KR102532269B1 - 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법 - Google Patents

디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102532269B1
KR102532269B1 KR1020220042029A KR20220042029A KR102532269B1 KR 102532269 B1 KR102532269 B1 KR 102532269B1 KR 1020220042029 A KR1020220042029 A KR 1020220042029A KR 20220042029 A KR20220042029 A KR 20220042029A KR 102532269 B1 KR102532269 B1 KR 102532269B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
interface server
data
virtual
machine
virtual machine
Prior art date
Application number
KR1020220042029A
Other languages
English (en)
Inventor
이준희
우재우
안승현
Original Assignee
이준희
우재우
안승현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이준희, 우재우, 안승현 filed Critical 이준희
Priority to KR1020220042029A priority Critical patent/KR102532269B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102532269B1 publication Critical patent/KR102532269B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41885—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by modeling, simulation of the manufacturing system
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/60—Protecting data
    • G06F21/602—Providing cryptographic facilities or services
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00—Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/003—Navigation within 3D models or images
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/04—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks
    • H04L63/0428—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/18—Multiprotocol handlers, e.g. single devices capable of handling multiple protocols

Abstract

본 발명은 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법에 관한 것으로, 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신; 상기 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 상기 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 상기 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 상기 물리머신 및 가상머신과 상기 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버;를 포함함으로써, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있다.

Description

디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법{DIGITAL TWIN BASED EQUIPMENT CONTROL SIMULATION SYSTEM AND EDUCATION CONTENTS PROVIDING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신과, 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 물리머신 및 가상머신과 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버를 포함함으로써, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 제조업 분야에서 주요 선진국들은 스마트팩토리를 구축하여 국가제조업 경쟁력을 강화시키는 정책을 추진하고 있는데, 스마트팩토리는 기존 제조산업에 ICT를 결합하여 각 공장의 설비 및 장비, 그리고 공정들이 서로 지능화되어 연결되며, 생산데이터의 모든 정보가 실시간으로 공유되어 최적화된 생산운영이 가능한 공장을 의미하며, 국내 기업들도 경쟁력 확보, 지속적 성장 등을 위해 스마트팩토리를 구축하려고 많은 관심과 노력을 기울이고 있다.
이러한 스마트팩토리 구축을 통해 설비의 자동화 수준을 넘어 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등과 결합하여 그 이상의 가치를 추구하고 실현하고 있는데, 그 중 디지털트윈은 4차 산업혁명 및 인더스트리4.0의 구현을 위한 주요기술로 거론된다.
이러한 디지털트윈은 실제 물리적인 세계와 가상세계를 통합하는 것을 의미하며, 현실세계의 물리적인 프로세스와 가상 시스템 상의 해석, 연산, 통신 및 제어의 통합을 의미한다.
또한, 디지털트윈이라는 개념은 다양한 산업 분야에서 사용되고 있는데, 이는 현실 세계의 실물 객체를 가상 세계의 쌍둥이 가상 객체로 만들고, 실물 객체의 동작과 행동을 쌍둥이 가상 객체의 수행 역할 모델로 만들어 현실 세계를 가상 세계에서 실행시킬 수 있도록 한다.
이러한 디지털트윈은 다양한 응용 분야에서 쌍둥이처럼 만들어져 있는 시뮬레이션 시스템을 통해 계획 수립부터 운영, 관리, 유지보수, 조기대응 등에 대해 사전에 시뮬레이션 검증, 시스템 운영 중 최적화 수행, 미래상황 예측, 사후 문제분석 등을 수행하기 위해 도입되고 있다.
이와 같이 설비의 진단을 작업자가 직접 확인하지 않고, 가상공간에서 설비의 문제를 확인할 경우 인건비 절감 및 관리적인 측면에서 많은 이점을 가지고 있기 때문에, 최근 많은 기업에서는 디지털트윈을 구현하려고 하고 있지만, 기존의 설비진단은 센서와 계측기를 이용하여 작업자가 데이터를 기록하는 등의 방식으로 이루어졌고, 디지털트윈은 단순히 공장자동화의 트랙킹(tracking) 개념으로만 연구가 진행되어 설비진단 데이터를 어떻게 처리해야 할 것인가에 대한 연구는 미흡하였다.
