KR101970715B1 - 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템 - Google Patents

스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템 Download PDF

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이승호
곽동훈
이원복
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한밭대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에 관한 것으로, 스마트 팩토리의 복수개의 설비로부터 데이터를 수신하는 통신부; 그리고, 상기 통신부가 수신한 상기 데이터의 프로토콜을 설정된 프로토콜로 변환하고, 상기 데이터의 송수신 시간을 기록하여 메모리에 저장하였다가 네트워크 또는 시스템의 에러 이후 복구시 저장한 데이터를 상기 복수개의 설비 또는 외부의 서버로 전송하고, 상기 데이터의 송수신 시간을 Real Time으로 동기화하는 처리를 수행하는 메인 제어부;를 포함한다. 이로 인해, 스마트 팩토리에 설치된 기기가 서로 다른 프로토콜을 갖더라도 각 기기에서 발생하는 데이터를 다른 기기에서 신뢰성 있게 송수신할 수 있어, 스마트 팩토리의 생산성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Description

스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템{DATA COMMUNICATION SYSTEM BETWEEN DEVICE WITH HETEROGENEOUS PROTOCOL IN SMART FACTORY}
본 발명은 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에 관한 것으로, 자세하게는, 스마트 팩토리에서 장비간 서로 다른 프로토콜로 데이터 통신을 수행하더라도 메인 장치에서 데이터를 취합 및 통신할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
생산을 기반으로 하는 산업현장에서, 스마트 팩토리는 생산 조건 변화, 재고 위치 변경 등과 같은 생산관련 변화를 감지하고, 감지된 생산 현황 변화에 대해 자율적으로 판단 및 조치를 유기적으로 수행할 수 있도록 하는 제어 기능을 요구로 하고 있다.
그러나, 국내 산업현장에서 사용되고 있는 설비들이 서로 다른 제조업체에서 생산됨에 따라 서로 다른 프로토콜을 갖거나, 동종의 프로토콜을 갖더라도 폐쇄형 통신으로 구현됨에 따라, 현장 내에 설치된 여러 설비에서 발생된 데이터를 상호 송수신하는 데 어려움이 있고, 현장 내 설비를 정밀 제어하는 데 어려움이 있다.
이에 따라, 산업현장에 스마트 팩토리의 구현을 위해, 현장에 설치되는 기기가 서로 다른 프로토콜을 갖더라도 각 기기에서 생성된 데이터를 통합 관리할 수 있는 통신 시스템이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1601141(플랫폼을 이용한 사물 인터넷 시스템)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스마트 팩토리에서 서로 다른 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신을 통합하여, 스마트 팩토리에서 발생하는 데이터를 효율적으로 이용하여, 산업현장의 신뢰성 향상 및 스마트 팩토리의 생산량을 향상하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에 있어서, 스마트 팩토리의 복수개의 설비로부터 데이터를 수신하는 통신부; 그리고, 상기 통신부가 수신한 상기 데이터의 프로토콜을 설정된 프로토콜로 변환하고, 상기 데이터의 송수신 시간을 기록하여 메모리에 저장하였다가 네트워크 또는 시스템의 에러 이후 복구시 저장한 데이터를 상기 복수개의 설비 또는 외부의 서버로 전송하고, 상기 데이터의 송수신 시간을 Real Time으로 동기화하는 처리를 수행하는 메인 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 제어부는 OPC UA 프로토콜 게이트웨이를 포함하여 상기 통신부가 수신한 복수개의 데이터가 서로 다른 프로토콜을 갖는 데이터를 OPC UA 프로토콜로 변환하는 것을 특징으로 한다.
상기 OPC UA 프로토콜 게이트웨이는 Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol 또는 CAN 프로토콜을 OPC UA 프로토콜로 변환하여, 상위의 ERP, MES, SCADA, HMI, PLC의 시스템에 연동되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 제어부는 데이터의 송수신 시간을 Time Stamping으로 기록하여 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리에 저장하는 NTP&PTP 통신 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 NTP&PTP 통신 프로토콜은 상기 Time Stamping을 통한 데이터 처리로부터 데이터의 응답 시간을 관리하고, 네트워크 내 링크 에러 또는 응답하지 않는 설비를 관리하여 결과를 상위의 처리장치 또는 외부의 서버로 보고하는 것을 특징으로 한다.
