오픈 소스 IIoT 게이트웨이를 사용하여 Modbus 장치 통합 속도를 높이십시오.

산업용 사물 인터넷(IIoT) 애플리케이션은 일반적으로 다음을 요구합니다. Modbus 주변 장치 및 기타 장치를 통합하기 위한 에지 게이트웨이이지만 게이트웨이를 구현하는 것은 비용과 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 오픈 소스 에지 컴퓨팅 프레임워크는 배포를 크게 단순화할 수 있습니다.

산업용 사물 인터넷(IIoT)은 제조, 운송, 에너지, 소매, 의료 및 공급망 관리를 비롯한 산업 인프라 및 애플리케이션과 함께 네트워크로 연결된 상호 연결된 장치, 센서 및 액추에이터를 나타냅니다. 이러한 연결은 데이터 수집, 교환 및 분석을 가능하게 하여 잠재적으로 생산성과 효율성의 개선은 물론 기타 경제적 이점을 촉진합니다. 에지 컴퓨팅은 산업용 IoT 애플리케이션의 부상에 대응하여 등장했습니다. 에지 컴퓨팅에서 데이터는 데이터 센터로 전송되지 않고 장치 자체 또는 로컬 컴퓨터 또는 서버에서 처리됩니다.

다수의 센서를 에지 게이트웨이와 인터페이스해야 하는 산업 사용 사례에서 솔루션 설계자와 개발자는 에지 게이트웨이의 소프트웨어 설계 및 개발을 결정해야 합니다. 다양한 센서의 데이터를 처리하는 방법; 설계 및 개발 단계에서 데이터 분석을 수행하는 방법. 이러한 상황에서 오픈 소스 프레임워크가 없다면 새로운 소프트웨어 개발 및 버그 수정에 많은 노력과 비용이 소요될 수 있습니다. 이러한 문제는 개발 단계에서 에지 게이트웨이 소프트웨어를 개발하기 위해 오픈 소스 에지 컴퓨팅 프레임워크를 사용하여 완화할 수 있습니다. EdgeX Foundry는 에지 게이트웨이의 소프트웨어 개발에 사용할 수 있는 오픈 소스 에지 컴퓨팅 프레임워크로 대기 시간과 비용을 줄입니다. Modbus는 산업 시스템에서 광범위하게 사용되는 개방형 프로토콜이며 에지 컴퓨팅 요구 사항의 출현으로 Modbus 주변 장치를 에지 컴퓨팅 시스템에 인터페이스하는 기능이 중요합니다.

2부로 구성된 이 시리즈는 EdgeX Foundry 기반 에지 게이트웨이 설계 및 에지 컴퓨팅 기능을 위한 애플리케이션 개발에 대해 설명합니다. 이 첫 번째 기사에서는 사용 사례가 있는 산업용 센서에 대해 설명하고 EdgeX가 Edge 게이트웨이 요구 사항을 해결하는 방법에 대한 논의와 함께 Edge 게이트웨이 요구 사항에 대한 개요를 제공합니다.

산업용 센서 개요

산업 자동화에서 센서와 액추에이터는 모든 지적 제품에서 중요한 역할을 합니다. 센서를 사용하면 다양한 변환을 감지, 분석 및 처리할 수 있습니다. 액츄에이터는 센서에서 신호를 수신하고 입력에 따라 작업을 수행합니다.

산업에서 사용되는 센서 중 일부는 온도 및 습도 센서, 압력 센서, 근접 센서, 가스 및 화학 센서 등입니다. 이러한 센서의 일부 사용 사례는 다음과 같습니다.

• 온도는 생물학적 시료의 무결성을 정의하는 데 중요한 역할을 합니다. 샘플을 엄격한 온도 제어 하에 보관하지 않으면 샘플이 무용지물이 되어 실험 결과에 영향을 미치거나 더 나빠지면 환자의 건강에 영향을 미칩니다. 병원의 IT 시스템 관리자는 온도 센서를 설치하여 실험실과 진료소의 온도를 24시간 모니터링할 수 있습니다.
• 일부 제품은 습도와 온도에 민감합니다. 이러한 제품을 일반 창고에 보관하면 부식이 발생할 수 있으므로 기후가 조절되는 환경에 보관해야 합니다. 창고 관리자는 센서를 배치하여 창고 환경을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다.
• 압력 센서는 기체와 액체의 압력 변화를 감지하는 데 사용됩니다. 수압 센서는 용기 안에 잠긴 개방형 튜브의 상단에 장착할 수 있으며 탱크의 수위 또는 수위 변화율을 항상 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

