WO2015099241A1 - 플랜트 네트워크 시스템 - Google Patents

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WO2015099241A1
WO2015099241A1 PCT/KR2014/001602 KR2014001602W WO2015099241A1 WO 2015099241 A1 WO2015099241 A1 WO 2015099241A1 KR 2014001602 W KR2014001602 W KR 2014001602W WO 2015099241 A1 WO2015099241 A1 WO 2015099241A1
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network
plant
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PCT/KR2014/001602
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English (en)
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Inventor
정지은
송병훈
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전자부품연구원
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    • H04L12/66—Arrangements for connecting between networks having differing types of switching systems, e.g. gateways
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
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    • H04W4/38—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for collecting sensor information
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    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks

Definitions

  • a plant network system utilizing the Internet of Things (IoT) technology is provided.
  • the main issue of plant management is to prevent accidents from occurring or to reduce them to a minimum in the event of an accident. To do this, the plant operations management system must quickly and easily communicate the plant equipment and process status to the personnel and assist them in making appropriate decisions.
  • the plant network system is to monitor and control various safety problems that may occur in plant facilities in advance by utilizing plant equipment and devices composed of IoT, and increase process efficiency.
  • Plant network system has a unique IP address, a plurality of field nodes installed in the plant facility to identify the state of the plant facility and transmit the information obtained through short-range wireless communication based on the IP address
  • At least one field network gateway having a unique IP address and receiving and forwarding information transmitted from a plurality of field nodes, having a unique IP address and connected to a backbone network based on the IP address
  • At least one backhaul network gateway which converts information received from the gateway into data corresponding to the backbone network and transmits the data through the backbone network, and is connected to the backbone network, from at least one field network gateway or at least one backhaul network gateway Received and received the information
  • the information comprises a process, store, analyze plant servers.
  • Plant network system has a unique IP address, a plurality of field nodes installed in the plant facility to identify the state of the plant facility and transmit the information obtained through short-range wireless communication based on the IP address At least one of having a unique IP address, connected to the backbone network based on the IP address, receiving information transmitted from a plurality of field nodes, converting the received information into data corresponding to the backbone network, and transmitting the same through the backbone network It is connected to the field network gateway of the backbone network, and comprises a plant server for receiving information from at least one field network gateway and processing, storing and analyzing the received information.
  • the condition of the plant facility may be temperature, humidity, flow rate, pressure, valve position, conductivity, degree of warpage, detection of harmful gases, degree of tilt, degree of corrosion, and the like.
  • the plurality of field nodes and at least one field network gateway may form a field network, and the plurality of field nodes may form at least one network of a mesh topology or a star topology,
  • One field network gateway may manage one network formed by a plurality of field nodes.
  • the plurality of field nodes may use ISA100.11a, Wireless Asynchronous Receiver Transmitter (HART), Profibus, Fieldbus, etc. as a stack.
  • ISA100.11a Wireless Asynchronous Receiver Transmitter (HART)
  • HART Wireless Asynchronous Receiver Transmitter
  • Profibus Profibus
  • Fieldbus etc.
  • One of the plurality of field nodes can be installed in a box curvert, and transmits information about the box temperature and water level of the box culvert along with its IP address to the field network gateway, and the other field node It can be installed in the valve drain port, and transmits information about whether the valve drain port is leaking gas to the field network gateway with its IP address, another field node can be installed in the buried pipe, buried pipe Information about corrosion and degree of corrosion in the field network gateway with its IP address, another field node can be installed in the pipe rack, and at least one of vibration, slope, member deformation, or wind direction One may measure and transmit the measured information along with its IP address to the field network gateway.
  • At least one field network gateway has a function of transmitting information having a higher priority based on priority among information received from a plurality of field nodes, wherein the information on the priority is information transmitted from a plurality of field nodes. It can be written in the data field in the packet.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a plant network system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a plant network system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a plant network system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a field network gateway according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a backhaul network gateway according to an embodiment of the present invention.
  • a plant network system includes a plurality of field nodes (FD) 100, at least one field network gateway (FNG) 200, and at least one backhaul network gateway (BNG). : Backhaul Network Gateway (300) and the plant server 400.
  • FD field nodes
  • FNG field network gateway
  • BNG backhaul network gateway
  • Each of the plurality of field nodes 100 is attached to various types of plant equipment, plant equipment, and infrastructure equipment (eg, pipe racks, etc.) to identify and understand the state of temperature, humidity, flow rate, pressure, valve position, and conductivity.
  • the information is transmitted to the field network gateway 200 through short range wireless communication.
  • plant facilities various kinds of plant equipment, plant equipment, infrastructure equipment, etc. are collectively referred to as plant facilities.
  • the plurality of field nodes 100 form a network in the form of a mesh topology or a star topology. If there is a network previously formed in a plant facility, that is, a legacy network, a field node (that is, a legacy field node) 100 constituting the legacy network is included in the plurality of field nodes 100.
  • the field network includes a network or / or a legacy network in the form of at least one mesh topology or star topology formed by the plurality of field nodes 100.
  • the field node whose distance from the field network gateway 200 is out of the short range wireless communication range may transmit information to the field network gateway 200 using another field node connected through the network. Receive.