상술한 바와 같이, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있는 설비제어 시뮬레이션 시스템과, 이러한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용하여 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
1. 한국등록특허 제10-1596121호(2016.02.15.등록)
본 발명은 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신과, 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 물리머신 및 가상머신과 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버를 포함함으로써, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신; 상기 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 상기 액추에이터의 동작을 센싱한 상기 센서데이터를 전송하는 가상머신; 및 상기 물리머신 및 가상머신의 인터페이스 역할을 활성화시키며, 상기 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 상기 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 상기 물리머신 및 가상머신과 상기 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버;를 포함하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 인터페이스서버는, 소켓 통신방식으로 상기 물리머신 및 가상머신 중 적어도 하나와 접속되는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 인터페이스서버는, 게이트웨이에서 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 접속되는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 인터페이스서버는, 상기 가상머신과 JSON 파일형식으로 상호 데이터를 송수신하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 인터페이스서버는, 미들웨어에서 상기 물리머신 및 가상머신의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 설비제어 시뮬레이션 시스템은, 외부통신망을 통해 상기 인터페이스서버에 접속되어 디지털트윈 기반의 설비제어 시뮬레이션을 요청하는 통신단말기;를 더 포함하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 인터페이스서버에서 물리머신 및 가상머신의 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계; 상기 물리머신에서 제어데이터를 제 1 통신방식으로 상기 인터페이스서버에 전송하는 단계; 상기 인터페이스서버에서 상기 제어데이터를 제 2 통신방식으로 상기 가상머신에 전송하는 단계; 상기 가상머신에서 상기 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키는 단계; 상기 가상머신에서 상기 액추에이터의 동작을 센싱한 센서데이터를 상기 제 2 통신방식으로 상기 인터페이스서버에 전송하는 단계; 상기 인터페이스서버에서 상기 센서데이터를 상기 제 1 통신방식으로 상기 물리머신에 전송하는 단계; 및 상기 물리머신에서 상기 인터페이스서버로부터 전송되는 상기 센서데이터를 입력데이터로 하여 입력시키는 단계;를 포함하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계는, 상기 인터페이스서버에서 소켓 통신방식으로 상기 물리머신 및 가상머신 중 적어도 하나와 접속되는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계는, 상기 인터페이스서버의 게이트웨이에서 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 접속되는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 가상머신에 전송하는 단계는, 상기 인터페이스서버와 상기 가상머신이 JSON 파일형식으로 상호 데이터를 송수신하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 인터페이스서버는. 미들웨어에서 상기 물리머신 및 가상머신의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계; 이전에 통신단말기에서 외부통신망을 통해 상기 인터페이스서버에 접속하여 디지털트윈 기반의 설비제어 시뮬레이션을 요청하는 단계;를 더 포함하고, 상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계는, 상기 가상장비가 접속된 경우 상기 통신단말기에서 상기 인터페이스서버로부터 전송되는 시뮬레이션 동작구현 모니터링을 위한 인터페이스를 출력하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신과, 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 물리머신 및 가상머신과 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버를 포함함으로써, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템과, 그 시스템을 이용하여 교육 컨텐츠를 제공함으로써, 4차 산업혁명을 대비한 사회구조, 고용시장 변화에 선제적으로 대응할 수 있고, 혁신성장을 주도하기 위한 핵심역량인 창의성, 도전정신, 융합능력, 협업능력 등을 향상시킬 수 있는 훈련 인프라로서의 설비제어 시뮬레이터를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명은 학교, 대학, 직업훈련원, 산업체 등에 교육 활성화를 목적으로한 디지털트윈 기반 교과 연계형 콘텐츠 및 프로그램을 개발함으로써, PLC 제어로직, PC기반 제어로직 등을 가상머신 또는 실제장비와 연동하여 검증할 수 있는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템의 블록구성도이고,
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면이며,
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 적용한 다양한 형태를 예시한 도면이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용하여 교육 컨텐츠를 제공하는 과정을 나타낸 도면이며,
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교육 컨텐츠 제공 과정에서 물리머신과 인터페이스서버, 인터페이스서버와 가상머신와의 각 데이터 송수신 과정을 나타낸 도면이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교육 컨텐츠 제공 과정에서 인터페이스서버의 보안 처리 과정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 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.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템의 블록구성도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 적용한 다양한 형태를 예시한 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템은 물리머신(10), 인터페이스서버(20), 가상머신(30), 외부통신망(40), 통신단말기(50) 등을 포함할 수 있다.
물리머신(10)은 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 제 1 통신방식으로 인터페이스서버(20)에 전송하고, 인터페이스서버(20)로부터 전송되는 센서데이터를 수신하여 입력시키는 것으로, PLC(programmable logic controller)를 사용하여 다양한 기능을 수행하는 복수의 모듈을 포함할 수 있고, 이들 모듈들을 제어하는 제어데이터를 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다.
이러한 제어데이터는 도 2에 도시한 바와 같이 물리머신(10)의 각 모듈별 구성에 따라 데이터범위를 구분하여 제어범위를 분류하고, Y00-Y60을 출력데이터 범위로 하며, 0-F까지 16 비트(bit)의 주소를 갖는 데이터영역으로 하여 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다.
여기에서, 제 1 통신방식은 예를 들어 소켓통신 등을 포함할 수 있는데, 소켓통신을 통해 물리머신(10)을 클라이언트로, 인터페이스서버(20)를 서버로 하여 양방향 통신을 수행할 수 있다.
이에 따라, 물리머신(10)은 PLC의 출력데이터(Y)를 가상장비 액추에이터의 제어데이터로 하여 16 비트(bit)씩 1 워드(word) 단위로 총 6 워드의 값을 인터페이스서버(20)로 전송할 수 있다.
한편, 물리머신(10)은 인터페이스서버(20)를 통해 가상머신(30)으로부터 전송되는 센서데이터를 수신하여 PLC의 입력데이터(X)로 입력시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 물리머신(10)은 PLC를 이용하여 실제장비를 구현하는 것으로 하여 설명하였으나, PC(personal computer) 제어방식으로 PC, 모션보드(또는 I/O 보드) 등을 이용하여 실제장비를 구현할 수도 있다.
인터페이스서버(20)는 물리머신(10) 및 가상머신(30)의 인터페이스 역할을 활성화시키며, 물리머신(10)과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 가상머신(20)과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 물리머신(10) 및 가상머신(30)과 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신할 수 있다.
그리고, 인터페이스서버(20)는 소켓(socket) 통신방식으로 물리머신(10) 및 가상머신(30) 중 적어도 하나와 접속될 수 있는데, 소켓통신을 포함하는 제 1 통신방식으로 물리머신(10)과 접속할 수 있고, 소켓통신을 포함하는 제 2 통신방식으로 가상머신(20)과 접속할 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)는 물리머신(10)과의 데이터 송수신을 위해 C#기반의 지원라이브러리를 이용하여 접속할 PLC스테이션번호를 지정하고, 소켓방식으로 서버와 클라이언트1(즉, PLC) 간의 데이터 통신을 시도하며, 서버와 클라이언트2(즉, 가상장비) 간의 데이터 통신은 소켓방식으로 PLC 입출력데이터(즉, 제어데이터, 센서데이터 등)를 전송할 수 있다.
