OPC UA Publisher와 DDS Subscriber의 상호운용성을 위한 게이트웨이 플랫폼

심웅빈(Woong-Bin Sim),송병권(Byung-Kwen Song),신준호(Jun-Ho Shin) 한국전기전자학회 2021 전기전자학회논문지 Vol.25 No.2

제어 및 필드 레벨에서의 OPC UA는 필드 버스를 대체할 만큼의 충분한 성능을 제공하지 못한다. OPC 협회는 실시간 및 비연결 메커니즘을 지향하고, MQTT나 AMQP와 같이 브로커 기능을 지원하는 새로운 사양인 OPC UA 발행-구독 모델을 OPC UA Part14 표준으로 추가하였다. 본 논문은 OPC UA Part14 표준을 추가한 OPC UA 발행자와 DDS 구독자 간에 상호운용성을 위한 게이트웨이에 관한 내용이다. 본 논문에서 제안한 게이트웨이는 라즈베리파이 4를 사용하였으며, DDS는 오픈소스인 OpenDDS를 사용하였다. OPC UA 발행-구독 모듈은 Open62541 발행-구독 오픈 소스를 기반으로 해당 소스에서 제공하지 않는 기능을 추가 구현한 것인 A-Open62541 발행-구독 모듈을 사용하였다. OPC UA at the control and field level does not provide enough performance to replace the field bus. The OPC Foundation aims for a real-time and connection-less mechanism, and has added the OPC UA publish-subscribe model, a new specification that supports broker functions such as MQTT and AMQP, as the OPC UA Part 14 standard. This paper is about a gateway for interoperability between OPC UA publisher with the addition of OPC UA Part14 standard and DDS subscribers. Raspberry Pi 4 is used for the gateway proposed in this paper, and OpenDDS, an open source, is used for DDS. OPC UA publish-subscribe module used A-Open62541 publish-subscribe module, which additionally implements functions not provided by the corresponding source based on Open62541 publish-subscribe open source.

메타팩토리를 위한 IEC62541기반 IIoT·시뮬레이터 설계 및 구현

임채영,여채은,조우진,구재회,이상현 국제문화기술진흥원 2023 The Journal of the Convergence on Culture Technolo Vol.9 No.3

Digital-Twin are recognized as an important core technology for the realization of Smart Factories by simulating and optimizing the monitoring and predictive maintenance of manufacturing equipment and the operation of production lines in a digital space. To implement this system, we adopt the IEC62541-based OPC-UA (Open Platform Communications Unified-Architecture) Protocol, which has strengths in interoperability and connectivity between heterogeneous platforms. Therefore, In this paper, We designed and implemented an IIoT(Industry Internet of Things) system that connects heterogeneous platforms, and developed an OPC-UA simulator based on IEC 62541. We will present whether the data will be applied to the Digital-Twin Platform and whether it will work, and proceed with performance tests and evaluations. We evaluate the operation performance and OPC-UA performance of the Digital-Twin platform lightened by the proposed device, and present the optimal IEC62514-based simulator system. We proceeded with the performance evaluation of sending and receiving data with OPC-UA wrapping with the proposed simulator, and found that a lightweight Digital-Twin platform can be operated. This research can apply the OPC-UA protocol for implementing smart factory and meta-factory in the manufacturing shop floor with limited resources, avoiding the waste of time and space on the shop floor through the OPC-UA simulator. We expect that this will contribute to a significant improvement in efficiency by minimizing. 디지털 트윈은 디지털 공간에서 시뮬레이션 및 최적화함으로써 스마트팩토리 구현에 중요한 핵심 기술로 인식되고 있으며 이러한 시스템을 구현하기 위해서는 상호 운용성과 이기종 플랫폼 간 연결에 강점을 보이는 IEC62541 기반의 OPC-UA 프로토콜을 채택하고 있다. 이에 본 논문에서는 이기종 플랫폼 간 연결할 산업용 IoT 시스템을 설계 및 구현하고, IEC 62541기반으로 OPC-UA 시뮬레이터를 제안하여, 개발한 시뮬레이터를 통해 실제 제조현장의 온도, 압력, 유량 등 센서에서 수집되는 데이터를 디지털 트윈 플랫폼에 적용해 동작하는지를 제시하고, 이에 대한 성능시험 및 평가를 진행하였다. 제안한 디바이스에서 경량화된 디지털 트윈 플랫폼의 동작 성능과 OPC-UA 성능 평가를 진행하여 최적의 IEC62514기반 IIoT 시뮬레이터 시스템을 제안한다. 제안한 IIoT 시뮬레이터에서는 OPC-UA 랩핑으로 데이터를 송/수신하는 성능평가를 진행하고, 경량화된 디지털 트윈 플랫폼이 운영됨을 알 수 있다. 이 연구는 한정된 자원을 사용하는 제조 현장에서 스마트 팩토리 및 메타팩토리 구현을 위한 OPC-UA 프로토콜을 적용할 수 있으며, OPC-UA 시뮬레이터를 통해 현장에서의 시간 및 공간의 낭비를 최소화하고, 효율성을 크게 기여할 것으로 기대한다.

