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KR20240023783A - 발전전력 모니터링을 위한 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이 프로토콜의 이중변환 장치 - Google Patents

발전전력 모니터링을 위한 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이 프로토콜의 이중변환 장치 Download PDF

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KR20240023783A
KR20240023783A KR1020220101892A KR20220101892A KR20240023783A KR 20240023783 A KR20240023783 A KR 20240023783A KR 1020220101892 A KR1020220101892 A KR 1020220101892A KR 20220101892 A KR20220101892 A KR 20220101892A KR 20240023783 A KR20240023783 A KR 20240023783A
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KR
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modbus
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communication
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KR1020220101892A
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Inventor
유창완
홍대승
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주식회사 제니스텍
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이(REST API) 프로토콜의 이중변환 방법으로서, 제1 통신 프로토콜의 데이터를 수신하는 단계; 수신한 데이터의 데이터 패킷을 분석하는 단계; 상기 분석 결과에 기초하여 데이터를 제2 통신 프로토콜의 데이터로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 데이터를 목적지 장치로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 분석하는 단계는, 상기 수신한 데이터 패킷의 현재 통신 프로토콜을 확인하고, 해당 데이터의 목적지 장치의 통신 프로토콜을 확인하여 프로토콜 변환 필요성을 판단하며, 여기서 상기 제1 통신 프로토콜은 모드버스 프로토콜과 REST API 중 어느 하나이고 제2 통신 프로토콜은 모드버스 프로토콜과 REST API 중 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 프로토콜 이중변환 방법을 개시한다.

