KR20220093476A - Opc ua 기반 웹 서버를 이용한 실시간 모니터링 시스템 운용 방법 - Google Patents

Opc ua 기반 웹 서버를 이용한 실시간 모니터링 시스템 운용 방법 Download PDF

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KR20220093476A
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Abstract

OPC UA 기반 웹 서버를 이용한 실시간 모니터링 시스템 운용 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 모니터링 시스템은, 설비 장비에 구축되어 OPC UA Publisher로 데이터를 발행하는 다수의 OPC UA 서버, 다수의 OPC UA 서버가 발행한 데이터들을 OPC UA Subscriber로 구독하고, 구독을 통해 수집한 데이터를 웹 인터페이스를 통해 웹 클라이언트에 제공하는 OPC UA 웹 서버 및 OPC UA 웹 서버로부터 데이터를 제공 받아 모니터링 하는 웹 클라이언트를 포함한다. 이에 의해, OPC UA 표준 장치에 대한 상호운용성 제공하고, OPC UA 표준 장치에 대한 유연한 연결 및 확장성 증대를 가능하게 하며, 표준 기반 웹 소켓 방식으로 인한 실시간 모니터링을 지원할 수 있게 된다.

Description

OPC UA 기반 웹 서버를 이용한 실시간 모니터링 시스템 운용 방법{Real-time monitoring system operation method using OPC UA-based web server}
본 발명은 스마트 제조/공장 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조장치, 서비스 애플리케이션 간에 실시간 상호운용성을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.
오늘날 모든 제조업 분야에서 스마트 제조 혁신 트렌드에 따라 많은 수의 필드 장치, 센서 등이 시스템의 구성 요소로써 동작하고 있다. 이와 같은 많은 수의 필드 디바이스를 효율적으로 관리하기 위한 기술 개발의 요구가 증대되어 왔다.
특히 제조 설비가 고도화됨에 따라서 높은 실시간성을 요구함과 동시에 그 실시간 적시성 준수 여부에 따라 전체 시스템에 치명적 손상이 가해질 수 있어, 데이터 관리에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 과거부터 제조업에 데이터 관리에 대한 방법으로 모니터링 기술도 필수적인 기술 요소 자리잡고 있으며, 이에 실시간 모니터링 기술 개발에 힘써오고 있다.
기존 웹 애플리케이션은 대부분 HTTP를 통해 이루어졌으며, Request/Response 기반의 Statless Protocol이다. 이는 영구적인 연결이 되어 있지 않고 클라이언트 쪽(웹 브라우져)에서 필요할 때 Request 할 때만 서버(웹 서버)가 Response 하는 방식이기 때문에, 서버쪽 데이터가 업데이트 되더라도 클라이언트 쪽에서 화면을 Refresh 하지 않는 이상 바뀐 데이터가 업데이트 되지 않는 문제가 있다. 이와 같은 문제로 인해 실시간 모니터링이 요구되는 제조업내 모니터링 애플리케이션은 전이중 방식을 통한 웹 애플리케이션 개발이 필수적인 기술요소로 요구되고 있다.
또한 제조업 내 장치, 시스템, 애플리케이션의 데이터 교환, 연동을 위해서 상이한 통신 방식 혹은 비표준 통신을 채택함으로써 장치간 연결이 용이하지 않았다. 이에 제조업 분야의 장치간 데이터 교환을 위한 표준 적용의 요구가 있어 왔고, 그 결과 최근 제조업 통신 표준으로 OPC UA가 적용되고 있다.
이에 따라 최근 제조업 장치에는 OPC UA 통신이 기본적으로 탑재되어 출시되고 있고, OPC UA 표준에 따라 장치간, 장치와 애플리케이션간, 애플리케이션과 애플리케이션간의 연동이 수직적, 수평적으로 통합되어 운용될 수 있는 환경이 마련되고 있다. 이에 서비스 애플리케이션에 OPC UA를 인터페이스 할 수 있는 방안이 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, OPC UA Client 또는 OPC UA Subscriber 기반의 플랫폼에 대해서 연동된 상위 애플리케이션과의 실시간 데이터 모니터링, 분석이 가능한 환경을 구축함으로써 스마트공장 표준 기반의 상호운용성을 제공하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 모니터링 시스템은, 설비 장비에 구축되어 OPC UA Publisher로 데이터를 발행하는 다수의 OPC UA 서버; 다수의 OPC UA 서버가 발행한 데이터들을 OPC UA Subscriber로 구독하고, 구독을 통해 수집한 데이터를 웹 인터페이스를 통해 웹 클라이언트에 제공하는 OPC UA 웹 서버; 및 OPC UA 웹 서버로부터 데이터를 제공 받아 모니터링 하는 웹 클라이언트;를 포함한다.