실시간 산업 환경에서는 장치 간 통신, 장치 간의 단방향 또는 양방향 통신이 체계적으로 발생합니다. 장비 제조업체에 따라 독점 또는 오픈 소스 프로토콜이 사용됩니다. 많은 제조업체는 시장에서 제품을 쉽게 통합할 수 있도록 개방형 프로토콜을 채택합니다. 산업용 전자 장치와 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)를 연결하는 가장 일반적인 자동화 통신 프로토콜 중 하나는 Modbus입니다.

Modbus 프로토콜의 장점은 여러 제조업체, 소프트웨어 공급업체, 서비스 조직을 지원하고 지원을 위한 활성 커뮤니티 그룹이 있다는 것입니다. 직렬 포트 및 이더넷을 위한 여러 버전의 Modbus 프로토콜이 있으며 가장 일반적인 것은 Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP 및 Modbus Plus입니다. 직렬 RS-232, RS-485, RS-422 및 이더넷과 같은 여러 유형의 물리적 미디어를 통해 통신하며 피어 투 피어 및 멀티 드롭 네트워크를 모두 지원할 수 있습니다. 이더넷을 통한 Modbus TCP/IP를 사용하면 Modbus 및 기타 유형의 혼합 프로토콜이 동일한 물리적 인터페이스를 통해 동시에 공존할 수 있습니다. 이러한 기능은 업계와 사용자가 Modbus 프로토콜 지원 센서를 선택하도록 동기를 부여합니다.

Edge 게이트웨이 개요

기기 연결

에지 게이트웨이의 핵심 요구 사항은 센서 및 액추에이터와의 연결을 가능하게 하는 것입니다. 다양한 장치 통신 방법을 용이하게 하는 많은 산업 프로토콜이 있습니다. 에지 솔루션은 ZigBee, Bluetooth LE, BACnet, Modbus 및 Siemens S7과 같은 가장 일반적인 산업용 프로토콜을 지원해야 합니다.

데이터 분석 및 규칙 엔진

애플리케이션을 로컬에서 실행할 수 있는 게이트웨이 기능을 사용하여 데이터를 로컬에서 계산할 수 있습니다. 인공 지능 서비스는 다운스트림 장치에서 오는 데이터를 로컬에서 처리하고, 로컬에서 통찰력에 반응하고, 데이터 하위 집합을 클라우드로 보낼 수 있습니다. 규칙을 만드는 것도 중요합니다.

데이터 저장소

로컬 처리 외에도 게이트웨이는 데이터를 로컬에 저장할 수 있어야 합니다. 이는 게이트웨이가 자율적으로 실행될 수 있도록 하는 핵심입니다. 로컬 계산과 로컬 스토리지의 조합은 게이트웨이가 오프라인 모드에서도 작동할 수 있도록 해야 합니다.

상호 운용성

Edge 게이트웨이에서 실행되는 연결된 장치 및 애플리케이션은 다른 제품 또는 시스템 간에 상호 운용성을 제공해야 합니다.

보안

데이터는 에지 게이트웨이의 서로 다른 모듈 간에 교환되어야 할 수 있습니다. 이러한 모듈과 장치는 서로에 대한 연결을 인증해야 하므로 보안을 에지 솔루션에 통합해야 합니다. 에지 솔루션은 권한 기반 액세스 제어, 보안 암호화 통신, 인증서 관리 및 기존 보안 솔루션과의 통합을 허용해야 합니다.

기기 관리

Edge 게이트웨이에는 각 개별 게이트웨이를 원격으로 관리하고 액세스할 수 있는 방법이 필요합니다. 원격 관리 기능을 통해 운영자는 게이트웨이와 게이트웨이에 연결된 장치를 원격으로 시작, 중지, 구성 및 업데이트할 수 있습니다.

클라우드 연결

Edge Gateway와 클라우드 시스템 간의 연결은 필수적입니다. 심층 분석을 위해 정확한 데이터를 기록하고 수집된 데이터를 요청 시 다른 애플리케이션으로 전송하는 데 도움이 될 수 있습니다.

