KR102814298B1 - Opc-ua based integrated data management system and method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템은 스마트 팩토리에서 가동되는 복수의 운용 장비에 있어서 제조사별 다른 통신 방식을 통합하여 연결하기 위한 표준 통신 프로토콜을 통해, 상기 복수의 운용 장비와 연결되어 각 운용 장비로부터 현장 데이터를 실시간으로 통합하여 수집하는 데이터 수집 장치; 상기 데이터 수집 장치로부터 상기 수집된 현장 데이터를 수신하여 클라우드 서버가 연결된 통신 네트워크에 적합하도록 변환한 후 상기 통신 네트워크를 통해 클라우드 서버에 전송하는 엣지 게이트웨이(Edge Gateway); 및 상기 엣지 게이트웨이로부터 상기 변환된 현장 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고 관리하는 클라우드 서버를 포함한다.An OPC-UA-based integrated data management system according to one embodiment of the present invention includes: a data collection device connected to a plurality of operational equipment operating in a smart factory through a standard communication protocol for integrating and connecting different communication methods of each manufacturer, and collecting field data from each operational equipment in real time; an edge gateway receiving the collected field data from the data collection device, converting the data to be suitable for a communication network to which a cloud server is connected, and transmitting the converted field data to a cloud server through the communication network; and a cloud server receiving the converted field data from the edge gateway, storing it in a database, and managing it.
Description
본 발명의 실시예들은 데이터 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a data management system and method, and more particularly, to an OPC-UA based integrated data management system and method.
오늘날 대부분의 제조 산업 분야에서 스마트 제조 혁신 트렌드에 따라 많은 수의 필드 디바이스, 센서, 장비 등이 시스템의 구성 요소로서 상호 연동되고 있으며, 이와 같은 다양한 필드 디바이스 간의 상호운용성 제공을 위한 기술로서 OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture)가 적용되고 있다.In most manufacturing industries today, a large number of field devices, sensors, and equipment are interconnected as system components in line with the smart manufacturing innovation trend, and OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) is being applied as a technology to provide interoperability between these various field devices.
공장과 같은 제조 환경에서, 데이터를 수집 및 분석하는 과정은 스마트 공장을 추진하기 위해 필요하며, 스마트 공장을 추진하기 위해서, 데이터 수집 및 분석의 효율성을 향상시키기 위한 현장 설비들의 단일 시스템을 통한 구현이 필요할 수 있다.In a manufacturing environment such as a factory, the process of collecting and analyzing data is necessary to promote a smart factory, and in order to promote a smart factory, implementation through a single system of field facilities may be necessary to improve the efficiency of data collection and analysis.
그러나, 각각의 현장 설비 및 기계들의 데이터 수집 및 통신 방식의 다양성에 의해, 하나의 방식으로 통합되는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 스마트 공장을 추진하기 위한 현장 설비들의 단일 시스템을 위한 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템 및 방법이 요구된다.However, due to the diversity of data collection and communication methods of each field facility and machine, it may be difficult to integrate them into one method. Therefore, an OPC-UA-based integrated data management system and method for a single system of field facilities to promote a smart factory is required.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0064315호(발명의 명칭: OPC UA 기반 데이터 처리 방법 및 장치, 공개일자: 2020.06.08.)가 있다.Related prior art includes Korean Patent Publication No. 10-2020-0064315 (Title of the invention: OPC UA-based data processing method and device, publication date: 2020.06.08.).
본 발명의 일 실시예는 스마트 팩토리에서 가동되는 각각의 운용 장비들로부터 현장 데이터를 통합 수집하여 클라우드 서버에 전송하여 모니터링 및 분석을 위해 데이터베이스에 저장 및 관리함으로써 현장 운용 장비들의 시스템을 통합하여 하나의 표준에 따른 데이터 분석이 가능하도록 하는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템 및 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides an OPC-UA-based integrated data management system and method that integrates the systems of field operating equipment by collecting field data from each operating equipment in operation in a smart factory, transmitting the collected data to a cloud server, and storing and managing the collected data in a database for monitoring and analysis, thereby enabling data analysis according to a single standard.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problem(s) mentioned above, and other problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템은 스마트 팩토리에서 가동되는 복수의 운용 장비에 있어서 제조사별 다른 통신 방식을 통합하여 연결하기 위한 표준 통신 프로토콜을 통해, 상기 복수의 운용 장비와 연결되어 각 운용 장비로부터 현장 데이터를 실시간으로 통합하여 수집하는 데이터 수집 장치; 상기 데이터 수집 장치로부터 상기 수집된 현장 데이터를 수신하여 클라우드 서버가 연결된 통신 네트워크에 적합하도록 변환한 후 상기 통신 네트워크를 통해 클라우드 서버에 전송하는 엣지 게이트웨이(Edge Gateway); 및 상기 엣지 게이트웨이로부터 상기 변환된 현장 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고 관리하는 클라우드 서버를 포함한다.An OPC-UA-based integrated data management system according to one embodiment of the present invention includes: a data collection device connected to a plurality of operational equipment operating in a smart factory through a standard communication protocol for integrating and connecting different communication methods of each manufacturer, and collecting field data from each operational equipment in real time; an edge gateway receiving the collected field data from the data collection device, converting the data to be suitable for a communication network to which a cloud server is connected, and transmitting the converted field data to a cloud server through the communication network; and a cloud server receiving the converted field data from the edge gateway, storing it in a database, and managing it.
상기 표준 통신 프로토콜은 OPC-UA(Open Platform Communications Unified Architecture)를 포함할 수 있다.The above standard communication protocol may include OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture).
상기 클라우드 서버는 상기 데이터베이스에 저장된 현장 데이터를 AI 딥러닝으로 분석하여 상기 운용 장비 각각에 대한 모니터링을 수행하고, 상기 모니터링의 결과를 운영자 단말기에 제공할 수 있다.The above cloud server can analyze field data stored in the above database using AI deep learning to monitor each of the above operating devices and provide the results of the monitoring to the operator terminal.
상기 클라우드 서버는 상기 클라우드 서버의 연산량, 데이터 사용량 및 데이터 통신량 중 적어도 하나에 따른 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성하고, 상기 생성된 비용 부과 금액 정보를 운영자 단말기에 제공할 수 있다.The above cloud server can generate cost charging amount information for a user of an operator terminal based on a cost charging policy according to at least one of the computational volume, data usage, and data communication volume of the cloud server, and provide the generated cost charging amount information to the operator terminal.