상기 NTP&PTP 통신 프로토콜은 상기 복수개의 설비로부터 수신된 데이터에, 데이터 수신시간을 태그로 추가하여 기록하는 것을 특징으로 한다.
상기 NTP&PTP 통신 프로토콜은 상기 복수개의 설비에서 송신한 데이터에 태그로서 포함된, 데이터 송신시간을 기록하는 것을 특징으로 한다.
상기 NTP&PTP 프로토콜은 IEEE 표준 1558을 지원하는 프로토콜로 구현되어 PTP4l로 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 제어부는 데이터의 송수신 시간을 Real Time으로 동기화하는 처리를 위해, 동기화 신호와 팔로업 신호, 그리고 지연 요청 및 지연 응답 신호를 이용하여 오프셋을 산출하여 데이터 송수신 시간을 동기화 처리하는 Real Time 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 Real Time 프로토콜은 데이터를 송신하는 장치와 데이터를 수신하는 장치간 발생하는 지연시간의 총 합을 지연시간이 발생한 횟수로 나누어, 상기 데이터를 송신하는 장치 및 상기 데이터를 수신하는 장치간 오프셋으로 설정함으로써, 상기 데이터를 송신하는 장치 및 상기 데이터를 수신하는 장치간 시간을 Real Time으로 동기화하는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징에 따르면, 본원 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템은, 메인 통신 시스템이 복수 개의 프로토콜을 갖는 데이터를 수신하여 이로부터 실제 데이터를 추출하는 구조로 형성되어, 복수 개의 프로토콜을 갖는 기기간 발생한 데이터를 중계할 수 있으므로, 스마트 팩토리에 설치된 기기가 서로 다른 프로토콜을 갖더라도 각 기기에서 발생하는 데이터를 다른 기기에서 신뢰성 있게 송수신할 수 있어, 스마트 팩토리의 생산성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템 및 이를 포함하는 플랫폼을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 프로토콜을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에서 프로토콜 중 OPC UA 프로토콜의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에서 프로토콜 중 리얼타임 동기화 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 통신부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 신호 처리부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 전원부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 메인 제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 임베디드 보드의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템 및 이를 포함하는 플랫폼을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 프로토콜을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에서 프로토콜 중 OPC UA 프로토콜의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템에서 프로토콜 중 리얼타임 동기화 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 통신부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 신호 처리부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 전원부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 메인 제어부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템의 임베디드 보드의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에서, 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신시스템(100)은 통신부(110), 신호 처리부(120), 전원부(130), 메인 제어부(140)를 포함한다.
이때, 본 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템(100)(이하, 명세서 상에서 본 시스템이라 혼용 기재함.)이 본 시스템(100)을 포함하는 플랫폼에 구현됨에 있어서, 본 시스템(100)은 설비(10, 20, 50)들로부터 데이터를 수신하거나 설비(10, 20, 50)들로 데이터를 송신하며, 처리결과를 서버(200)로 송신하거나 서버(200)로부터 데이터 또는 신호를 수신한다.
본 시스템(100)은 스마트 팩토리에 설치된 설비들 간의 통신을 중계하는 통신 시스템으로서, 산업현장 내에 설치되며, 도 1에 도시한 것처럼, 제1 설비(10), 제2 설비(20), …, 제n 설비(50)와 각각 연결되어 위치한다.
본 시스템(100)에 연결되는 설비(10, 20, 50)은 복수 개로 구비될 수 있고, 제1 설비(10), 제2 설비(20), …, 제n 설비(50)의 개수는 한정하지 않으며, 본 시스템(100)과는 무선통신 또는 유선통신을 통해 연결될 수 있다.
이때, 설비(10, 20, 50)들은 스마트 팩토리와 같이 산업현장에서 생산 활동을 수행하는 기계 또는 기타 관련 설비로서, 본 시스템(100)과 통신을 수행하기 위한 통신모듈을 각각 포함하여 형성된다.
한 예에서, 설비(10, 20, 50)들은 각 설비(10, 20, 50)에서 수집된 데이터 또는 상태 데이터를 통신모듈을 통해 본 시스템(100)으로 전달할 수 있고, 각 설비(10, 20, 50)의 통신모듈을 통해 본 시스템(100)에서 생성된 데이터 또는 처리신호를 입력받을 수 있으며, 이때, 설비(10, 20, 50)들에 구비되는 통신모듈의 통신 프로토콜을 한정하지는 않는다.
그리고, 도 1을 참조하는 본 시스템(100)을 포함하는 플랫폼에서, 서버(200) 또한 본 시스템(100)과 통신을 수행하기 위한 통신모듈을 각각 포함할 수 있으며, 서버(200)가 포함하는 통신모듈의 통신 프로토콜을 한정하지는 않는다.
서버(200)는 본 시스템(100)이 설치되는 산업현장에 구비되는 서버일 수 있으나, 다른 한 예에서, 산업현장이 아닌 원격의 서버일 수 있으며, 이를 한정하지는 않는다.
이와 같이, 설비(10, 20, 50)들과 서버(200)에 각각 연결되는 본 시스템(100)의 프로토콜 구조(101)를 도 2를 참고로 하여 설명하면, 본 시스템(100)의 프로토콜 구조(101)는 OPC UA(111)와 NTP&PTP(121), 그리고 Real Time 동기화(131) 구조와 같이 다중 프로토콜 규격을 포함하는 구조로 형성된다.
OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture)(111)는 도3에 도시한 계층 구조로 형성되는 통신 프로토콜로서, OPA US 기본층(Basis)은 웹서비스와 OPC UA Binary를 포함하는 전달부(Transport)와, 모델링 규칙을 구비하는 OPC UA 데이터 모델을 포함하고, 기본 서비스층(Base Services)은 OPC UA 기본 서비스를 포함한다. 그리고, OPC 정보 모델층(OPC Information Model)은 데이터 접근(DA; Data Access) 정보, 경고 및 상태(AC; Alarm&Conditions) 정보, 히스토리 데이터 접근(HA; History data Access) 정보, 그리고 프로그래밍(Prog; Programming) 정보를 포함하고, IEC(국제전기표준회의), ISA(International Society of Automation), EDDL(Electronic Device Description Language) 등의 규격층은 다른 기관들에서의 정보 모델들의 상세정보를 포함하며, 최상위층에서는 특별 확장 공급 정보 등을 포함한다.
이러한 OPC UA 통신 프로토콜의 계층 구조는 종래에 알려진 OPC UA 계층구조로 적용 또는 시스템별 설계 변경될 수 있으며, 본 시스템(100)에서 적용되는 OPC UA 통신 프로토콜의 계층별 구조를 한정하지는 않는다.
이때, OPC UA 서버(1111)와 OPC UA 클라이언트(1112)를 포함하여 형성되고, OPC UA 서버(1111)와 OPC UA 클라이언트(1112)가 서로 연계 동작하는데, OPC UA 서버(1111)는 채널 및 세션 생성 기능, 속성(Attributes)의 읽기, 설정, 검색 및 가져오기 기능, 경로와 노드 ID 를 통한 노드 찾기 기능, 특성(Spec)에 따른 주소(Address) 공간의 자동 생성 기능, 주소 공간에 노드를 추가하는 기능, 노드 제거 기능, 채널 및 세션에 클라이언트의 연결을 허용하는 기능, 동기화 읽기 및 비동기화 읽기 기능을 포함한다.
그리고, OPC UA 클라이언트(1112)는 OPC UA 서버(1111)로의 접속과 채널 및 세션의 연결 기능, 속성의 값을 읽고 검색하는 기능, 경로 및 노드 ID를 통한 노드 가져오기 기능, 서브스크립션(Subscription)을 생성하는 기능, 데이터가 변화된 대상을 서브스크라이빙(Subscribing)하는 기능, 노드 추가 기능, 노드 제거 기능, 그리고 동기화 읽기 및 비동기화 읽기 기능을 포함한다.
이러한 구조를 갖는 OPC UA 서버(1111)의 데이터는 SQL을 통해 별도의 데이터베이스 서버 또는 저장공간으로 저장될 수 있다.
본 시스템(100)이 OPC UA 통신 프로토콜(111)을 포함하는 구조를 가짐에 따라, 설비(10, 20, 50)들로부터 서로 다른 프로토콜 규격을 갖는 데이터들이 수신되더라도 데이터를 추출할 수 있고, 연결된 설비가 어떤 프로토콜로 형성되어 있는지 노드로 설정하고 해당 정보를 저장하여 관리할 수 있어, 스마트 팩토리에 포함되는 설비들이 서로 다른 프로토콜 규격을 갖더라도 정보 취합 및 각 설비를 제어하는 데 유연하게 동작할 수 있도록 한다.
그리고, 다시 도 2를 참조하여 본 시스템(100)이 포함하는 프로토콜 구조(101) 중 또 다른 프로토콜 구조를 계속해서 설명하면, 본 시스템(100)은 NTP&PTP 통신 프로토콜(121)을 포함하는데, NTP(Network Time Protocol) 프로토콜은 컴퓨터 시스템간 시간 동기화를 위한 네트워크 프로토콜이고, PTP(Precision Time Protocol)은 하드웨어 기반의 Time Stamping을 가능하게 하는 프로토콜로서, 설비(10, 20, 50)들과 본 시스템(100)간의 네트워크에서 정밀한 시간 동기화를 구현하는 프로토콜이다.
NTP&PTP 통신 프로토콜(121)의 Time Stamping을 통한 데이터 획득 처리로부터, 수집된 데이터에 Time Stamp를 기록 및 관리하여 데이터의 응답 시간을 관리할 수 있고, 이에 따라, 네트워크 내 링크 에러 또는 응답하지 않는 설비를 관리할 수 있어 설비 관리의 기능 및 그 결과를 상위에 보고할 수 있어 네트워크 및 시스템의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
이러한 NTP&PTP 통신 프로토콜(121)은 본 시스템(100)이 외부의 서버(200)에 연결되지 않은 경우에도 설비(10, 20, 50)들 사이에서 시간을 동기화하여 본 시스템(100)이 서버(200)에 연결되지 않음으로 발생할 수 있는 데이터 손실 등을 방지할 수 있다.
한 예에서, 데이터를 수신하는 장치(Slave)는 로컬 타임과 마스터 클럭 사이의 시간 차이(지연; Delay)를 단계적으로 2ms 이내에 적응하도록 구성될 수 있다.
NTP&PTP 통신 프로토콜(121)은 IEEE 표준 1558을 지원하는 프로토콜로 구현될 수 있고, 이때, PTP의 구현의 일예로서, PTP4l은 PTP클럭(Ordinary Clock) 및 바운더리 클럭(Boundary Clock)을 포함하여 구현될 수 있다. PTP4l은 또한, 하드웨어 time stamping 및 소프트웨어 time stamping, 그리고, 지연 요청-응답과 피어(Peer) 지연 메커니즘을 포함하고, 이더넷, UDP IPv4, UDP IPv6 네트워크 전송 규격으로 구현되어 디바이스가 클럭 정보를 전송하고 네트워크의 다른 클럭 정보를 수신하는 BMC(Best Master Clock) 알고리즘을 구현한다.
그리고 이때, NTP&PTP 통신 프로토콜(121)은 로컬 컴퓨팅 시스템 및 디바이스들의 클럭 동기화 기능을 지원한다.
그리고, 본 실시예의 시스템(100)의 프로토콜 구조(101)는 Real Time 동기화(131)를 위한 구조를 더 포함하는데, 이는, 본 시스템(100)이 설비(10, 20, 50)들로부터 데이터를 수신하는 시간 또는 본 시스템(100)에서 설비(10, 20, 50)들로 데이터를 송신함에 있어서, 데이터를 송신하는 장치(Master)와 데이터를 수신하는 장치(Slave) 간의 시간을 동기화하는 프로토콜로서, 시간 동기화 흐름을 도 4에 도시한 실시예와 같이 구현할 수 있다.
도 4를 참고로 하여, 시간 동기화 흐름의 일 예를 설명하면, A 흐름에서, 데이터를 송신하는 장치(Master)가 데이터를 수신하는 장치(Slave)로 동기화 신호를 Master Time에서 100초에 송신하고 이의 확인신호인 팔로업 신호를 Master Time에서 101초에 송신하되 동기화 신호를 송신한 Master Time의 시간(100초) 정보를 송신하는 경우, 데이터를 수신하는 장치(Slave)는 이들 신호를 Slave Time에서 82초 및 83초에 각각 수신하게 되므로, 데이터를 수신하는 장치(Slave)는 신호를 수신한 시간(82초)과 수신된 신호에 포함된 Master Time의 시간정보(100초)를 이용하여 100에서 82를 감하여 Offset을 +18로 산출하고, 데이터를 수신하는 장치(Slave)에서 팔로업 신호를 최종적으로 수신한 Slave Time(83초)에 산출된 오프셋을 계산하여 오프셋 정정된 시간(Offset Corrected Time)을 산출한다.