  • each field node 100 has a unique IP (internet protocol) address as identification information for identifying a location or / and a type of equipment, and connects to a neighboring field node or a field based on an IP address. It is connected to the network gateway 200 to perform information transmission.
  • IP internet protocol
  • various industrial protocols such as ISA100.11a, Wireless Asynchronous Receiver Transmitter (HART), Profibus, Fieldbus, etc. may be applied to the stack of the field node 100.
  • the field node 100 may be installed in a box curvert (not shown). If steam pipes pass through the box culvert, water may accumulate due to boiling inside the box culvert, and the temperature of the water may rise rapidly and affect the mixture moving through the other pipe and the pipe. Therefore, the field node 100 installed in the box cultvert has a sensor capable of measuring water temperature, water level, and the like, and transmits information about the water temperature and water level measured by the sensor to the field network gateway 200 together with its IP address. send.
  • the field node 100 may be installed at a valve drain port (not shown), and detects whether harmful gas leaks through the valve drain port.
  • the field node 100 installed in the valve drain port has a gas detection sensor that detects a small amount of gas and transmits information on whether the gas is leaked by the sensor to the field network gateway 200 along with its IP address.
  • the field node 100 is installed in the buried pipe to diagnose the degree of corrosion of the buried pipe.
  • the field node 100 measures the potential difference by applying a current to the buried pipe, and determines whether or not the corrosion is in accordance with the potential difference, and transmits it to the field network gateway 200 along with its IP address.
  • the field node 100 may be installed in a pipe rack (not shown).
  • the field node installed in the pipe rack measures vibration, inclination, member deformation, wind direction, and the like. Transmit to the gateway 200.
  • one field node for measuring vibration, inclination, member deformation, wind direction, etc. may be installed in the pipe rack, or a field node for measuring vibration, a field node for measuring tilt, and a field node for measuring member deformation.
  • several field nodes can be installed in a pipe rack because they are divided into field nodes measuring wind direction.
  • Each of the field network gateways 200 has a unique IP address and includes a plurality of field nodes 100 (including legacy field nodes) forming one network (eg, a mesh network, a star network, a legacy network, etc.). And an application layer for transferring information between the backhaul network gateway 300 or between the field node 100 (including the legacy field node) and the plant server 400.
  • the field network gateway 200 may transmit information transmitted from each field node 100 to the backhaul network gateway 300 or the plant server 400, and may be received from the backhaul network gateway 300 or the plant server 400.
  • Information including the IP address of the field node may be transmitted to the corresponding field node 100.
  • the field network gateway 200 will be described in more detail with reference to FIG. 4.
  • 4 is a block diagram of a field network gateway according to an embodiment of the present invention.
  • the field network gateway 200 may include a first communication unit 210a, a second communication unit 210b, a control unit 220, a data processing unit 230, and a power supply unit 240.
  • a storage unit 260 and may further include a transmission control unit 250.
  • the first communication unit 210a has a unique first IP address and can transmit / receive data with the field node 100 through short-range wireless communication with the field node 100.
  • the first communication unit may use, for example, ISA100.11a, a Wireless Asynchronous Receiver Transmitter (HART), Profibus, Fieldbus, WiFi, or the like.
  • the second communication unit 210b has a unique first IP address and can transmit / receive data with the backhaul network gateway 300.
  • the second communication unit 210b may use, for example, WLAN, high speed downlink packet access (HSDPA), Long Term Evolution (LTE) protocol, RS232 protocol, RS485 protocol, and the like.
  • HSDPA high speed downlink packet access
  • LTE Long Term Evolution
  • the third communication unit 210c has a unique first IP address, and may connect to the backbone network to transmit and receive data with the plant server 400.
  • the third communication unit 210c may use a WLAN, HSDPA, LTE, Ethernet protocol, or the like.
  • the controller 220 controls the overall operation of the field network gateway 200.
  • the data processor 230 temporarily stores the data received from each field node 100 in the storage unit 260, or stores the data received from each field node 100 according to a protocol of a backhaul network or a protocol corresponding to the backbone network.
  • the data is converted into data and transmitted to the backhaul network gateway 300 or the plant server 400.
  • the power supply unit 240 supplies power to each component of the field network gateway 200.
  • the storage unit 260 temporarily stores information received from each field node 100, or stores information required by the field network gateway 200.
  • the transmission control unit 250 causes the information having a higher priority based on the priority among the information received from the field node 100 to be transmitted first. At this time, the priority information is recorded in the information transmitted from the field node 100, that is, the data field in the packet.
  • the data obtained from the plant is closely related to plant operation, such as accidents, process failures, shutdowns, etc., so it is necessary to prioritize the data transfer as urgently needed.
  • Priority information is divided into class N from class 1 as shown in Table 1 below when classifying into class.
  • class 1 has the highest priority, and the larger the number of classes, the lower the priority.
  • c1ass 1 is information transmitted from the field node 100 installed in a facility requiring emergency response, information required for emergency response among information transmitted from the field node 100 (e.g., polluted gas detection, bending over a set value, tilting over a set value). This includes information regarding loads, shutdowns or accidents and process failures.
  • class 2 is information transmitted by the field node 100 installed in a facility managed by a short time period
  • class 3 is information transmitted by the field node 100 installed by a facility managed by a long time period, and has the highest priority.
