KR102288068B1 - 중앙 opc ua 모델링을 통한 cpps 자동 구축 시스템 - Google Patents
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Abstract
중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템이 제공된다. 상기 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템은 팩토리 CPPS 모델; 및 상기 팩토리 CPPS 모델과 연동하는 중앙 OPC UA 서버를 포함하고, 상기 팩토리 CPPS 모델은: 물리적 영역의 복수의 필드 디바이스를 계층 구조로 가상화한 CPPS 팩토리 토폴로지를 구성하고 관리하는 CPPS 노드 제어 모듈, OPC UA 모델링에서 정의된 펑션을 호출하거나, CPPS 노드에서 추가적으로 필요한 펑션을 관리하는 CPPS 로직 제어 모듈, 및 상기 팩토리의 특유의 제품 공정에 관한 처리 로직을 관리하는 제품 공정 제어 모듈을 포함하고, 상기 중앙 OPC UA 서버는: 상기 복수의 필드 디바이스 및 상기 CPPS 팩토리 토폴로지를 가상화한 OPC UA 모델을 전체적인 계층 구조에 따라 통합한 중앙 OPC UA 어드레스 공간, 상기 팩토리 CPPS 모델과 연동을 위한 CPPS 연결 OPC UA 모듈, 외부 시스템과 데이터 교환하고, 상기 외부 시스템에 데이터를 전달하는 정보 교환 서비스 모듈, 상기 팩토리 CPPS 모델과 중앙 OPC UA 클라이언트를 연동하기 위한 시스템 연결을 동적으로 자동 생성하는 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈, 및 상기 복수의 필드 디바이스와 OPC UA 세션을 통해 통신하는 중앙 OPC UA 클라이언트를 포함하고, 상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은 OPC UA 모델을 파싱하여 상기 팩토리 CPPS 모델의 CPPS 노드 제어 모듈, CPPS 로직 제어 모듈, 제품 공정 제어 모듈에 필요한 속성 및 코드를 자동 생성할 수 있다.
Description
본 발명은 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트 팩토리 CPPS 시스템에서 초기 구축 및 추가 구축시 중앙 OPC-UA 서버를 활용하여 OPC UA 모델링을 통해 스마트 팩토리 CPPS 시스템 운영의 중단없이 스마트 팩토리 CPPS 시스템에 대한 프로세서를 자동으로 생성하는 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템에 관한 것이다.
가상 물리 시스템(Cyber Physical System; CPS)은 물리적 영역을 IoT(Internet of Things), ICT(Information & Communication Technology) 등의 기술을 활용하여 사이버 상에 동일하게 구현하고, 물리적 영역의 현실적인 작용이나 현상을 사이버 상에 실시간으로 전달하며, 사이버 상에서의 프로세스 처리를 통해 물리적 영역으로 피드백을 주는 것을 의미한다. 또한, 스마트 팩토리에서는 실제 공장에 설치된 기계, 액추에이터, 센서 등과의 데이터 수집 및 교환을 통해 CPS를 구현하는데, 이를 가상 물리 생산 시스템(Cyber Physical Production System; CPPS)이라 한다.
이러한 가상 물리 생산 시스템에서는, 공장을 구성하는 다양한 장치들의 연결이 필수적이나, 공장을 구성하는 장치들의 다양성으로 인해 이러한 연결이 쉽지 않다는 문제가 있다. 이를 위해, OPC-UA(Open Platform Communication Unified Architecture) 표준이 제공되었으나, 이러한 OPC-UA 표준에 기반한 가상 물리 생산 시스템들이 구체적으로 제시되지 않아 실제 스마트 공장에 적용하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스마트 팩토리 CPPS 시스템에서 초기 구축 및 추가 구축시 중앙 OPC-UA 서버를 활용하여 OPC UA 모델링을 통해 스마트 팩토리 CPPS 시스템 운영의 중단없이 스마트 팩토리 CPPS 시스템에 대한 프로세서를 자동으로 생성하는 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스마트 팩토리 시스템을 수용할 수 있도록 OPC UA를 모델링하는 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템은, 팩토리 CPPS 모델; 및 상기 팩토리 CPPS 모델과 연동하는 중앙 OPC UA 서버를 포함하고, 상기 팩토리 CPPS 모델은: 물리적 영역의 복수의 필드 디바이스를 계층 구조로 가상화한 CPPS 팩토리 토폴로지를 구성하고 관리하는 CPPS 노드 제어 모듈, OPC UA 모델링에서 정의된 펑션을 호출하거나, CPPS 노드에서 추가적으로 필요한 펑션을 관리하는 CPPS 로직 제어 모듈, 및 상기 팩토리의 특유의 제품 공정에 관한 처리 로직을 관리하는 제품 공정 제어 모듈을 포함하고, 상기 중앙 OPC UA 서버는: 상기 팩토리 CPPS 모델과 연동을 위한 CPPS 연결 OPC