중앙 집중식 OPC UA 서버와 통합 된 CPPS 아키텍처에 관한 연구

조규종,장수환,정종필 한국인터넷방송통신학회 2019 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.19 No.3

In order to build a smart factory, building a CPPS (Cyber Physical Product System) is an important system that must be accompanied. Through the CPPS, it is the reality of smart factories to move physical factories to a digital-based cyber world and to intelligently and autonomously monitor and control them. But The existing CPPS architectures present only an abstract modeling architecture, and the research that applied the OPC UA Framework (Open Platform Communication Unified Architecture), an international standard for data exchange in the smart factory, as the basic system of CPPS It was insufficient. Therefore, it is possible to implement CPPS that can include both cloud and IoT by collecting field data distributed by CPPS architecture applicable to actual factories and concentrating data processing in a centralized In this study, we implemented CPPS architecture through central OPC UA Server based on OPC UA conforming to central processing OPC UA Framework, and how CPPS logical process and data processing process are automatically generated through OPC UA modeling processing We have proposed the CPPS architecture including the model factory and implemented the model factory to study its performance and usability. 스마트팩토리를 구축하기 위해서는 CPPS(Cyber Physical Production System)의 구축은 필수적으로 동반되어야 하는 중요한 시스템이다. CPPS를 통해서 물리적 공장을 디지털 기반의 사이버 세상으로 옮겨오고 이를 지능적, 자율적으로 모니터링하고 제어하는 것이 스마트팩토리의 실체이다. 하지만 기존에 제시된 CPPS의 아키텍처들은 추상적인모델링 형태의 아키텍처만 제시하고 있으며, 스마트팩토리에서 데이터를 수 집 교환을 위한 국제 표준인 OPC UA Framework(Open Platform Communication Unified Architecture)을 CPPS의 기본적인 체계로 적용한 연구는 부족하였다. 이에 아키텍처 구성 실제 공장에 적용 가능한 CPPS 아키텍처로 분산되어진 필드 데이터를 수집하여 중앙에집중화 된 서버에서 집중된 데이터 처리가 되어야만 클라우드와 IoT를 모두 포함할 수 있는 CPPS를 구현 가능하다. 본 연구에서는 중앙 처리 OPC UA Framework을 준수한 OPC UA를 기술 체계를 기반으로 중앙의 OPC UA Server를통해 CPPS 아키텍처를 구현하고 OPC UA 모델링 처리를 통해 CPPS 논리 프로세스와 데이터 처리 프로세스가 자동으로 생성되는 방법을 포함한 CPPS 아키텍처를 제안하고 모델 공장을 실제로 구현하여 그 성능과 가용성에 대해서 연구하였다.

OPC-UA 기반 머신텐딩 시스템 개발

조창노(C. N. Cho),김동엽(D. Y. Kim),신동인(D. Shin),정병진(B. Jung),김태근(T. K. Kim),황정훈(J. H. Hwang) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월

공정 자동화를 위해선 다양한 제조사로부터 제조된 다양한 장비들이 연동되어 제어 될 필요가 있으며 이를 위해 MTConnect 나 OPC Unified Architecture (OPC-UA)와 같은 다양한 통신 프로토콜들이 제안되어 왔다. 특히 OPC-UA는 GPL 2.0 라이선스로 쉽게 활용이 가능하며, 특정 플랫폼, Operating System (OS), 언어에 구속되지 않고 높은 수준의 보안기능을 내장하고 있어 스마트 팩토리를 위한 차세대 통신 방식으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 이러한 OPC-UA 에 기반한 머신 텐딩시스템을 제안한다. 로봇을 이용하여 공작기계를 무인화 하는 머신텐딩은 실제 산업 현장에서 널리 사용되고 있으나 다양한 공작기계 및 로봇 제조사 간 지원하는 통신 인터페이스가 상이한 경우가 많아 유연한 연동에 제약이 있었다. 본 연구에서는 전체 공정을 총괄하는 마스터, 로봇 제어기, 비전 시스템, 그리고 공작기계를 OPC-UA 를 통해 연동함으로써 전체 시스템이 통일된 언어로 동작하도록 하였으며 OPC-UA 를 지원하지 않는 로봇과 공작기계는 중간 게이트 웨이를 개발하여 OPC-UA 연동이 가능하도록 하였다. 비전 시스템으로 인식된 물체의 위치나 로봇의 현재 위치 등을 OPC-UA 의 변수로 하여 전체 시스템이 접근할 수 있도록 하였으며 로봇의 동작을 OPC-UA Method 화 하여 손쉽게 마스터가 로봇을 제어할 수 있도록 구성하였다. 제안된 시스템으로 성공적으로 머신텐딩 작업을 구현하였으며 다양한 시스템들이 OPC-UA 를 통해 유연하게 연동될 수 있음을 검증하였다.

