KR20200084424A - Industrial IoT system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산업용 사물 인터넷 시스템(IIoT)에 관한 것으로서, 구체적으로는 공장 내의 각종 센서 및 운용 서버를 비롯한 다양한 IoT 디바이스들을 접속시켜 별도의 서버없이 실시간 데이터 처리 및 관리 가능한 산업용 사물 인터넷 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an industrial Internet of Things (IIoT) system, and specifically, to an industrial Internet of Things system capable of real-time data processing and management without a separate server by connecting various IoT devices including various sensors and operation servers in a factory.
사물 인터넷(Internet of Things), 즉 IoT는 사물에 센서를 부착해 실시간으로 데이터를 주고 받는 기술이나 환경을 의미한다. 이러한 IoT 기술은 센싱 기술, 유·무선 통신 및 네트워크 인프라, IoT 서비스 인터페이스 기술 등을 활용하여 디바이스들 간에 온도나 습도, 위치나 열 등의 데이터를 주고받을 수 있다.The Internet of Things, or IoT, refers to a technology or environment in which data is exchanged in real time by attaching sensors to objects. The IoT technology can transmit and receive data such as temperature, humidity, location, and heat between devices using sensing technology, wired/wireless communication and network infrastructure, and IoT service interface technology.
이러한 IoT는 각각의 디바이스들의 데이터를 수집하여 분석함으로써, 각 디바이스들의 운영 효율을 높이기 위한 것으로서, 최근에는 가전기기뿐만 아니라 제조 현장에서도 신규로 설치한 시스템 및 기 설치된 장비로부터 데이터를 수집하고, 이를 클라우드 서버에 전송하여 의미있는 데이터로 활용할 수 있도록 운영기술(OT)과 정보기술(IT) 간에 안정적인 연결을 지원하는 것이 중요하다. 이러한 OT와 IT 환경의 통합을 가속화하기 위해서는 엣지(edge)와 클라우드(cloud) 연결 솔루션이 제공되어야 한다.The IoT collects and analyzes the data of each device to increase the operational efficiency of each device. Recently, IoT collects data from newly installed systems and pre-installed equipment not only in household appliances, but also in manufacturing sites, and uses it to cloud It is important to support a stable connection between operational technology (OT) and information technology (IT) so that it can be used as meaningful data by sending it to a server. To accelerate the integration of these OT and IT environments, an edge and cloud connection solution must be provided.
일반적으로 종래의 OT 시스템은 여러 센서와 기계를 연결할 필요가 없었고, OT 데이터는 SCADA 시스템에서만 처리되어 왔다. 그러나, IIoT(산업용 사물 인터넷) 어플리케이션을 사용하려면, OT 기기에서 수집된 대량의 데이터를 IT 기반 클라우드 서비스로 전송해야 한다. 이를 위해서는 OT와 IT를 연결하기 위한 IIoT 게이트웨이가 필수적이다. In general, the conventional OT system does not need to connect several sensors and machines, and OT data has been processed only in the SCADA system. However, in order to use the IIoT (Industrial Internet of Things) application, a large amount of data collected from an OT device must be transmitted to an IT-based cloud service. For this, an IIoT gateway for connecting OT and IT is essential.
또한, IIoT 어플리케이션에 데이터를 연결하기 위해서는 실시간으로 LAN으로부터 WAN까지 데이터를 전송해야 하고, 엣지에서 클라우드로 점점 증가하는 데이터 트래픽을 감당할 수 있어야 한다.In addition, in order to connect data to IIoT applications, data must be transmitted from LAN to WAN in real time, and it must be able to handle the increasing data traffic from the edge to the cloud.
또한, 제조 공장에서는 수백에서 수천 개의 디바이스들이 사용되고 있는데, 기존의 기기는 서로 다른 프로토콜로 작동되는 경우가 많고, 클라우드에 연결되어 있지 않으면 다른 기기와 통신하는 것이 실질적으로 불가능하거나 어려웠다.In addition, hundreds to thousands of devices are used in manufacturing plants, and existing devices are often operated with different protocols, and it is practically impossible or difficult to communicate with other devices without being connected to the cloud.
따라서, IIoT를 구축하는데 있어서 서로 다른 프로토콜의 디바이스를 통합해야만 하고, 또한 신속한 데이터 처리가 필요한 IoT 환경에서는 연결 결과를 바로 현장에 적용할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to integrate devices of different protocols in constructing IIoT, and in an IoT environment that requires fast data processing, it is necessary to apply connection results directly to the field.
선행기술문헌 1: 공개특허공보 제10-2017-0009029호(2017.01.25.)Prior Art Document 1: Published Patent Publication No. 10-2017-0009029 (2017.01.25.)