그리고, 소켓 인터페이스는 응용프로그램과 소켓 사이의 인터페이스를 담당할 수 있는데, 소켓을 사용하기 위한 전제조건은 클라이언트-서버 통신모델에서 항상 서버프로그램이 먼저 수행되어야 하며, 인터페이스서버(20)는 socket()을 호출하여 통신에 사용할 소켓을 개설하고, 물리머신(10)으로부터 리턴된 소켓번호와 자신의 소켓주소를 bind()로 서로 연결할 수 있다.
여기에서, 소켓번호는 응용프로그램 내에서만 알고 있는 통신창구번호이고, 소켓주소는 네트워크시스템만 아는 주소이기 때문에, 이들을 bind()를 통해 묶어야 응용프로세스와 네트워크시스템 간의 데이터 전달을 수행할 수 있다.
또한, 인터페이스서버(20)는 listen()을 호출하여 수동 대기모드로 진행하고, 클라이언트, 즉 물리머신(10)으로부터 전송되는 연결요청에 따라 accept()함수를 호출하여 물리머신(10)과의 연결 설정을 수행할 수 있으며, 물리머신(10)과의 연결이 성공할 경우 accept()함수가 새로운 소켓을 리턴하게 되고, 이 리턴된 소켓을 통해 인터페이스서버(20)와 물리머신(10) 간의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 물론, 인터페이스서버(20)와 가상머신(30) 간의 데이터 통신 또한 이와 유사하게 수행할 수 있다.
도 3은 상술한 바와 같은 소켓통신을 기반으로 인터페이스서버(20)에서 PLC 서버 유저인터페이스(UI)를 구성하는 것을 예시하고 있는데, IP 주소는 서버접속 IP 주소를 나타내고, 포트번호는 11000으로 고정하며, 접속 IP는 클라이언트 접속 IP 리스트(PC, Mobile, Tablet 등)를 나타내고, 상태메시지는 클라이언트 접속 상태표시를 나타내며, 장비번호는 PLC 국번을 나타내고, 송신데이터프레임(Y00-Y60)은 클라이언트로 보낼 데이터(설비 액추에이터 상태정보)를 나타내며, 수신데이터 프레임(X00-X60)은 클라이언트로부터 받은 데이터(설비 센서 상태정보)를 나타낸다.
상술한 바와 같은 PLC 서버 유저인터페이스에서는 클라이언트 접속 시 접속 IP 리스트에 주소가 표시될 수 있고, 클라이언트 접속 상태를 메시지로 확인할 수 있으며, PLC 송수신데이터는 각각 6 워드로 1 워드씩 콤마(,)단위로 구분될 수 있고, 통신용 라이브러리(예를 들면, MX-Component 등)에서 설정한 장비번호를 입력한 후 PLC와 접속을 시도할 수 있다.
한편, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이(gateway)에서 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 물리머신(10) 및 가상머신(30) 중 적어도 하나와 접속될 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)는 소프트웨어 복제 등과 같은 보안처리를 위한 보안기능을 부여할 수 있는데, 그 보안처리 프로세스는 PC 하드디스크이름과 컴퓨터 MAC어드레스정보를 취합하여 임의로 선택된 텍스트와 결합한 후에, SHA(secure hash algorithm) 알고리즘(예를 들면, SHA256 등)을 이용하여 암호화 변환을 수행할 수 있고, 암호화변환데이터를 레지스트리에 등록할 수 있으며, 등록된 레지스트값과 사전 취합되어 기 저장된 머신정보값과 비교한 후에, 그 값이 동일할 경우 인터페이스서버(20)와 물리머신(10) 간, 인터페이스서버(20)와 가상머신(30) 간이 상호 접속될 수 있다.
한편, 인터페이스서버(20)는 가상머신(30)과 JSON(java script object notation) 파일형식으로 상호 데이터를 송수신할 수 있는데, 3D공간을 표현하는 시스템을 갖춘 유니티물리엔진을 사용한 가상머신(30)과의 통신데이터구조는 JSON 파일형식으로 서로 상호작용할 수 있도록 데이터를 전송할 수 있다.
그리고, 인터페이스서버(20)는 가상머신(30)으로 전송하는 제어데이터로서 장비정보(예를 들면, ID, 통신방식, 통신타입별 관련파라미터 등을 포함함)와, 데이터 전송주기와, 디바이스정보(예를 들면, I/O주소, 코멘트 등을 포함함)를 순차적으로 전송할 수 있는데, 장비별 전송리스트는 게이트웨이로 취합한 후에, 전체장비에 대한 종합정보를 미들웨어(middleware)에서 관리할 수 있다.
또한, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이와 미들웨어에서 물리머신(10) 및 가상머신(30)의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장할 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)의 미들웨어에서는 외부통신망(40)을 통해 디지털트윈을 요청하는 각종 통신단말기(50, 예를 들면, PC, 모바일단말기, 태블릿PC 등을 포함함)와의 접속을 수행할 수 있다.
또한, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이와 미들웨어에서는 물리머신(10)의 실제장비와 가상머신(30)의 가상장비와의 각 접속을 위해 기 설정된 주기에 따라 접속여부를 확인할 수 있고, 접속된 후에는 실제 입출력데이터(예를 들면, 제어데이터, 센서데이터 등을 포함하는 송수신데이터)의 이벤트 처리결과가 변화할 경우 로그(log)기록과 파일로 저장할 수 있다.