데이터는, 센서 데이터, 상태 데이터, 및 제어 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
OPC UA 웹 서버는, 다수의 OPC UA Publisher가 발행한 데이터를 NetworkMessage 형태로 수신하고, 수신한 NetworkMessage를 디코딩 하여 데이터를 추출하며, 추출한 데이터에서 구독한 데이터를 읽어 데이터베이스에 저장할 수 있다.
데이터 베이스는, Key 공간과 Value 공간이 쌍으로 구성되며, Key 공간에는, OPC UA Publisher의 식별자가 저장되고, Value 공간에는, 데이터가 저장될 수 있다.
OPC UA 웹 서버는, 웹 소켓 인터페이스를 통해, 설비 데이터를 웹 클라이언트에 제공할 수 있다.
웹 클라이언트는, 데이터 모니터링을 위한 갱신 요청 없이, 웹 소켓 인터페이스를 이용하여 데이터를 실시간으로 업데이트할 수 있다.
웹 클라이언트는, OPC UA 웹 서버에, TCP 연결 설정을 요청하고, HTTP 세션 설정을 요청한 후에, 웹 소켓 세션 설정을 요청하고, OPC UA 웹 서버는, 핸드 쉐이크 응답을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 모니터링 방법은, 다수의 OPC UA 서버가, 설비 장비에 구축되어 OPC UA Publisher로 데이터를 발행하는 단계; OPC UA 웹 서버가, 다수의 OPC UA 서버가 발행한 데이터들을 OPC UA Subscriber로 구독하는 단계; OPC UA 웹 서버가, 구독을 통해 수집한 데이터를 웹 인터페이스를 통해 웹 클라이언트에 제공하는 단계; 및 웹 클라이언트가, OPC UA 웹 서버로부터 데이터를 제공 받아 모니터링 하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, OPC UA Client 또는 OPC UA Subscriber 기반의 플랫폼에 대해서 연동된 상위 애플리케이션과의 실시간 데이터 모니터링, 분석이 가능한 환경을 구축함으로써, OPC UA 표준 장치에 대한 상호운용성 제공하고, OPC UA 표준 장치에 대한 유연한 연결 및 확장성 증대를 가능하게 하며, 표준 기반 웹 소켓 방식으로 인한 실시간 모니터링을 지원할 수 있게 된다.
도 1. OPC UA 기반 실시간 웹서비스 시스템 구성
도 2. OPC UA를 활용한 웹 서버 구성
도 3. OPC UA 웹 서버와 웹 클라이언트 세션 연결 과정
도 4. OPC UA Publisher의 동작 흐름
도 5. OPC UA 웹 서버의 동작 흐름도
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는, OPC UA 기반 웹 서버를 이용한 실시간 모니터링 시스템 운용 방법을 제시하여, 글로벌 표준 상호운용이 가능한 모니터링 시스템 환경을 구축하되, 특히 표준 준수 시 높은 확장성을 갖는 모니터링 시스템 환경을 구축한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에서는 높은 실시간성을 요구하는 OPC UA 서버 또는 OPC UA Publisher 기반의 장치가 발생하는 데이터를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.
구체적으로, 웹 서버 플랫폼에 OPC UA 클라이언트 또는 OPC UA Subscriber를 인터페이스 하여 표준 상호운용성을 제공하고, 웹 소켓을 이용한 연결성을 보장하여 웹 클라이언트에 대한 실시간 모니터링 운용을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예에 따른 OPC UA 기반 실시간 웹서비스를 제공 방법의 구성은 도 1과 같다. 도 1은 OPC UA 기반 실시간 웹서비스 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
제조 현장 내 OPC UA Publisher(110)는 다양한 설비 장치에 구축되며, 많은 수가 분산된 구조로 주기적으로 데이터를 발행한다.
열화상 카메라, 환경 센서 등 환경적 요인을 모니터링하기 위한 센서 데이터도 발생시키지만, 비전장비, 모바일/협업로봇, 생산공정장비 등 시스템 전체에 영향을 미칠 수 있는 높은 실시간성을 요구하는 상태 데이터와 제어 데이터도 발생시킨다.
이와 같은 OPC UA Publisher(110)가 발행하는 데이터를 모니터링 하기 위해서 OPC UA 웹 서버(120)를 구축해야 하는데, 이는 웹 클라이언트(130), 즉 웹 대시보드와 연동하기 위한 역할을 수행한다.
특히 OPC UA 웹 서버(120)는 다수 OPC UA Publisher(110)가 주기적으로 발행하는 데이터를 수용하기 위해서 OPC UA Subscriber(121)의 역할을 동시에 수행해야 하며, 이를 통해 데이터를 구독하게 된다.
구독된 데이터를 웹 대시보드(130)에서 Refresh 없이 실시간으로 모니터링하기 위해서 웹 소켓 인터페이스(123)를 통해 웹 대시보드(130)와 데이터를 양방향 교환한다.
도 2는 OPC UA 웹 서버(120)를 구축하는 과정을 도시화 한 모습이다. 도시된 바와 같이, OPC UA Publisher(110)의 집합인 다수의 설비 장치가 발행한 데이터는 NetworkMessage 형태로 구독하게 된다.
OPC UA 웹 서버(120) 내의 OPC UA Subscriber(121)는 NetworkMessage를 수신 후 디코딩 하여 데이터를 추출하고 확인한다. OPC UA Subscriber(121)는 구독하고자 하는 데이터가 추출 된 DataSet에 있을 경우 데이터를 Read 한다.
Read 된 OPC UA Publisher(110)의 데이터는 OPC UA 웹 서버(120) 내에 구축되어 있는 데이터베이스(122)에 매핑 되는데, 해당 데이터베이스(122)는 Key, Value 쌍의 Schema 형태로 구성되어 있다.
추출 된 데이터는 데이터베이스(122)의 Value 공간에 순차적으로 저장된다. 그리고, Key 값은 OPC UA Publisher(110)의 정보 모델의 식별자 정보인 NodeId로 매칭 되게 된다.
데이터베이스(122)에 저장 된 데이터는 OPC UA 웹 서버(120)와 연결되는 웹 클라이언트(130)에서 활용되게 되는데 웹 소켓 인터페이스(123)를 통해 OPC UA 웹 서버(120)와 웹 클라이언트(130)가 세션을 열게되고, 웹 클라이언트(130)가 요청 없이도 실시간으로 데이터를 전달할 수 있다.
도 3은 OPC UA 웹 서버(120)와 웹 클라이언트(130)가 웹 소켓을 연결하는 과정을 도시화한 것이다.
보통의 웹 애플리케이션의 데이터는 HTTP 프로토콜을 사용한 요청/응답 방식으로 데이터를 송수신 하게 된다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에서 OPC UA 웹 서버(120)와 웹 클라이언트(130) 간 데이터는 TCP 3-Way 핸드쉐이크를 통해 TCP 세션을 열고 데이터를 활용하고자 하는 웹 클라이언트(130)가 HTTP 요청을 한다.
즉, 해당 HTTP 요청 후 웹 클라이언트(130)는 웹 소켓 세션을 열기위한 요청을 하고, OPC UA 웹 서버(120)는 이에 대한 웹 소켓 핸드쉐이크 응답을 함으로써 웹 소켓 세션이 열리게 된다.
웹 클라이언트(130)는 데이터 모니터링을 위한 갱신 요청 없이 해당 웹 소켓을 이용하여 데이터를 실시간으로 업데이트 할 수 있다.
도 4는 OPC UA Publisher(110)의 동작 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 제조 현장 내 OPC UA Publisher(110)는 초기에 자신이 구축된 설비 장치의 데이터를 모델링하여, OPC UA 웹 서버(120)에 노드로 등록한다.
다음, OPC UA Publisher(110)는 데이터들을 수집하는데, 데이터셋 구성이 완료되면, NetworkMessage를 생성하여 발행한다.
도 5는 OPC UA 웹 서버(120)의 동작 흐름도이다. 도시된 바와 같이, OPC UA 웹 서버(120)의 OPC UA Subscriber(121)는 NetworkMessage를 수신하면, 수신한 NetworkMessage를 디코딩 하여 데이터를 추출하고 확인한다.
구독하고자 하는 데이터가 추출 된 DataSet에 있을 경우, OPC UA Subscriber(121)는 데이터를 Read 하고, Read 된 데이터를 데이터베이스(122)에 Schema 매핑 하여 저장한다.
다음, 웹 클라이언트(130)와 웹 소켓 세션이 설정되면, OPC UA 웹 서버(120)는 데이터베이스(122)에 저장된 데이터를 웹 소켓 인터페이스(123)를 통해 웹 클라이언트(130)에 전송한다.
지금까지, OPC UA 기반 웹 서버를 이용한 실시간 모니터링 시스템 운용 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는, OPC UA Client 또는 OPC UA Subscriber 기반의 플랫폼에 대해서 연동된 상위 애플리케이션과의 실시간 데이터 모니터링, 분석이 가능한 환경을 구축함으로써, OPC UA 표준 장치에 대한 상호운용성 제공하고, OPC UA 표준 장치에 대한 유연한 연결 및 확장성 증대를 가능하게 하며, 표준 기반 웹 소켓 방식으로 인한 실시간 모니터링을 지원할 수 있도록 하였다.
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.
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.
110 : OPC UA Publisher
120 : OPC UA 웹 서버
121 : OPC UA Subscriber
122 : 데이터베이스
123 : 웹 소켓 인터페이스
130 : 웹 클라이언트

Claims (8)

  1. 설비 장비에 구축되어 OPC UA Publisher로 데이터를 발행하는 다수의 OPC UA 서버;
    다수의 OPC UA 서버가 발행한 데이터들을 OPC UA Subscriber로 구독하고, 구독을 통해 수집한 데이터를 웹 인터페이스를 통해 웹 클라이언트에 제공하는 OPC UA 웹 서버; 및
    OPC UA 웹 서버로부터 데이터를 제공 받아 모니터링 하는 웹 클라이언트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    데이터는,
    센서 데이터, 상태 데이터, 및 제어 데이터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    OPC UA 웹 서버는,
    다수의 OPC UA Publisher가 발행한 데이터를 NetworkMessage 형태로 수신하고, 수신한 NetworkMessage를 디코딩 하여 데이터를 추출하며, 추출한 데이터에서 구독한 데이터를 읽어 데이터베이스에 저장하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    데이터 베이스는,
    Key 공간과 Value 공간이 쌍으로 구성되며,
    Key 공간에는,
    OPC UA Publisher의 식별자가 저장되고,
    Value 공간에는,
    데이터가 저장되는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    OPC UA 웹 서버는,
    웹 소켓 인터페이스를 통해, 설비 데이터를 웹 클라이언트에 제공하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    웹 클라이언트는,
    데이터 모니터링을 위한 갱신 요청 없이, 웹 소켓 인터페이스를 이용하여 데이터를 실시간으로 업데이트할 수 있는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    웹 클라이언트는,
    OPC UA 웹 서버에, TCP 연결 설정을 요청하고, HTTP 세션 설정을 요청한 후에, 웹 소켓 세션 설정을 요청하고,
    OPC UA 웹 서버는,
    핸드 쉐이크 응답을 하는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  8. 다수의 OPC UA 서버가, 설비 장비에 구축되어 OPC UA Publisher로 데이터를 발행하는 단계;
    OPC UA 웹 서버가, 다수의 OPC UA 서버가 발행한 데이터들을 OPC UA Subscriber로 구독하는 단계;
    OPC UA 웹 서버가, 구독을 통해 수집한 데이터를 웹 인터페이스를 통해 웹 클라이언트에 제공하는 단계; 및
    웹 클라이언트가, OPC UA 웹 서버로부터 데이터를 제공 받아 모니터링 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모니터링 방법.
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