산업용 IoT 네트워크를 위한 OPC UA Synergy Platform 기반 통합아키텍처 제안 및 사례 연구

Abstract

최근 제조업계는 '스마트 공장'과 독일의 '인더스트리 4.0'을 통해 새로운 4차 혁명을 일으켰고, 산업용 사물인터넷(IIoT)의 발달로 점점 더 많은 물리적 객체가 네트워크 서비스에 접근할 수 있게 되었다. 그러나 아직까지 제조현장에서 실시간 통신, 인터넷 프로토콜과 산업용 기기 간의 연동을 위한 상호연결성 등 중요한 문제는 아직 해결되지 않고 있다.

또한 스마트 제조에서 IIoT의 적극적인 채택을 어렵게 만드는 요인으로 작업 현장과 스마트 제조 시스템 간의 OT-IT 통합 문제가 있다. 이는 스마트 제조 시스템과 의미론적이지 못한 산업 장비 간의 상호 운용성 문제로 인해 발생하는 것이다.

본 논문은 제조현장에서 일어나는 상호 운용성 문제를 해결하고 IoT 네트워크와 산업용 네트워크 간의 발생되는 문제들을 해결하기 위해 표준 IoT 참조 아키텍처 문건인 ISO/IEC 30141을 참조하여 사용자, 클라우드 서비스, 감지 및 제어, 장치 도메인으로 구분되는 4계층 구조의 통합 아키텍처를 제안하였다. 또한 OPC UA PubSub모델을 활용하여 서버, 브로커 및 브로커리스 모델을 연동하기 위한 OPC UA 시너지 플랫폼을 개발하였다.

본 논문은 또한 제조 시스템에 적용 가능한 산업용 픽 엔 플레이스 테스트베드를 구성하고 어플리케이션에 따른 지연시간을 측정하여 제안된 통합 아키텍처를 검증하였다. 따라서 본 논문을 통해 최신 OPC UA PubSub 기반 프로토콜 및 기타 여러 유형의 프로토콜 접근 방식을 검토하기 위한 지침을 얻을 수 있다.|Recently, the manufacturing industry has revolutionized with 'smart manufacturing' and 'Industry 4.0', and with the development of the Industrial Internet of Things (IIoT), increasing number of physical objects can access network services. However, critical issues such as real-time communication, interoperability, and interlinking of internet and industrial devices are yet to be addressed. These issues arise from the problem of interconnectivity between smart manufacturing systems and non-semantic industrial equipment. Therefore, we referred to ISO/IEC 30141, a standard IoT reference architect document, to solve the interconnection problem and bridge the gap between the Internet and industry. Furthermore, we proposed a four-domain integrated architecture that divides the manufacturing system into user, cloud service, sensing & controlling, and device domains. The proposed architecture is validated by constructing the applicable industrial pick-and-place testbed for the manufacturing system. Thus, this testbed can serve as guideline to examine the state of the art of the OPC UA PubSub based protocol in addition to several other types of protocol approaches.