아울러, 인터페이스서버(20)는 JSON파일형식의 디바이스메모리 상태정보를 실시간으로 확인할 수 있고, 설비정보 및 X,Y 입출력 접점의 모니터링을 수행할 수 있으며, 실시간 이벤트가 변경될 때마다 상태창의 메시지를 리프레쉬(refresh)시킬 수 있고, 물리머신(10)과 가상머신(30)의 접속현황에 따라 게이트웨이, 실제장비, 미들웨어, 가상장비 등의 연결여부 및 접속수를 표시할 수 있고, 가상장비의 접속이 성공할 경우 시뮬레이션 동작구현 모니터링을 위한 인터페이스를 외부통신망(40)을 통해 통신단말기(50)로 출력할 수 있다.
가상머신(30)은 인터페이스서버(20)로부터 제 2 통신방식으로 전송되는 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 액추에이터의 동작을 센싱한 센서데이터를 인터페이스서버(20)에 전송하는 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이 3D 모델링 도면작업을 통해 CAD 데이터를 확보하고, 렌더링 작업 후 유니티(unity)물리엔진을 가상장비로 하여 가상공간에 배치할 수 있으며, PLC 코드 검증작업을 수행한 후에 물리머신(10)의 실제장비와 동일한 제어동작을 확인할 수 있다.
즉, 물리머신(10)의 실제장비와 동일한 제어동작을 확인하기 위해 PLC에서 제공되는 시뮬레이터 기능(즉, 제어데이터)을 이용하여 가상공간에 배치된 가상장비를 제어할 수 있다.
이러한 가상머신(30)은 가상장비의 액추에이터가 동작할 경우 액추에이터의 감시를 위한 센서데이터를 수신데이터(X)로 하여 제 2 통신방식으로 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있는데, 센서데이터는 도 2에 도시한 바와 같이 가상머신(30)의 가상장비 액추에이터에 따라 데이터범위를 구분하여 센싱범위를 분류하고, X00-X60을 입력데이터 범위로 하며, 0-F까지 16 비트의 주소를 갖는 데이터영역으로 하여 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다.
여기에서, 제 2 통신방식은 예를 들어 소켓통신 등을 포함할 수 있는데, 소켓통신을 통해 가상머신(30)을 클라이언트로, 인터페이스서버(20)를 서버로 하여 양방향 통신을 수행할 수 있다.
이에 따라, 가상머신(30)은 가상머신 액추에이터의 센서데이터(X)를 물리머신(10)의 실제장비 입력데이터로 하여 16 비트씩 1 워드(word) 단위로 총 6 워드의 값을 인터페이스서버(20)로 전송할 수 있다.
외부통신망(40)은 인터페이스서버(20)와 통신단말기(50) 간의 유무선통신환경을 제공할 수 있는데, 다양한 유선통신망 및 무선통신망으로 구성될 수 있으며, 단거리통신망(PAN : personal area network), 근거리통신망(LAN : local area network), 도시권통신망(MAN :; metropolitan area network), 광역통신망(WAN : wide area network) 등 다양한 유선통신망으로 구성될 수 있으며, 적외선(IrDA : infrared data association), 블루투스(bluetooth) 등과 같은 근거리 무선통신망을 이용할 수도 있다.
통신단말기(50)는 예를 들면, PC, 모바일단말기, 태블릿PC 등을 포함하고, 외부통신망(40)을 통해 인터페이스서버(20)에 접속되어 디지털트윈 기반의 설비제어 시뮬레이션을 요청할 수 있으며, 가상장비의 접속이 성공할 경우 인터페이스서버(20)로부터 전송되는 시뮬레이션 동작구현 모니터링을 위한 인터페이스를 출력함으로써, 도 5에 도시한 바와 같은 본 발명의 일 실시에에 따른 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 구축하여 다양한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있다.
즉, 통신단말기(50)는 인터페이스서버(20)로부터 제공되는 인터페이스를 통해 가상장비의 액추에이터 제어를 수행하면서 이를 동작시킬 수 있을 뿐만 아니라, 게이미피케이션(gamification)을 이용한 게임의 동작을 제어 및 실행시키는 방식으로 도 6에 도시한 바와 같은 게이미피케이션 교육컨텐츠를 제공할 수 있다.
또한, 통신단말기(50)는 인터페이스서버(20)로부터 제공되는 인터페이스를 통해 스마트팩토리 내 다양한 장비의 제어와 동작을 실행시키는 방식으로 도 7에 도시한 바와 같은 스마트패토리 교육컨텐츠를 제공할 수 있으며, 도 8에 도시한 바와 같은 PLC, 아두이노 등 개발 교육컨텐츠 또한 제공할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템은 현장중심의 설비제어 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼을 구축함으로써, 시설장비 인프라 구축이 어려운 교육기관, 학교, 기업체 등을 대상으로 실물장비와 동일한 동작이 가능할 뿐만 아니라 이 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용하여 게이미피케이션과 같은 새로운 방식의 교육컨텐츠를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템은 게임기반으로 작동되어 4차 산업혁명을 이해하는데 도움을 줄 수 있고, 흥미를 끌 수 있는 AR, VR, MR 등을 포함하는 시스템과 인터페이스하는 방식으로도 교육컨텐츠를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신과, 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 물리머신 및 가상머신과 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버를 포함함으로써, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 디지털트윈을 이용한 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용하여 교육 컨텐츠를 제공하는 과정을 나타낸 도면이며, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교육 컨텐츠 제공 과정에서 물리머신과 인터페이스서버, 인터페이스서버와 가상머신와의 각 데이터 송수신 과정을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 교육 컨텐츠 제공 과정에서 인터페이스서버의 보안 처리 과정을 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 통신단말기(50)에서 외부통신망(40)을 통해 인터페이스서버(20)에 접속하여 디지털트윈 기반의 설비제어 시뮬레이션을 요청할 수 있다(단계910).