UA 모듈, 외부 시스템과 데이터 교환하고, 상기 외부 시스템에 데이터를 전달하는 정보 교환 서비스 모듈, 상기 팩토리 CPPS 모델과 중앙 OPC UA 클라이언트를 연동하기 위한 시스템 연결을 동적으로 자동 생성하는 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈, 및 상기 복수의 필드 디바이스와 OPC UA 세션을 통해 통신하는 중앙 OPC UA 클라이언트를 포함하고, 상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은 OPC UA 모델을 파싱하여 상기 팩토리 CPPS 모델의 CPPS 노드 제어 모듈, CPPS 로직 제어 모듈, 제품 공정 제어 모듈에 필요한 속성 및 코드를 자동 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중앙 OPC UA 클라이언트는, 상기 복수의 필드 디바이스를 가상화한 OPC UA 모델에 관한 개별 OPC UA 어드레스 공간을 포함하고, 상기 개별 OPC UA 어드레스 공간 및 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간의 물리적으로 동일한 노드를 서로 매핑하고, 상기 분산 OPC UA 서버로부터 전송된 데이터를 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간으로 실시간으로 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 정보 교환 서비스 모듈은, 상기 외부 시스템에 상응하는 분산 OPC UA 클라이언트에게 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간 내의 데이터를 비동기 메시지 방식으로 또는 OPC UA 세션을 통해 주기적으로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은, 추가 또는 변경되는 상기 복수의 필드 디바이스에 상응하는 OPC UA 모델을 파싱하고, 상기 파싱 결과를 이용하여 상기 중앙 OPC UA 서버의 중앙 OPC UA 어드레스 공간 및 상기 중앙 OPC UA 클라이언트의 개별 OPC UA 어드레스 공간에 데이터를 추가 또는 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은, 추가 또는 변경되는 상기 복수의 필드 디바이스에 상응하는 OPC UA 모델을 파싱하고, 상기 파싱 결과를 이용하여 상기 OPC UA 모델의 계층 구조에 따라 상기 CPPS 노드 제어 모듈의 상기 CPPS 팩토리 토폴로지에 상기 OPC UA 모델에 상응하는 노드를 자동으로 추가 또는 변경하고, 상기 CPPS 팩토리 토폴리지의 노드를 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간의 물리적으로 동일한 노드와 자동으로 매핑할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은 추가 또는 변경되는 상기 복수의 필드 디바이스에 상응하는 상기 OPC UA 모델을 외부 OPC UA 모델 수단을 통해서 수신받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은, 상기 OPC UA 모델의 속성에 상기 OPC UA 모델을 파싱하는 OPC UA 모델 파서 수단; 상기 OPC UA 모델 파서 수단의 결과를 이용하여 OPC UA 노드를 자동으로 생성하는 OPC UA 생성 수단; 및 상기 OPC UA 모델의 메서드 노드에 정의된 평선 호출에 기초하여 상기 CPPS 로직 제어 모듈에 상기 OPC UA 모델에 상응하는 CPPS 로직 펑션을 자동으로 생성하는 CPPS 노드 생성 수단;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 CPPS 연결 OPC UA 모듈은, 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간 내에서 발생한 데이터의 변경 사항, 또는 상기 정보 교환 서비스 모듈에 의해 발생한 알람 및 이벤트 데이터를 상기 팩토리 CPPS 모델에 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 CPPS 노드 제어 모듈은 상기 CPPS 연결 OPC UA 모듈로부터 전달받은 데이터의 변경 사항을 상기 CPPS 팩토리 토폴로지에 반영하거나, 또는 상기 알림 및 이벤트 데이터를 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 CPPS 노드 제어 모듈은, 외부의 OPC UA 또는 커뮤니케이터 시스템으로부터 전달받은 데이터를 이용하여 상기 CPPS 팩토리 토폴로지에 소정의 노드를 자동으로 추가 또는 변경할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 스마트 팩토리 CPPS 시스템에서 초기 구축 및 추가 구축시 중앙 OPC-UA 서버를 활용하여 OPC UA 모델링을 통해 스마트 팩토리 CPPS 시스템 운영의 중단없이 스마트 팩토리 CPPS 시스템에 대한 프로세서를 자동으로 생성함으로써, 연속적으로 스마트 팩토리 CPPS 시스템를 운영할 수 있다.