휴대성

에지 솔루션용 소프트웨어는 다양한 운영 체제 및 하드웨어 플랫폼으로 이식 가능해야 합니다. 사용자가 특정 공급업체의 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션에 종속되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

EdgeX Foundry

개발이 아닌 오픈 소스를 사용해야 하는 이유

새로운 소프트웨어 프레임워크를 개발하려면 많은 시간, 노력 및 비용이 소요됩니다. 설계, 개발, 테스트 등 모든 단계에서 가장 많은 시간이 필요합니다. EdgeX Foundry는 에지 게이트웨이 서비스 가능성에 필요한 모든 마이크로 서비스를 이미 제공하는 오픈 소스 에지 컴퓨팅 프레임워크입니다. 이 프레임워크는 느슨하게 결합된 마이크로 서비스를 실행하며 모든 서비스를 함께 실행할 필요가 없으므로 종속 서비스만 실행하면 됩니다. 필요에 따라 다른 서비스를 사용할 수 있습니다. 이러한 이점 때문에 에지 게이트웨이의 소프트웨어 기반으로 오픈 소스 에지 컴퓨팅 프레임워크가 선호됩니다.

EdgeX Foundry 프로젝트는 Linux Foundation에서 시작되었습니다. IoT 에지를 위한 개방형 상호 운용 가능한 플랫폼입니다. 프레임워크는 서로 다른 계층으로 구성되어 있으며 각 계층은 여러 마이크로 서비스로 구성되어 있습니다. 모듈식 아키텍처를 통해 사용자는 로직을 쉽게 확장, 업데이트 및 다양한 시스템으로 배포할 수 있어 유지 관리가 향상됩니다.

EdgeX는 Windows, macOS 및 Linux 시스템과 호환됩니다. 이 플랫폼 아키텍처는 모든 기술자가 단기간에 배우고 스스로 구현하고 기여할 수 있도록 설계되었습니다.

EdgeX는 장치 데이터 수집, 정규화, 에지 인텔리전스(AI/ML)를 위한 교체 가능한 참조 서비스를 제공하고 새로운 IoT 데이터 서비스 및 고급 에지 컴퓨팅 애플리케이션에 대한 공유 지원을 제공하여 완전한 에지 솔루션 및/또는 에지 SW/HW 제품의 출시 시간을 단축합니다. .

EdgeX는 이미 EdgeXpert, EdgeXRT, HP Engage Edge, EdgeBox 및 Dell 게이트웨이와 같은 제품에 구현되었습니다. 이러한 많은 제품에서 EdgeX 프레임워크를 사용하면 다른 Edge 게이트웨이에서 사용할 수 있는 신뢰를 더욱 강화할 수 있습니다.

EdgeX는 에지 게이트웨이 요구 사항을 어떻게 처리합니까?

EdgeX Foundry는 물리적 감지 및 작동 "사물"과 정보 기술(IT) 시스템 사이의 에지 미들웨어 역할을 하는 오픈 소스 공급업체 중립 소프트웨어 플랫폼입니다.

그림 1. EdgeX Foundry(출처:www.edgexfoundry.org)

데이터 저장 – Redis DB

EdgeX는 기본적으로 오픈 소스 Redis를 데이터베이스로 제공합니다. Redis는 RDB, AOF와 같은 다양한 지속성 옵션을 제공합니다. 저장하고 전달하는 데 사용되는 메모리 내 데이터 구조입니다. 이것은 에지 장치가 연결 모드와 연결 해제 모드 사이를 전환하는 경우에 도움이 됩니다.

데이터 분석 – Kuiper 규칙 엔진

EdgeX는 IoT 에지 분석 및 스트림 처리를 위한 경량 오픈 소스 소프트웨어 패키지인 EMQ X Kuiper를 제공합니다. Kuiper는 리소스가 제한된 다양한 에지 장치에서 실행할 수 있습니다. Kuiper 규칙은 소스, SQL 및 싱크를 기반으로 합니다.

• 출처:MQTT 브로커의 데이터와 같은 스트리밍 데이터의 데이터 소스입니다.
• SQL:SQL은 스트리밍 데이터 처리의 비즈니스 로직을 지정하는 곳입니다. Kuiper는 SQL과 유사한 명령문을 제공하여 사용자가 데이터를 추출, 필터링 및 변환할 수 있도록 합니다.
• 싱크:분석 결과를 MQTT 브로커와 같은 지정된 대상이나 HTTP REST 주소로 보내기 위해 싱크를 사용합니다.

Kuiper를 사용하려면 다음 4단계가 필요합니다.

<올>

데이터 소스를 지정해야 하는 스트림 생성

데이터 분석을 위한 SQL/규칙 작성

분석 결과 저장을 위한 싱크 대상 지정

규칙 배포 및 실행

기기 연결 – 기기 서비스

EdgeX는 느슨하게 연결된 4개의 마이크로 서비스 계층을 제공합니다. 그 중 장치 서비스 계층은 장치 서비스와 상호 작용합니다. EdgeX 장치 서비스는 수백 가지 프로토콜과 수천 가지 형식을 통해 장치에서 들어오는 정보를 변환하여 EdgeX로 가져옵니다.

장치 서비스는 스마트 가전 제품, 센서, 액추에이터 및 산업 분야의 모든 기계와 같은 장치와 상호 작용하는 에지 커넥터입니다. 센서 데이터를 가져오고 장치를 작동하는 것 외에도 장치 서비스는 다음을 수행합니다.

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기기/센서에서 상태 업데이트 받기

EdgeX에 센서 데이터를 보내기 전에 데이터 변환

구성 변경

기기 검색

장치 서비스는 한 번에 하나 또는 여러 장치에 서비스를 제공할 수 있습니다. 장치는 Edge/IoT 게이트웨이(및 해당 게이트웨이의 모든 장치), 장치 관리자, 센서 허브, HTTP를 통해 사용 가능한 웹 서비스 또는 EdgeX에 대한 장치 또는 장치 모음 역할을 하는 소프트웨어 센서일 수 있습니다. 주조소.

상호 운용성 – MQTT 브로커 및 REST API

EdgeX는 경량 MQTT 메시징 프로토콜을 지원합니다. 이를 통해 사용자는 작은 코드 공간과 최소 네트워크 대역폭으로 원격 장치를 연결하는 데 이상적인 메시징 전송을 게시하거나 구독할 수 있습니다.

EdgeX는 타사 애플리케이션이 REST 프로토콜을 통해 EdgeX로 데이터를 푸시하는 쉬운 방법을 제공하는 나머지 장치 서비스를 지원합니다.

보안 – 보안 저장소 및 API 게이트웨이

EdgeX는 두 가지 주요 보안 구성 요소를 제공합니다. 첫 번째는 암호, 인증 및 액세스 키와 같은 EdgeX 비밀을 보관할 안전한 장소를 제공하는 데 사용되는 보안 저장소입니다. 두 번째는 API 게이트웨이로, EdgeX REST 리소스에 대한 액세스를 제한하고 액세스 제어 관련 작업을 수행하기 위해 역방향 프록시로 사용됩니다.

기기 관리 – 기기 관리 API

EdgeX는 주기적으로 상태를 검사하는 옵션을 제공합니다. 모든 기기에 대한 메타데이터를 가져오는 데 사용되는 기기 관리 API입니다.

클라우드 연결

EdgeX는 AWS, Microsoft Azure 및 IBM Watson 클라우드와 같은 클라우드 플랫폼에 대한 연결을 지원합니다.

EdgeX의 클라우드 연결은 두 가지 방식으로 제공됩니다.

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애플리케이션 서비스:이러한 서비스는 AWS 및 Microsoft Azure와 같은 클라우드 서비스에 데이터를 전송하기 위해 배포하기 위해 컴파일해야 합니다. edgex-core-data가 데이터 이벤트를 게시하는 메시지 버스에서 직접 데이터를 수신합니다.

응용 프로그램 서비스 구성 가능:SDK 기능에서 빌드를 사용하기 위해 서비스를 컴파일하는 대신 구성을 사용하는 빠른 방법을 제공합니다.

두 번째 기사에서는 에지 컴퓨팅 기능을 구현하기 위해 산업용 센서를 EdgeX와 인터페이스하는 사례 연구를 제공합니다.