여기에서, 통신단말기(50)는 예를 들면, PC, 모바일단말기, 태블릿PC 등을 포함할 수 있으며, 외부통신망(40)은 다양한 유선통신망 및 무선통신망을 포함할 수 있다.
그리고, 인터페이스서버(20)에서 물리머신 및 가상머신의 인터페이스 역할을 활성화시킬 수 있다(단계920).
상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계(920)에서는, 인터페이스서버(20)에서 소켓 통신방식으로 물리머신(10) 및 가상머신(30) 중 적어도 하나와 접속될 수 있다.
예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이 인터페이스서버(20)는 물리머신(10)과의 데이터 송수신을 위해 C#기반의 지원라이브러리를 이용하여 접속할 PLC스테이션번호를 지정하고, 소켓방식으로 서버와 클라이언트1(즉, PLC) 간의 데이터 통신을 시도하며, 서버와 클라이언트2(즉, 가상장비) 간의 데이터 통신은 소켓방식으로 PLC 입출력데이터(즉, 제어데이터, 센서데이터 등)를 전송할 수 있다.
그리고, 소켓 인터페이스는 응용프로그램과 소켓 사이의 인터페이스를 담당할 수 있는데, 소켓을 사용하기 위한 전제조건은 클라이언트-서버 통신모델에서 항상 서버프로그램이 먼저 수행되어야 하며, 인터페이스서버(20)는 socket()을 호출하여 통신에 사용할 소켓을 개설하고, 물리머신(10)으로부터 리턴된 소켓번호와 자신의 소켓주소를 bind()로 서로 연결할 수 있다.
여기에서, 소켓번호는 응용프로그램 내에서만 알고 있는 통신창구번호이고, 소켓주소는 네트워크시스템만 아는 주소이기 때문에, 이들을 bind()를 통해 묶어야 응용프로세스와 네트워크시스템 간의 데이터 전달을 수행할 수 있다.
또한, 인터페이스서버(20)에서는 listen()을 호출하여 수동 대기모드로 진행하고, 클라이언트, 즉 물리머신(10)으로부터 전송되는 연결요청에 따라 accept()함수를 호출하여 물리머신(10)과의 연결 설정을 수행할 수 있으며, 물리머신(10)과의 연결이 성공할 경우 accept()함수가 새로운 소켓을 리턴하게 되고, 이 리턴된 소켓을 통해 인터페이스서버(20)와 물리머신(10) 간의 데이터 통신을 수행할 수 있다. 물론, 도 11에 도시한 바와 같이 인터페이스서버(20)와 가상머신(30) 간의 데이터 통신 또한 이와 유사하게 수행할 수 있다.
한편, 상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계(920)에서는, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이에서 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 접속될 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)에서는 소프트웨어 복제 등과 같은 보안처리를 위한 보안기능을 부여할 수 있는데, 그 보안처리 프로세스는 PC 하드디스크이름과 컴퓨터 MAC어드레스정보를 취합하여 임의로 선택된 텍스트와 결합한 후에, SHA(secure hash algorithm) 알고리즘(예를 들면, SHA256 등)을 이용하여 암호화 변환을 수행할 수 있고, 암호화변환데이터를 레지스트리에 등록할 수 있으며, 등록된 레지스트값과 사전 취합되어 기 저장된 머신정보값과 비교한 후에, 그 값이 동일할 경우 인터페이스서버(20)와 물리머신(10) 간, 인터페이스서버(20)와 가상머신(30) 간이 상호 접속될 수 있다.
한편, 상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계(920)에서는, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이와 미들웨어에서 물리머신(10) 및 가상머신(20)의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장할 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이와 미들웨어에서는 물리머신(10)의 실제장비와 가상머신(30)의 가상장비와의 각 접속을 위해 기 설정된 주기에 따라 접속여부를 확인할 수 있고, 접속된 후에는 실제 입출력데이터(예를 들면, 제어데이터, 센서데이터 등을 포함하는 송수신데이터)의 이벤트 처리결과가 변화할 경우 로그(log)기록과 파일로 저장할 수 있다.
한편, 인터페이스서버(20)의 게이트웨이에서는 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 물리머신(10) 및 가상머신(30) 중 적어도 하나와 접속될 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)에서는 소프트웨어 복제 등과 같은 보안처리를 위한 보안기능을 부여할 수 있는데, 그 보안처리 프로세스는 도 12에 도시한 바와 같이 PC 하드디스크이름과 컴퓨터 MAC어드레스정보를 취합하여 임의로 선택된 텍스트와 결합한 후에, SHA(secure hash algorithm) 알고리즘(예를 들면, SHA256 등)을 이용하여 암호화 변환을 수행할 수 있고, 암호화변환데이터를 레지스트리에 등록할 수 있으며, 등록된 레지스트값과 사전 취합되어 기 저장된 머신정보값과 비교한 후에, 그 값이 동일할 경우 인터페이스서버(20)와 물리머신(10) 간, 인터페이스서버(20)와 가상머신(30) 간이 상호 접속될 수 있다.