선행기술문헌 2: 공개특허공보 제10-2006-0135187호(2006.12.29.)Prior Art Document 2: Published Patent Publication No. 10-2006-0135187 (2006.12.29.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 여러 디바이스들의 다양한 프로토콜 변환을 통해 네트워크를 단순화함으로써, 신속한 데이터 처리 가능한 산업용 사물 인터넷 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an industrial Internet of Things system capable of rapid data processing by simplifying a network through various protocol conversions of various devices.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 센서를 구비하고, 산업 현장에서 생산 및 관리에 기여하는 적어도 하나 이상의 디바이스; 상기 디바이스와 연결되어 상기 디바이스를 관리하는 클라우드 시스템; 상기 센서로부터 데이터를 수집하고, 수집한 데이터를 상기 클라우드 시스템에 전송하는 IIoT 게이트웨이; 및 상기 IIoT 게이트웨이 및 사용자 단말기와 무선 통신 가능한 무선 통신 인터페이스를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention is provided with at least one sensor, at least one or more devices that contribute to production and management in the industrial field; A cloud system connected to the device and managing the device; An IIoT gateway for collecting data from the sensor and transmitting the collected data to the cloud system; And a wireless communication interface capable of wireless communication with the IIoT gateway and a user terminal.
부가적으로, 상기 디바이스는 상기 센서로부터 데이터를 수집, 분석 및 트랜스 코딩할 수 있는 엣지 컴퓨팅 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Additionally, the device is characterized by further comprising edge computing means capable of collecting, analyzing and transcoding data from the sensor.
바람직하게는, 상기 IIoT 게이트웨이는 상기 디바이스를 이더넷 네트워크 또는 이동통신 네트워크와 연결하여, 사용자 단말기를 통해 상기 디바이스의 관리가 가능한 것을 특징으로 한다.Preferably, the IIoT gateway is characterized in that it is possible to manage the device through a user terminal by connecting the device with an Ethernet network or a mobile communication network.
바람직하게는, 상기 IIoT 게이트웨이는 상기 디바이스의 프로토콜을 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜(MQTT)로 변환하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the IIoT gateway is characterized in that it converts the protocol of the device to the Internet of Things standard messaging protocol (MQTT).
본 발명에 따르면, 디바이스들의 프로토콜을 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜(MQTT)로 변환함으로써, 통신 네트워크를 단순화할 수 있고, 이에 따라 클라우드 시스템과의 쉽고 안전한 통신이 보장될 수 있다.According to the present invention, by converting the protocol of the devices to the Internet of Things standard messaging protocol (MQTT), it is possible to simplify the communication network, thereby ensuring easy and secure communication with the cloud system.
또한, 본 발명에 따르면, OEE, KPI 작업 환경에 대한 모니터링 기능뿐만 아니라 원격 진단, 컨트롤 등 공작기계에 특화된 기능들을 제공할 수 있고, 설비의 구성부품의 열화 상태를 정량적으로 파악하고 그 부품의 열화 특성, 가동 상황 등을 근거로 열화의 진행을 정량적으로 예지ㆍ예측해서 보수, 교체를 계획ㆍ실시하는 예지보전이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide functions specific to machine tools such as remote diagnosis and control as well as monitoring functions for OEE and KPI working environments, quantitatively grasping the deterioration status of components of equipment and deteriorating the parts Predictive maintenance is possible by quantitatively predicting and predicting the progress of deterioration based on characteristics and operating conditions, and planning and carrying out repair and replacement.
또한, 본 발명에 따르면, 디바이스와 연결된 엣지 컴퓨터를 활용하여 수집되는 데이터를 즉시 처리하고 연산결과를 현장에 바로 적용할 수 있기 때문에, 중앙 집중식 클라우드 시스템에 비해 신속한 대응이 가능하다.In addition, according to the present invention, since the collected data is immediately processed by using the edge computer connected to the device and the calculation result can be applied directly to the field, it is possible to respond quickly compared to a centralized cloud system.
도 1은 본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템의 구성을 대략적으로 도시한 블록도,
도 2는 본 발명의 추가 실시예에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템의 구성을 대략적으로 도시한 블록도.1 is a block diagram schematically showing the configuration of an industrial Internet of Things system according to the present invention;
2 is a block diagram schematically showing the configuration of an industrial Internet of Things system according to a further embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the industrial Internet of Things system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For reference, in the following description of the present invention, the terms referring to the components of the present invention are named in consideration of the function of each component, and should not be understood as a meaning limiting the technical components of the present invention. Will be.
본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템은 컴퓨터 네트워크 상에서 아종의 통신망과 이종의 프로토콜을 사용하는 네트워크 사이의 통신을 가능하게 하여 산업 현장 내의 각종 센서 및 운용 서버를 비롯한 다양한 IoT 디바이스들이 사용자의 간섭없이 유연하게 통신망에 접속할 수 있게 하는 시스템이다.The industrial Internet of Things system according to the present invention enables communication between a sub-network and a network using heterogeneous protocols on a computer network, so that various IoT devices including various sensors and operation servers in the industrial site can flexibly without user intervention. It is a system that allows access to a communication network.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템은 산업 현장, 예를 들면 공장에서 제품의 생산 및 관리에 기여하는 여러 종류의 디바이스들(100), 이 디바이스들(100)과 연결되어 디바이스들을 관리하는 클라우드 시스템(200), 디바이스들(100)과 클라우드 시스템(200)을 서로 통신 가능하게 하는 IIoT 게이트웨이(300) 및 IIoT 게이트웨이(300)와 사용자 단말기(400) 또는 작업 컴퓨터가 무선 통신 가능하게 하는 무선 통신 인터페이스를 포함한다.Referring to FIG. 1, the industrial Internet of Things system according to the present invention is a device connected to the various types of
디바이스들(100)은 적어도 하나의 센서(110)를 포함한다. 센서(110)는 온도 센서, 습도 센서, 조도 센서 등 산업 현장의 주변 환경을 모니터링하기 위한 센서일 수 있다. 또한, 센서(110)는 디바이스로부터 생산되는 제품의 상태 또는 디바이스의 상태를 모니터링하기 위한 센서일 수 있다.
클라우드 시스템(200)은 보안 관리 시스템, 데이터 트래픽 관리 엔진, 장치 관리자, 대시보드, 데이터 송수신 관리자 및 데이터 분석 엔진 등을 포함할 수 있다. 보안 관리 시스템은 디바이스들(100)과의 통신과 클라우드 시스템의 보안 작업을 수행한다. 여기서, 보안 관리 시스템은 기 공지된 다양한 형태의 보안 기술이 적용 가능한 바, 그 상세한 설명은 생략한다. 데이터 트래픽 관리 엔진은 네트워크 상의 내/외부 트래픽에 대한 효율적인 운영 관리와, 보안 관리 시스템과 연동하여 DDoS 등 악성 또는 비정상 트래픽으로 인한 네트워크 장애 발생시 이를 처리하는 기능을 수행한다. 데이터 송수신 관리자는 게이트웨이를 통해 데이터를 수집하기 위해 데이터를 정해진 시간마다 요청하여 수집한다. 또한 데이터 송수신 관리자는 하위의 다양한 장치들의 ID 값을 매칭하여 장치에 해당하는 데이터를 수집하고 관리하게 된다. 그리고, 데이터 송수신 관리자는 수집된 데이터를 데이터 저장소에 저장하고, 대시보드 뷰어에서 실시간으로 또는 과거의 기록을 검색 가능하게 해당 정보를 제공하게 된다.The
IIoT 게이트웨이(300)는 각각의 디바이스들(100)에 구비된 센서(110)로부터 주기적으로 데이터를 수집하고, 수집한 데이터를 클라우드 시스템(200)에 전송한다. IIoT 게이트웨이(300)는 시리얼 통신 또는 WIFI나 Bluetooth와 같은 무선 통신을 통해 센서(110), 리모트 IO 디바이스 및 DAQ 디바이스와 연결될 수 있다. The
또한, IIoT 게이트웨이(300)는 제조 현장에 제약이 없도록 유선 및 무선 인터페이스를 모두 지원할 수 있고, OEE, KPI 작업 환경에 대한 모니터링 기능뿐만 아니라 원격 진단, 컨트롤 등 공작기계에 특화된 기능들을 제공할 수 있으며, 노하우를 활용하여 설비의 구성부품의 열화 상태를 정량적으로 파악하고 그 부품의 열화 특성, 가동 상황 등을 근거로 열화의 진행을 정량적으로 예지ㆍ예측해서 보수, 교체를 계획ㆍ실시하는 예지보전이 가능하다.In addition, the IIoT
무선 통신 인터페이스는 IIoT 게이트웨이(300)와 사용자 단말기(400) 또는 공장의 작업 컴퓨터가 서로 무선 통신 가능하게 하는 역할을 한다. 예를 들면, IIoT 게이트웨이(300)는 디바이스들(100)을 이더넷 네트워크 또는 이동통신 네트워크와 연결시켜, 사용자 단말기 또는 작업 컴퓨터를 통해 디바이스들(100)의 제어 및 관리 가능하게 한다.The wireless communication interface serves to enable the
바람직하게는, IIoT 게이트웨이(300)는 디바이스들(100)의 프로토콜을 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜(MQTT)로 변환하는 작업을 수행한다. 구체적으로, IIoT 게이트웨이(300)는 아날로그, 디지털 또는 필드버스(fieldbus) 등의 다양한 인터페이스를 제공하고, 다양한 장비들의 연동이 가능하게 하며, 디바이스들의 프로토콜을 변환하여 상위 어플리케이션과 OPC UA 표준으로 연동하게 함으로써, 통신 네트워크를 단순화할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템은 MQTT 및 OPC UA와 같은 표준화된 프로토콜을 지원함으로써 클라우드 시스템(200)과의 쉽고 안전한 통신을 보장할 수 있다.Preferably, the IIoT
