Smart Gateway

Smart Gateway Overview

4차 산업혁명의 핵심인 IoT(사물인터넷 : Internet of Things) 기술의 기본은 다양한 인터넷사물과의 연결에서 시작하며, 이러한 연결을 위하여 인터넷 사물이 지원하는 다양한 프로토콜에 대한 이해와 구현 필요.
스마트게이트웨이는 연결하고자 하는 장치에 적용되어 있는 프로토콜을 이해하지 않고서도, 장치로부터 원하는 값을 읽어오거나 장치로 필요로 하는 값을 전송 할 수 있도록 중계 하기 위한 가장 경제적이고 효율적인 솔루션.

Smart Gateway Feature

1. 용이성 • 초소형 하드웨어로 구성되어 현장 설치가 용이
• 필요한 기능을 쉽게 설정할 수 있는 웹 기반의 인터페이스를 제공

2. 확장성 • 리눅스기반의 플랫폼 상에서 안정적으로 구동되도록 설계
• 플러그인 모듈방식의 아키텍처로 설계되어 확장 가능

3. 경제성 • 연결대상 설비가 일대다 로 구성된 경우에도 프로토콜 변환이 가능하므로 경제적으로 시스템 구축 가능.

4. 안정성 • 소프트웨어 모듈이 독립적인 구조로 설계되어 운영 중 특정 모듈 이상 현상이 발생시에도 다른 모듈에 영향을 주지 않아 안정성이 우수.

5. 다양성 • OPC UA, Modbus 등과 같은 표준 프로토콜 적용
• PLC, 계측장비, 센서등과 연결 가능하여 다양한 현장에 적용.

Javascript 기반

스마트게이트웨이는 자바스크립트를 이용하여 통신드라이버 설정, 수집항목설정 등 연결하고자 하는 장치의 통신 특성에 맞춰서 수집주기, 수집항목을 정의할 수 있으며, 수집된 데이터 간의 다양한 연산작업을 통하여 상위 시스템에서 필요로 하는 데이터를 재생산.
Modbus/RTU장비를 Modbus/TCP를 이용하여 수집하고자 하는 경우 3줄의 자바스크립트 코드 입력만으로 연결 및 데이터 수집 가능. 자바스크립트에서 제공하는 내장 함수 외에도 수집된 값에 대한 단위 변환, 정규화 처리 등을 위한 별도의 함수를 제공하여 다른 시스템과 데이터 통합 용이. 0~100도 사이의 값을 0~65535으로 전송하는 장비의 경우 정규화 과정이 필요하며 스마트 게이트웨이는 정규화를 위한 함수 제공.

웹기반의 설정

스마트게이트웨이는 웹서버를 내장하고 있어 동작상태 모니터링, 수집항목의 모니터링, 자바스크립트 설정 등의 작업을 별도의 프로그램 설치 없이 웹 브라우저를
이용하여 작업 가능. 웹기반의 자바스크립트 편집기능을 이용하여 통신드라이버 설정, 통신항목설정, 데이터변환 등의 작업 가능.

Smart Gateway 적용

스마트게이트웨이는 이기종간 장치 간의 데이터 교환을 위한 최적의 솔루션으로, 프로토콜 변환, 네트워크망 분리, 네트워크 보완, 데이터 허브의 역할 수행.
프로토콜 컨버터 서로 다른 프로토콜 간의 통신을 위한 프로토콜 컨버터 활용.
이더넷-이더넷, 시리얼-시리얼 구간의 프로토콜 변환은 물론 이더넷-시리얼의 미디어 변환 기능 제공. 프로토콜 허브 일대일 프로토콜 변환은 물론, 일대다 연결을 지원하고 있어, 서로 다른 여러가지 프로토콜을 하나로 변환하는
프로토콜 허브 기능 수행. 예를 들어 다양한 PLC 데이터를 통합하여 OPC UA 표준 프로토콜 변환 네트워크 브리지(주소변환) 스마트게이트웨이는 네트워크주소변환기능을 제공하고 있어, 동일한 네트워크 주소를 갖는 설비 간의 연계 가능.
동일한 네트워크주소를 갖는 설비 연계를 위하여 네트워크 주소변환을 위한 별도의 네트워크 장비가 필요하지 않음. 네트워크망 분리 스마트 게이트웨이는 허용된 프로토콜 메시지만을 통과시킬 수 있으므로, 논리적인 망 분리 구성 가능.
일반적인 망 분리용 네트워크 설비를 이용하는 것보다 경제적, 효과적으로 네트워크망 분리 기능을 구현 가능. 네트워크 보완 스마트 게이트웨이의 망 분리 기능과 미디어 컨버터 기능을 이용하여, 업무용(IT)망과 공장용(OT)망 사이의 네트워크 보안을 위한
장비로 활용. 기존의 네트워크 보안 장비의 경우 포트 번호 기준으로 메시지 전달 여부를 결정하지만
스마트게이트웨이는 프로토콜 기준으로 메시지를 전달하므로 포트 단위의 차단기술보다 세밀하게 보안 기술을 적용 가능.

Smart Gateway 응용

상태감시 시스템 연계 -Bentley Nevada Vibration System으로부터 OPC UA방식으로 데이터를 수집하여 Modbus/RTU로 변환한 다음
iFix SCADA 시스템으로 전송
-Vibration System과 SCAD System의 망분리를 위하여 Smart Gateway와 SCADA System은 Serial 케이블로 연결 BEMS(Building Energy Management System) 연계 -BEMS시스템과 연계를 위하여 BACnet/IP 프로토콜을 적용
-마이크로소프트사의 Azure와의 연동을 위하여 MQTTS 적용 화력발전소 연계 -GE 터빈 발전설비와의 연계를 위하여 GE사의 GSM 프로토콜 적용
-유틸리티 설비와의 연계를 위하여 각 설비에서 제공하는 PLC 프로토콜을 이용하여 연계 전력거래소 연계(한국) -전력거래소와의 연계되어 전력거래소의 제어명령을 처리하거나 상태정보를 실시간 전송
-전용선 모뎀을 경유하도록 구성되며, DNP v3.0 프로토콜을 이용하여 연계 전력거래소 연계(중동, 동남아) -전력거래소와의 연계되어 전력거래소의 제어명령을 처리하거나 상태정보를 실시간 전송
-전용선 망을 이용하여 연결되며, IEC-60870-5-101 프로토콜 연계

Smart Gateway 규격

Smart Gateway 이중화 구성

스마트게이트웨이는 안정적인 데이터 연계를 지원하기 위하여 Active-Standby방식의 이중화구성이 가능하여, 통신선로의 이상, 게이트웨이의 이상, 연계대상 설비의 이상발생시 자동으로 감지하여 절체되어 끊김 없는 데이터 연계 가능.
  • 시스템 이중화-초기상태 두대의 스마트게이트웨이 중 하나의 스마트게이트웨이만 장비와 연계하여 데이터 수집
  • 시스템 이중화-첫번째 스마트게이트웨이 장애발생 • 두 대의 스마트게이트웨이 중 운영중인 1번스마트게이트웨이에 오류가 발생되면 대기중인 2번 스마트게이트웨이를 연계하여 데이터 수집.
    • 오류발생된 1번 스마트게이트웨이가 복구되면 1번 스마트게이트웨이가 다시 활성화되어 통신 재개되어 2번 스마트게이트웨이는 비활성화되어 대기모드상태로 변경.
  • 네트워크 이중화-첫번째 PLC 장애 두 대의 PLC중에서 하나의 PLC에 오류가 발생하면 대기중인 PLC와의 연계하여 데이터 수집. 이후 장애가 복구되면 첫번째 PLC와의 통신을 통하여 데이터 수집.
  • 네트워크 이중화-네트워크 장비이상발생 네트워크 장비의 이상 등으로 인하여 1번 스마트게이트웨이가 PLC와의 연결이 불가능하게 되면 대기중인 2번 스마트게이트웨이가 활성화되어 PLC와의 통신을 개시하여 데이터 수집.