아울러, 인터페이스서버(20)에서는 JSON파일형식의 디바이스메모리 상태정보를 실시간으로 확인할 수 있고, 설비정보 및 X,Y 입출력 접점의 모니터링을 수행할 수 있으며, 실시간 이벤트가 변경될 때마다 상태창의 메시지를 리프레쉬(refresh)시킬 수 있고, 물리머신(10)과 가상머신(30)의 접속현황에 따라 게이트웨이, 실제장비, 미들웨어, 가상장비 등의 연결여부 및 접속수를 표시할 수 있고, 가상장비의 접속이 성공할 경우 시뮬레이션 동작구현 모니터링을 위한 인터페이스를 외부통신망(40)을 통해 통신단말기(50)로 출력할 수 있다.
다음에, 물리머신(10)에서 제어데이터를 제 1 통신방식으로 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다(단계930).
예를 들면, 물리머신(10)은 PLC(programmable logic controller)를 사용하여 다양한 기능을 수행하는 복수의 모듈을 포함할 수 있고, 이들 모듈들을 제어하는 제어데이터를 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다.
이러한 제어데이터는 물리머신(10)의 각 모듈별 구성에 따라 데이터범위를 구분하여 제어범위를 분류하고, Y00-Y60을 출력데이터 범위로 하며, 0-F까지 16 비트(bit)의 주소를 갖는 데이터영역으로 하여 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다.
여기에서, 제 1 통신방식은 예를 들어 소켓통신 등을 포함할 수 있는데, 소켓통신을 통해 물리머신(10)을 클라이언트로, 인터페이스서버(20)를 서버로 하여 양방향 통신을 수행할 수 있다.
이에 따라, 물리머신(10)은 PLC의 출력데이터(Y)를 가상장비 액추에이터의 제어데이터로 하여 16 비트(bit)씩 1 워드(word) 단위로 총 6 워드의 값을 인터페이스서버(20)로 전송할 수 있다.
다음에, 인터페이스서버(20)에서 물리머신(10)으로부터 전송되는 제어데이터를 제 2 통신방식으로 가상머신(30)에 전송할 수 있다(단계940).
상기 가상머신에 전송하는 단계(940)에서는, 인터페이스서버(20)와 가상머신(30)이 JSON 파일형식으로 상호 데이터를 송수신할 수 있다.
예를 들면, 인터페이스서버(20)와 3D공간을 표현하는 시스템을 갖춘 유니티물리엔진을 사용한 가상머신(30)과의 통신데이터구조는 JSON 파일형식으로 서로 상호작용할 수 있도록 데이터를 전송할 수 있다.
그리고, 인터페이스서버(20)에서는 가상머신(30)으로 전송하는 제어데이터로서 장비정보(예를 들면, ID, 통신방식, 통신타입별 관련파라미터 등을 포함함)와, 데이터 전송주기와, 디바이스정보(예를 들면, I/O주소, 코멘트 등을 포함함)를 순차적으로 전송할 수 있는데, 장비별 전송리스트는 게이트웨이로 취합한 후에, 전체장비에 대한 종합정보를 미들웨어(middleware)에서 관리할 수 있다.
다음에, 가상머신(30)에서 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시킬 수 있다(단계950).
여기에서, 가상머신(30)은 3D 모델링 도면작업을 통해 CAD 데이터를 확보하고, 렌더링 작업 후 유니티(unity)물리엔진을 가상장비로 하여 가상공간에 배치할 수 있으며, PLC 코드 검증작업을 수행한 후에 물리머신(10)의 실제장비와 동일한 제어동작을 확인할 수 있다.
즉, 물리머신(10)의 실제장비와 동일한 제어동작을 확인하기 위해 PLC에서 제공되는 시뮬레이터 기능(즉, 제어데이터)을 이용하여 가상공간에 배치된 가상장비를 제어할 수 있다.
다음에, 가상머신(30)에서 가상장비 액추에이터의 동작을 센싱한 센서데이터를 제 2 통신방식으로 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다(단계960).
예를 들면, 가상머신(30)에서는 가상장비의 액추에이터가 동작할 경우 액추에이터의 감시를 위한 센서데이터를 수신데이터(X)로 하여 제 2 통신방식으로 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있는데, 센서데이터는 가상머신(30)의 가상장비 액추에이터에 따라 데이터범위를 구분하여 센싱범위를 분류하고, X00-X60을 입력데이터 범위로 하며, 0-F까지 16 비트의 주소를 갖는 데이터영역으로 하여 인터페이스서버(20)에 전송할 수 있다.
여기에서, 제 2 통신방식은 예를 들어 소켓통신 등을 포함할 수 있는데, 소켓통신을 통해 가상머신(30)을 클라이언트로, 인터페이스서버(20)를 서버로 하여 양방향 통신을 수행할 수 있다.
이에 따라, 가상머신(30)은 가상머신 액추에이터의 센서데이터(X)를 물리머신(10)의 실제장비 입력데이터로 하여 16 비트씩 1 워드(word) 단위로 총 6 워드의 값을 인터페이스서버(20)로 전송할 수 있다.
다음에, 인터페이스서버(20)에서 센서데이터를 제 1 통신방식으로 물리머신(10)에 전송할 수 있다(단계970).