이와 같이, A 흐름에서 오프셋이 설정된 이후, B 흐름에서, 데이터를 송신하는 장치(Master)에서 Master Time 상 105초에 동기화 신호를 105초의 정보를 포함시켜 송신하고 뒤이어 Master Time 상 106초에 팔로업 신호를 송신하였으나 데이터를 수신하는 장치(Slave)에서 Slave Time 상 108초에 이를 수신하는 경우, Master-to-Slave Delay가 2초 발생한 것으로 간주한다.
그리고, C 흐름에서, 데이터를 수신하는 장치(Slave)가 Slave Time 상 110초에 지연 요청(Delay Request) 신호를 데이터를 송신하는 장치(Master)로 송신하여 데이터를 송신하는 장치(Master)가 이를 Master Time 상 112초에 수신하는 경우, Slave-to-Master Delay가 2초 발생한 것으로 간주한다. 또한, 이때, 데이터를 송신하는 장치(Master)가 지연 응답(Delay Response) 신호를 Master Time 상 113초에 데이터를 수신하는 장치(Slave)로 송신하여 데이터를 수신하는 장치(Slave)가 이를 Slave Time 상 115초에 수신한다.
이에 따라, Slave Time 상 106초에는 Master-to-Slave Delay가 발생한 것으로 간주되기 이전이므로 Master-to-Slave Delay가 0의 값을 가지나, Slave Time 상 113초에서는 한 번의 Master-to-Slave Delay 및 한 번의 Slave-to-Master Delay가 각각 2초씩 발생한 것으로 간주되므로 Slave-to-Master Delay 값이 4로 간주되게 되어, Master Time의 117초는 지연 발생 총 시간을 지연 발생 횟수로 나누어 2로 정정된 값으로 가감되어, Slave Time에서는 117초로 간주된다.
이처럼, Real Time 동기화 프로토콜(131)을 토대로, 본 시스템(100)이 여러 설비(10, 20, 50)들로부터 데이터를 수신한 시간 및 데이터를 송신한 시간의 지연을 상쇄하여, 설비간 데이터를 송수신함에 있어서 실제 데이터 송수신 시간을 감안할 수 있게 되어 시간 동기화 데이터 송수신 또는 설비 제어 등에 있어서 정밀 처리를 가능케 하는 효과가 있다.
본 시스템(100)의 통신 프로토콜(101)이 이러한 구조를 가짐에 따라, 본 시스템(100)은 산업현장에서 사용되는 다양한 프로토콜, 즉, 설비(10, 20, 50)들이 사용하는 프로토콜, 일 예로서, Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol, CAN(Controller Area Network) 프로토콜 등을 OPC UA 프로토콜로 변환할 수 있는 프로토콜 게이트웨이를 포함하여 형성될 수 있다.
이처럼, 본 시스템(100)이 OPC UA 프로토콜 게이트웨이를 포함함에 따라, 여러 종류의 프로토콜을 통해 수신된 데이터들이 상위의 ERP(Enterprrise Resources Planning), MES(Manufacturing Execution System Shop Floor), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), HMI(Human Machine Interface), PLC(Power Line Communication) 등의 관리시스템과 용이하게 연동될 수 있다.
그리고 이때, 본 시스템(100)은 서로 다른 종류의 프로토콜을 연동하는 터널링(Tunneling)을 수행하는 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 한 예에서, 본 시스템(100)은 설비(10, 20, 50)가 네트워크 내 연결이 불능되거나 서버(200)와의 연결이 끊어지는 등의 네트워크 내 오류에 의해 데이터 전송 지연 또는 데이터 손실이 발생하는 것을 방지하기 위해, 설비(10, 20, 50)들로부터 생성된 데이터를 수신할 때 데이터 수신 일시를 태그(Tag) 형식으로 추가하여 확장 메모리 영역에 임시로 보관하거나, 장시간 데이터 전송 지연에 대비하여 데이터 수신 일시를 태그 형식으로 추가한 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다.
이때, 네트워크가 재가동되거나 서버(200)와 재연결되었을 때, 재전송 및 동기화 프로토콜을 통해 휘발성의 확장 메모리 또는 비휘발성 메모리에 저장해둔 데이터를 전송하여 데이터 손실을 최소화하여, 스마트 팩토리 내 데이터 신뢰성을 향상할 수 있다.
한 예에서, 데이터에 일시를 태그로 추가하는 경우, 본 시스템(100)뿐만 아니라, 설비(10, 20, 50)에서 데이터를 생성할 때 데이터 생성 시간을 태그로 추가할 수 있으며, 이를 한정하지는 않아야 할 것이다.
본 시스템(100)의 통신부(110)는 본 시스템(100)의 프로토콜 구조(101)에 따라, 설비(10, 20, 50)들로부터 데이터를 수신하거나 설비(10, 20, 50)로 데이터 또는 제어신호를 송신하거나, 또는, 서버(200)로 데이터를 송신 또는 서버(200)로부터 제어신호를 수신하는 통신모듈로서, 도 5에 도시한 구조로 형성될 수 있으며, 유선통신모듈, 무선통신모듈을 포함하여 구현될 수 있다.
도 5에 도시한 것처럼, 본 시스템(100)의 통신부(110)는 프로토콜 변환부(PROTOCOL INVERTER)를 포함하여, 유선 통신 프로토콜로부터 수신한 데이터를 LAN 무선통신 또는 WIFI 무선통신으로 변환할 수 있다.
그리고, 본 시스템(100)의 신호 처리부(120)는 설비(10, 20, 50)로부터 수신한 디지털 또는 아날로그 신호를 처리하거나, 수신한 데이터를 알고리즘을 이용하여 처리하는 부분으로서, 도 6에 도시한 구조로 형성될 수 있다.
한 예에서, 본 시스템(100)의 전원부(130)는 도 7에 도시한 구조로 형성될 수 있고, 전원 관리부(Power Management)를 포함하여 형성될 수 있다. 이때, 전원부(130)는 본 시스템(100)에 안정적인 전원을 제공하기 위해 리튬이온 배터리를 보조 전원으로 포함하도록 구현되어, 산업현장에 설치되는 다양한 설비(10, 20, 50)들의 전원이 차단되더라도 설비(10, 20, 50)들의 상태를 서버(200)로 전송하는 데 사용된다.
도면에 도시하지는 않았으나, 전원부(130)는 보호회로 등을 더 포함하여 구현될 수 있다.
본 시스템(100)의 메인 제어부(140)는 프로토콜 구조(101)가 구현되고 설비(10, 20, 50)들로부터 전달받은 데이터를 처리하여 서버(200)로 전달하거나 서버(200)로부터 전달받은 신호를 적절하게 설비(10, 20, 50)로 전달하는 처리를 수행하는 부분으로서, 도 8의 구조로 구현될 수 있다.
한 예에서, 본 시스템(100)은 도 9에 도시한 것처럼 임베디드 보드에 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 9를 참고로 하여 설명한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템(100)이 서로 다른 설비(10, 20, 50)들로부터 서로 다른 통신 프로토콜을 갖는 데이터를 수신하더라도 프로토콜 변환을 통해 데이터를 추출 및 처리할 수 있고, 데이터 송수신 시간 동기화를 통해 산업현장에서 설비(10, 20, 50)간 발생할 수 있는 비동기화 또는 데이터 송수신 오류를 예방할 수 있으며, 설비(10, 20, 50)들로부터의 데이터 수신 또는 서버(200)로의 데이터 송신시 데이터의 손실을 예방할 수 있어 스마트 팩토리의 신뢰성이 향상되고, 스마트 팩토리에서 이종 프로토콜을 갖는 기기를 포함하더라도 시스템을 유연하게 가동할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10, 20, 50 : 설비
100 : 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템
101 : 프로토콜 구조 110 : 통신부
111 : OPC UA 통신 프로토콜 112 : NTP&PTP 통신 프로토콜
120 : 신호 처리부 130 : 전원부
131 : Real Time 동기화 140 : 메인 제어부
200 : 서버

Claims (10)

  1. 스마트 팩토리의 복수개의 설비로부터 데이터를 수신하는 통신부; 그리고,
    상기 통신부에서 수신한 상기 데이터의 프로토콜을 설정된 프로토콜로 변환하고, 상기 데이터의 송수신 시간을 Time Stamping으로 기록하여 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리에 저장하며, 상기 데이터에 데이터 수신시간을 태그로 추가하여 기록하였다가, 상기 설비가 네트워크 내 연결이 불능되거나 서버와의 연결이 끊어지는 네트워크 내 오류 이후 네트워크 재가동 또는 서버와 재연결되는 복구시, 저장한 데이터를 상기 복수개의 설비 또는 외부의 서버로 전송하고, 상기 데이터의 송수신 시간을 Real Time으로 동기화하는 처리를 수행하는 메인 제어부;
    를 포함하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 OPC UA 프로토콜 게이트웨이를 포함하여 상기 통신부가 수신한 복수개의 데이터가 서로 다른 프로토콜을 갖는 데이터를 OPC UA 프로토콜로 변환하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 OPC UA 프로토콜 게이트웨이는 Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol 또는 CAN 프로토콜을 OPC UA 프로토콜로 변환하여, 상위의 ERP, MES, SCADA, HMI, PLC의 시스템에 연동되는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 상기 Time Stamping을 통한 데이터 처리로부터 데이터의 응답 시간을 관리하고, 네트워크 내 링크 에러 또는 응답하지 않는 설비를 관리하여 결과를 상위의 처리장치 또는 외부의 서버로 보고하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 상기 복수개의 설비에서 송신한 데이터에 태그로서 포함된, 데이터 송신시간을 기록하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 IEEE 표준 1558을 지원하는 프로토콜로 구현되어 PTP4l로 구현되는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는 데이터의 송수신 시간을 Real Time으로 동기화하는 처리를 위해, 동기화 신호와 팔로업 신호, 그리고 지연 요청 및 지연 응답 신호를 이용하여 오프셋을 산출하여 데이터 송수신 시간을 동기화 처리하는 Real Time 프로토콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 Real Time 프로토콜은 데이터를 송신하는 장치와 데이터를 수신하는 장치간 발생하는 지연시간의 총 합을 지연시간이 발생한 횟수로 나누어, 상기 데이터를 송신하는 장치 및 상기 데이터를 수신하는 장치간 오프셋으로 설정함으로써, 상기 데이터를 송신하는 장치 및 상기 데이터를 수신하는 장치간 시간을 Real Time으로 동기화하는 것을 특징으로 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜을 갖는 기기간 데이터 통신 시스템.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102022219B1 (ko) * 2019-05-22 2019-09-18 주식회사 삼화일렉트릭 반도체 제조설비와 부대설비의 운영 파라미터 중계장치
KR102085655B1 (ko) * 2019-06-17 2020-03-06 김혜리 전력선 통신 게이트웨이를 이용한 산업용 plc 연동 및 스마트 팩토리 설비 원격 모니터링 시스템 및 이를 이용한 a/s 유지보수 방법
KR102177603B1 (ko) * 2019-07-17 2020-11-18 주식회사 시그아이 다중 인터페이스를 이용 가능한 저전력 무선 센서노드 및 멀티 프로토콜 게이트웨이
KR20210010157A (ko) 2019-07-19 2021-01-27 주식회사 유토비즈 존마스터를 이용한 산업공정용 iot 및 비iot 모듈의 그룹운영기반 스마트 팩토리 시스템 및 그 운영 방법
KR20210039805A (ko) 2019-10-02 2021-04-12 주식회사 유토비즈 존마스터를 이용한 산업공정용 iot 및 비iot 모듈의 그룹운영을 위한 관리플랫폼을 구비한 스마트 팩토리 관리시스템
KR102242676B1 (ko) * 2020-12-04 2021-04-21 주식회사 주빅스 스마트폰을 이용한 산업용 게이트웨이 원격관리시스템
CN112714105A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 国网浙江省电力有限公司温州供电公司 一种嵌入式opc ua协议转换系统
KR102348545B1 (ko) * 2021-10-27 2022-01-10 이대성 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템
CN114465839A (zh) * 2020-11-09 2022-05-10 财团法人工业技术研究院 基于Modbus的信息转译装置、方法、系统及记录介质
KR102417752B1 (ko) * 2021-11-09 2022-07-06 (주)유니스소프트 산업 제어 시스템에서의 ai 기반 위협 탐지 시스템 및 그 방법
JP2022549735A (ja) * 2019-09-30 2022-11-28 華為技術有限公司 パケット転送方法、デバイス、およびシステム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100062786A (ko) * 2008-12-02 2010-06-10 한국전자통신연구원 유무선 통합 네트워크에서의 시각 동기화 시스템 및 시각 동기 방법
KR20110025488A (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 현대중공업 주식회사 전력데이터 전송용 통신장치
KR101421523B1 (ko) * 2008-09-30 2014-07-24 에스케이텔레콤 주식회사 네트워크 동기화 시스템 및 네트워크 동기화 방법
KR101574524B1 (ko) * 2014-07-17 2015-12-08 서경대학교 산학협력단 Iec61850와 opc ua 간의 상호 호환 방법 및 그 기록 매체
KR101601141B1 (ko) 2015-01-22 2016-03-08 주식회사 럭스로보 플랫폼을 이용한 사물 인터넷 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101421523B1 (ko) * 2008-09-30 2014-07-24 에스케이텔레콤 주식회사 네트워크 동기화 시스템 및 네트워크 동기화 방법
KR20100062786A (ko) * 2008-12-02 2010-06-10 한국전자통신연구원 유무선 통합 네트워크에서의 시각 동기화 시스템 및 시각 동기 방법
KR20110025488A (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 현대중공업 주식회사 전력데이터 전송용 통신장치
KR101574524B1 (ko) * 2014-07-17 2015-12-08 서경대학교 산학협력단 Iec61850와 opc ua 간의 상호 호환 방법 및 그 기록 매체
KR101601141B1 (ko) 2015-01-22 2016-03-08 주식회사 럭스로보 플랫폼을 이용한 사물 인터넷 시스템

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102022219B1 (ko) * 2019-05-22 2019-09-18 주식회사 삼화일렉트릭 반도체 제조설비와 부대설비의 운영 파라미터 중계장치
KR102085655B1 (ko) * 2019-06-17 2020-03-06 김혜리 전력선 통신 게이트웨이를 이용한 산업용 plc 연동 및 스마트 팩토리 설비 원격 모니터링 시스템 및 이를 이용한 a/s 유지보수 방법
KR102177603B1 (ko) * 2019-07-17 2020-11-18 주식회사 시그아이 다중 인터페이스를 이용 가능한 저전력 무선 센서노드 및 멀티 프로토콜 게이트웨이
KR20210010157A (ko) 2019-07-19 2021-01-27 주식회사 유토비즈 존마스터를 이용한 산업공정용 iot 및 비iot 모듈의 그룹운영기반 스마트 팩토리 시스템 및 그 운영 방법
JP2022549735A (ja) * 2019-09-30 2022-11-28 華為技術有限公司 パケット転送方法、デバイス、およびシステム
JP7393530B2 (ja) 2019-09-30 2023-12-06 華為技術有限公司 パケット転送方法、デバイス、およびシステム
KR20210039805A (ko) 2019-10-02 2021-04-12 주식회사 유토비즈 존마스터를 이용한 산업공정용 iot 및 비iot 모듈의 그룹운영을 위한 관리플랫폼을 구비한 스마트 팩토리 관리시스템
CN114465839B (zh) * 2020-11-09 2024-05-24 财团法人工业技术研究院 基于Modbus的信息转译装置、方法、系统及记录介质
CN114465839A (zh) * 2020-11-09 2022-05-10 财团法人工业技术研究院 基于Modbus的信息转译装置、方法、系统及记录介质
KR102242676B1 (ko) * 2020-12-04 2021-04-21 주식회사 주빅스 스마트폰을 이용한 산업용 게이트웨이 원격관리시스템
CN112714105A (zh) * 2020-12-11 2021-04-27 国网浙江省电力有限公司温州供电公司 一种嵌入式opc ua协议转换系统
KR102348545B1 (ko) * 2021-10-27 2022-01-10 이대성 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템
KR102417752B1 (ko) * 2021-11-09 2022-07-06 (주)유니스소프트 산업 제어 시스템에서의 ai 기반 위협 탐지 시스템 및 그 방법

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