상기 클라우드 서버는 상기 복수의 운영 장비에 각각 설치되는 센서를 통해 수신된 센싱 데이터를 분석하여, 상기 운영 장비 각각의 동작 상태나 상기 운영 장비와 상기 클라우드 서버 간의 통신 상태를 진단하고, 진단 결과를 운영자 단말기에 제공할 수 있다.The above cloud server can analyze sensing data received through sensors installed in each of the plurality of operating devices, diagnose the operating status of each of the operating devices or the communication status between the operating devices and the cloud server, and provide the diagnosis results to the operator terminal.
상기 클라우드 서버는 상기 동작 상태 및 상기 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생하지 않은 경우, 상기 고장이 발생하지 않은 시간 구간에 대해서 제1 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성하고, 상기 동작 상태 및 상기 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생한 경우, 상기 고장이 발생한 시간 구간에 대해서 상기 제1 비용 부과 정책과는 다른 제2 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성할 수 있다.The cloud server may generate cost charging amount information for a user of an operator terminal based on a first cost charging policy for a time period in which the failure did not occur, if a failure occurs in at least one of the operation state and the communication state, and may generate cost charging amount information for a user of the operator terminal based on a second cost charging policy different from the first cost charging policy for a time period in which the failure occurred, if a failure occurs in at least one of the operation state and the communication state.
상기 클라우드 서버는 상기 운영 장비 각각에 설치되는 3개 이상의 센서를 통하여, 상기 운영 장비 각각의 동작 상태로 인해 발생되는 초고조파 대역의 부분 방전 신호가 검출되면, 상기 센서에서 감지된 신호 간의 시간 차를 이용한 거리 측정법 또는 삼변측정법을 이용하여 고장 위치를 추정하며, 미리 저장되어 있는 운영 장비의 위치 데이터를 이용하여 상기 추정된 고장 위치를 매칭시켜 부분 방전이 발생한 운영 장비의 고장 여부를 판별할 수 있다.The above cloud server detects a partial discharge signal of an ultra-harmonic band generated due to the operating status of each of the above operating devices through three or more sensors installed in each of the above operating devices, estimates a fault location using a distance measurement method or a triangulation method using the time difference between the signals detected by the sensors, and matches the estimated fault location using the location data of the operating devices stored in advance to determine whether the operating device in which the partial discharge occurred is faulty.
본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 방법은 데이터 수집 장치가 스마트 팩토리에서 가동되는 복수의 운용 장비에 있어서 제조사별 다른 통신 방식을 통합하여 연결하기 위한 표준 통신 프로토콜을 통해, 상기 복수의 운용 장비와 연결되어 각 운용 장비로부터 현장 데이터를 실시간으로 통합하여 수집하는 단계; 엣지 게이트웨이가 상기 데이터 수집 장치로부터 상기 수집된 현장 데이터를 수신하여 클라우드 서버가 연결된 통신 네트워크에 적합하도록 변환한 후 상기 통신 네트워크를 통해 클라우드 서버에 전송하는 단계; 및 클라우드 서버가 상기 엣지 게이트웨이로부터 상기 변환된 현장 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고 관리하는 단계를 포함한다.An OPC-UA-based integrated data management method according to one embodiment of the present invention includes a step of connecting a data collection device to a plurality of operational equipment operating in a smart factory through a standard communication protocol for integrating and connecting different communication methods of each manufacturer, and collecting field data from each operational equipment in real time; a step of allowing an edge gateway to receive the collected field data from the data collection device, convert the data to be suitable for a communication network connected to a cloud server, and transmit the converted field data to a cloud server through the communication network; and a step of allowing the cloud server to receive the converted field data from the edge gateway, store it in a database, and manage it.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스마트 팩토리에서 가동되는 각각의 운용 장비들로부터 현장 데이터를 통합 수집하여 클라우드 서버에 전송하여 모니터링 및 분석을 위해 데이터베이스에 저장 및 관리함으로써 현장 운용 장비들의 시스템을 통합하여 하나의 표준에 따른 데이터 분석이 가능하도록 한다.According to one embodiment of the present invention, field data is integrated and collected from each piece of operational equipment operating in a smart factory, transmitted to a cloud server, and stored and managed in a database for monitoring and analysis, thereby integrating the systems of field operational equipment and enabling data analysis according to a single standard.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템의 네트워크 구성을 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템의 데이터 전송 및 딥러닝 등의 프로세스 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 클라우드 서버의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 OTA 기법을 이용하여 운용 장비의 운용 관련 소프트웨어에 대한 업데이트를 처리하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 방법을 설명하기 위해 도시한 전체 흐름도이다.FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating a network configuration of an OPC-UA-based integrated data management system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a process of data transmission and deep learning of an OPC-UA-based integrated data management system according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of the cloud server of Figure 1.
FIG. 4 is a diagram illustrating a process for processing an update for operation-related software of an operating device using an OTA technique according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an overall flowchart illustrating an OPC-UA-based integrated data management method according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.The advantages and/or features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clearer with reference to the embodiments described in detail below together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능 구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능 구성을 위주로 설명한다. 만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능 구성 중에서 종래에 기 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성 요소와 본 발명을 위해 추가된 구성 요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.In addition, in order to efficiently explain the technical components that make up the present invention, the preferred embodiments of the present invention to be implemented below omit, as much as possible, the system functional components that are already provided in each system functional component or are commonly provided in the technical field to which the present invention belongs, and mainly explain the functional components that must be additionally provided for the present invention. If a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs, among the functional components that are not illustrated below and are omitted, the functions of the components that have been used in the past will be easily understood, and the relationship between the omitted components as described above and the components added for the present invention will also be clearly understood.
또한, 이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다. 이는 신호 또는 정보의 "수신"에 있어서도 동일하다.In addition, in the following description, the terms "transmission", "communication", "transmission", "reception", and other similar meanings of signals or information include not only direct transmission of signals or information from one component to another, but also transmission via another component. In particular, "transmission" or "transmitting" a signal or information to one component indicates the final destination of the signal or information, and does not mean the direct destination. The same applies to "reception" of a signal or information.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템의 네트워크 구성을 도시한 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템의 데이터 전송 및 딥러닝 등의 프로세스 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이다.FIG. 1 is an overall configuration diagram illustrating a network configuration of an OPC-UA-based integrated data management system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a process such as data transmission and deep learning of an OPC-UA-based integrated data management system according to one embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템(100)은 데이터 수집 장치(110), 엣지 게이트웨이(Edge Gateway)(120), 및 클라우드 서버(130)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, an OPC-UA-based integrated data management system (100) according to one embodiment of the present invention may be configured to include a data collection device (110), an edge gateway (120), and a cloud server (130).
상기 데이터 수집 장치(110)는 스마트 팩토리(Smart Factory)에서 가동되는 복수의 운용 장비(101)와 연결되어 각 운용 장비(101)로부터 현장 데이터를 실시간으로 통합하여 수집할 수 있다.The above data collection device (110) is connected to a plurality of operating equipment (101) operating in a smart factory and can collect field data in real time from each operating equipment (101).