본 발명에 따르면, 물리적 영역에 분산된 복수의 필드 디바이스를 관리하는 분산 OPC UA 서버의 정보를 중앙 OPC UA 서버에서 통합된 중앙 OPC UA 어드레스 공간을 통해 데이터를 실시간으로 관리함으로써, 수평적 데이터 분배 및 교환 작업에 대한 신뢰성 및 효율성을 향상시킬 수 있다. 이와 동시에 데이터 손실, 시스템의 성능 저하, 실시간 처리 지연을 감소시켜 작업시간을 최소화하면서 비용을 절감할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통합 환경에서 OPC-UA 데이터 모델은 IEC 62541 OPC-UA 표준을 이용하여 OPC UA를 모델링함으로써, 새로운 표준의 적용이나 설비, 센서 및 로봇 등의 공장 객체의 새로운 추가에도 능동적으로 대처할 수 있다.
본 발명에 따르면, 통합 환경에서 OPC-UA 데이터 모델은 IEC 62541 OPC-UA 표준을 이용하여 OPC UA를 모델링함으로써, 어플리케이션, 클라우드, IOT, 엣지컴퓨팅 등의 IT 기술과 기술적, 시간적 및 비용적 문제없이 상호 연동이 용이할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 중앙 OPC UA 서버의 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈과 팩토리 CPPS 모델 사이의 통신 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 CPPS 연결 OPC UA 모듈과 CPPS 노드 제어 모듈 사이의 데이터 통신 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈의 동작방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 중앙 OPC UA 서버의 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈과 팩토리 CPPS 모델 사이의 통신 관계를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 CPPS 연결 OPC UA 모듈과 CPPS 노드 제어 모듈 사이의 데이터 통신 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈의 동작방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS(Cyber Physical Production System) 자동 구축 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 중앙 OPC UA 서버의 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈과 팩토리 CPPS 모델(2) 사이의 통신 관계를 도시한 도면이고, 도 3은 도 1에 CPPS 연결 OPC UA 모듈과 CPPS 노드 제어 모듈 사이의 데이터 통신 관계를 도시한 도면이며, 도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈의 동작방법을 도시한 도면이다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템(1000)은 중앙 OPC UA 서버(1), 팩토리 CPPS 모델(2), 외부 시스템(3) 및 물리적 OPC UA 서버(4)를 포함할 수 있다. 이때, 중앙 OPC UA 서버(1), 팩토리 CPPS 모델(2), 외부 시스템(3) 및 물리적 OPC UA 서버(4)는 스마트폰, 태블릿, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터 등과 같은 전자 장치일 수 있으며, 또는 이러한 전자 장치의 구성 중 일부를 포함하거나 이와 연동될 수 있는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
본 실시예에서, 중앙 OPC UA 서버(1), 팩토리 CPPS 모델(2) 및 외부 시스템(3)은 가상의 영역(A)에 위치하고, 물리적 OPC UA 서버(4)는 물리적 영역(B)에 위치할 수 있다. 여기서, 가상의 영역(A)은 클라우드 환경에서 데이터를 공유할 수 있는 영역이고, 물리적 영역(B)은 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)가 분산되어 위치하는 영역일 수 있다.
그리고, 본 발명의 OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture)는 다양한 상업용 통신 기술들을 통합적으로 관리할 수 있는 기술이다. OPC UA는 기본 정보모델을 가지고 있으며, 기본 정보 모델을 이용하여 논리적인 객체를 모델링할 수 있다.
OPC UA(IEC62541)는 2012년 12월 IEC TC57 그룹에서 OPC UA를 IEC62541로 표준화되었다. 초기 OPC는 Classic OPC (OPC DA, OPC AC, OPC HDA, OPC XML-DA)으로 분류되었다. OPC UA는 Classic OPC 표준들의 기능을 통합하고 SOA(Service Oriented Architecture) 기술을 추가하였다.
OPC UA는 Classic OPC, 다른 단체에서 정의한 정보 모델, 벤더에서 정의한 데이터 등 모두를 OPC 정보 모델로 표현이 가능하다. 그리고 OPC UA에서 제공하는 OPC UA 어드레스 스페이스(Address Space)라고 불리는 메타(Meta) 모델은 오브젝트 타입(Object Type)을 기반으로 일반적인 정보 모델과 함께 정의 된다.
