KR102348545B1 - 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템에 관한 것으로서, 스마트 팩토리 내 구비되되, 상태데이터를 생성하여 전송하는 다수의 스마트장치; MES((Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), HMI(Human Machine Interface) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 서비스를 제공하는 서비스제공부; 및 복수 개의 상기 스마트장치 각각에서 전송되는 상태데이터를 수신하여 처리하고, 상기 서비스제공부에 상기 상태데이터를 전송하는 게이트웨이;를 포함하고, 상기 게이트웨이는, 상기 스마트장치 각각이 사용하는 통신 프로토콜 모두와 통신가능한 적어도 하나의 프로토콜을 지원하여 각각의 상기 스마트장치와 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 상기 상태데이터를 수신하는 제1통신모듈; 상기 제1통신모듈이 수신한 상기 상태데이터를 상기 서비스제공부에서 이용가능한 프로토콜로 변환하는 변환모듈; 및 상기 변환모듈에 의해 변환된 상태데이터를 상기 서비스제공부로 전송하는 제2통신모듈;를 포함하고, 상기 변환모듈은 Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol, SECS-I, HSMS, MQTT, CoAP, EtherNet-IP, CAN 프로토콜 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 OPC UA 프로토콜 또는 SECS-2(HSMS)로 변환함으로써, 서로 다른 프로토콜로 운영되는 스마트 팩토리 내 다수의 스마트장치들을 하나의 프로토콜로 변환하여 관리할 수 있다.

Description

스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템{Heterogeneous Protocol Gateway System in Smart Factory}

본 발명은 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 스마트 팩토리에 구비되는 장비에 사용되는 서로 다른 프로토콜 타입에 구애받지 않고 장비를 제어 및 관리하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템이다.

오래 전부터 자동차, 전자 제조업체를 비롯하여 의류, 식품 제조업체들은 고객의 니즈(Needs) 다변화에 대응하기 위해 유연생산을 확대하여 왔으며, 최근에는 대량생산과 고정설비로 대변되는 화학, 기계 등 전통 제조 산업에서도 생존차원에서 유연생산의 도입을 검토하고 있다.

미래의 제조업은 기존의 고정, 일반화된 생산에서 벗어나 개인화된 제품 생산과 다양한 제품의 변형이 가능한 유연생산 기술 개발에 주력하고 있으며, 이와 같은 생산의 가변성을 극대화하기 위해 모듈화 개념의 스마트 팩토리 모델이 주목 받고 있다.

스마트 팩토리란 설계, 개발, 제조, 유통, 물류 등 생산 과정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술(ICT: Information and Communications Technologies)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시키는 지능형 생산공장을 말한다.

스마트 팩토리 모델의 대표적인 예로 모듈화된 구조를 가지는 공정 장비 및 시스템이 있으며, 국내외 대표 연구기관에서는 레고 블럭과 같이 모듈 단위의 조합이 가능하도록 표준 블럭 장비를 개발하여, 블럭을 조립하듯이 유연하고 가변적인 생산라인을 구축하여 시범 운용하고 있다.

이러한 스마트 팩토리에는 여러 제조 설비와 기계가 구비되고, 각 설비 및 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.

또한, 모듈화된 표준 장비로 구성된 유연 생산 라인이라 할지라도 일단 라인 배치가 이루어지고 생산이 진행되는 중간에는 공정 토폴로지(topology)나 공정의 흐름을 유동적으로 변경하기 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-2262321호는 다양한 프로토콜 타입의 에지 디바이스에서의 데이터를 프로토콜과 무관하게 취급하며, 에지 컴퓨팅을 하는 산업용 IoT 게이트웨이 시스템을 개시하고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2021-0053046호는 공정 라인 배치가 이루어지고 생산이 진행되는 중간에도 공정 토폴로지나 공정의 흐름을 유동적으로 변경할 수 있는, 스마트 공장용 블럭스마트장치 및 그 이동 제어방법을 개시하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-2262321호 대한민국 공개특허 제10-2021-0053046호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스마트 팩토리에서 서로 다른 프로토콜을 가진 장비간 통신을 가능하게 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템은 스마트 팩토리 내 구비되되, 상태데이터를 생성하여 전송하는 다수의 스마트장치; MES((Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), HMI(Human Machine Interface) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 서비스를 제공하는 서비스제공부; 및 복수 개의 상기 스마트장치 각각에서 전송되는 상태데이터를 수신하여 처리하고, 상기 서비스제공부에 상기 상태데이터를 전송하는 게이트웨이;를 포함하고, 상기 게이트웨이는, 상기 스마트장치 각각이 사용하는 통신 프로토콜 모두와 통신가능한 적어도 하나의 프로토콜을 지원하여 각각의 상기 스마트장치와 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 상기 상태데이터를 수신하는 제1통신모듈; 상기 제1통신모듈이 수신한 상기 상태데이터를 상기 서비스제공부에서 이용가능한 프로토콜로 변환하는 변환모듈; 및 상기 변환모듈에 의해 변환된 상태데이터를 상기 서비스제공부로 전송하는 제2통신모듈;를 포함하고, 상기 변환모듈은 Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol, SECS-I, HSMS, MQTT, CoAP, EtherNet-IP, CAN 프로토콜 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 OPC UA 프로토콜 또는 SECS-2(HSMS)로 상호 변환할 수 있다.

또한, 상기 제1통신모듈은 Wi-Fi 모듈, LoRa 모듈, NB-IoT 모듈, Zigbee 모듈, Bluetooth 모듈, Wi-SUN 모듈, CANbus 모듈, RS-238/485 모듈, Ethernet 모듈 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 스마트장치는 상기 게이트웨이에서 수신되는 제어데이터에 따라 스마트 팩토리 내 어느 장소에서 다른 장소로 이동하고, 상기 스마트장치는, 프레임; 상기 프레임에 장착되는 복수의 휠; 복수의 상기 휠을 구동하는 모터; 상기 제1통신모듈와 유선 또는 무선 통신하면서 상기 상태데이터를 송신하거나 상기 제어데이터를 수신하는 통신수단; 상기 제어데이터에 따라 상기 모터를 제어하는 컨트롤러; 및 상기 모터, 통신수단, 컨트롤러에 전력을 공급하되, 상기 프레임에 탈부착가능한 배터리팩;를 포함하고, 상기 프레임은 상측에서 인입되는 상기 배터리팩을 상기 프레임에 고정시키는 고정수단;을 포함한다.

또한, 상기 고정수단은 상기 배터리팩이 탈부착되는 안착공간; 상기 프레임에 결속되는 한 쌍의 수직프레임과 상기 한 쌍의 수직프레임을 서로 연결하는 가로프레임을 포함하는 한 쌍의 중앙프레임; 중앙이 상기 한 쌍의 중앙프레임 중 어느 하나의 중앙프레임의 일측과 다른 하나의 중앙프레임의 일측에 힌지를 기준으로 회전가능하게 연결되는 제1프레임과 상기 제1프레임의 일측에서 상기 안착공간 쪽으로 돌출되어 형성되는 제1돌출프레임을 포함하는 제1고정프레임; 및 중앙이 상기 한 쌍의 중앙프레임 중 어느 하나의 중앙프레임의 타측과 다른 하나의 중앙프레임의 타측에 힌지를 기준으로 회전가능하게 연결되는 제2프레임과 상기 제2프레임의 일부에서 상기 안착공간 쪽으로 돌출되어 형성되는 제2돌출프레임을 포함하는 제2고정프레임;을 포함한다.

또한, 상기 제1돌출프레임 및 제2돌출프레임의 각각의 일 측면에는 복수의 흡착패드가 더 구비되고, 상기 배터리팩이 안착공간으로의 인입이 완료되면 상기 배터리팩의 무게에 의해 흡착패드가 압축되면서 흡착패드 내부의 공기가 외부로 빠져나가면서 압력이 낮아져 상기 배터리팩을 상기 제1돌출프레임 및 제2돌출프레임에서 떨어지지 않는다.

상기 안착공간의 하측에는 일측이 상기 안착공간에 인입된 상기 배터리팩의 음극, 양극과 전기적으로 연결되고, 타측은 상기 컨트롤러와 전기적으로 연결되어 상기 배터리팩의 전력을 상기 컨트롤러로 공급하는 연결단자를 포함하한다.

또한, 상기 스마트장치는 스마트 팩토리 내에서 제품 생산을 위한 기구 및 센서가 장착되는 장치블럭의 하측에서 상기 장치블럭를 일정 높이 들어올리는 한 쌍의 상승수단을 더 포함하고, 상기 고정수단은 상기 한 쌍의 상승수단 사이에 위치하고, 상기 고정수단의 상측은 개방되어 있으며, 상기 배터리팩은 상기 고정수단의 개방된 상측의 개방공간을 통과하여 상기 프레임에 탈부착된다.

또한, 상기 상승수단 각각은 상기 컨트롤러에 의해 일정 길이 신장되거나 압축되는 다수의 실린더와 상기 실린더의 상측에서 상기 실린더의 신장에 의해 상승하고, 상기 실린더의 압축에 의해 하강하는 플레이트를 포함하고, 상기 상승수단 각각이 신장되거나 압축되는 정도는 항상 동일하여 상기 상승수단 각각에 포함되는 사각평판의 플레이트는 서로 동일 수평면상에 위치한다.

또한, 상기 플레이트의 상측면에는 복수의 충격방지수단이 구비되어 상기 장치블럭이 상기 플레이트의 상승에 의해 상방으로 들어올려질 때의 충격을 흡수한다.

본 발명의 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템은 서로 다른 프로토콜로 운영되는 스마트 팩토리 내 다수의 스마트장치들을 하나의 프로토콜로 변환하여 관리할 수 있어 스마트 팩토리 내 장치들의 교체, 변경, 추가함에 있어 비용 및 시간을 절약할 수 있다

또한, 배터리팩이 스마트장치에 교체 가능함으로써, 배터리팩만을 교체하여 스마트장치를 별도의 충전시간없이 운용할 수 있어 스마트장치의 운용시간을 늘어난다.

또한, 고정수단의 구조가 간단하고, 별도의 동력원 없이 상기 배터리팩을 프레임에 고정한다.

또한, 고정수단이 흡착패드를 포함함으로써, 상기 배터리팩과 고정수단과의 결합력이 상승한다.

또한, 연결단자가 안착공간의 하측에 구비됨으로써, 배터리팩의 무게에 의해 안정적으로 배터리팩과 전기적으로 연결된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트웨이의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩이 스마트장치에 탈착되는 모습을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치가 장치블럭을 내렸을 때의 모습을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치가 장치블럭을 들어올렸을 ‹š의 모습을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블럭과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블럭(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블럭(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블럭(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블럭은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블럭들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블럭들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블럭들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이 때, 본 실시 예에서 사용되는 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’이라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, ‘~부’ 또는 ‘~모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. ‘~모듈’ 또는 ‘~부’는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스(300), 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 ‘~모듈’ 또는 ‘~부’들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템(1000)의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 게이트웨이(500)의 블록도이다.

본 발명은 스마트 팩토리에서 서로 다른 프로토콜을 가진 장비간 통신을 가능하게 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템(1000)에 관한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템(1000)은 다수의 스마트장치(200), 서비스제공부(400), 게이트웨이(500)를 포함하여 구성된다.

스마트장치(200)는 스마트 팩토리 내 구비되되, 상태데이터(10)를 생성하여 전송하고, 상기 게이트웨이(500)에서 수신되는 제어데이터(20)에 따라 스마트 팩토리 내 어느 장소에서 다른 장소로 이동할 수 있다.

상기 스마트장치(200)는 스마트 팩토리 내에서 이용되는 다양한 장치들의 집합으로서, 센서, 엑튜에이터, PLC(Logic Controller), DCS(Distributed Control System), OPC(OLE for process control), 및/또는 DBMS(Database Management System) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정하지 않고 다양한 장치일 수 있으며, IoT(사물인터넷, Internet of Things) 또는 IioT(산업용 사물인터넷, Industrial Internet of Things)의 다양한 사물일 수 있다. 이러한 스마트장치(200)는 게이트웨이(500)에 전송하기 위한 상태데이터(10)를 센서 등을 이용하여 수집하여 생성할 수 있는데, 상기 상태데이터(10)는 온도, 습도, 밝기, 먼지(탄소), 압력, 전동, 전압, 전류, 평행, 장기, 조도, 근점 및 거리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치(200)에 대하여는 도 3 내지 도 6을 사용하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

서비스제공부(400)는 MES((Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), HMI(Human Machine Interface) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 서비스를 제공한다.

이 때, 상기 서비스제공부(400)는 컴퓨터 또는 서버일 수 있으며, 게이트웨이(500)와 통신함에 있어 보안을 위하여 퍼블릭 도메인을 이용하지 않도록 구성됨이 바람직하고, 상기 서비스제공부(400)가 게이트웨이(500)와 인터넷과 같은 외부 네트워크를 통하여 연결되는 경우에는 스마트 팩토리 내 상기 서비스제공부(400)와 실시간 또는 특정 주기로 동기화되어 운영체재, 프로그램 및 파일 데이터의 백업 데이터를 생성, 보관, 관리하는 별도의 백업서버(미도시)를 더 포함함이 바람직하다.

상기 백업서버는 외부 네트워크 연결이 불안정하거나 불가능할 경우 임시로 상기 서비스제공부(400)를 대신하여 상기 게이트웨어와 통신하여 스마트 팩토리 내 스마트장치(200)를 관리할 수 있도록 구성될 수 있으며, 외부 네트워크가 다시 복구되면, 상기 서비스제공부(400)는 상기 백업서버로부터 변경된 데이터를 전송받아 동기화된 후에 다시 스마트팩토리 내 스마트장치(200)를 관리한다.

백업서버가 구비됨으로써, 상기 서비스제공부(400)가 외부 네트워크를 통해 상기 게이트웨이(500)와 연결되어 외부에 구성되어 있더라도 상기 외부 네트워크의 장애로 인해 게이트웨이(500)와 통신이 불가능할 때에도 스마트 팩토리 내 스마트장치(200)를 연속성을 가지고 관리가능하다.

게이트웨이(500)는 복수 개의 상기 스마트장치(200) 각각에서 전송되는 상태데이터(10)를 수신하여 처리하고, 상기 서비스제공부(400)에 상기 상태데이터(10)를 전송한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 게이트웨이(500)는 제1통신모듈(510), 변환모듈(520), 제2통신모듈(530)을 포함하여 구성된다.

제1통신모듈(510)은 상기 스마트장치(200) 각각이 사용하는 통신 프로토콜 모두와 통신가능한 적어도 하나의 프로토콜을 지원하여 각각의 상기 스마트장치(200)와 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 상기 상태데이터(10)를 수신한다.

상기 제1통신모듈(510)은 Wi-Fi 모듈, LoRa 모듈, NB-IoT 모듈, Zigbee 모듈, Bluetooth 모듈, Wi-SUN 모듈, CANbus 모듈, RS-238/485 모듈, Ethernet 모듈 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함한다.

변환모듈(520)은 상기 제1통신모듈(510)이 수신한 상기 상태데이터(10)를 상기 서비스제공부(400)에서 이용가능한 프로토콜로 변환한다. 상기 변환모듈(520)은 Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol, SECS-I, HSMS, MQTT, CoAP, EtherNet-IP, CAN 프로토콜 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 OPC UA 프로토콜 또는 SECS-2(HSMS)로 상호 변환할 수 있다.

이를 위하여 상기 변환모듈(520)은 상기 상태데이터(10)를 상기 서비스제공부(400)에서 이용가능한 프로토콜로 변환하기 위한 규칙이 저장되어 있으며, 상기 규칙을 통하여 변환모듈(520)은 상기 상태데이터(10)를 보정하거나 결합을 수정하고, 상태데이터(10)를 필터링하거나 변환하며, 이벤트나 장애를 검출할 수 있으며, 상기 규칙은 본 발명의 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템(1000)의 관리자에 의해 갱신되어 질 수 있다.

제2통신모듈(530)은 상기 변환모듈(520)에 의해 변환된 상태데이터(10)를 상기 서비스제공부(400)로 전송한다. 상기 제2통신모듈(530)은 상기 서비스제공부(400)와 통신가능하도록 상기 변환모듈(520)에서 변환된 상태데이터(10)를 캡슐링하여 내부 또는 외부 네트워크망을 통해 상기 서비스제공부(400)에 전송할 수 있다.

또한, 상기 서비스제공부(400)는 캡슐링된 상태데이터(10)를 수신한 후에 처리하여 다시 내부 또는 외부 네트워크망을 통해 게이트웨이(500)로 전송하여 상기 스마트장치(200)를 제어 및 관리할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템(1000)에 의하면, 스마트 팩토리 내에서 운용되는 다수의 스마트장치(200)들의 서로 다른 프로토콜을 서비스제공부(400)가 이용가능한 프로토콜로 변환할 수 있어 스마트 팩토리 내 장치들의 교체, 변경, 추가함에 있어 비용 및 시간을 절약할 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치(200)에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치(200)의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩(300)이 스마트장치(200)에 탈부착되는 모습을 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치(200)가 장치블럭(100)을 들어올리고 내리는 모습을 도시한 것고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치(200)가 장치블럭(100)을 들어올렸을 ‹š의 모습을 도시한 것이다.

이 때, 도 4의 (a)는 배터리팩(300)이 고정수단(222)에 의해 고정되기 전의 모습을 간략하게 도시한 것이고, 도 4의 (b)는 고정수단(222)에 의해 배터리팩(300)이 고정된 모습을 간략하게 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 상기 스마트장치(200) 각각은 상기 게이트웨이(500)에서 수신되는 제어데이터(20)에 따라 스마트 팩토리 내 어느 장소에서 다른 장소로 이동할 수 있도록, 프레임(210), 상기 프레임(210)에 장착되는 복수의 휠(260), 상기 복수의 휠(260)을 구동하는 모터(270), 상기 제1통신모듈(510)과 통신하는 통신수단(280), 제어데이터(20)에 따라 모터(270)를 제어하며, 상태데이터(10)를 수집 및 생성하는 컨트롤러(290) 및 스마트장치(200)에 전력을 공급하는 배터리팩(300)을 포함한다.

프레임(210)은 스마트장치(200) 각각의 뼈대가 되어 외관을 형성하고 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 스마트장치(200)는 상기 프레임(210)에 의해 직육면체 형상이나, 이에 한정하지 않고 원통형과 같은 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

상기 복수의 휠(260)은 상기 스마트장치(200)를 이동시키기 위한 바퀴로서, 다양하게 구성될 수 있으며, 상기 모터(270) 또한 상기 휠(260) 각각에 구동력을 제공하는 종래의 모터(270)를 사용하여 구성할 수 있으므로, 상기 휠(260) 및 모터(270)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

통신수단(280)은 상기 컨트롤러(290)에 위해 수집 및 생성된 상태데이터(10)를 게이트웨이(500)로 전송하거나 상기 게이트웨이(500)로부터 제어데이터(20)를 수신하기 위한 장치로서, 상기 제1통신모듈(510)과 통신가능하도록 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으나, 바람직하게는 무선으로 연결되어야 할 것이다.

컨트롤러(290)는 제어데이터(20)에 따라 모터(270)를 제어할 뿐만 아니라, 스마트장치(200)에 구비되는 센서 등으로부터 상기 상태데이터(10)를 수집 및 생성할 수 있다. 이를 위해 상기 컨트롤러(290)는 라즈베리파이와 같은 프로그래밍 가능한 소형 컴퓨터일 수 있다.

배터리팩(300)은 상기 모터(270), 통신수단(280), 컨트롤러(290)에 전력을 공급하되, 상기 프레임(210)에 탈부착가능하다. 이 때, 상기 배터리팩(300)을 통해 공급되는 전력의 전류 및 전압은 상기 스마트장치(200)의 모터(270), 통신수단(280) 및 컨트롤러(290)가 사용하기에 적합하지 않을 수 있는데, 이를 위하여 상기 컨트롤러(290)에는 상기 배터리팩(300)에서 전달되는 전력을 상기 모터(270), 실린더(252), 통신수단(280)이 사용가능한 전류 및 전압을 가지는 전력으로 변환하는 전원공급부를 포함하고 있다.

또한, 상기 배터리팩(300)은 스마트장치(200)의 상측에서 인입되면서 프레임(210)에 부착될 수 있고, 스마트장치(200)의 상측으로 인축되면서 상기 프레임(210)에 탈착될 수 있는데, 이를 위하여 상기 프레임(210)에는 배터리팩(300)을 탈부착시키는 고정수단(222)을 포함한다.

도 4를 참조하면, 상기 고정수단(222)은 한 쌍의 중앙프레임(224), 제1고정프레임(225) 및 제2고정프레임(226)을 사용하여 상기 프레임(210) 상에 상기 배터리팩(300)이 탈부착되는 안착공간(223)을 형성한다.

도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 중앙프레임(224) 각각은 상기 프레임(210)에 결속되는 한 쌍의 수직프레임(224a)과 상기 한 쌍의 수직프레임(224a)을 서로 연결하는 가로프레임(224b)을 포함하고, 제1고정프레임(225)은 중앙이 상기 한 쌍의 중앙프레임(224) 중 어느 하나의 중앙프레임(224)의 일측과 다른 하나의 중앙프레임(224)의 일측에 힌지(228)를 기준으로 회전가능하게 연결되는 제1프레임(225a)과 상기 제1프레임(225a)의 일측에서 상기 안착공간(223) 쪽으로 돌출되어 형성되는 제1돌출프레임(225b)을 포함하며, 제2고정프레임(226)은 중앙이 상기 한 쌍의 중앙프레임(224) 중 어느 하나의 중앙프레임(224)의 타측과 다른 하나의 중앙프레임(224)의 타측에 힌지(228)를 기준으로 회전가능하게 연결되는 제2프레임(226a)과 상기 제2프레임(226a)의 일부에서 상기 안착공간(223) 쪽으로 돌출되어 형성되는 제2돌출프레임(226b)을 포함한다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1고정프레임(225), 제2고정프레임(226) 각각은 상기 배터리팩(300)이 상기 안착공간(223) 내부에 안착되지 않은 경우에는 상기 가로프레임(224b)과 수평선상에 위치한다.