그런데, 상기 복수의 운용 장비(101)는 제조사별로 다른 통신 방식을 사용한다. 따라서, 본 실시예에서는 이와 같이 제조사별로 다른 통신 방식을 사용하는 운용 장비(101)들을 통합하여 연결하기 위하여 표준 통신 프로토콜을 이용할 수 있다.However, the above-mentioned plurality of operating devices (101) use different communication methods depending on the manufacturer. Therefore, in this embodiment, a standard communication protocol can be used to integrate and connect the operating devices (101) using different communication methods depending on the manufacturer.
즉, 상기 데이터 수집 장치(110)는 상기 표준 통신 프로토콜을 이용하여 상기 스마트 팩토리에 설치된 복수의 운용 장비(101)와 연결될 수 있으며, 이를 통해 각 운용 장비(101)로부터 상기 현장 데이터를 실시간으로 통합하여 수집할 수 있다.That is, the data collection device (110) can be connected to a plurality of operating equipment (101) installed in the smart factory using the standard communication protocol, and through this, the field data can be integrated and collected in real time from each operating equipment (101).
여기서, 상기 표준 통신 프로토콜은 OPC-UA(Open Platform Communications Unified Architecture)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 현장 데이터는 상기 운용 장비(101) 각각의 동작 상태, 및 상기 운용 장비(101)와 상기 클라우드 서버(130) 간의 통신 상태에 관한 데이터를 포함할 수 있다.Here, the standard communication protocol may include OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture). In addition, the field data may include data regarding the operating status of each of the operating equipment (101) and the communication status between the operating equipment (101) and the cloud server (130).
또한, 상기 현장 데이터는 상기 운용 장비(101)에 설치 또는 내장된 각종 센서, 예를 들면 가속도 센서, 소음 센서, 빛 센서, 자이로 센서, 습도 센서, 자기 센서, 입력 센서, 압력 센서, 온도 센서 등의 데이터를 더 포함할 수 있다.In addition, the field data may further include data from various sensors installed or built into the operating equipment (101), such as an acceleration sensor, a noise sensor, a light sensor, a gyro sensor, a humidity sensor, a magnetic sensor, an input sensor, a pressure sensor, a temperature sensor, etc.
상기 엣지 게이트웨이(120)는 상기 데이터 수집 장치(110)로부터 상기 수집된 현장 데이터를 수신할 수 있다. 상기 엣지 게이트웨이(120)는 상기 수신된 현장 데이터에 대하여, 상기 클라우드 서버(130)가 연결된 통신 네트워크에 적합하도록 변환할 수 있다. 상기 엣지 게이트웨이(120)는 상기 통신 네트워크에 적합하도록 변환된 현장 데이터를 상기 통신 네트워크를 통해 상기 클라우드 서버(130)에 전송할 수 있다.The edge gateway (120) can receive the collected field data from the data collection device (110). The edge gateway (120) can convert the received field data to be suitable for the communication network to which the cloud server (130) is connected. The edge gateway (120) can transmit the field data converted to be suitable for the communication network to the cloud server (130) through the communication network.
이와 같이, 상기 엣지 게이트웨이(120)는 상기 데이터 수집 장치(110)와 상기 클라우드 서버(130) 사이에서 현장 데이터, 원격 처리를 위한 명령 데이터 등과 같은 데이터의 송수신을 중계하는 역할을 할 수 있다.In this way, the edge gateway (120) can serve as a relay for transmission and reception of data such as field data, command data for remote processing, etc. between the data collection device (110) and the cloud server (130).
한편, 상기 엣지 게이트웨이(120)는 와이파이, 블루투스 및 지그비 중 적어도 하나를 포함하는 무선 통신 방식에 따라, 상기 복수의 운용 장비(101)에 각각 설치되는 센서를 그룹화하고, 상기 그룹화에 따른 각 그룹별로 상기 무선 통신 방식에 대한 통신 점유를 독립적으로 허용할 수 있다. 상기 엣지 게이트웨이(120)는 각 그룹 간의 채널 중첩이 존재하는 경우 해당 중첩 채널에 연관된 무선 통신 방식을 선택적으로 연결할 수 있다.Meanwhile, the edge gateway (120) can group sensors installed in each of the plurality of operating devices (101) according to a wireless communication method including at least one of Wi-Fi, Bluetooth, and Zigbee, and independently allow communication occupation for the wireless communication method for each group according to the grouping. The edge gateway (120) can selectively connect a wireless communication method associated with the overlapping channel when there is channel overlap between each group.
이때, 상기 엣지 게이트웨이(120)는 해당 중첩 채널에 연관된 무선 통신 방식 각각과 연관된 그룹의 크기, 그룹별 평균 데이터량과 평균 전송주기에 따라 해당 무선 통신 방식 각각에 대한 선택적 연결의 우선순위 및 연결 시간을 동적으로 결정할 수 있다.At this time, the edge gateway (120) can dynamically determine the priority and connection time of the selective connection for each wireless communication method associated with the corresponding overlapping channel based on the size of the group associated with each wireless communication method, the average data amount per group, and the average transmission cycle.
상기 클라우드 서버(130)는 상기 엣지 게이트웨이(120)로부터 상기 통신 네트워크에 적합하도록 변환된 현장 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장할 수 있다. 또한, 상기 클라우드 서버(130)는 상기 데이터베이스에 저장된 현장 데이터에 대한 모니터링 및 분석 등의 기능을 수행하기 위하여 이를 관리할 수 있다. 이하에서는 도 2를 참조하여 상기 클라우드 서버(130)에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.The cloud server (130) can receive field data converted to be suitable for the communication network from the edge gateway (120) and store it in a database. In addition, the cloud server (130) can manage the field data stored in the database to perform functions such as monitoring and analysis. Hereinafter, the cloud server (130) will be described in more detail with reference to FIG. 2.
도 3은 도 1의 클라우드 서버(130)의 상세 구성을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating the detailed configuration of the cloud server (130) of FIG. 1.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 클라우드 서버(130)는 모니터링부(310), 비용 청구부(320), 진단 처방부(330), 고장 판단부(340), 원격 처리부(350), 및 제어부(360)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 3, the cloud server (130) may include a monitoring unit (310), a billing unit (320), a diagnosis prescription unit (330), a fault determination unit (340), a remote processing unit (350), and a control unit (360).
상기 모니터링부(310)는 상기 데이터베이스에 저장된 현장 데이터를 AI 딥러닝으로 분석하여 상기 운용 장비(101) 각각에 대한 모니터링을 수행하고, 상기 모니터링의 결과를 운영자 단말기(102)에 제공할 수 있다.The above monitoring unit (310) can analyze field data stored in the database using AI deep learning to perform monitoring on each of the operating equipment (101) and provide the results of the monitoring to the operator terminal (102).