OPC UA는 다음과 같은 원칙으로 모델링된다. i) OPC UA 모델링은 정보의 계층화(Laying)와 상속(Inheritance)등 오브젝트 기반 기술을 사용한다. ii) 타입 정보는 인스턴스화(instantiation)하여 접근할 수 있다. iii) 다양한 기계에서 사용하는 데이터를 제공하기 위해 정보 모델 방법에 제한을 두지 않는다. iv) 항상 서버 측에서 수행된다. OPC UA는 복잡한 정보 모델뿐만 아니라 단순한 정보 모델도 제공할 수 있다. OPC UA의 모델링 개념은 노드(Node)로 표현한다. 각 노드들은 id와 name 같은 속성들을 포함하고 있다.
중앙 OPC UA 서버(1)는 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10), CPPS 연결 OPC UA 모듈(11), OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈(12), 중앙 OPC UA 클라이언트(13), 정보 교환 서비스 모듈(14) 및 OPC UA 저장모듈(15)를 포함할 수 있다.
중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)은 팩토리 CPPS 모델(2)의 CPPS 팩토리 토폴로지 및 물리적 영역(B)의 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)를 가상화한 OPC UA 모델을 전체적인 계층 구조에 따라 통합할 수 있다.
CPPS 연결 OPC UA 모듈(11)은 팩토리 CPPS 모델(2)과 연동할 수 있다.
OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈(12)는 팩토리 CPPS 모델(2)과 중앙 OPC UA 클라이언트(13)를 연동하기 위한 시스템 연결을 동적으로 자동 생성할 수 있다.
이와 같은 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈(12)은 OPC UA 모델 파서 수단(120), OPC UA 생성 수단(122) 및 CPPS 생성 수단(124)을 포함할 수 있다.
OPC UA 모델 파서 수단(120)은 OPC UA 모델을 필요한 정보로 분석할 수 있다. 즉, OPC UA 노드의 특정 속성을 활용하여 예약된 속성을 찾으면 이에 맞추어 분해할 수 있다. 이때, OPC UA 모델은 외부 OPC UA 모델 수단(1200)을 통해 수신받을 수 있다.
OPC UA 생성 수단(122)은 OPC UA 모델 파서 수단(120)을 통해서 분해된 OPC UA 노드를 자동으로 생성하기 위한 코드를 자동으로 생성할 수 있다.
OPC UA 생성 수단(122)을 통해서 자동으로 생성된 정보를 통해서 중앙 OPC UA 클라이언트(13)자동으로 추가하여 물리적 영역(B)의 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)와 통신할 수 있도록 하며 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 추가 또는 변경을 중단없이 추가시켜 물리적 영역(B)의 물리적 OPC UA 서버(4)와의 데이터 교환을 가능하게 할 수 있다.
CPPS 노드 생성 수단(124)은 OPC UA 모델의 계층구조에 맞추어 CPPS 노드 제어 모듈(20)에 자동으로 노드를 추가하고, 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)의 동일 노드에 자동으로 매핑할 수 있다.
이와 같은 구성의 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈(12)은 OPC UA 모델을 파싱하여 팩토리 CPPS 모델(2)의 CPPS 노드 제어 모듈(20), CPPS 로직 제어 모듈(22) 및 제품 공정 제어 모듈(24)에 필요한 속성 및 코드를 자동 생성할 수 있다.
구체적으로, OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈(12)은 추가 또는 변경되는 물리적 영역(B)의 복수의 필드 디바이스(B1, ..., Bn)에 상응하는 OPC UA 모델을 파싱하고, 파싱 결과를 이용하여 중앙 OPC UA 서버(1)의 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10) 및 중앙 OPC UA 클라이언트(13)의 개별 OPC UA 어드레스 공간(130)에 데이터를 추가 또는 변경할 수 있다.
그리고, OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈(12)은 추가 또는 변경되는 물리적 영역(B)의 복수의 필드 디바이스(B1, ..., Bn)에 상응하는 OPC UA 모델을 파싱하고, 파싱 결과를 이용하여 OPC UA 모델의 계층 구조에 따라 CPPS 노드 제어 모듈(20)의 CPPS 팩토리 토폴로지에 OPC UA 모델에 상응하는 노드를 자동으로 추가 또는 변경하고, CPPS 팩토리 토폴리지의 노드를 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)의 물리적으로 동일한 노드와 자동으로 매핑할 수 있다.
중앙 OPC UA 클라이언트(13)는 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)와 OPC UA 세션을 통해 통신할 수 있다.
구체적으로, 물리적 영역(B)의 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)를 가상화한 OPC UA 모델에 관한 개별 OPC UA 어드레스 공간(130)을 포함하고, 개별 OPC UA 어드레스 공간(130) 및 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)의 물리적으로 동일한 노드를 서로 매핑하고, 분산 OPC UA 서버(1)로부터 전송된 데이터를 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)으로 실시간으로 전달할 수 있다.
정보 교환 서비스 모듈(14)은 외부 시스템(3)과 데이터 교환하고, 외부 시스템(3)에 데이터를 전달할 수 있다. 즉, 정보 교환 서비스 모듈(14)은 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)을 중심으로 CPPS와의 연동을 위해 CPPS 연결 OPC UA 모듈(11)과 외부 시스템(3)과의 데이터 교환을 담당할 수 있다. 이때, 정보 교환 서비스 모듈(14)은 기존의 OPC UA 표준 스펙들로 구성되어 있다.
이와 같은 정보 교환 서비스 모듈(14)은 OPC UA Pub/Sub 수단(140), OPC UA Monitored Item 수단(142) 및 OPC UA Alarm/Event 수단(144)를 포함할 수 있다.
OPC UA Pub/Sub 수단(140)은 외부 Broker 및 클라우드로 데이터를 비동기 메시지 방식으로 배포할 수 있다.
OPC UA Monitored Item 수단(142)은 외부에서 데이터를 교환하고자 하는 외부 시스템(3) 및 어플리케이션에서 주기적으로 받기를 원하는 노드(Node)값을 등록하고 그에 따라 데이터를 주기적으로 전송할 수 있다. 예를 들어, OPC UA Monitored Item 수단(142)에 전송하고자 하는 데이터를 등록할 때에는 얻고자 하는 노드의 인댁스 값과 함께 전송주기，데이터 전송 필터링 등의 속성을 함께 등록하면, OPC UA Monitored Item 수단(142)은 이에 맞추어 각각의 세션별로 해당 데이터를 전송할 수 있다.
OPC UA Alarm/Event 수단(144)은 OPC UA의 모델링을 통해 정의된 Alarm/Event의 속성에 맞추어 해당 이벤트가 발생할 때마다 Alarm/Event를 내부와 외부에 동시에 발생시켜 이벤트 데이터를 배포할 수 있다.
OPC UA 저장모듈(15)은 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 업데이트되는 모든 정보를 기록하여 저장할 수 있다. 기록하는 방식은 관계형 데이터베이스, NoSQL 데이터베이스，XML, 바이너리 파일등을 선택해서 사용할 수 있다.
팩토리 CPPS 모델(2)은 중앙 OPC UA 서버(1)와 연동될 수 있다.
팩토리 CPPS 모델(2)은 물리적 영역(B)의 복수의 필드 디바이스(B1, ..., Bn)를 계층 구조로 가상화한 CPPS 팩토리 토폴로지를 구성하고 관리하는 CPPS 노드 제어 모듈(20)과, OPC UA 모델링에서 정의된 펑션을 호출하거나, CPPS 노드에서 추가적으로 필요한 펑션을 관리하는 CPPS 로직 제어 모듈(22) 및 팩토리의 특유의 제품 공정에 관한 처리 로직을 관리하는 제품 공정 제어 모듈(24)을 포함할 수 있다.
외부 시스템(3)은 외부 장치, 예를 들어 스마트 공장의 외부에 존재하는 사용자 단말, 또는 클라우드(cloud), 시스템 어플리케이션, 서버 등으로 이루어질 수 있다.
물리적 OPC UA 서버(4)는 물리적 영역(B)에서 분산된 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)로부터 데이터를 수집하고, 중앙 OPC UA 서버(1)로부터 수신된 데이터와 교환할 수 있다. 물리적 OPC UA 서버(4)는 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)와 그를 제어하는 지능형 디바이스들과 통신하는 OPC UA 통신일 수 있다.
이하에서는 이와 같은 구조의 본 발명의 실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템(1000)을 이용한 중앙 OPC UA 서버(1), 팩토리 CPPS 모델(2), 외부 시스템(3) 및 물리적 OPC UA 서버(4)가 상호 연동하는 방법을 구체적으로 설명한다.
우선, 중앙 OPC UA 서버(1)는 전체 팩토리의 CPPS를 위한 모든 통신 데이터를 중앙 집중한 서버로서, 물리적 영역(B)에 분산된 물리적 OPC UA 서버(4)의 어드레스 공간(미도시)을 중앙에 전체 계층구조에 맞추어 전체적인 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)를 구축하고, 각각의 분산된 물리적 OPC UA 서버(4)가 보내오는 데이터를 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 실시간으로 반영하는 구조를 가질 수 있다.
즉, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템(1000)은 중앙 OPC UA 서버(1)를 통해서 수직，수평의 필요한 모든 시스템 및 개체로 동일한 데이터를 전송하는 체제이며, 분산된 환경에서 보낼 수 있는 대상의 한계를 극복하는 구조일 수 있다.
이를 위해 중앙 OPC-UA 서버(1)와 중앙 OPC UA 클라이언트(13)가 동시에 가상의 영역(A)에 위치하며 중앙 OPC UA 클라이언트(13)의 개별 OPC UA 어드레스 공간(130)의 데이터와 중앙 OPC-UA 서버(1)의 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)의 데이터가 서로 매핑될 수 있다.
구체적으로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 중앙 OPC UA 클라이언트(13)는 물리적 영역(B)에 분산된 물리적 OPC UA 서버(4)를 통해 데이터를 실시간으로 수집，교환하며 이를 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 동시에 매핑을 하기 위해 중앙 OPC UA 클라이언트(13)의 개별 OPC UA 어드레스 공간(130)와 중앙 OPC-UA 서버(1)의 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)를 물리적으로 동일한 어드레스 공간을 매핑하여 물리적 OPC UA 서버(4)의 데이터를 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 정확한 데이터 전달할 수 있다.
그리고, 정보 교환 서비스 모듈(14)을 이용하여 외부 시스템(3)에 상응하는 분산 OPC UA 클라이언트에게 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10) 내의 데이터를 비동기 메시지 방식으로 또는 OPC UA 세션을 통해 주기적으로 전송할 수 있다. 즉, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 물리적 OPC UA 서버(4)에 상응하는 분산 OPC UA 서버와 중앙 OPC UA 클라이언트가 서로 통신하여 분산 OPC UA 서버로부터 데이터를 공급받고, 중앙 OPC UA 클라이언트와 중앙 OPC UA 서버(1)에 상응하는 중앙 OPC UA 서버와 서로 통신하며, 중앙 OPC UA 서버와 외부 시스템(3)에 상응하는 분산 OPC UA 클라이언트가 서로 통신할 수 있다.
이에 따라, 중앙 OPC UA 서버(1)와의 통신을 위해 일체형의 중앙 OPC UA 클라이언트(13)를 배치하여 전 구간을 OPC UA 통신만으로 스마트 팩토리를 구축할 수 있다.
더욱 구체적으로, 개별 OPC UA 어드레스 공간(130) 및 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)의 물리적으로 동일한 노드를 서로 매핑되는 방법을 도 4를 참고하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저 추가되거나 변경되는 물리적 토플러지를 외부 OPC UA 모델 수단(1200)에 의해서 OPC UA 모델로 만들어지면, 이를 OPC UA 모델 파서 수단(120)를 통해서 필요한 정보로 분해될 수 있다. 이때, 분해하기 위해서 OPC UA 노드의 특정 속성을 활용하여 예약된 속성을 찾으면 이에 맞추어 분해하고 자동으로 생성하기 위한 코드를 OPC UA 생성 수단(122)을 통해서 자동으로 생성할 수 있다. OPC UA 생성 수단(122)을 통해서 자동으로 생성된 정보를 통해서 중앙 OPC UA 클라이언트(13)에 자동으로 추가하여 물리적 OPC UA 서버(4)의 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)와 통신을 할 수 있고, 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 주가 또는 변경을 중단없이 추가시켜 물리적 OPC UA 서버(4)의 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)와의 데이터 교환을 가능하게 할 수 있다.
또한, CPPS 생성 수단(124)은 외부 OPC UA 모델 수단(1200)에 의해서 만들어진 OPC UA 모델을 OPC UA 모델 파서 수단(120)을 통해서 필요한 정보로 분해될 수 있다. 이때, 분해하기 위해서 OPC UA 노드의 특정 속성을 활용하여 예약된 속성을 찾으면 이에 맞추어 분해하고 자동으로 생성하기 위한 코드를 OPC UA 생성 수단(122)을 통해서 자동으로 생성할 수 있다. CPPS 생성 수단(124)은 OPC UA 모델의 계층구조에 맞추어 CPPS 노드 제어 모듈(20)에 자동으로 노드를 추가하고 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)의 동일 노드에 자동으로 매핑할 수 있다. 이에 따라, OPC UA 모델의 OPC UA 메서드 노드에 정의된 펑선 호출에 기초하여 CPPS 로직 제어 모듈(22)에 OPC UA 모델에 상응하는 CPPS 로직 펑션을 자동으로 생성할 수 있다. 즉, 팩토리 CPPS 모델(2)에서는 CPPS 로직 제어 모듈(22)의 CPPS 로직 펑션을 호출하여 중앙 OPC UA 서버(1)로 데이터를 전달하여 물리적 OPC UA 서버(4)의 복수의 필드 디바이스(B1, …, Bn)를 제어할 수 있다.
그리고, 외부 OPC UA 모델 수단(1200)에 의해 OPC UA 모델이 생성되면, OPC UA 모델 파서 수단(120)에서 OPC UA 노드의 속성에 따라 계층 구조와 Node의 종류, 그리고 자동 생성해야 할 노드 등을 분류할 수 있다. 다음, CPPS 생성 수단(124)을 통해 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)에 데이터를 추가 또는 변경할 수 있다. 이때, 중앙 OPC UA 클라이언트(13)의 개별 OPC UA 어드레스 공간(130)은 중앙 OPC UA 어드레스 공간(10)과 매핑될 수 있다.
다음, CPPS 생성 수단(124)은 OPC UA 메서드 노드를 통해 CPPS 로직 제어 모듈(22)에 CPPS 로직 펑션을 등록하고 매핑할 수 있다.
다음, 제품 공정 제어 모듈(24)에 의해서 다양하고 고유한 로직 처리가 가능하며，OPC UA Attribute 노드에 의해서 자동으로 배치될 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, OPC UA 모델링을 통해서 모든 공장 토플리지를 구조화 및 정보화 할 수 있으며 이를 통해 동적으로 중단 없이 자동으로 OPC UA 노드와 CPPS 노드를 자동을 추가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로서, 중앙 OPC UA 서버 및 다른 외부 시스템 사이의 데이터 통신 관계를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템(2000)은 다른 외부 시스템(5)을 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 다른 외부 시스템(5)을 제외하고는 도 1에 도시된 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템(1000)과 동일한 특성을 가질 수 있다.
이하의 도 5에서는 도 1에 기재된 내용과 중복되는 내용에 대한 상세한 설명을 생략하고, 다른 점을 위조로 설명할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템(1000)과 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다른 외부 시스템(5)은 CPPS 팩토리 토폴로지에 데이터를 전달하는 외부의 OPC UA(50) 및 커뮤니케이터 시스템(52)을 포함할 수 있다.
팩토리 CPPS 모델(2)의 CPPS 노드 제어 모듈(20)은 외부의 OPC UA(50) 또는 커뮤니케이터 시스템(52)으로부터 전달받은 데이터를 이용하여 CPPS 팩토리 토폴로지에 소정의 노드를 자동으로 추가 또는 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1000, 2000 : 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템
1 : 중앙 OPC UA 서버
2 : 팩토리 CPPS 모델
3 : 외부 시스템
4 : 물리적 OPC UA 서버
1 : 중앙 OPC UA 서버
2 : 팩토리 CPPS 모델
3 : 외부 시스템
4 : 물리적 OPC UA 서버
Claims (10)
- 팩토리 CPPS 모델; 및
상기 팩토리 CPPS 모델과 연동하는 중앙 OPC UA 서버를 포함하고,
상기 팩토리 CPPS 모델은:
물리적 영역의 복수의 필드 디바이스를 계층 구조로 가상화한 CPPS 팩토리 토폴로지를 구성하고 관리하는 CPPS 노드 제어 모듈,
OPC UA 모델링에서 정의된 펑션을 호출하거나, CPPS 노드에서 추가적으로 필요한 펑션을 관리하는 CPPS 로직 제어 모듈, 및
상기 팩토리의 특유의 제품 공정에 관한 처리 로직을 관리하는 제품 공정 제어 모듈을 포함하고,
상기 중앙 OPC UA 서버는:
상기 복수의 필드 디바이스 및 상기 CPPS 팩토리 토폴로지를 가상화한 OPC UA 모델을 전체적인 계층 구조에 따라 통합한 중앙 OPC UA 어드레스 공간,
상기 팩토리 CPPS 모델과 연동을 위한 CPPS 연결 OPC UA 모듈,
외부 시스템과 데이터 교환하고, 상기 외부 시스템에 데이터를 전달하는 정보 교환 서비스 모듈,
상기 팩토리 CPPS 모델과 중앙 OPC UA 클라이언트를 연동하기 위한 시스템 연결을 동적으로 자동 생성하는 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈, 및
상기 복수의 필드 디바이스와 OPC UA 세션을 통해 통신하는 중앙 OPC UA 클라이언트를 포함하고,
상기 OPC UA-CPPS 노드 생성 모듈은,
OPC UA 모델을 외부 OPC UA 모델 수단을 통해서 수신받아 파싱하여 상기 팩토리 CPPS 모델의 CPPS 노드 제어 모듈, CPPS 로직 제어 모듈, 제품 공정 제어 모듈에 필요한 속성 및 코드를 자동 생성하고,
추가 또는 변경되는 상기 복수의 필드 디바이스에 상응하는 OPC UA 모델을 파싱하고, 상기 파싱 결과를 이용하여 상기 중앙 OPC UA 서버의 중앙 OPC UA 어드레스 공간 및 상기 중앙 OPC UA 클라이언트의 개별 OPC UA 어드레스 공간에 데이터를 추가 또는 변경하고,
상기 파싱 결과를 이용하여 상기 OPC UA 모델의 계층 구조에 따라 상기 CPPS 노드 제어 모듈의 상기 CPPS 팩토리 토폴로지에 상기 OPC UA 모델에 상응하는 노드를 자동으로 추가 또는 변경하고, 상기 CPPS 팩토리 토폴리지의 노드를 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간의 물리적으로 동일한 노드와 자동으로 매핑하고,
상기 OPC UA 모델에 대해 OPC UA 노드의 특정 속성에 기반하여 예약된 속성을 검출하고, 상기 검출된 예약된 속성에 따라 상기 OPC UA 모델을 파싱하고, 상기 파싱된 결과를 이용하여 상기 OPC UA 노드를 자동으로 생성하고,
상기 OPC UA 모델에 대해 OPC UA 노드의 속성에 기반하여 계층구조와 노드의 종류 및 자동 생성해야할 노드를 분류하고, 상기 OPC UA 모델의 상기 계층구조에 기반하여 상기 CPPS 노드 제어 모듈에 자동으로 노드를 추가하고 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간의 동일 노드에 자동으로 매핑하고, 상기 OPC UA 모델의 메서드 노드에 정의된 평선 호출에 기초하여 상기 CPPS 로직 제어 모듈에 상기 OPC UA 모델에 상응하는 CPPS 로직 펑션을 자동으로 생성하는, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 중앙 OPC UA 클라이언트는,
상기 복수의 필드 디바이스를 가상화한 OPC UA 모델에 관한 개별 OPC UA 어드레스 공간을 포함하고,
상기 개별 OPC UA 어드레스 공간 및 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간의 물리적으로 동일한 노드를 서로 매핑하고, 분산 OPC UA 서버로부터 전송된 데이터를 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간으로 실시간으로 전달하는, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 정보 교환 서비스 모듈은,
상기 외부 시스템에 상응하는 분산 OPC UA 클라이언트에게 상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간 내의 데이터를 비동기 메시지 방식으로 또는 OPC UA 세션을 통해 주기적으로 전송하는, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 CPPS 연결 OPC UA 모듈은,
상기 중앙 OPC UA 어드레스 공간 내에서 발생한 데이터의 변경 사항, 또는 상기 정보 교환 서비스 모듈에 의해 발생한 알람 및 이벤트 데이터를 상기 팩토리 CPPS 모델에 전달하는, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 CPPS 노드 제어 모듈은 상기 CPPS 연결 OPC UA 모듈로부터 전달받은 데이터의 변경 사항을 상기 CPPS 팩토리 토폴로지에 반영하거나, 또는 알림 및 이벤트 데이터를 표시하는, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 CPPS 노드 제어 모듈은,
외부의 OPC UA 또는 커뮤니케이터 시스템으로부터 전달받은 데이터를 이용하여 상기 CPPS 팩토리 토폴로지에 소정의 노드를 자동으로 추가 또는 변경하는, 중앙 OPC UA 모델링을 통한 CPPS 자동 구축 시스템.
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