이 때, 상기 배터리팩(300)이 상기 안착공간(223)의 상측에서 상기 안측공간의 내부로 인입됨에 따라 상기 배터리팩(300)의 무게에 의해 상기 제1돌출프레임(225b) 및 제2돌출프레임(226b)이 하방으로 눌러져 상기 제1프레임(225a) 및 제2프레임(226a)의 일 부분이 안착공간의 외방(D1)으로 회전하면, 상기 제1프레임(225a) 및 제2프레임(226a)의 다른 부분이 상방으로 들어올려지면서 상기 힌지(228)를 중심축으로 하여 안착공간의 내방(D2)으로 회전하게 된다.

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 배터리팩(300)이 상기 안착공간(223)으로의 인입이 완료되면, 상기 제1돌출프레임(225b) 및 제2돌출프레임(226b)의 일 측면이 상기 배터리팩(300)의 하측면의 일부와 맞닿게 되어 상부에 위치하는 상기 제1프레임(225a) 및 제2프레임(226a)의 다른 부분은 상기 배터리팩(300)에 의해 안착공간의 내방(D2)으로의 추가적인 회전이 방지되고, 상기 제1프레임(225a) 및 제2프레임(226a)의 다른 부분의 추가적인 회전이 방지됨에 따라 하부에 위치하는 상기 제1프레임(225a) 및 제2프레임(226a)의 일 부분의 안착공간의 외방(D1)으로의 추가적인 회전이 함께 방지되면서 상기 제1돌출프레임(225b) 및 제2돌출프레임(226b)에 의해 상기 배터리팩(300)의 하방으로의 추가적인 이동이 방지되어 상기 배터리팩(300)은 상기 안착공간(223)에 고정될 수 있다.

상기 고정수단(222)은 별도의 동력원을 사용하지 않고 배터리팩(300)을 고정할 수 있으며 그 구조가 간단하여 내구성이 뛰어나다.

또한, 상기 제1돌출프레임(225b) 및 제2돌출프레임(226b)의 각각의 일 측면에는 복수의 흡착패드(227)가 더 구비될 수 있는데, 상기 배터리팩(300)이 안착공간(223)으로의 인입이 완료되면 상기 배터리팩(300)의 무게에 의해 흡착패드(227)가 압축되면서 흡착패드(227) 내부의 공기가 외부로 빠져나가면서 압력이 낮아져 상기 배터리팩(300)을 상기 제1돌출프레임(225b) 및 제2돌출프레임(226b)에서 떨어지지 않도록 한다.

도 5 및 도 6을 도시된 바와 같이, 상기 흡착패드(227) 내부의 공기는 상기 프레임(210)에 장착되는 흡기모터(220)와 호스(미도시)로 연결되어, 상기 흡기모터(220)에 의해 외부로 배출되거나 내부로 불어넣어질 수 있다.

이 때, 상기 흡기모터(220)는 상기 컨트롤러(290)에 의해 제어되되, 상기 호스를 통해 상기 배터리팩(300)이 상기 안착공간(223)에 인입될 때에는 상기 흡착패드(227) 내부의 공기를 빼내고, 상기 배터리팩(300)이 상기 안착공간(223)에서 인출될 때에는 상기 흡착패드(227) 내부에 공기를 불어넣어 상기 흡착패드(227) 내부와 외부의 압력차를 이용하여 상기 배터리팩(300)이 고정수단(222)에 고정되거나 떨어질 수 있도록 조절될 수 있다.

다만, 배터리팩(300)이 고정수단(222)에 의해 고정된 경우에는 상기 흡착패드(227) 내부로 외부의 공기가 들어가지 않도록 상기 호스와의 연결이 폐쇄되도록 유지됨이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예의 고정수단(222)에 흡착패드(227)가 구비됨으로써, 상기 배터리팩(300)과 고정수단(222)과의 결합력을 선택적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 안착공간(223)의 하측에는 일측이 상기 안착공간(223)에 인입된 상기 배터리팩(300)의 음극, 양극과 전기적으로 연결되고, 타측은 상기 컨트롤러(290)와 전기적으로 연결되어 상기 배터리팩(300)의 전력을 상기 컨트롤러(290)로 공급하는 연결단자(240)를 포함할 수 있다.

상기 연결단자(240)가 연결단자(240)가 안착공간(223)의 하측에 구비됨으로써, 배터리팩(300)의 무게에 의해 안정적으로 배터리팩(300)과 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 스마트장치(200)는 스마트 팩토리 내에서 제품 생산을 위한 기구 및 센서가 장착되는 장치블럭(100)의 하측에서 상기 장치블럭(100)를 일정 높이 들어올리는 한 쌍의 상승수단(250)을 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 고정수단(222)은 상기 한 쌍의 상승수단(250) 사이에 위치하고, 상기 고정수단(222)의 상측은 개방되어 있으며,상기 배터리팩(300)은 상기 고정수단(222)의 개방된 상측의 개방공간(221)을 통과하여 상기 프레임(210)에 탈부착된다.

상기 상승수단(250) 각각은 상기 컨트롤러(290)에 의해 일정 길이 신장되거나 압축되는 다수의 실린더(252)와 상기 실린더(252)의 상측에서 상기 실린더(252)의 신장에 의해 상승하고, 상기 실린더(252)의 압축에 의해 하강하는 플레이트(251)를 포함한다.

이 때, 상기 상승수단(250) 각각이 신장되거나 압축되는 정도는 항상 동일하여 상기 상승수단(250) 각각에 포함되는 사각평판의 플레이트(251)는 서로 동일 수평면상에 위치하게 되어 장치블럭(100)을 바닥(30)으로부터 안정적으로 들어올려 스마트 팩토리 내 다른 장소로 이동한 후에 내릴 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트장치(200) 상승수단(250)이 구비됨에 따라 필요에 따라 상기 장치블럭(100)을 교체, 변경, 추가할 수 있어 스마트 팩도리 내부의 설비나 기구를 유동적으로 변경할 수 있다.

또한, 상기 플레이트(251)의 상측면 및/또는 상기 플레이트(251)의 하측면과 맞닿는 프레임(210)에는 복수의 충격방지수단(253)이 구비되어 상기 장치블럭(100)이 상기 플레이트(251)의 상승에 의해 바닥(30)에서 상방으로 들어올려질 때의 충격을 흡수할 수 있다.

비록 도시하지는 않았지만, 상기 배터리팩(300)은 본 발명의 일 실시예에 사용된 정육면체가 아니라 다양한 크기와 용량을 가질 수 있는데, 이에 대응하여 본 발명은 상기 배터리팩(300)인 정육면체가 아니거나 상기 배터리팩(300)의 크기가 안착공간(223)보다 작을 경우, 상기 안착공간(223)에 빈 공간이 없이 안착가능하도록 상기 배터리팩(300) 및 안착공간(223)의 모양에 대응하여 제작되는 배터리케이스를 더 포함할 수 있으며, 이 때, 상기 배터리케이스는 배터리팩(300)의 음극 및 양극과 상기 연결단자(240)를 전기적으로 연결시키는 연결수단을 포함한다.

본 발명의 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템(1000)은 서로 다른 프로토콜로 운영되는 스마트 팩토리 내 다수의 스마트장치(200)들을 하나의 프로토콜로 변환하여 관리할 수 있고, 스마트 팩토리 내 구비되는 장치블럭(100)들을 스마트장치(200)를 사용하여 이동시킬 수 있어 상기 장치블럭(100)를 교체, 변경, 추가함에 있어 비용 및 시간을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 스마트 팩도리 내부의 설비나 기구를 유동적으로 변경할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 예시적인 방법들은 프로세서에 의해 실행되는 프로그램 명령들, 소프트웨어 모듈, 마이크로코드, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램 제품, 애플리케이션, 논리 회로들, 주문형 반도체, 또는 펌웨어 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD, DVD, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광데이터 저장 장치 등이 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1000 : 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템
100 : 장치블럭
200 : 스마트장치
300 : 배터리팩
400 : 서비스제공부
500 : 게이트웨이

Claims (10)

1. 스마트 팩토리 내 구비되되, 상태데이터를 생성하여 전송하는 다수의 스마트장치;
   MES((Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition), HMI(Human Machine Interface) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 서비스를 제공하는 서비스제공부; 및,
   복수 개의 상기 스마트장치 각각에서 전송되는 상태데이터를 수신하여 처리하고, 상기 서비스제공부에 상기 상태데이터를 전송하는 게이트웨이;를 포함하고,
   상기 게이트웨이는,
   상기 스마트장치 각각이 사용하는 통신 프로토콜 모두와 통신가능한 적어도 하나의 프로토콜을 지원하여 각각의 상기 스마트장치와 유선 또는 무선 통신으로 연결되어 상기 상태데이터를 수신하는 제1통신모듈;
   상기 제1통신모듈이 수신한 상기 상태데이터를 상기 서비스제공부에서 이용가능한 프로토콜로 변환하는 변환모듈; 및,
   상기 변환모듈에 의해 변환된 상태데이터를 상기 서비스제공부로 전송하는 제2통신모듈;를 포함하고,
   상기 변환모듈은 Modbus, Profinet, Genibus, Mitsubishi MC Protocol, SECS-I, HSMS, MQTT, CoAP, EtherNet-IP, CAN 프로토콜 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 OPC UA 프로토콜 또는 SECS-2(HSMS)로 변환하고,
   상기 스마트장치는 상기 게이트웨이에서 수신되는 제어데이터에 따라 스마트 팩토리 내 어느 장소에서 다른 장소로 이동하고,
   상기 스마트장치는,
   프레임;
   상기 프레임에 장착되는 복수의 휠;
   복수의 상기 휠을 구동하는 모터;
   상기 제1통신모듈와 유선 또는 무선 통신하면서 상기 상태데이터를 송신하거나 상기 제어데이터를 수신하는 통신수단;
   상기 제어데이터에 따라 상기 모터를 제어하는 컨트롤러; 및,
   상기 모터, 통신수단, 컨트롤러에 전력을 공급하되, 상기 프레임에 탈부착가능한 배터리팩;를 포함하고,
   상기 프레임은 상측에서 인입되는 상기 배터리팩을 상기 프레임에 고정시키는 고정수단;을 포함하고,
   상기 고정수단은,
   상기 배터리팩이 탈부착되는 안착공간;
   상기 프레임에 결속되는 한 쌍의 수직프레임과 상기 한 쌍의 수직프레임을 서로 연결하는 가로프레임을 포함하는 한 쌍의 중앙프레임;
   중앙이 상기 한 쌍의 중앙프레임 중 어느 하나의 중앙프레임의 일측과 다른 하나의 중앙프레임의 일측에 힌지를 기준으로 회전가능하게 연결되는 제1프레임과 상기 제1프레임의 일측에서 상기 안착공간 쪽으로 돌출되어 형성되는 제1돌출프레임을 포함하는 제1고정프레임; 및,
   중앙이 상기 한 쌍의 중앙프레임 중 어느 하나의 중앙프레임의 타측과 다른 하나의 중앙프레임의 타측에 힌지를 기준으로 회전가능하게 연결되는 제2프레임과 상기 제2프레임의 일부에서 상기 안착공간 쪽으로 돌출되어 형성되는 제2돌출프레임을 포함하는 제2고정프레임;을 포함하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1통신모듈은 Wi-Fi 모듈, LoRa 모듈, NB-IoT 모듈, Zigbee 모듈, Bluetooth 모듈, Wi-SUN 모듈, CANbus 모듈, RS-238/485 모듈, Ethernet 모듈 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프로토콜은 PLC(Logic Controller), 범용 비동기화 송수신기(UART), RS-485, USB, RTC, TCP/IP, 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 적외선 통신(IrDA), 와이-파이(Wi-Fi), 로라(LoRa), 3G, LTE, LTE-M 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1돌출프레임 및 제2돌출프레임의 각각의 일 측면에는 복수의 흡착패드가 더 구비되고,
   상기 배터리팩이 안착공간으로의 인입이 완료되면 상기 배터리팩의 무게에 의해 흡착패드가 압축되면서 흡착패드 내부의 공기가 외부로 빠져나가면서 압력이 낮아져 상기 배터리팩을 상기 제1돌출프레임 및 제2돌출프레임에서 떨어지지 않도록 하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 안착공간의 하측에는 일측이 상기 안착공간에 인입된 상기 배터리팩의 음극, 양극과 전기적으로 연결되고, 타측은 상기 컨트롤러와 전기적으로 연결되어 상기 배터리팩의 전력을 상기 컨트롤러로 공급하는 연결단자를 포함하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 스마트장치는 스마트 팩토리 내에서 제품 생산을 위한 기구 및 센서가 장착되는 장치블럭의 하측에서 상기 장치블럭를 일정 높이 들어올리는 한 쌍의 상승수단을 더 포함하고,
   상기 고정수단은 상기 한 쌍의 상승수단 사이에 위치하고, 상기 고정수단의 상측은 개방되어 있으며,
   상기 배터리팩은 상기 고정수단의 개방된 상측의 개방공간을 통과하여 상기 프레임에 탈부착되는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 상승수단 각각은 상기 컨트롤러에 의해 일정 길이 신장되거나 압축되는 다수의 실린더와 상기 실린더의 상측에서 상기 실린더의 신장에 의해 상승하고, 상기 실린더의 압축에 의해 하강하는 플레이트를 포함하고,
   상기 상승수단 각각이 신장되거나 압축되는 정도는 항상 동일하여 상기 상승수단 각각에 포함되는 사각평판의 플레이트는 서로 동일 수평면상에 위치하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 플레이트의 상측면에는 복수의 충격방지수단이 구비되어 상기 장치블럭이 상기 플레이트의 상승에 의해 상방으로 들어올려질 때의 충격을 흡수하는 스마트 팩토리의 이종 프로토콜 게이트웨이 시스템.

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