상기 비용 청구부(320)는 상기 클라우드 서버의 연산량, 데이터 사용량 및 데이터 통신량 중 적어도 하나에 따른 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기(102)의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성하고, 상기 생성된 비용 부과 금액 정보를 운영자 단말기(102)에 제공할 수 있다.The above-mentioned cost charging unit (320) can generate cost charging amount information for a user of the operator terminal (102) based on a cost charging policy according to at least one of the computational amount, data usage amount, and data communication amount of the cloud server, and provide the generated cost charging amount information to the operator terminal (102).
여기서, 상기 비용 청구부(320)는 미리 설정된 복수의 비용 부과 정책 중 상기 운영자 단말기(102)를 통해 수신된 입력 정보에 따라 선택된 것을 활용할 수 있다. 상기 비용 부과 정책의 경우, 서버의 연산량이 많을수록, 데이터 사용량이 많을수록, 데이터 통신량이 많을수록 더 많은 금액이 청구되도록 설정될 수 있다.Here, the cost charging unit (320) may utilize one of a plurality of preset cost charging policies selected based on input information received through the operator terminal (102). In the case of the cost charging policy, the amount may be set to be charged more as the server's computational volume increases, as the data usage increases, and as the data communication volume increases.
상기 비용 청구부(320)는 상기 운용 장비(101)의 동작 상태, 및 상기 운용 장비(101)와 상기 클라우드 서버(130) 간의 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생하지 않은 경우, 상기 고장이 발생하지 않은 시간 구간에 대해서 제1 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성할 수 있다.The above-mentioned cost charging unit (320) can generate cost charging amount information for the user of the operator terminal based on the first cost charging policy for a time period in which the failure did not occur, if at least one of the operating status of the operating equipment (101) and the communication status between the operating equipment (101) and the cloud server (130) does not fail.
반면, 상기 운용 장비(101)의 동작 상태, 및 상기 운용 장비(101)와 상기 클라우드 서버(130) 간의 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생한 경우, 상기 비용 청구부(320)는 상기 고장이 발생한 시간 구간에 대해서 상기 제1 비용 부과 정책과는 다른 제2 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기(102)의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성할 수 있다.On the other hand, if a failure occurs in at least one of the operating status of the operating equipment (101) and the communication status between the operating equipment (101) and the cloud server (130), the cost charging unit (320) can generate cost charging amount information for the user of the operator terminal (102) based on a second cost charging policy different from the first cost charging policy for the time period in which the failure occurred.
여기서, 상기 제2 비용 부과 정책은 상기 운용 장비(101)의 동작 상태, 및 상기 운용 장비(101)와 상기 클라우드 서버(130) 간의 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생한 경우, 사용자가 운영하는 시스템이 원활하게 작동하지 않는 상태이기 때문에, 단위 데이터(데이터 크기) 또는 단위 시간에 대한 부과 금액이 상대적으로 감소 조정될 수 있다.Here, the second cost charging policy is such that if a failure occurs in at least one of the operating status of the operating equipment (101) and the communication status between the operating equipment (101) and the cloud server (130), the system operated by the user is not operating smoothly, so the charging amount for unit data (data size) or unit time can be relatively reduced and adjusted.
상기 진단 처방부(330)는 상기 복수의 운용 장비(101)에 각각 설치되는 센서를 통해 수신된 센싱 데이터를 분석하여, 상기 운용 장비(101) 각각의 동작 상태나 상기 운용 장비(101)와 상기 클라우드 서버(130) 간의 통신 상태를 진단하고, 진단 결과를 운영자 단말기(102)에 제공할 수 있다.The above diagnostic prescription unit (330) analyzes sensing data received through sensors installed in each of the plurality of operating devices (101), diagnoses the operating status of each of the operating devices (101) or the communication status between the operating devices (101) and the cloud server (130), and provides the diagnosis results to the operator terminal (102).
예를 들면, 상기 진단 처방부(330)는 상기 데이터베이스에 저장된 현장 데이터를 AI 딥러닝을 기반으로 분석하고, 상기 분석의 결과에 기초하여 상기 운용 장비(101)에 대한 고장 진단을 수행할 수 있다.For example, the diagnostic prescription unit (330) can analyze field data stored in the database based on AI deep learning and perform a fault diagnosis on the operating equipment (101) based on the results of the analysis.
이를 위해, 상기 진단 처방부(330)는 시계열 분석을 통하여 상기 운용 장비(101)의 운영 시간에 따라 수집된 현장 데이터로 구성되는 빅데이터를 학습 데이터로 하여 고장 진단용 딥러닝 모델을 학습시킬 수 있다.To this end, the above diagnostic prescription unit (330) can train a deep learning model for fault diagnosis using big data consisting of field data collected according to the operating time of the operating equipment (101) through time series analysis as learning data.
상기 진단 처방부(330)는 상기 고장 진단용 딥러닝 모델을 이용하여 상기 운용 장비(101)의 고장 유형을 분류할 수 있다. 그리고, 상기 진단 처방부(330)는 상기 운용 장비(101)의 고장 유형에 관한 분류 정보를 이용하여 상기 운용 장비(101)에 대한 고장 진단을 수행할 수 있다.The above diagnosis prescription unit (330) can classify the failure type of the operating equipment (101) using the above fault diagnosis deep learning model. In addition, the diagnosis prescription unit (330) can perform a fault diagnosis on the operating equipment (101) using classification information on the failure type of the operating equipment (101).
상기 진단 처방부(330)는 시계열 분석을 통해 상기 운용 장비(101)의 운영 시간을 파악하여 상기 운용 장비(101)의 수명을 추정할 수 있다. 상기 진단 처방부(330)는 상기 운용 장비(101)의 수명 추정 데이터와, 고장 및 정비 이력 데이터를 상기 고장 진단용 딥러닝 모델에 적용하여 상기 운용 장비(101)의 수명 도래 여부 및 마모 고장 위험에 관한 데이터를 산출할 수 있다.The above diagnosis prescription unit (330) can estimate the life of the operating equipment (101) by identifying the operating time of the operating equipment (101) through time series analysis. The above diagnosis prescription unit (330) can apply the life estimation data of the operating equipment (101) and the failure and maintenance history data to the deep learning model for failure diagnosis to produce data on whether the operating equipment (101) has reached the end of its life and the risk of wear and failure.
여기서, 상기 고장 및 정비 이력 데이터는 고장명, 고장일시, 부품명, 교체일시 등을 포함할 수 있다.Here, the above failure and maintenance history data may include failure name, failure date and time, part name, replacement date and time, etc.
상기 진단 처방부(330)는 상기 운용 장비(101)에 대한 고장 진단 정보에 매칭하는 처방 정보를 상기 데이터베이스로부터 추출하고, 상기 추출된 처방 정보를 상기 운영자 단말기(102)에 제공할 수 있다.The above diagnostic prescription unit (330) can extract prescription information matching the fault diagnosis information for the operating equipment (101) from the database and provide the extracted prescription information to the operator terminal (102).
이를 위해, 상기 진단 처방부(330)는 상기 산출된 데이터, 즉 상기 운용 장비(101)의 수명 도래 여부 및 마모 고장 위험에 관한 데이터를 이용하여 상기 데이터베이스로부터 상기 운용 장비(101)에 대한 고장 진단 정보를 탐색할 수 있다. 이에 따라, 상기 진단 처방부(330)는 상기 탐색된 고장 진단 정보에 매칭되는 처방 정보(고장 전 장비/부품(101)의 점검 또는 교체)를 상기 데이터베이스로부터 추출하고, 상기 추출된 처방 정보를 상기 운영자 단말기(102)에 제공할 수 있다.To this end, the diagnosis prescription unit (330) can search for fault diagnosis information on the operating equipment (101) from the database using the generated data, that is, data on whether the operating equipment (101) has reached its end of life and the risk of wear and tear failure. Accordingly, the diagnosis prescription unit (330) can extract prescription information (inspection or replacement of equipment/parts (101) before failure) matching the searched fault diagnosis information from the database, and provide the extracted prescription information to the operator terminal (102).
상기 진단 처방부(330)는 상기 운용 장비(101)이 고장인 것으로 진단된 경우, 상기 처방 정보를 상기 운영자 단말기(102)에 푸시 알림으로 제공할 수 있다. 또한, 상기 진단 처방부(330)는 상기 운영자의 고장 조치 요청 시 상기 고장 조치 요청에 응답하여 상기 처방 정보를 정비업체 단말기에 푸시 알림으로 제공할 수 있다.The above diagnosis prescription unit (330) can provide the prescription information to the operator terminal (102) as a push notification when the operating equipment (101) is diagnosed as broken. In addition, the diagnosis prescription unit (330) can provide the prescription information to the repair shop terminal as a push notification in response to the operator's request for fault action.
상기 고장 판단부(340)는 상기 운용 장비(101) 각각에 설치되는 3개 이상의 센서를 통하여, 상기 운용 장비(101) 각각의 동작 상태로 인해 발생되는 초고조파 대역의 부분 방전 신호가 검출되면, 상기 센서에서 감지된 신호 간의 시간 차를 이용한 거리 측정법 또는 삼변측정법을 이용하여 고장 위치를 추정하며, 미리 저장되어 있는 운용 장비(101)의 위치 데이터를 이용하여 상기 추정된 고장 위치를 매칭시켜 부분 방전이 발생한 운용 장비(101)의 고장 여부를 판별할 수 있다.The above fault determination unit (340) detects a partial discharge signal of an ultra-harmonic band generated due to the operating state of each of the above operational equipment (101) through three or more sensors installed in each of the above operational equipment (101), estimates the fault location using a distance measurement method or a triangulation measurement method using the time difference between the signals detected by the sensors, and matches the estimated fault location using the location data of the operational equipment (101) stored in advance to determine whether the operational equipment (101) in which the partial discharge occurred is faulty.
구체적으로, 상기 고장 판단부(340)는 상기 센서들에서 감지된 부분 방전 신호 간의 시간 차를 이용한 거리 측정법 또는 삼변측정법을 이용하여 상기 운용 장비(101)의 고장 위치를 추정할 수 있다. 상기 고장 판단부(340)는 미리 저장되어 있는 운용 장비(101)의 위치 데이터를 이용하여 상기 추정된 고장 위치를 매칭시킬 수 있으며, 이러한 고장 위치의 매칭 정보를 이용하여 부분 방전이 발생한 운용 장비(101)의 고장 여부를 판별할 수 있다.Specifically, the fault determination unit (340) can estimate the fault location of the operating equipment (101) by using a distance measurement method or a triangulation method using the time difference between the partial discharge signals detected by the sensors. The fault determination unit (340) can match the estimated fault location using the location data of the operating equipment (101) stored in advance, and can determine whether the operating equipment (101) in which the partial discharge has occurred is faulty by using the matching information of the fault location.
이와 같이 고장 위치가 추정되고 나면, 상기 고장 판단부(340)는 미리 저장된 운용 장비(101)의 위치 데이터를 이용하여 상기 추정된 고장 위치의 좌표를 매칭할 수 있게 된다. 이때, 상기 운용 장비(101)의 위치 데이터는 x, y, z축 좌표로 이루어지는 3차원 데이터로 이루어질 수 있다.Once the fault location is estimated in this way, the fault determination unit (340) can match the coordinates of the estimated fault location using the location data of the operating equipment (101) stored in advance. At this time, the location data of the operating equipment (101) can be made up of three-dimensional data consisting of x, y, and z-axis coordinates.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 운용 장비(101) 간의 경계 부분에 대한 영역이 운용 장비(101)의 실제 크기에 맞추어 설정되어 추정된 고장 위치 좌표를 통해 고장이 발생한 운용 장비(101)을 정확하게 판별할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the area for the boundary portion between the operating equipment (101) is set to match the actual size of the operating equipment (101), so that the operating equipment (101) in which a failure has occurred can be accurately determined through the estimated failure location coordinates.
상기 고장 판단부(340)는 상기 현장 데이터 중 소음 센서의 데이터, 즉 소음 데이터를 스펙트로그램(spectrogram) 이미지로 변환하고, 상기 변환된 스펙트로그램 이미지, 장비 종류 및 상기 소음 데이터의 수집 위치 정보를 토대로 AI 딥러닝을 수행할 수 있다. 상기 고장 판단부(340)는 상기 AI 딥러닝의 결과에 근거하여 소음 데이터와 관련한 설비의 고장 여부를 판단할 수 있다.The above fault determination unit (340) can convert the noise sensor data, i.e., the noise data, among the above field data into a spectrogram image, and perform AI deep learning based on the converted spectrogram image, the equipment type, and the collection location information of the noise data. The above fault determination unit (340) can determine whether the equipment related to the noise data is faulty based on the result of the AI deep learning.
구체적으로, 상기 고장 판단부(340)는 사전에 수집된 각 운용 장비(101)별 소음 데이터를 정상 음, 축 불량 음, 베어링 손상 음, 캐비테이션 음, 임펠라 고장 음 및 모터 베어링 음 등의 유형 중 어느 하나로 각각 분류하여, 학습을 위한 데이터 분류를 수행하고, 상기 각 운용 장비(101)별로 분류된 소음 데이터를 스펙트로그램 이미지로 변환할 수 있다.Specifically, the above-described fault determination unit (340) classifies noise data collected in advance for each operating equipment (101) into one of the following types: normal sound, shaft failure sound, bearing damage sound, cavitation sound, impeller failure sound, and motor bearing sound, and performs data classification for learning, and can convert the noise data classified for each operating equipment (101) into a spectrogram image.
상기 고장 판단부(340)는 상기 스펙트로그램 이미지를 학습 데이터로 이용하여 미리 설정된 비율로 훈련 세트와 테스트 세트로 분할하고, 상기 분할된 훈련 세트와 테스트 세트를 이용하여 미리 설정된 고장 진단용 딥러닝 모델에 대한 훈련 및 테스트 기능을 수행할 수 있다.The above fault determination unit (340) can use the spectrogram image as learning data to divide it into a training set and a test set at a preset ratio, and perform training and testing functions for a preset fault diagnosis deep learning model using the divided training set and test set.
상기 고장 판단부(340)는 상기 스펙트로그램 이미지, 운용 장비(101)의 종류 및 상기 소음 데이터의 수집 위치 정보를 상기 고장 진단용 딥러닝 모델의 입력값으로 하여 AI 딥러닝을 수행하고, 상기 AI 딥러닝의 결과를 근거로 상기 소음 데이터와 관련한 운용 장비(101)의 고장 여부를 판단할 수 있다.The above fault determination unit (340) performs AI deep learning using the spectrogram image, the type of operating equipment (101), and the collection location information of the noise data as input values of the fault diagnosis deep learning model, and can determine whether the operating equipment (101) related to the noise data is faulty based on the result of the AI deep learning.
상기 고장 판단부(340)는 상기 AI 딥러닝의 결과에 기초하여 소프트맥스 회귀 함수로 연산을 수행하여 상기 운용 장비(101)에 관한 고장 확률 수치를 출력값으로 출력하고, 상기 출력값의 목표값을 설정하여 상기 출력값과 목표값 간에 오차를 경사하강법(Gradient Descent)으로 보정할 수 있다. 이러한 보정을 통해 상기 고장 판단부(340)는 상기 운용 장비(101)에 대하여 보다 정확하게 고장 여부를 판단할 수 있게 된다.The above fault determination unit (340) performs a calculation with a softmax regression function based on the result of the AI deep learning to output a fault probability value for the operating equipment (101) as an output value, and sets a target value for the output value so that an error between the output value and the target value can be corrected using the gradient descent method. Through this correction, the fault determination unit (340) can more accurately determine whether the operating equipment (101) is faulty.
상기 고장 판단부(340)는 상기 데이터 수집 장치(110)에 의해 수집된 현장 데이터의 추세를 통해 상기 운용 장비(101)에 대한 고장을 예측할 수 있다. 즉, 상기 고장 판단부(340)는 기준이 되는 기간을 설정하고, 설정된 기간을 기준으로 상기 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터의 추세를 분석하며, 상기 분석된 데이터의 추세에 상기 수집된 현장 데이터를 적용하여 상기 운용 장비(101)의 고장을 예측할 수 있다.The above fault determination unit (340) can predict a fault in the operating equipment (101) through the trend of the field data collected by the data collection device (110). That is, the fault determination unit (340) sets a reference period, analyzes the trend of the data stored in the database based on the set period, and applies the collected field data to the trend of the analyzed data to predict a fault in the operating equipment (101).
상기 원격 처리부(350)는 상기 운용 장비(101)가 고장인 것으로 진단된 경우, OTA(Over The Air) 기법을 이용하여 상기 운용 장비(101)의 운용 관련 소프트웨어에 대한 업데이트를 처리할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 원격 처리부(350)는 상기 운용 장비(101)에 대하여 OTA 기법을 이용하여 클라우드 기반의 소프트웨어 업데이트를 실행할 수 있다.The above remote processing unit (350) can process an update for the operation-related software of the above operating equipment (101) using the OTA (Over The Air) technique when the above operating equipment (101) is diagnosed as being faulty. That is, as shown in Fig. 4, the above remote processing unit (350) can execute a cloud-based software update for the above operating equipment (101) using the OTA technique.
참고로, OTA란 새로운 소프트웨어, 펌웨어, 설정, 암호화 키 업데이트를 휴대전화, 셋톱박스 등의 장치에 무선으로 배포하기 위한 방식을 말한다. 펌웨어의 경우, ROM, EPROM, flash memory 등 비휘발성 메모리에 탑재되어 있어서 생산 이후에는 변경이 불가능하다. 따라서 펌웨어의 버그나 새로운 기능을 추가하기 위해 반드시 필요한 물리적 연결의 불편함을 해결하기 위해 무선으로 배포하는 기술이 필요한데, 그것이 바로 OAT라 할 수 있다. OAT는 하나의 중앙 제어소에서 모든 사용자에게 전송 가능하며(사용자는 업데이터를 거부 및 변조 불가능), 업데이트는 채널을 통해 모든 사용자에게 즉시 적용된다.For reference, OTA refers to a method for wirelessly distributing new software, firmware, settings, and encryption key updates to devices such as mobile phones and set-top boxes. Firmware is mounted on non-volatile memory such as ROM, EPROM, and flash memory, so it cannot be changed after production. Therefore, a technology for wireless distribution is needed to solve the inconvenience of physical connection that is absolutely necessary to add firmware bugs or new functions, and that is OAT. OAT can be transmitted to all users from a single central control center (users cannot reject or modify updates), and updates are immediately applied to all users through the channel.
상기 제어부(360)는 상기 클라우드 서버(130), 즉 상기 모니터링부(310), 상기 비용 청구부(320), 상기 진단 처방부(330), 상기 고장 판단부(340), 상기 원격 처리부(350) 등의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 상기 제어부(360)는 상기 모니터링부(310), 상기 비용 청구부(320), 상기 진단 처방부(330), 상기 고장 판단부(340), 상기 원격 처리부(350) 등의 구성요소들을 기능적으로 일부 또는 전체 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 상기 제어부(360)는 상기 구성요소들의 일부 기능을 수행할 수 있으며, 또 달리 상기 구성요소들의 전체 기능을 수행할 수도 있다.The above control unit (360) can control the overall operation of the cloud server (130), that is, the monitoring unit (310), the billing unit (320), the diagnosis prescription unit (330), the fault determination unit (340), the remote processing unit (350), etc. The control unit (360) can be implemented by functionally including some or all of the components, such as the monitoring unit (310), the billing unit (320), the diagnosis prescription unit (330), the fault determination unit (340), the remote processing unit (350). That is, the control unit (360) can perform some functions of the components, or alternatively, can perform all functions of the components.
상기 제어부(360)는 상기 클라우드 서버(130)의 전체적인 동작을 제어하며, CPU 등과 같은 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 제어부(360)는 입출력부를 통해 수신한 사용자 입력에 대응되는 동작을 수행하도록 상기 클라우드 서버(130)에 포함된 다른 구성들을 제어할 수 있다. 여기서 상기 프로세서는 컴퓨팅 장치 내에서 명령어를 처리할 수 있는데, 이런 명령어로는, 예컨대 고속 인터페이스에 접속된 디스플레이처럼 외부 입력, 출력 장치상에 GUI(Graphic User Interface)를 제공하기 위한 그래픽 정보를 표시하기 위해 메모리나 저장 장치에 저장된 명령어를 들 수 있다. 다른 실시예로서, 다수의 프로세서 및(또는) 다수의 버스가 적절히 다수의 메모리 및 메모리 형태와 함께 이용될 수 있다. 또한 상기 프로세서는 독립적인 다수의 아날로그 및(또는) 디지털 프로세서를 포함하는 칩들이 이루는 칩셋으로 구현될 수 있다.The control unit (360) controls the overall operation of the cloud server (130) and may include a processor such as a CPU. The control unit (360) may control other components included in the cloud server (130) to perform operations corresponding to user input received through the input/output unit. Here, the processor may process commands within the computing device, and such commands may include commands stored in a memory or storage device to display graphic information for providing a GUI (Graphical User Interface) on an external input/output device, such as a display connected to a high-speed interface. In another embodiment, a plurality of processors and/or a plurality of buses may be appropriately utilized together with a plurality of memories and memory types. In addition, the processor may be implemented as a chipset formed by chips including a plurality of independent analog and/or digital processors.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The devices described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may be implemented using one or more general-purpose computers or special-purpose computers, such as, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable array (FPA), a programmable logic unit (PLU), a microprocessor, or any other device capable of executing instructions and responding to them. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. In addition, the processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For ease of understanding, the processing device is sometimes described as being used alone, but those skilled in the art will appreciate that the processing device may include multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. For example, the processing device may include multiple processors, or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are also possible.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of these, which may configure a processing device to perform a desired operation or may independently or collectively command the processing device. The software and/or data may be permanently or temporarily embodied in any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, or transmitted signal waves, for interpretation by the processing device or for providing instructions or data to the processing device. The software may also be distributed over network-connected computer systems, and stored or executed in a distributed manner. The software and data may be stored on one or more computer-readable recording media.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 방법을 설명하기 위해 도시한 전체 흐름도이다.FIG. 5 is an overall flowchart illustrating an OPC-UA-based integrated data management method according to one embodiment of the present invention.
여기서 설명하는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템의 구성요소 및 기능 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.The OPC-UA based integrated data management method described herein can be understood as a concept including components and functions of an OPC-UA based integrated data management system according to one embodiment of the present invention.
상기 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 방법은 본 발명의 하나의 실시예에 불과하며, 그 이외에 필요에 따라 다양한 단계들이 아래와 같이 부가될 수 있고, 하기의 단계들도 순서를 변경하여 실시될 수 있으므로, 본 발명이 하기에 설명하는 각 단계 및 그 순서에 한정되는 것은 아니다.The above OPC-UA based integrated data management method is only one embodiment of the present invention, and various steps may be added as needed, and the steps below may also be implemented by changing the order, so the present invention is not limited to each step and the order described below.
도 1 및 도 5를 참조하면, 단계(510)에서는 상기 데이터 수집 장치(110)가 스마트 팩토리에서 가동되는 복수의 운용 장비(101)에 있어서 제조사별 다른 통신 방식을 통합하여 연결하기 위한 표준 통신 프로토콜을 통해, 상기 복수의 운용 장비(101)와 연결되어 각 운용 장비(101)로부터 현장 데이터를 실시간으로 통합하여 수집할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 5, in step (510), the data collection device (110) is connected to the plurality of operating equipment (101) through a standard communication protocol for integrating and connecting different communication methods of each manufacturer in the plurality of operating equipment (101) operating in a smart factory, thereby integrating and collecting field data from each operating equipment (101) in real time.
다음으로, 단계(520)에서는 상기 엣지 게이트웨이(120)가 상기 데이터 수집 장치(110)로부터 상기 수집된 현장 데이터를 수신할 수 있다.Next, in step (520), the edge gateway (120) can receive the collected field data from the data collection device (110).
다음으로, 단계(530)에서는 상기 엣지 게이트웨이(120)가 상기 수신된 현장 데이터를 상기 클라우드 서버(130)가 연결된 통신 네트워크에 적합하도록 변환할 수 있다.Next, in step (530), the edge gateway (120) can convert the received field data to be suitable for the communication network to which the cloud server (130) is connected.
다음으로, 단계(540)에서는 상기 엣지 게이트웨이(120)가 상기 변환된 현장 데이터를 상기 통신 네트워크를 통해 상기 클라우드 서버(130)에 전송할 수 있다.Next, in step (540), the edge gateway (120) can transmit the converted field data to the cloud server (130) through the communication network.
다음으로, 단계(550)에서는 상기 클라우드 서버(130)가 상기 엣지 게이트웨이(120)로부터 상기 변환된 현장 데이터를 수신하여 상기 데이터베이스에 저장하고 관리할 수 있다.Next, in step (550), the cloud server (130) can receive the converted field data from the edge gateway (120) and store and manage it in the database.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program commands that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program commands, data files, data structures, etc., alone or in combination. The program commands recorded on the medium may be those specially designed and configured for the embodiment or may be those known to and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, and hardware devices specially configured to store and execute program commands such as ROMs, RAMs, flash memories, etc. Examples of the program commands include not only machine language codes generated by a compiler but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, etc. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiment, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described above by way of limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, appropriate results can be achieved even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included within the scope of the claims.
100: OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템
110: 데이터 수집 장치
120: 엣지 게이트웨이
130: 클라우드 서버
310: 모니터링부
320: 비용 청구부
330: 진단 처방부
340: 고장 판단부
350: 원격 처리부
360: 제어부100: OPC-UA based integrated data management system
110: Data collection device
120: Edge Gateway
130: Cloud Server
310: Monitoring Department
320: Expenses Billing Department
330: Diagnostic Prescription
340: Fault Determination Unit
350: Remote Processing Unit
360: Control Unit
Claims (8)
상기 데이터 수집 장치로부터 상기 수집된 현장 데이터를 수신하여 클라우드 서버가 연결된 통신 네트워크에 적합하도록 변환한 후 상기 통신 네트워크를 통해 클라우드 서버에 전송하는 엣지 게이트웨이(Edge Gateway); 및
상기 엣지 게이트웨이로부터 상기 변환된 현장 데이터를 수신하여 데이터베이스에 저장하고 관리하는 클라우드 서버를 포함하고,
상기 클라우드 서버는
상기 클라우드 서버의 연산량, 데이터 사용량 및 데이터 통신량 중 적어도 하나에 따른 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성하고, 상기 생성된 비용 부과 금액 정보를 운영자 단말기에 제공하는 비용 청구부; 및
상기 복수의 운용 장비에 각각 설치되는 센서를 통해 수신된 센싱 데이터를 분석하여, 상기 운용 장비 각각의 동작 상태나 상기 운용 장비와 상기 클라우드 서버 간의 통신 상태를 진단하고, 진단 결과를 운영자 단말기에 제공하는 진단 처방부를 포함하며,
상기 진단 처방부는 시계열 분석을 통하여 상기 운용 장비의 운영 시간에 따라 수집된 현장 데이터로 구성되는 빅데이터를 학습 데이터로 하여 고장 진단용 딥러닝 모델을 학습시키며, 상기 고장 진단용 딥러닝 모델을 기반으로 상기 데이터베이스에 저장된 현장 데이터를 분석하여 상기 운용 장비에 대한 고장 진단을 수행하고,
상기 운영 시간을 기반으로 상기 운용 장비의 수명을 추정할 수 있는 수명 추정 데이터를 산출하며,
상기 수명 추정 데이터와 상기 운용 장비에 대한 고장 및 정비 이력 데이터를 상기 고장 진단용 딥러닝 모델에 적용하여 상기 운용 장비의 수명 도래 여부 및 마모 고장 위험에 관한 데이터를 산출하고,
상기 운용 장비의 수명 도래 여부 및 마모 고장 위험에 관한 데이터를 이용하여 상기 데이터베이스로부터 상기 운용 장비에 대한 고장 진단 정보를 탐색하되, 탐색된 고장 진단 정보에 매칭되는 처방 정보를 상기 데이터베이스로부터 추출하여 상기 추출된 처방정보를 상기 운영자 단말기에 제공하고,
상기 비용 청구부는 상기 동작 상태 및 상기 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생하지 않은 경우, 상기 고장이 발생하지 않은 시간 구간에 대해서 제1 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성하고, 상기 동작 상태 및 상기 통신 상태 중 적어도 하나에 고장이 발생한 경우, 상기 고장이 발생한 시간 구간에 대해서 상기 제1 비용 부과 정책과는 다른 제2 비용 부과 정책에 기초하여 운영자 단말기의 사용자에 대한 비용 부과 금액 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템.
A data collection device that is connected to multiple operating equipment and collects field data in real time from each operating equipment through a standard communication protocol for integrating and connecting different communication methods of each manufacturer among multiple operating equipment operating in a smart factory;
An edge gateway that receives the collected field data from the data collection device, converts it to be suitable for the communication network to which the cloud server is connected, and then transmits it to the cloud server through the communication network; and
Includes a cloud server that receives the converted field data from the edge gateway and stores and manages it in a database;
The above cloud server
A cost charging unit that generates cost charging amount information for a user of an operator terminal based on a cost charging policy according to at least one of the computational amount, data usage, and data communication amount of the cloud server, and provides the generated cost charging amount information to the operator terminal; and
A diagnostic prescription unit is included that analyzes sensing data received through sensors installed in each of the above-mentioned plurality of operating devices, diagnoses the operating status of each of the above-mentioned operating devices or the communication status between the above-mentioned operating devices and the cloud server, and provides the diagnostic results to the operator terminal.
The above diagnostic prescription unit trains a deep learning model for fault diagnosis using big data consisting of field data collected according to the operating time of the above-mentioned operating equipment through time series analysis as learning data, and performs a fault diagnosis on the above-mentioned operating equipment by analyzing the field data stored in the above-mentioned database based on the deep learning model for fault diagnosis.
Based on the above operating time, life estimation data is produced that can estimate the life of the above operating equipment.
By applying the above life estimation data and the failure and maintenance history data for the above operating equipment to the above fault diagnosis deep learning model, data on the arrival of the life of the above operating equipment and the risk of wear and failure are produced.
Using data on the arrival of the lifespan of the above operating equipment and the risk of wear and tear failure, fault diagnosis information for the above operating equipment is searched for from the above database, prescription information matching the searched fault diagnosis information is extracted from the above database, and the extracted prescription information is provided to the operator terminal.
An OPC-UA-based integrated data management system, characterized in that the above-mentioned cost charging unit generates cost charging amount information for a user of an operator terminal based on a first cost charging policy for a time period in which the failure did not occur when at least one of the operation state and the communication state does not fail, and generates cost charging amount information for a user of the operator terminal based on a second cost charging policy different from the first cost charging policy for a time period in which the failure occurs when at least one of the operation state and the communication state fails.
상기 표준 통신 프로토콜은
OPC-UA(Open Platform Communications Unified Architecture)를 포함하는 것을 특징으로 하는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above standard communication protocol is
An OPC-UA based integrated data management system characterized by including OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture).
상기 클라우드 서버는
상기 데이터베이스에 저장된 현장 데이터를 AI 딥러닝으로 분석하여 상기 운용 장비 각각에 대한 모니터링을 수행하고, 상기 모니터링의 결과를 운영자 단말기에 제공하는 것을 특징으로 하는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템.
In the first paragraph,
The above cloud server
An OPC-UA-based integrated data management system characterized in that it analyzes field data stored in the above database using AI deep learning to perform monitoring on each of the above operating equipment and provides the results of the monitoring to the operator terminal.
상기 클라우드 서버는
상기 운용 장비 각각에 설치되는 3개 이상의 센서를 통하여, 상기 운용 장비 각각의 동작 상태로 인해 발생되는 초고조파 대역의 부분 방전 신호가 검출되면, 상기 센서에서 감지된 신호 간의 시간 차를 이용한 거리 측정법 또는 삼변측정법을 이용하여 고장 위치를 추정하며, 미리 저장되어 있는 운용 장비의 위치 데이터를 이용하여 상기 추정된 고장 위치를 매칭시켜 부분 방전이 발생한 운용 장비의 고장 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 OPC-UA 기반 통합 데이터 관리 시스템.In the first paragraph,
The above cloud server
An OPC-UA-based integrated data management system characterized in that when a partial discharge signal of an ultra-harmonic band generated due to the operating state of each of the above operating equipment is detected through three or more sensors installed in each of the above operating equipment, a fault location is estimated using a distance measurement method or a trilateration measurement method using the time difference between the signals detected by the sensors, and the estimated fault location is matched using the location data of the operating equipment stored in advance to determine whether the operating equipment in which the partial discharge occurred is faulty.
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PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event date: 20241210 Patent event code: PE09021S02D |
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