이어서, 물리머신(10)에서 인터페이스서버(20)로부터 전송되는 센서데이터를 입력데이터로 하여 입력시킬 수 있다(단계980). 즉, 물리머신(10)에서는 인터페이스서버(20)를 통해 가상머신(30)으로부터 전송되는 센서데이터를 수신하여 PLC의 입력데이터(X)로 입력시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신과, 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 물리머신 및 가상머신과 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버를 포함함으로써, 디지털트윈을 적용하여 실제 설비 동작을 현장에서 사용되는 장비처럼 실제와 같이 시뮬레이션시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 설비제어에 관련한 교육 컨텐츠를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법을 제공함으로써, 4차 산업혁명 시대에 맞추어 교육기관에 맞는 스마트팩토리 소프트웨어를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 시뮬레이션 소프트웨어를 통한 다양한 운영체계(즉, PLC, PC 등)를 구축할 수 있고, 사물인터넷(IoT) 기반의 연결성에 기반하여 가상물리시스템(CPS)의 구현 및 초지능화 구축을 실현시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 교육용 코딩 실습 시뮬레이터를이용하여 생산자동화 모델기반 PLC 제어로직, PC기반 제어로직 등 가상머신 또는 실제장비와 연동하여 검증할 수 있는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 구현할 수 있고, 시스템 구현을 통해 현장 맞춤형 설계를 통한 디지털화 서비스를 제공할 수 있으며, 시스템을 통해 기계생산을 배치할 수 있고, 업무 상의 모든 결정에 도움을 줄 수 있으며, 자산의 최적화 뿐만 아니라 장비 작동 시나리오 분석을 효과적으로 지원할 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
10 : 물리머신
20 : 인터페이스서버
30 : 가상머신
40 : 외부통신망
50 : 통신단말기

Claims (12)

  1. 가상장비 액추에이터 제어를 위한 제어데이터를 전송하고, 센서데이터를 수신하여 입력시키는 물리머신;
    상기 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키며, 상기 액추에이터의 동작을 센싱한 상기 센서데이터를 전송하는 가상머신; 및
    상기 물리머신 및 가상머신의 인터페이스 역할을 활성화시키며, 상기 물리머신과는 제 1 통신방식으로 상호 송수신하고, 상기 가상머신과는 제 2 통신방식으로 상호 송수신하되, 상기 물리머신 및 가상머신과 상기 제어데이터 및 센서데이터를 각각 상호 송수신하는 인터페이스서버;를 포함하며,
    상기 인터페이스서버는,
    게이트웨이에서 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 접속되며,
    보안기능을 부여하되, PC 하드디스크이름과 컴퓨터 MAC어드레스정보를 취합하여 임의로 선택된 텍스트와 결합한 후에, SHA(secure hash algorithm) 알고리즘을 이용하여 암호화 변환을 수행하고, 암호화변환데이터를 레지스트리에 등록하며, 등록된 상기 레지스트리값과 사전 취합되어 상기 기 저장된 머신정보값과 비교한 후에, 그 값이 동일할 경우 상기 인터페이스서버와 상기 물리머신 간, 상기 인터페이스서버와 상기 가상머신 간이 상호 접속되고,
    상기 인터페이스서버는,
    상기 가상머신으로 전송하는 제어데이터로서 장비정보와, 데이터 전송주기와, 디바이스정보를 순차적으로 전송하되, 장비별 전송리스트는 상기 게이트웨이로 취합한 후에, 전체장비에 대한 종합정보를 미들웨어에서 관리하며, 상기 게이트웨이 및 미들웨어에서 상기 물리머신 및 가상머신의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인터페이스서버는,
    소켓 통신방식으로 상기 물리머신 및 가상머신 중 적어도 하나와 접속되는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 인터페이스서버는,
    상기 가상머신과 JSON 파일형식으로 상호 데이터를 송수신하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인터페이스서버는,
    상기 게이트웨이와 미들웨어에서 상기 물리머신 및 가상머신의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템.
  6. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설비제어 시뮬레이션 시스템은,
    외부통신망을 통해 상기 인터페이스서버에 접속되어 디지털트윈 기반의 설비제어 시뮬레이션을 요청하는 통신단말기;
    를 더 포함하는 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템.
  7. 인터페이스서버에서 물리머신 및 가상머신의 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계;
    상기 물리머신에서 제어데이터를 제 1 통신방식으로 상기 인터페이스서버에 전송하는 단계;
    상기 인터페이스서버에서 상기 제어데이터를 제 2 통신방식으로 상기 가상머신에 전송하는 단계;
    상기 가상머신에서 상기 제어데이터를 이용하여 가상장비의 액추에이터를 동작시키는 단계;
    상기 가상머신에서 상기 액추에이터의 동작을 센싱한 센서데이터를 상기 제 2 통신방식으로 상기 인터페이스서버에 전송하는 단계;
    상기 인터페이스서버에서 상기 센서데이터를 상기 제 1 통신방식으로 상기 물리머신에 전송하는 단계; 및
    상기 물리머신에서 상기 인터페이스서버로부터 전송되는 상기 센서데이터를 입력데이터로 하여 입력시키는 단계;를 포함하며,
    상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계는,
    상기 인터페이스서버의 게이트웨이에서 하드디스크 및 MAC어드레스를 이용하여 암호화하고, 암호화된 변환데이터의 레지스트리값과 기 저장된 머신정보값이 동일한 경우 접속되며,
    보안기능을 부여하되, PC 하드디스크이름과 컴퓨터 MAC어드레스정보를 취합하여 임의로 선택된 텍스트와 결합한 후에, SHA(secure hash algorithm) 알고리즘을 이용하여 암호화 변환을 수행하고, 암호화변환데이터를 레지스트리에 등록하며, 등록된 상기 레지스트리값과 사전 취합되어 상기 기 저장된 머신정보값과 비교한 후에, 그 값이 동일할 경우 상기 인터페이스서버와 상기 물리머신 간, 상기 인터페이스서버와 상기 가상머신 간이 상호 접속되고,
    상기 인터페이스서버에서는,
    상기 가상머신으로 전송하는 제어데이터로서 장비정보와, 데이터 전송주기와, 디바이스정보를 순차적으로 전송하되, 장비별 전송리스트는 상기 게이트웨이로 취합한 후에, 전체장비에 대한 종합정보를 미들웨어에서 관리하며, 상기 게이트웨이 및 미들웨어에서 상기 물리머신 및 가상머신의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계는,
    상기 인터페이스서버에서 소켓 통신방식으로 상기 물리머신 및 가상머신 중 적어도 하나와 접속되는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 가상머신에 전송하는 단계는,
    상기 인터페이스서버와 상기 가상머신이 JSON 파일형식으로 상호 데이터를 송수신하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 인터페이스서버는,
    상기 게이트웨이와 미들웨어에서 상기 물리머신 및 가상머신의 각 접속여부를 기 설정된 주기에 따라 확인하고, 송수신데이터에 대한 이벤트처리결과를 저장하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법.