또한, IIoT 게이트웨이(300)는 산업 현장의 필드 데이터를 실시간으로 주기적으로 수집함과 동시에 현장 설비, 즉 디바이스들의 상태를 클라우드 시스템(200)에 전달하여 필드 데이터와 클라우드 시스템이 연결될 수 있게 한다.In addition, the IIoT
또한, IIoT 게이트웨이(300)는 IPC/EPC를 기반으로 하여 사용자가 필요로 하는 소프트웨어 및 통신 프로토콜을 사용함으로써, 디바이스들의 데이터를 클라우드 시스템(200)에 통합시킬 수 있다.In addition, the IIoT
한편, 클라우드 시스템(200)은 수집된 데이터의 처리 및 연산을 직접 수행하는 중앙 컴퓨팅 수단을 포함하여, 디바이스들(100)로부터 수집된 데이터를 처리 및 연산하고 이를 다시 각 디바이스들로 전송하는 방식을 채용할 수 있다. 그러나, 이러한 중앙 집중식 클라우드 시스템은 디바이스들의 데이터가 많아지는 경우 중앙 시스템에 과부하가 걸리고 데이터 처리 및 연산 결과가 바로 현장에 적용되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.Meanwhile, the
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템은 각각의 디바이스들(100)에 개별적으로 구비된 복수의 엣지 컴퓨터(500) 또는 각각의 디바이스들(100)과 연결된 하나의 엣지 컴퓨터(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the industrial Internet of Things system according to the present invention includes a plurality of
이러한 엣지 컴퓨터(500)는 디바이스들에 구비된 센서(110)로부터 데이터를 수집하고, 분석하며, 트랜스코딩(trnscoding)할 수 있다.The
이와 같이, 본 발명에 따른 산업용 사물 인터넷 시스템은 디바이스와 연결된 엣지 컴퓨터(500)를 활용하여 수집되는 데이터를 즉시 처리하고 연산결과를 현장에 바로 적용할 수 있기 때문에, 중앙 집중식 클라우드 시스템에 비해 신속한 대응이 가능하다.As described above, since the industrial Internet of Things system according to the present invention utilizes the
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and the protection scope of the present invention should be interpreted by the claims below. In addition, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention, and all technical ideas within the scope equivalent to the present invention are of the present invention. It should be interpreted as being included in the scope of rights.
Claims (4)
상기 디바이스와 연결되어 상기 디바이스를 관리하는 클라우드 시스템;
상기 센서로부터 데이터를 수집하고, 수집한 데이터를 상기 클라우드 시스템에 전송하는 IIoT 게이트웨이; 및
상기 IIoT 게이트웨이 및 사용자 단말기와 무선 통신 가능한 무선 통신 인터페이스를 포함하는 산업용 사물 인터넷 시스템.
At least one device having at least one sensor and contributing to production and management in an industrial site;
A cloud system connected to the device and managing the device;
An IIoT gateway for collecting data from the sensor and transmitting the collected data to the cloud system; And
Industrial Internet of Things system including a wireless communication interface capable of wireless communication with the IIoT gateway and a user terminal.
상기 디바이스는 상기 센서로부터 데이터를 수집, 분석 및 트랜스 코딩할 수 있는 엣지 컴퓨팅 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산업용 사물 인터넷 시스템.
According to claim 1,
The device further comprises an edge computing means capable of collecting, analyzing and transcoding data from the sensor.
상기 IIoT 게이트웨이는 상기 디바이스를 이더넷 네트워크 또는 이동통신 네트워크와 연결하여, 사용자 단말기를 통해 상기 디바이스의 관리가 가능한 것을 특징으로 하는 산업용 사물 인터넷 시스템.
According to claim 1,
The IIoT gateway connects the device to an Ethernet network or a mobile communication network, so that the device can be managed through a user terminal.
상기 IIoT 게이트웨이는 상기 디바이스의 프로토콜을 사물인터넷 표준 메시징 프로토콜(MQTT)로 변환하는 것을 특징으로 하는 산업용 사물 인터넷 시스템.The method of claim 1 or 3,
The IIoT gateway converts the protocol of the device into an IoT standard messaging protocol (MQTT).
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