상호운용적 제조지능화를 위한 OPC UA 기반 데이터 애널리틱스 모델 표현 방법

신승준(Seung-Jun Shin),프리타 메일라니타사리(Prita Meilanitasari) 대한산업공학회 2020 대한산업공학회지 Vol.46 No.6

Manufacturing intelligence necessitates interoperable data and model exchange so that machines seamlessly collect and share their data to create and use data-driven models for predictive planning and control. Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) has become a powerful standard for data interoperability, and has been extended to various industrial sectors through publishing OPC UA companion specifications with collaboration of industrial consortiums. However, companion specifications for the interoperability of data analytics models have not been released yet. The present work proposes an OPC UA-based representation method for the data analytics models formalized by Predictive Model Markup Language (PMML), an XML-based language for interchanging data analytics models. This article includes: definition of mapping rules between PMML and OPC UA, design of OPC UA information models compliant with PMML, and implementation of a server-client prototype that publishes and subscribes two OPC UA model instances transformed from PMML-based regression and neural network models.

OPC UA 기반 스마트팩토리 디지털 트윈 테스트베드 시스템 개발

김재성,정석찬,서동우,김대기,Kim, Jaesung,Jeong, Seok Chan,Seo, Dongwoo,Kim, Daegi 한국멀티미디어학회 2022 멀티미디어학회논문지 Vol.25 No.8

The manufacturing industry is continuously pursuing advanced technology and smartization as it converges with innovative technology. Improvement of manufacturing productivity is achieved by monitoring, analyzing, and controlling the facilities and processes of the manufacturing site in real time through a network. In this paper, we proposed a new OPC-UA based digital twin model for smart factory facilities. A testbed system for USB flash drive packaging facility was implemented based on the proposed digital twin model and OPC-UA data communication scheme. Through OPC-UA based digital twin model, equipment and process status information is transmitted and received from PLC to monitoring and control 3D digital models and physical models in real time. The usefulness of the developed digital twin testbed system was evaluated through usability test.

스마트 제조를 위한 AAS와 OPC UA기반 설비모니터링 시스템의 설계 및 구현

이용수,정종필 한국인터넷방송통신학회 2021 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.21 No.2

전 세계적으로 제조업은 급진적인 변화에 직면해 있다. 독일을 시작으로 변화되고 있는 제조업은 스마트팩토리라 는 이름으로 현재 전 세계적으로 제조업들이 도입하며 개선 및 발전되어 가고 있다. 인공지능, 클라우드 등의 IT기술들 을 생산 현장에서 활용함으로 써 과거 제조업의 환경을 탈피하고자 하는 욕구가 증가 되어 가고 있다. 앞으로는 이러한 기술들을 어떻게 효율적이고 효과적으로 사용할 수 있는지에 대한 논의가 계속되고 있다. 점점 공장 영역에서 지역, 국 가, 전 세계적으로 범위가 확대됨에 따라 상호작용에 대한 국제적인 표준의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 설 비, 센서 등을 자산으로 관리하고 OPC UA를 통해 수집된 설비 데이터를 모니터링을 하기 위한 설계 및 구현방법에 대해 제안한다. Manufacturing is facing radical changes around the world. The manufacturing industry, which has been changing since Germany, is now being introduced, improved, and developed worldwide by manufacturers under the name of smart factory. By utilizing IT technologies such as artificial intelligence and cloud at the production site, the desire to break away from the past manufacturing environment is increasing. How these technologies will be efficient in the future, manufacturing worldwide now faces radical changes. The manufacturing industry, which has been changing since Germany, is now being introduced, improved, and developed worldwide by manufacturers under the name of smart factory. By utilizing IT technologies such as artificial intelligence and cloud at the production site, the desire to break away from the past manufacturing environment is increasing. Discussions continue on how these technologies can be used efficiently and effectively. Increasingly, the expansion of the range from factory areas to regions, countries, and around the world raises the need for international standards for interactions. In this paper, we propose a design and implementation method for managing facilities, sensors, etc. as assets and monitoring facility data collected through OPC UA.

OPC-UA 연동 디지털 트윈 기반의 스마트팩토리 사이버 물리 생산시스템 통합 플랫폼 구축

이현 제어·로봇·시스템학회 2022 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.28 No.8

This paper proposes constructing a digital twin-based CPPS (Cyber Physical Production System) linking OPC-UA that integrates smart factory and production processes. With the development of the CPPS integrated platform, the BOP (Bill of Process) management function was included from the pre-production process planning stage. An IoT-based MES (Manufacturing Execution System) and SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) were established to monitor resource allocation and status information and process information records of facilities by linking P4R. A 3D CPPS integrated platform was modeled and OPC-UA was integrated to enable the integrated management of sensors and software to predict product production for the entire manufacturing process. Through OPC-UA linkage, the integrated linkage technology of equipment composed of digital twins and detection data of virtual factories, actual factories, and actuator operation information were applied. .

스마트 그리드 기반 통합 SCADA Data Gateway 플랫폼

송병권,Song, Byung-Kwen 한국전기전자학회 2014 전기전자학회논문지 Vol.18 No.1

OPC UA(IEC62541)는 SG(Smart Grid) 응용 플랫폼 간에 연계 프로토콜로서, 2012년 12월에 IEC TC57 그룹에서 IEC62541로 표준화되었다. IEC61850은 디지털 변전소 및 스마트 배전 시스템에서 사용되는 SCADA 표준 프로토콜이고, DNP3.0은 RTU나 IED와 같은 장비에 대해 데이터 수집 제어를 위한 프로토콜로서 기존 배전 자동화 시스템에서 사용되고 있다. DLMS/COSEM은 전기 계량기를 제어하고 정보를 수집하기 위한 프로토콜로서 스마트 계량기에서 사용되고 있다. 최상위 SG 운영 플랫폼에서 IEC61850 이나 DNP3.0을 비롯한 다양한 전력 IT 시스템들을 투명하게(Transparent) 관리하기 위해서는 프로토콜에 독립적인 미들웨어가 필요하다. 본 논문은 IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM 기반의 디지털변전소, 스마트 배전시스템 및 기존 배전 자동화 시스템을 단일 OPC UA 클라이언트로 통합 관리하기 위한 SDG(Scada Data Gateway) 플랫폼에 관한 것이다. 이 게이트웨이는 OPC UA를 통해서 스마트미터, 디지털변전소 및 스마트배전 시스템을 관리한다. OPC UA(IEC62541) is a communication protocol for SG(Smart Grid) application platform. It was standardized by IEC TC57 group in December 2012. The IEC61850 has been used in Digital Substation Systems and Smart Distributed Systems. The DNP3.0 has been used for device's data collection/control in Distributed Systems. The DLMS/COSEM has been used to control metering and collect information in the Smart Metering. The top-level SG management platform needs an independent middleware to manage transparently the Power Information Technology, including the IEC61850, DNP3.0, DLMS/COSEM. In this paper, we propose the SDG(Scada Data Gateway) platform. It manages Power Information Technology based Digital Substation Systems and Smart Distributed systems, Smart Metering through OPC UA.

OPC UA를 활용한 CNC 연삭기 공정개선에 관한 연구

손병로,이정훈 한국기계기술학회 2024 한국기계기술학회지 Vol.26 No.4

This study aims to evaluate the effectiveness of adding CNC parameter monitoring functionality using OPC UA to the existing HMI for CNC grinding machines, specifically focusing on maintaining machining precision for ferrous materials despite changes in grinding wheel diameter post-dressing. Three workpieces, each ground with different wheel diameters (WD162.24, WD162.22, WD162.20), were subjected to profile error measurements at various angles within a ±4.0μm tolerance range. The elliptical shape of the workpieces required diameter measurements across a 90-degree section. Results indicated that, despite slight deviations, all workpieces remained within the specified tolerance range, demonstrating that the OPC UA-based monitoring system effectively maintains machining precision after wheel dressing. This suggests significant potential for improving grinding processes for ferrous materials using OPC UA-integrated CNC systems.