  • the lower class N is information that is not currently used but will be used in the future among information transmitted from the field node 100.
  • the field network is formed by at least one field network gateway 200 and a plurality of field nodes 100.
  • the backhaul network gateway 300 has a unique IP address, and transmits information received from the field network gateway 200 to the plant server 400 or transmits information received from the plant server 400 to the field network gateway 200. To send).
  • One backhaul network gateway 300 is responsible for one field network gateway 200 or a plurality of field network gateways 200. When there are a plurality of backhaul network gateways 300, each backhaul network gateway 300 is connected to each other to form a backhaul network.
  • the backhaul network gateway 300 will be described in more detail with reference to FIG. 5.
  • 5 is a block diagram of a backhaul network gateway according to an embodiment of the present invention.
  • the backhaul network gateway 300 includes a field network communication unit 310, a backhaul network communication unit 320, a plant communication unit 330, a control unit 340, a data management unit 350, a power supply unit 360, The driver 370 and the storage unit 380 are included.
  • the field network communication unit 310 has a unique second IP address and may transmit / receive data with the field network gateway 200.
  • the field network communication unit 310 may use, for example, ISA100.11a, Wireless Asynchronous Receiver Transmitter (HART), Profibus, Fieldbus, WiFi, or the like.
  • the backhaul network communication unit 320 has a unique second IP address, and may transmit and receive data with another backhaul network gateway forming a backhaul network.
  • the backhaul network communication unit 320 may use, for example, WLAN, HSDPA, and LTE protocols.
  • the plant communication unit 330 has a unique second IP address, and may connect to the backbone network to transmit and receive data with the plant server 400.
  • the plant communication unit 330 may use a WLAN, HSDPA, LTE, Ethernet protocol.
  • the controller 340 controls each configuration of the backhaul network gateway 300 to control the overall operation of the backhaul network gateway 300.
  • the data manager 350 converts the data received from the field network gateway 200 to the plant server 400, and converts the data received from the plant server 400 to the field node through the field network gateway 200. Provided at 100.
  • the data manager 350 enables data compatibility between the protocol used by the field network communication unit 310 and the protocol used by the backhaul network communication unit 320.
  • the field network may include a plurality of networks, and each of the plurality of networks may use different protocols.
  • the data manager 350 may perform data conversion in response to the heterogeneous protocol.
  • the power supply unit 360 supplies power to each component of the backhaul network gateway 300.
  • the driver 370 is a serial communication module that converts an output signal into a serial signal and transmits the output signal to each communication unit 310 to 330.
  • the driver 370 is a universal synchronous and asynchronous serial receiver and transmitter (USART).
  • the storage unit 380 temporarily stores information received from each field network gateway 200 or stores information required by the backhaul network gateway 300.
  • the plant server 400 processes, stores, and analyzes information received from the field network or the backhaul network, and controls each field node 100.
  • the plant server 400 may be one or a plurality.
  • the plant server 400 is connected to not only a mobile device but also a CCTV, a vehicle or a tag carried by a person, navigation, etc. to provide a plant service required by the corresponding equipment.
  • the plant server 400 uses information received from field networks (ie field nodes and field network gateways) and backhaul networks (ie backhaul network gateways) to manage plant assets, worker location management, video image management, data monitoring, data Prediction / analysis, device control management, etc. can be performed.
  • the plant server 400 connects these results with mobile devices, CCTVs, vehicles, navigation, tags, etc. to communicate with asset tracking services, plant tasks and worker management services, real-time data monitoring services, real-time video image management services, and data analysis. And accident prediction services.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a plant network system according to an embodiment of the present invention.
  • a plant network system includes a plurality of field nodes (FD) 100, at least one field network gateway 200, and a plant server 400. do.
  • FD field nodes
  • the plant network system is a case in which the field network gate 200 is directly connected to the backbone network without using the backhaul network gateway 300 and configured to transmit and receive data with the plant server 400. Accordingly, the field network gateway 200 does not have a second communication unit 210b that communicates with the backhaul network gateway 300.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a plant network system according to an embodiment of the present invention.
  • a plant network system includes a plurality of field nodes (FD) 100, one field network gateway 200, and a plant server 400. .
  • the plant network system manages all the field nodes 100 installed in the plant area using one field network gateway 200 without using the backhaul network gateway 300.
  • the field network gate 200 directly connects to the backbone network and transmits and receives data with the plant server 400, and manages two or more networks (sub networks) formed by the plurality of field nodes 100 (i.e., transmits and receives data). )do.

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Abstract

IoT(Internet of Things) 기술을 활용한 플랜트 네트워크 시스템이 제공되며, 플랜트 네트워크 시스템은 단순 플랜트 자동화 제어 시스템이 아니라, 실시간 모니터링 데이터를 통한 플랜트 최적화, 사고 예측 서비스 등이 가능하고, 플랜트 내의 모든 디바이스, 시스템, 그리고 어플리케이션을 인터넷과 연동시킬 수 있는 시스템으로서, 언제 어디서나 필요한 정보가 즉시 확인될 수 있다.

Description

플랜트 네트워크 시스템
IoT(Internet of Things) 기술을 활용한 플랜트 네트워크 시스템이 제공된다.
플랜트 관리의 가장 큰 이슈는 사고가 발생하지 않도록 하거나 또는, 사고가 발생하더라도 최소한의 범위 내로 축소되도록 하는 것이다. 이를 위해서는 플랜트 운영 관리 시스템은 플랜트 설비 및 공정 상태를 쉽고 빠르게 담당자에게 전달하고, 담당자가 적절한 결정을 내릴 수 있도록 담당자를 도와주어야 한다.
현재 안전한 플랜트 운영 관리를 위해 SCAD(Supervisory Control And Data Acquisition: 원격감시 제어 시스템), DCS(Distributed Control System: 분산 제어 시스템), PLC(Programmable Logic Controller) 등의 프로세스 자동 제어 및 계측 시스템들이 널리 보급되어 사용되고 있다.
그런데 종래의 프로세스 자동 제어 및 계측 시스템들은 중앙 집중 방식이며, 이러한 중앙 집중 방식은 타 시스템 및 네트워크와의 상호 호환성이 부족하고, 업체별로 특화된 솔루션이 사용되기 때문에 운영 관리를 위해 숙련된 오퍼레이터가 필요하다. 또한 종래의 프로세스 자동 제어 및 계측 시스템들은 유선 통신 방식을 기반으로 하기 때문에 사람의 손이 닿기 힘든 곳에 적용하기 어렵고 유지보수 비용이 높다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 IoT로 구성된 플랜트 장비와 기기를 활용하여, 플랜트 설비들에게 발생할 수 있는 다양한 안전 문제를 사전에 감시, 제어하고, 공정 효율을 높이기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 고유의 IP 주소를 가지며, 플랜트 시설물에 설치되어 플랜트 시설물의 상태를 파악하고 파악한 정보를 IP 주소를 기반으로 근거리 무선통신을 통해 전송하는 복수의 필드 노드, 고유의 IP 주소를 가지며, 복수의 필드 노드에서 전송한 정보를 수신하여 전달하는 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이, 고유의 IP 주소를 가지며, IP 주소를 기반으로 백본망에 연결되어 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이로부터 수신되는 정보를 백본망에 부합하는 데이터로 변환하여 백본망을 통해 전송하는 적어도 하나의 백홀 네트워크 게이트웨이, 그리고 백본망에 연결되어 있으며, 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이 또는 적어도 하나의 백홀 네트워크 게이트웨이로부터 정보를 수신하고 수신한 정보를 처리, 저장, 분석하는 플랜트 서버를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 고유의 IP 주소를 가지며, 플랜트 시설물에 설치되어 플랜트 시설물의 상태를 파악하고 파악한 정보를 IP 주소를 기반으로 근거리 무선통신을 통해 전송하는 복수의 필드 노드, 고유의 IP 주소를 가지며, IP 주소를 기반으로 백본망에 연결되어 복수의 필드 노드에서 전송한 정보를 수신하고 수신한 정보를 백본망에 부합하는 데이터로 변환하여 백본망을 통해 전송하는 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이, 그리고 백본망에 연결되어 있으며, 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이로부터 정보를 수신하고 수신한 정보를 처리, 저장, 분석하는 플랜트 서버를 포함한다.
플랜트 시설물의 상태는 온도, 습도, 유량, 압력, 밸브 포지션, 전도율, 휨 정도, 유해 가스 감지, 기울어짐 정도, 부식 정도 등일 수 있다.
복수의 필드 노드와 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이는 필드 네트워크를 형성할 수 있으며, 복수의 필드 노드는 메쉬(mesh)형 토폴로지 또는 스타(star)형 토폴로지 형태의 네트워크를 적어도 하나 이상 형성할 수 있고, 하나의 필드 네트워크 게이트웨이는 복수의 필드 노드에 의해 형성된 하나의 네트워크를 관리할 수 있다.
복수의 필드 노드는 스택으로서 ISA100.11a, Wireless HART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), Profibus, Fieldbus 등을 사용할 수 있다.
복수의 필드 노드 중 하나는 박스 컬버트(box curvert)에 설치될 수 있고, 박스 컬버트의 수온, 수위에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하고, 다른 하나의 필드 노드는 밸브 드레인 포트에 설치될 수 있고, 밸브 드레인 포트의 가스 유출 여부에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하며, 또 다른 하나의 필드 노드는 매설 배관에 설치될 수 있고, 매설 배관의 부식 여부 및 부식 정도에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하고, 또 다른 필드 노드는 배관랙에 설치에 설치될 수 있고, 진동, 경사, 부재 변형, 또는 풍향풍속 중 적어도 하나를 측정하고 측정한 결과 정보를 자신의 IP 주소와 함께 상기 필드 네트워크 게이트웨이로 전송할 수 있다.
적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이는 복수의 필드 노드로부터 수신되는 정보 중 우선 순위를 기준으로 우선 순위가 높은 정보가 우선하여 전송하는 기능을 가지며, 이때 우선 순위에 대한 정보는 복수의 필드 노드에서 전송한 정보의 패킷 내 데이터 필드에 기록될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 단순 플랜트 자동화 제어 시스템이 아니기 때문에, 실시간 모니터링 데이터를 통한 플랜트 최적화, 사고 예측 서비스 등이 가능하고, 플랜트 내의 모든 디바이스, 시스템 및 어플리케이션을 인터넷과 연동시킴으로써 언제 어디서나 필요한 정보가 즉시 확인될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 필드 네트워크 게이트웨이의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 백홀 네트워크 게이트웨이의 블록 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이제, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 플랜트 네트워크 시스템은 복수의 필드 노드(FD: Field Node)(100), 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이(FNG: Field Network Gateway)(200), 적어도 하나의 백홀 네트워크 게이트웨이(BNG: Backhaul Network Gateway)(300)와, 플랜트 서버(400)를 포함한다.
복수의 필드 노드(100) 각각은 다양한 종류의 플랜트 장비, 플랜트 기기, 인프라 설비(예; 파이프 랙 등)에 부착되어 온도, 습도, 유량, 압력, 밸브 포지션, 전도율 등의 상태를 파악하고, 파악한 정보를 근거리 무선통신을 통해 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 전송한다. 이하에서는 다양한 종류의 플랜트 장비, 플랜트 기기, 인프라 설비 등을 통칭하여 플랜트 시설물이라 한다.
이때 필드 노드(100)가 설치되는 지역 즉, 플랜트 지역은 근거리 무선 통신 범위를 초과하기 때문에, 복수의 필드 노드(100)는 메쉬형 토폴로지 또는 스타형 토폴로지 형태 등으로 네트워크를 형성한다. 만약 플랜트 시설물에 기존에 형성된 네트워크 즉, 레거시 네트워크(legacy network)가 존재하는 경우에 레거시 네트워크를 구성하는 필드 노드(즉, 레거시 필드 노드)(100)는 복수의 필드 노드(100)에 포함된다.
이와 같이 복수의 필드 노드(100)에 의해 형성된 적어도 하나의 메쉬형 토폴로지 또는 스타형 토폴로지 형태의 네트워크 또는/및 레거시 네트워크를 포함하여 필드 네트워크라 한다. 네트워크를 형성하는 복수의 필드 노드(100) 중에서 필드 네트워크 게이트웨이(200)와의 거리가 근거리 무선 통신 범위를 벗어나는 필드 노드는 네트워크로 연결된 다른 필드 노드를 이용하여 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 정보를 전송하거나 수신한다.
네트워크로 연결된 다른 필드 노드를 이용하여 정보를 송수신하는 경우에는 플랜트 서버(400)가 정보 전송자를 식별할 수 있어야 하고 또한 플랜트 서버(400)가 정보 수신자를 식별할 수 있어야 한다. 또한 체계적이고 원활한 플랜트 관리를 위해서는 필드 노드(100)가 설치된 위치와 플랜트 시설물의 종류를 식별할 수 있어야 한다. 이를 위해 각 필드 노드(100)는 위치 또는/및 장비의 종류를 파악 등을 위한 식별용 정보로서 고유의 IP(internet protocol) 주소를 가지고 있으며, IP 주소를 기반으로 이웃하는 필드 노드와 연결하거나 필드 네트워크 게이트웨이(200)에 연결되어 정보 전송을 수행한다. 이때 필드 노드(100)의 스택으로는 ISA100.11a, Wireless HART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), Profibus, Fieldbus 등과 같이 다양한 산업용 프로토콜의 적용 가능하다.
여기서 필드 노드(100)가 설치되는 플랜트 시설물 및 용도에 대한 간략한 예를 설명한다.
필드 노드(100)는 박스 컬버트(box curvert)(미도시)에 설치될 수 있다. 박스 컬버트에 스팀 배관이 지나갈 경우 박스 컬버트 내부에 비 등으로 인해 물이 고일 수 있으며 이에 따라 수온이 급격히 올라가서 다른 배관 및 배관을 통해 이동하는 혼합물에 영향을 줄 수 있다. 그러므로 박스 컬버트에 설치되는 필드 노드(100)는 수온, 수위 등을 측정할 수 있는 센서를 가지며 센서에 의해 측정된 수온, 수위에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 전송한다.
필드 노드(100)는 밸브 드레인 포트(미도시)에 설치될 수 있으며, 밸브 드레인 포트를 통해 유해 가스가 누출되는지를 감지한다. 밸브 드레인 포트에 설치되는 필드 노드(100)는 미량의 가스를 감지하는 가스 감지 센서를 가지며 센서에 의해 측정된 가스 유출 여부에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 전송한다. 필드 노드(100)는 매설 배관에 설치되어 매설 배관의 부식 정도를 진단한다. 필드 노드(100)는 매설 배관에 전류를 인가하여 전위차를 측정하고 전위차에 따라 부식 여부 및 부식 정도를 파악하여 자신의 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 전송한다.
필드 노드(100)는 배관랙(미도시)에 설치될 수 있다, 배관랙에 설치되는 필드 노드는 진동, 경사, 부재 변형, 풍향풍속 등을 측정하고 측정한 결과 정보를 IP 주소와 함께 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 전송한다. 여기서 진동, 경사, 부재 변형, 풍향풍속 등을 모두 측정하는 하나의 필드 노드가 배관랙에 설치될 수 있으며, 또는 진동을 측정하는 필드 노드, 경사를 측정하는 필드 노드, 부재 변형을 측정하는 필드 노드, 풍향풍속을 측정하는 필드 노드로 구분되어 여러 개의 필드 노드들이 배관랙에 설치될 수 있다.
필드 네트워크 게이트웨이(200) 각각은 고유의 IP 주소를 가지고 있으며, 하나의 네트워크(예; 매쉬형 네트워크, 스타형 네트워크, 레거시 네트워크 등)를 형성한 복수의 필드 노드(100)(레거시 필드 노드 포함)와 백홀 네트워크 게이트웨이(300)간 또는, 필드 노드(100)(레거시 필드 노드 포함)와 플랜트 서버(400)간에 정보를 전달하는 어플리케이션 계층의 역할을 수행한다. 필드 네트워크 게이트웨이(200)는 각 필드 노드(100)에서 전송한 정보를 백홀 네트워크 게이트웨이(300) 또는 플랜트 서버(400)로 전송할 수 있고, 백홀 네트워크 게이트웨이(300) 또는 플랜트 서버(400)로부터 수신되는 정보(필드 노드의 IP 주소 포함)를 해당 필드 노드(100)로 전송할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조로 하여 필드 네트워크 게이트웨이(200)를 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 필드 네트워크 게이트웨이의 블록 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 필드 네트워크 게이트웨이(200)는 제1 통신부(210a), 제2 통신부(210b), 제어부(220), 데이터 처리부(230), 전원부(240)와 저장부(260)를 포함하며, 전송 제어부(250)를 더 포함할 수 있다.
제1 통신부(210a)는 고유의 제1 IP 주소를 가지고 있으며, 필드 노드(100)와의 근거리 무선통신을 통해 필드 노드(100)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 제1 통신부는 예컨대 ISA100.11a, Wireless HART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), Profibus, Fieldbus, WiFi 등을 이용할 수 있다.
제2 통신부(210b)는 고유의 제1 IP 주소를 가지고 있으며, 백홀 네트워크 게이트웨이(300)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 제2 통신부(210b)는 예컨대 WLAN, HSDPA(high speed downlink packet access), LTE(Long Term Evolution) 프로토콜, RS232 프로토콜, RS485 프로토콜 등을 이용할 수 있다.
제3 통신부(210c)는 고유의 제1 IP 주소를 가지고 있으며, 백본망에 연결하여 플랜트 서버(400)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 예를 들어, 제3 통신부(210c)는 WLAN, HSDPA, LTE, 이더넷 프로토콜 등을 이용할 수 있다.
제어부(220)는 필드 네트워크 게이트웨이(200)의 전반적인 동작을 제어한다.
데이터 처리부(230)는 각 필드 노드(100)로부터 수신되는 데이터를 저장부(260)에 임시 저장하거나, 각 필드 노드(100)로부터 수신된 데이터를 백홀 네트워크의 프로토콜 또는 백본망에 부합하는 프로토콜의 데이터로 변환하여 백홀 네트워크 게이트웨이(300) 또는 플랜트 서버(400)로 전송한다.
전원부(240)는 필드 네트워크 게이트웨이(200)의 각 구성에 전원을 공급한다. 저장부(260)는 각 필드 노드(100)로부터 수신된 정보가 임시 저장되거나 필드 네트워크 게이트웨이(200)가 필요로 하는 정보를 저장한다.
전송 제어부(250)는 필드 노드(100)로부터 수신되는 정보 중 우선 순위를 기준으로 우선 순위가 높은 정보가 우선하여 전송되게 한다. 이때 우선 순위 정보는 필드 노드(100)에서 전송한 정보 즉 패킷 내 데이터 필드에 기록된다. 플랜트에서 취득되는 데이터는 사고 발생, 공정 실패, 셧 다운 등과 같이 플랜트 운영에 밀접한 관계가 있으므로 시급성에 따라 데이터 전송에 우선 순위를 적용할 필요가 있다.
우선 순위 정보는 예컨대 클래스(class)로 구분하는 경우에 다음의 표 1과 같이 클래스 1에서부터 클래스 N으로 구분된다.
표 1
class 1 긴급 대처가 필요한 설비나 정보
class 2 (짧은) 주기적 관리가 필요한 설비
class 3 (긴) 주기적 관리가 필요한 설비
...
class N 향후 관리를 위한 단순 데이터 수집
표 1에 기재된 바와 같이, class 1은 우선 순위가 가장 높고, 클래스의 숫자가 클수록 우선 순위가 낮아진다. c1ass 1은 긴급 대처가 필요한 설비에 설치된 필드 노드(100)에서 전송한 정보나, 필드 노드(100)에서 전송한 정보 중 긴급 대처가 필요한 정보(예; 오염가스 감지, 설정치 이상 휘어짐, 설정치 이상 기울어짐, 셧 다운이나 사고발생 및 공정 실패에 관련된 정보 등)가 이에 해당한다.
class 2는 짧은 시간 주기로 관리를 하는 시설에 설치된 필드 노드(100)에서 전송한 정보이며, class 3은 긴 시간 주기로 관리를 하는 시설에 설치된 필드 노드(100)에서 전송한 정보이고, 우선 순위가 가장 낮은 class N은 필드 노드(100)에서 전송한 정보 중 현재 사용되지 않지만 향후 사용될 정보이다.
필드 네트워크는 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이(200)와 복수의 필드 노드(100)에 의해 형성된다.
백홀 네트워크 게이트웨이(300)는 고유의 IP 주소를 가지고 있으며, 필드 네트워크 게이트웨이(200)로부터 수신되는 정보를 플랜트 서버(400)로 전송하거나, 플랜트 서버(400)로부터 수신되는 정보를 필드 네트워크 게이트웨이(200)로 전송한다. 하나의 백홀 네트워크 게이트웨이(300)는 하나의 필드 네트워크 게이트웨이(200)를 담당하거나, 복수의 필드 네트워크 게이트웨이(200)를 담당한다. 백홀 네트워크 게이트웨이(300)가 복수개인 경우이면, 각 백홀 네트워크 게이트웨이(300)는 서로 연결되어 백홀 네트워크를 형성한다.
여기서 도 5를 참조로 하여 백홀 네트워크 게이트웨이(300)를 보다 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 백홀 네트워크 게이트웨이의 블록 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 백홀 네트워크 게이트웨이(300)는 필드네트워크 통신부(310), 백홀네트워크 통신부(320), 플랜트 통신부(330), 제어부(340), 데이터 관리부(350), 전원부(360), 드라이버(370), 그리고 저장부(380)를 포함한다.
필드네트워크 통신부(310)는 고유의 제2 IP 주소를 가지고 있으며, 필드 네트워크 게이트웨이(200)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 필드네트워크 통신부(310)는 예컨대 ISA100.11a, Wireless HART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), Profibus, Fieldbus, WiFi 등을 이용할 수 있다.
백홀네트워크 통신부(320)는 고유의 제2 IP 주소를 가지고 있으며, 백홀 네트워크를 형성하는 다른 백홀 네트워크 게이트웨이와 데이터 송수신을 할 수 있다. 백홀네트워크 통신부(320)는 예컨대 WLAN, HSDPA, LTE 프로토콜을 이용할 수 있다.
플랜트 통신부(330)는 고유의 제2 IP 주소를 가지고 있으며, 백본망에 연결하여 플랜트 서버(400)와 데이터 송수신을 할 수 있다. 예를 들어, 플랜트 통신부(330)는 WLAN, HSDPA, LTE, 이더넷 프로토콜을 이용할 수 있다.
제어부(340)는 백홀 네트워크 게이트웨이(300)의 각 구성을 제어하여 백홀네트워크 게이트웨이(300)에 대한 전반적인 동작을 제어한다.
데이터 관리부(350)는 필드 네트워크 게이트웨이(200)로부터 수신되는 데이터를 변환하여 플랜트 서버(400)에 제공하고, 플랜트 서버(400)로부터 수신되는 데이터를 변환하여 필드 네트워크 게이트웨이(200)를 통해 필드 노드(100)에 제공한다. 데이터 관리부(350)는 필드네트워크 통신부(310)에서 사용하는 프로토콜과 백홀네트워크 통신부(320)에서 사용하는 프로토콜간 데이터 호환이 가능하게 한다. 여기서 필드 네트워크는 복수의 네트워크로 이루어질 수 있으며, 복수의 네트워크 각각은 서로 다른 프로토콜을 사용할 수 있다. 데이터 관리부(350)는 이러한 이종의 프로토콜에 대응하여 데이터 변환을 수행할 수 있다.
전원부(360)는 백홀 네트워크 게이트웨이(300)의 각 구성에 전원을 공급한다.
드라이버(370)는 출력신호를 직렬신호로 변환하여 각 통신부(310 내지 330 중 하나)로 전달하는 직렬통신모듈로서, 예컨대 USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter)이다.
저장부(380)는 각 필드 네트워크 게이트웨이(200)로부터 수신된 정보가 임시 저장되거나 백홀 네트워크 게이트웨이(300)가 필요로 하는 정보를 저장한다.
플랜트 서버(400)는 필드 네트워크 또는 백홀 네트워크로부터 수신되는 정보를 처리, 저장, 분석하며, 각 필드 노드(100)를 제어한다. 이러한 플랜트 서버(400)는 하나일 수 있으며 다수개일 수 있다. 플랜트 서버(400)는 모바일 기기뿐만 아니라 CCTV, 차량 또는 사람이 가지고 다니는 태그, 네비게이션 등에 연결되어 해당 장비가 필요로 하는 플랜트 서비스를 제공한다. 플랜트 서버(400)는 필드 네트워크(즉, 필드 노드와 필드 네트워크 게이트웨이)과 백홀 네트워크(즉, 백홀 네트워크 게이트웨이)로부터 수신되는 정보를 이용하여 플랜트 자산, 작업자 위치 관리, 비디오 영상 관리, 데이터 모니터링, 데이터 예측/분석, 기기 제어 관리 등을 수행할 수 있다. 플랜트 서버(400)는 이러한 수행 결과를 모바일 기기, CCTV, 차량, 네비게이션, 태그 등과 통신을 통해 연결하여 자산 트래킹 서비스, 플랜트 작업 및 작업자 관리 서비스, 실시간 데이터 모니터링 서비스, 실시간 비디오 영상 관리 서비스, 데이터 분석 및 사고 예측 서비스 등을 제공할 수 있다.
이하에서는 도 2를 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템을 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 복수의 필드 노드(FD: Field Node)(100), 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이(200)와 플랜트 서버(400)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 백홀 네트워크 게이트웨이(300)를 사용하지 않고, 필드 네트워크 게이트(200)에서 바로 백본망에 연결하여 플랜트 서버(400)와 데이터 송수신을 하도록 구성된 경우이다. 이에 따라 필드 네트워크 게이트웨이(200)는 백홀 네트워크 게이트웨이(300)와의 통신을 수행하는 제2 통신부(210b)를 가지지 않는다.
이하에서는 도 3을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템을 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 복수의 필드 노드(FD: Field Node)(100), 하나의 필드 네트워크 게이트웨이(200)와 플랜트 서버(400)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 플랜트 네트워크 시스템은 백홀 네트워크 게이트웨이(300)를 사용하지 않고, 하나의 필드 네트워크 게이트웨이(200)를 이용하여 플랜트 지역내에 설치된 모든 필드 노드(100)를 관리하는 것이다.
즉, 필드 네트워크 게이트(200)에서 바로 백본망에 연결하여 플랜트 서버(400)와 데이터 송수신하고, 복수의 필드 노드(100)에 의해 형성된 2 이상의 네트워크(서브 네트워크)를 관리(즉, 데이터 송수신 처리)한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.

Claims (8)

  1. 고유의 IP 주소를 가지며, 플랜트 시설물에 설치되어 상기 플랜트 시설물의 상태를 파악하고 파악한 정보를 IP 주소를 기반으로 근거리 무선통신을 통해 전송하는 복수의 필드 노드,
    고유의 IP 주소를 가지며, 상기 복수의 필드 노드에서 전송한 정보를 수신하여 전달하는 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이,
    고유의 IP 주소를 가지며, IP 주소를 기반으로 백본망에 연결되어 상기 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이로부터 수신되는 정보를 백본망에 부합하는 데이터로 변환하여 상기 백본망을 통해 전송하는 적어도 하나의 백홀 네트워크 게이트웨이, 그리고
    상기 백본망에 연결되어 있으며, 상기 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이 또는 상기 적어도 하나의 백홀 네트워크 게이트웨이로부터 정보를 수신하고 수신한 정보를 처리, 저장, 분석하는 플랜트 서버
    를 포함하는 플랜트 네트워크 시스템.
  2. 고유의 IP 주소를 가지며, 플랜트 시설물에 설치되어 상기 플랜트 시설물의 상태를 파악하고 파악한 정보를 IP 주소를 기반으로 근거리 무선통신을 통해 전송하는 복수의 필드 노드,
    고유의 IP 주소를 가지며, IP 주소를 기반으로 백본망에 연결되어 상기 복수의 필드 노드에서 전송한 정보를 수신하고 수신한 정보를 백본망에 부합하는 데이터로 변환하여 상기 백본망을 통해 전송하는 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이, 그리고
    상기 백본망에 연결되어 있으며, 상기 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이로부터 정보를 수신하고 수신한 정보를 처리, 저장, 분석하는 플랜트 서버
    를 포함하는 플랜트 네트워크 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 플랜트 시설물의 상태는 온도, 습도, 유량, 압력, 밸브 포지션, 전도율, 휨 정도, 유해 가스 감지, 기울어짐 정도, 또는 부식 정도 중 적어도 하나인 플랜트 네트워크 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 복수의 필드 노드와 상기 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이는 필드 네트워크를 형성하되, 상기 복수의 필드 노드는 메쉬형 토폴로지 또는 스타형 토폴로지 형태의 네트워크를 적어도 하나 이상 형성하고, 상기 하나의 필드 네트워크 게이트웨이는 상기 복수의 필드 노드에 의해 형성된 하나의 네트워크를 관리하는 플랜트 네트워크 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 복수의 필드 노드는 스택으로서 ISA100.11a, Wireless HART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter), 또는 Profibus, Fieldbus 를 사용하는 플랜트 네트워크 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 복수의 필드 노드 중 하나는 박스 컬버트(box curvert)에 설치되고, 상기 박스 컬버트의 수온, 수위에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 상기 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하고, 다른 하나의 필드 노드는 밸브 드레인 포트에 설치되고, 상기 밸브 드레인 포트의 가스 유출 여부에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 상기 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하며, 또 다른 하나의 필드 노드는 매설 배관에 설치되고, 상기 매설 배관의 부식 여부 및 부식 정도에 대한 정보를 자신의 IP 주소와 함께 상기 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하고, 또 다른 필드 노드는 배관랙에 설치에 설치되어 진동, 경사, 부재 변형, 또는 풍향풍속 중 적어도 하나를 측정하고 측정한 결과 정보를 자신의 IP 주소와 함께 상기 필드 네트워크 게이트웨이로 전송하는 플랜트 네트워크 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 적어도 하나의 필드 네트워크 게이트웨이는 상기 복수의 필드 노드로부터 수신되는 정보 중 우선 순위를 기준으로 우선 순위가 높은 정보가 우선하여 전송하는 기능을 가지며, 이때 상기 우선 순위에 대한 정보는 상기 복수의 필드 노드에서 전송한 정보의 패킷 내 데이터 필드에 기록되는 플랜트 네트워크 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 복수의 필드 노드는 상기 플랜트 시설물에 이미 설치되어 레거시 네트워크를 형성하는 복수의 레거시 필드 노드를 포함하는 플랜트 네트워크 시스템.
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