  12. 청구항 7, 청구항 8, 청구항 10 및 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계; 이전에 통신단말기에서 외부통신망을 통해 상기 인터페이스서버에 접속하여 디지털트윈 기반의 설비제어 시뮬레이션을 요청하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 인터페이스 역할을 활성화시키는 단계는,
    상기 가상장비가 접속된 경우 상기 통신단말기에서 상기 인터페이스서버로부터 전송되는 시뮬레이션 동작구현 모니터링을 위한 인터페이스를 출력하는
    디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템을 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법.
KR1020220042029A 2022-04-05 2022-04-05 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법 KR102532269B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220042029A KR102532269B1 (ko) 2022-04-05 2022-04-05 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220042029A KR102532269B1 (ko) 2022-04-05 2022-04-05 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102532269B1 true KR102532269B1 (ko) 2023-05-11

Family

ID=86379026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220042029A KR102532269B1 (ko) 2022-04-05 2022-04-05 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102532269B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150126792A (ko) * 2014-05-05 2015-11-13 아이엠에스 헬스 인코포레이티드 동적 프리젠테이션과 데이터 구성을 사용하여 보안 모바일 협력 애플리케이션을 구축하기 위한 플랫폼
KR101596121B1 (ko) 2014-03-27 2016-02-22 주식회사 포스코아이씨티 가상설비 시뮬레이션 시스템 및 그 이용 방법
US20210110262A1 (en) * 2019-10-14 2021-04-15 Honda Research Institute Europe Gmbh Method and system for semi-supervised deep anomaly detection for large-scale industrial monitoring systems based on time-series data utilizing digital twin simulation data
KR20210086072A (ko) * 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 버넥트 실시간 현장 작업 모니터링 방법 및 시스템
JP2021531574A (ja) * 2018-08-14 2021-11-18 オムロン株式会社 産業用ｐｃデバイス及び産業用ｐｃデバイスの動作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101596121B1 (ko) 2014-03-27 2016-02-22 주식회사 포스코아이씨티 가상설비 시뮬레이션 시스템 및 그 이용 방법
KR20150126792A (ko) * 2014-05-05 2015-11-13 아이엠에스 헬스 인코포레이티드 동적 프리젠테이션과 데이터 구성을 사용하여 보안 모바일 협력 애플리케이션을 구축하기 위한 플랫폼
JP2021531574A (ja) * 2018-08-14 2021-11-18 オムロン株式会社 産業用ｐｃデバイス及び産業用ｐｃデバイスの動作方法
US20210110262A1 (en) * 2019-10-14 2021-04-15 Honda Research Institute Europe Gmbh Method and system for semi-supervised deep anomaly detection for large-scale industrial monitoring systems based on time-series data utilizing digital twin simulation data
KR20210086072A (ko) * 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 버넥트 실시간 현장 작업 모니터링 방법 및 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hozdić Smart factory for industry 4.0: A review
Tabaa et al. Industrial communication based on modbus and node-RED
CN109510760A (zh) 一种面向物联网应用的区块链网关及用该网关管理物联网的方法
CN108319161A (zh) 一种工业scada系统仿真平台
Teslya et al. Blockchain-based framework for ontology-oriented robots’ coalition formation in cyberphysical systems
CN107077128A (zh) 控制工业设施中的现实世界对象
CN109417552A (zh) 用于执行安全通信的方法和工业计算装置
CN103595759B (zh) 基于云端的桌面展示方法
Xu et al. An effective blockchain-based, decentralized application for smart building system management
CN106164917A (zh) 用于远程会话的用户特定应用激活
Rosas et al. Approach to Adapt a Legacy Manufacturing System Into the IoT Paradigm.
CN107471213A (zh) 一种机器人模拟系统
Román-Ibáñez et al. Distributed monitoring of heterogeneous robotic cells. A proposal for the footwear industry 4.0
CN102710764A (zh) 一种基于云计算下的用户远程控制终端设备的方法及系统
CN103916397A (zh) 一种分布式网络环境下安全监控方法
Cho et al. E-learning based on internet of things
Kobzan et al. Utilizing blockchain technology in industrial manufacturing with the help of network simulation
CN103971311A (zh) 一种基于人机协同的推理演练方法和系统
Fadil Smart construction companies using internet of things technologies
Øvern Industry 4.0-Digital twins and OPC UA
KR102532269B1 (ko) 디지털트윈을 기반으로 하는 설비제어 시뮬레이션 시스템 및 이를 이용한 교육 컨텐츠 제공 방법
CN207117673U (zh) 一种基于混合云的物联网系统
Deac et al. Virtual reality digital twin for a smart factory
Alharbi RETRACTED ARTICLE: Arrangement and Accomplishment of Interconnected Networks with Virtual Reality
KR20190123370A (ko) 스마트 팩토리를 위한 cps 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant