서, 시리얼 통신 속도를 나타내는 Baud Rate 는 시리얼 연결 모델의 baudrate 속성에서 참조할 수 있으므로 생략가능하다. 이 정보를 기반으로 SECS-I 디바이스의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.The protocol parameters of SECS-I and general values, ranges, and precision of parameters are shown in FIG. 5 . Here, the baud rate indicating the serial communication speed can be referred to in the baudrate attribute of the serial connection model, so it can be omitted. Based on this information, unique attribute information of the SECS-I device can be defined as follows.

SECS-I 디바이스의 속성 정보Attribute information of SECS-I device

Figure pat00007
Figure pat00007

1.4.3 HSMS1.4.3 HSMS

HSMS는 sesc-I 을 대체 하기 위해서 만들어진 프로토콜로서 시리얼 통신 프로토콜 대신에 TCP/IP 프로토콜을 사용한다. HSMS 의 프로토콜 매개변수 및 매개변수의 일반 값, 범위, 정밀도, 필드 설명은 도 7과 같이 정의할 수 있다.HSMS is a protocol created to replace sesc-I and uses TCP/IP protocol instead of serial communication protocol. The protocol parameters of the HSMS and general values, ranges, precisions, and field descriptions of parameters can be defined as shown in FIG. 7 .

여기서, T3, T5, T6, T7, T8을 제외한 매개변수들은 TCP/UDP 연결 모델의 ip, port, active 속성에서 참조할 수 있으므로 생략 가능하다. 이 정보를 기반으로 HSMS 디바이스의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.Here, parameters other than T3, T5, T6, T7, and T8 can be omitted because they can be referred to in the ip, port, and active properties of the TCP/UDP connection model. Based on this information, unique attribute information of the HSMS device can be defined as follows.

Figure pat00008
Figure pat00008

1.4.4 MQTT1.4.4 MQTT

MQTT는 클라이언트와 MQTT 브로커(서버)간 보안 연동 시 인증이 필요하며 사용자명(username)과 비밀번호(password)를 기반으로 인증을 수행한다. 이 정보를 기반으로 MQTT 디바이스의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.MQTT requires authentication when secure interworking between a client and an MQTT broker (server), and authentication is performed based on a user name and password. Based on this information, unique attribute information of MQTT device can be defined as follows.

Figure pat00009
Figure pat00009

1.4.5 OPC UA1.4.5 OPC UA

OPC UA 역시 클라이언트와 서버간 보안 연동 시 인증이 필요하며 사용자명(username)과 비밀번호(password)를 기반으로 인증을 수행한다. 이 정보를 기반으로 OPC UA 디바이스의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.OPC UA also requires authentication when security interworking between the client and server, and authentication is performed based on a user name and password. Based on this information, unique attribute information of the OPC UA device can be defined as follows.

Figure pat00010
Figure pat00010

1.4.6 CoAP1.4.6 CoAP

CoAP 은 인증 없이 CoAP 서버와 클라이언트간 연동이 가능하며 UDP 연결 모델에 포함된 정보 이외의 디바이스 연결을 위한 추가적인 정보가 필요하지 않으므로 CoAP 디바이스의 고유 속성 정보는 정의하지 않는다.CoAP allows interworking between the CoAP server and the client without authentication and does not require additional information for device connection other than the information included in the UDP connection model, so the unique attribute information of the CoAP device is not defined.

2. 데이터 표준 정보 모델2. Data standard information model

데이터 표준 정보 모델은 디바이스가 생성하는 데이터의 기본적인 속성 정보를 나타내며 상위 운영 시스템에 의해 에지디바이스(130)가 상위 운영 시스템에 최초 연결되었거나 에지디바이스(130)에 새로운 디바이스가 연결되었을 때 에지디바이스(130)로 전송된다.The data standard information model indicates basic attribute information of data generated by the device. When the edge device 130 is first connected to the upper operating system by the upper operating system or when a new device is connected to the edge device 130, the edge device 130 ) is sent to

에지디바이스(130)는 데이터 표준 정보 모델을 기반으로 디바이스의 데이터 요청 메시지를 만들고 디바이스로부터 데이터를 수집할 수 있다. 데이터 표준 정보 모델과 연관된 모델들 간의 관계를 나타내는 클래스다이어그램을 도 8과 같이 정의할 수 있다.The edge device 130 may create a data request message of the device based on the data standard information model and collect data from the device. A class diagram representing a relationship between the data standard information model and related models may be defined as shown in FIG. 8 .

2.2 데이터 모델의 공통 속성 정보2.2 About common properties of data models

데이터 모델의 공통 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.Common property information of data model can be defined as follows.

Figure pat00011
Figure pat00011

2.3 데이터 모델의 데이터 변수 타입별 고유 속성 정보2.3 Unique property information for each data variable type of the data model

데이터 변수 모델의 데이터 변수 타입별 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다. 여기서 데이터 변수 타입은 주요 산업용 프로토콜 6종(Modbus, SECS-I, HSMS, MQTT, OPC UA, CoAP)을 포함하며, 데이터 수집에 필요한 정보 중 고정된 값이거나 연관된 모델에 의해 미리 정의되어 생략 가능한 정보를 제외한 나머지 정보를 데이터 변수 타입별 고유 속성 정보로 정의 한다.Property information for each data variable type of the data variable model can be defined as follows. Here, the data variable type includes 6 major industrial protocols (Modbus, SECS-I, HSMS, MQTT, OPC UA, CoAP), and is a fixed value among the information required for data collection or information that can be omitted as it is predefined by a related model The remaining information except for is defined as unique attribute information for each data variable type.

2.3.1 Modbus2.3.1 Modbus

Modbus의 데이터 요청 메시지 형식은 도 9와 같이 정의할 수 있다. 데이터 요청 메시지 필드 중 Function 필드는 메시지의 기능을 나타내며 Function 필드의 종류는 도 10과 같이 정의할 수 있다.The data request message format of Modbus can be defined as shown in FIG. 9 . Among the data request message fields, the Function field indicates the function of the message, and the type of the Function field can be defined as shown in FIG. 10 .

여기서, 정의된 필드 중 Start Address Hi, No. of Registers Hi 필드는 0으로 고정할 수 있고, Error Check, Trailer 필드는 호스트(에지디바이스)에서 정의할 수 있기 때문에 생략 가능하다. 이 정보를 기반으로 Modbus 데이터의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.Here, among the defined fields, Start Address Hi, No. The of Registers Hi field can be fixed to 0, and the Error Check and Trailer fields can be defined in the host (edge device), so it can be omitted. Based on this information, the unique property information of Modbus data can be defined as follows.

Figure pat00012
Figure pat00012

2.3.2 SECS-I2.3.2 SECS-I

SECS-I 의 데이터 요청 메시지 형식과 필드 정보는 도 11과 같이 정의할 수 있다. 여기서, 정의된 필드 중 Device ID 는 SECS-I 디바이스 모델의 deviceid 속성에서 참조 할 수 있고, R과 W 는 각각 0(host->equipment)과 1(Reply Message 있음)로 고정할 수 있으며, block number, system byte 는 호스트(에지디바이스)에서 설정할 수 있으므로 생략 가능하다. 이 정보를 기반으로 SECS-I 데이터의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.The data request message format and field information of SECS-I may be defined as shown in FIG. 11 . Here, among the defined fields, Device ID can be referred to in the deviceid attribute of the SECS-I device model, R and W can be fixed to 0 (host->equipment) and 1 (Reply Message), respectively, and block number , system byte can be set in the host (edge device), so it can be omitted. Based on this information, unique attribute information of SECS-I data can be defined as follows.

Figure pat00013
Figure pat00013

messageid를 구성하는 stream, function 코드의 종류(예시)는 도 12와 같이 정의할 수 있다.Types (examples) of stream and function codes constituting messageid can be defined as shown in FIG. 12 .

2.3.3 HSMS2.3.3 HSMS

HSMS의 데이터 요청 메시지 형식과 필드 정보는 도 13과 같이 정의할 수 있다. 여기서, 정의된 필드 중 Ptype을 0(SECS-II 메시지 인코딩), Stype을 0(데이터 메시지)으로 고정할 수 있고, system byte 는 호스트(에지디바이스)에서 설정할 수 있으므로 생략 가능하다. 이 정보를 기반으로 HSMS 데이터의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.The data request message format and field information of the HSMS can be defined as shown in FIG. 13 . Here, among the defined fields, Ptype can be fixed to 0 (SECS-II message encoding) and Stype can be fixed to 0 (data message), and system byte can be set in the host (edge device), so it can be omitted. Based on this information, unique attribute information of HSMS data can be defined as follows.

Figure pat00014
Figure pat00014

2.3.4 MQTT2.3.4 MQTT

MQTT는 도 14와 같이 Publishing 클라이언트가 특정 토픽(topic)과 데이터를 발행(Publish) 하면 해당 토픽을 구독(Subscribe) 중인 Subscribing 클라이언트가 브로커를 통해 해당 데이터를 수신하는 동작 구조이다.MQTT is an operation structure in which when a publishing client publishes a specific topic and data, as shown in FIG. 14, a subscribing client subscribing to the topic receives the data through a broker.

MQTT는 데이터 신뢰도(Reliability)를 위해 QoS를 3단계로 구분하여 기본 QoS 는 0이며 QoS 가 높을수록 데이터 신뢰도가 높음을 의미한다. 이 정보를 기반으로 MQTT 데이터의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.MQTT divides QoS into three stages for data reliability. The basic QoS is 0, and the higher the QoS, the higher the data reliability. Based on this information, unique attribute information of MQTT data can be defined as follows.

Figure pat00015
Figure pat00015

2.3.5 OPC UA2.3.5 OPC UA

OPC UA는 데이터 통신을 할때 도 15와 같이 서버/클라이언트 구조와 Pub/Sub 구조 모두 지원한다. 서버/클라이언트 구조의 경우 클라이언트가 서버에 데이터를 요청함으로써 서버로부터 데이터를 수신할 수 있고 Pub/Sub 구조의 경우 MQTT 와 마찬가지로 Topic 을 Subscribe 함으로써 데이터를 수신할 수 있지만 QoS 는 지원하지 않는다. 이 정보를 기반으로 OPC UA 데이터의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.When performing data communication, OPC UA supports both the server/client structure and the Pub/Sub structure as shown in FIG. 15 . In the case of the server/client structure, the client can receive data from the server by requesting data from the server. In the case of the Pub/Sub structure, data can be received by subscribing to the topic like MQTT, but QoS is not supported. Based on this information, unique attribute information of OPC UA data can be defined as follows.

Figure pat00016
Figure pat00016

2.3.6 CoAP2.3.6 CoAP

CoAP의 데이터 요청 메시지 형식과 필드 정보는 도 16과 같이 정의할 수 있다. 여기서, v는 01(현재 고정된 버전), code는 01(GET을 나타내는 메소드)로 고정할 수 있고 TKL, Message ID, Token 은 모두 호스트(에지디바이스)에서 정의할 수 있으므로 생략 가능하다. 이 정보를 기반으로 CoAP의 데이터의 고유 속성 정보를 다음과 같이 정의할 수 있다.The CoAP data request message format and field information may be defined as shown in FIG. 16 . Here, v can be fixed as 01 (currently fixed version) and code as 01 (method indicating GET), and TKL, Message ID, and Token can all be defined in the host (edge device), so they can be omitted. Based on this information, unique attribute information of CoAP data can be defined as follows.

Figure pat00017
Figure pat00017

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.On the other hand, it goes without saying that the technical idea of the present invention can also be applied to a computer-readable recording medium containing a computer program for performing the functions of the apparatus and method according to the present embodiment. In addition, the technical ideas according to various embodiments of the present invention may be implemented in the form of computer-readable codes recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be any data storage device readable by the computer and capable of storing data. For example, the computer-readable recording medium may be a ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, hard disk drive, or the like. In addition, the computer-readable code or program stored in the computer-readable recording medium may be transmitted through a network connected between computers.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims In addition, various modifications may be made by those of ordinary skill in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

110 : 산업용 IoT 센서
120 : 장비 및 생산 설비
130 : 에지디바이스
140 : 상위 시스템
110: industrial IoT sensor
120: equipment and production equipment
130: edge device
140: upper system

Claims (8)

에지디바이스가, 상위 운영 시스템으부터 디바이스 정보 모델을 수신하는 제1 수신단계;
에지디바이스가, 상위 운영 시스템으부터 데이터 정보 모델을 수신하는 제2 수신단계;
에지디바이스가, 수신한 디바이스 정보 모델과 데이터 정보 모델을 기반으로, 디바이스로부터 데이터를 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
a first receiving step of receiving, by the edge device, a device information model from an upper operating system;
a second receiving step in which the edge device receives the data information model from the upper operating system;
The edge device, based on the received device information model and data information model, collecting data from the device; device interworking method comprising: a.
청구항 1에 있어서,
디바이스 정보 모델은,
디바이스 연결에 필요한 정보, 디바이스의 속성 정보, 디바이스 데이터 수집에 요구되는 속성 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
The method according to claim 1,
The device information model is
Device interworking method, characterized in that it includes information required for device connection, device attribute information, and attribute information required for device data collection.
청구항 2에 있어서,
디바이스 정보 모델은,
다바이스 ID, 프로토콜 타입, 연결 모델, 데이터 모델 리스트, 연결 상태, 상태 및 에러 메시지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
3. The method according to claim 2,
The device information model is
Device ID, protocol type, connection model, data model list, connection status, device interworking method, characterized in that it includes a status and error message.
청구항 3에 있어서,
연결 모델의 세부 정보는,
디바이스가 이용하는 프로토콜에 따라 정의되는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
4. The method according to claim 3,
The details of the connection model are:
Device interworking method, characterized in that it is defined according to the protocol used by the device.
청구항 1에 있어서,
데이터 정보 모델은,
데이터 ID, 데이터 형식, 데이터 배열 개수, 데이터 값, 데이터 최소값, 데이터 최대값, 데이터 기본값, 데이터의 단위, 샘플링 시간, 데이터 변수 타입 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
The method according to claim 1,
The data information model is
A device interworking method comprising at least one of data ID, data format, number of data arrays, data value, data minimum value, data maximum value, data default value, data unit, sampling time, and data variable type.
청구항 5에 있어서,
데이터 정보 모델의 데이터 변수 타입별 고유 속성 정보는,
디바이스가 이용하는 프로토콜에 따라 정의되는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
6. The method of claim 5,
The unique property information for each data variable type of the data information model is,
Device interworking method, characterized in that it is defined according to the protocol used by the device.
청구항 1에 있어서,
제1 수신단계 및 제2 수신단계는,
엣지디바이스에 디바이스가 새로 연결된 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 디바이스 연동 방법.
The method according to claim 1,
The first receiving step and the second receiving step,
A device interworking method, characterized in that it is performed when a device is newly connected to an edge device.
스마트 공장에 설치된 디바이스; 및
상위 운영 시스템으부터 디바이스 정보 모델과 데이터 정보 모델을 수신하여, 수신한 디바이스 정보 모델과 데이터 정보 모델을 기반으로 디바이스로부터 데이터를 수집하는 엣지디바이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 수집 시스템.
devices installed in smart factories; and
An edge device that receives the device information model and the data information model from the upper operating system, and collects data from the device based on the received device information model and data information model; Data collection system comprising a.
KR1020190156034A 2019-11-28 2019-11-28 Edge Device for Interworking with Heterogeneous Legacy Protocols in Smart Factory KR20210066595A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023003962A1 (en) * 2021-07-20 2023-01-26 Numurus LLC Smart edge platform for edge devices and associated systems and methods

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