Description

발전전력 모니터링을 위한 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이 프로토콜의 이중변환 장치 {Dual transformation device between Modbus protocol and REST API protocol for power generation monitoring}
본 발명은 산업 제어 시스템에서의 장치간 통신에서 모드버스(Modbus) 프로토콜과 레스트 에이피아이(REST API) 프로토콜 사이를 변환하는 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.
IoT(Internet of Things)는 모든 사물을 네트워크로 연결해 인간과 사물, 사물과 사물 간에 언제 어디서나 서로 소통할 수 있도록 하는 새로운 정보통신 기반이라고 정의할 수 있다. 모드버스(Modbus)는 산업 장비를 제어하기 위해 사용되는 프로토콜 중 하나이며 산업 제어 시스템에서 통신을 위해 사용된다. 예를 들어 발전설비에 설치된 각종 IoT 센서들로부터 측정 신호를 수신하여 모니터링하거나 제조공장이나 빌딩, 놀이공원 등에서 기계, 장치들을 자동화하고 제어하는 목적으로 사용되는 Programmable Logic Controller(PLC)들과의 통신에 사용할 수 있다.
일반적으로 모드버스는 제어장치나 수집장치(마스터)와 다수의 IoT 센서들(슬레이브)간 RS-485 기반의 통신으로 작동하거나 인터넷과 같은 네트워크 기반 통신으로 작동할 수도 있으며, 이 경우 모드버스 프로토콜과 네트워크 통신 기반의 프로토콜(예를 들어 REST API) 사이의 프로토콜 변환이 필요하다.
도1은 종래 일반적인 프로토콜 변환기를 나타낸다. 도1(a)의 경우 프로토콜 변환기(10)가 제어장치(11)와 다수의 IoT 장치(12) 사이에 위치할 수 있다. IoT 장치(12)는 예를 들어 발전 설비의 각종 센서일 수 있고 제어장치(11)는 IoT 장치(12)들로부터 데이터를 수신하거나 특정 명렁을 전달하는 장치일 수 있다. 프로토콜 변환기(10)는 IoT 장치(12)들과는 모드버스 방식으로(예컨대 Modbus_RTU 방식으로) 통신하고, IoT 장치(12)로부터 수신한 데이터를 REST API 방식의 데이터 형식으로 변환한 후 제어장치(11)로 전송할 수 있다. 도1(b)는 또 다른 종래 프로토콜 변환기(20)로서 IoT 장치(12)와는 Modbus_RTU 방식으로 통신하고 제어장치(11)와는 Modbus_TCP 방식으로 통신할 수 있다. 이 경우 프로토콜 변환기(20)는 IoT 장치(12)로부터 수신한 데이터를 Modbus_TCP 방식의 데이터로 변환 후 제어장치(11)로 전송하고 제어장치(11)로부터 수신한 Modbus_TCP 데이터를 Modbus_RTU 데이터로 변환한 후 IoT 장치(12)로 전송할 수 있다.
그러나 기존의 프로토콜 변환기는 단순히 Modbus와 REST API간 프로토콜 변환이나 Modbus_RTU와 Modbus_TCP간 프로토콜 변환만 수행할 수 있다. 하지만 모드버스로 구성된 기존의 산업 설비에 IoT 환경을 구축하기 위해서는 이러한 일대일 변환만으로는 많은 시간과 비용이 소요되므로 다양한 장치로 이루어진 시스템 구축이 용이하지 않은 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다양한 프로토콜간 변환을 동시에 수행함으로써 다양한 통신 방식의 IoT 장치들에 의한 시스템 구축을 용이하게 할 수 있는 프로토콜 변환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임의의 하나의 통신 프로토콜 방식으로 입력된 데이터를 동시에 둘 이상의 프로토콜 방식의 데이터로 변환하여 각각의 IoT 장치로 전송할 수 있는 프로토콜 이중변환 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이(REST API) 프로토콜의 이중변환 방법으로서, 제1 통신 프로토콜의 데이터를 수신하는 단계; 수신한 데이터의 데이터 패킷을 분석하는 단계; 상기 분석 결과에 기초하여 데이터를 제2 통신 프로토콜의 데이터로 변환하는 단계; 및 상기 변환된 데이터를 목적지 장치로 전송하는 단계;를 포함하고, 상기 분석하는 단계는, 상기 수신한 데이터 패킷의 현재 통신 프로토콜을 확인하고, 해당 데이터의 목적지 장치의 통신 프로토콜을 확인하여 프로토콜 변환 필요성을 판단하며, 여기서 상기 제1 통신 프로토콜은 모드버스 프로토콜과 REST API 중 어느 하나이고 제2 통신 프로토콜은 모드버스 프로토콜과 REST API 중 나머지 하나인 것을 특징으로 하는 프로토콜 이중변환 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모드버스 입력에 대해서 REST API 데이터를 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 모드버스 입력에 대해 모드버스 출력과 REST API 출력을 동시에 수행할 수 있고 REST API 입력에 대해서도 REST API 출력과 모드버스 출력을 동시에 수행할 수 있다.
도1은 종래의 프로토콜 변환기를 설명하는 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로토콜 변환기를 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 프로토콜 변환기의 블록도,
도4는 일 실시예에 따른 프로토콜 변환 방법을 설명하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 이하에 설명되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 제공되는 예시적 실시예들이다.
본 명세서에서 구성요소의 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', '~로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로토콜 변환기를 설명하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에서 프로토콜 변환기(100)는 제어장치(200)와 다수의 IoT 장치(310, 320, 330) 사이에 개재되어 동작할 수 있다. 제어장치(11)는 IoT 장치(310, 320, 330)들과 통신하며 데이터를 송수신하는 장치이며 예를 들어 IoT 장치(310, 320, 330)를 제어하는 제어장치이거나 데이터를 수집하는 수집 장치 또는 중계장치일 수 있다. 이 때 제어장치(200)가 만일 REST API 프로토콜 방식을 따르는 시스템, 즉 RESTful 시스템일 수 있다.
"REST"란 "Representational State Transfer"의 약자로서 네트워크 상에서 클라이언트와 서버간 통신 방식 중 하나를 의미하며, REST API는 HTTP 통신으로 임의의 리소스(Resource)에 대한 CRUD(Create, Read, Update, Delete) 요청을 리소스와 메소드(Method)로 표현하여 특정한 데이터 형식으로 전달하는 방식을 말한다. 여기서 리소스는 예를 들어 HTTP URI로 표현되고 메소드는 예컨대, GET, POS, DELETE 등으로 정의될 수 있으며, 특정 데이터 형식은 예컨대 JSON, XMS, TEXT, RSS등 다양한 형태로 데이터 중 하나일 수 있다. REST API는 기본적으로 웹의 기존 기술과 HTTP 프로토콜을 그대로 활용하기 때문에 웹의 장점을 최대한 활용할 수 있는 프로토콜이다.
또한 제어장치(200)는 Modbus_TCP 방식으로 통신하는 장치일 수도 있고 이 경우 제어장치(200)는 TCP/IP 프로토콜 상에서 네트워크를 통해 다른 장치와 통신할 수 있다.
여기서 '네트워크'는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 6G, 3GPP, LTE, WIMAX, 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
IoT 장치(310, 320, 330)는, 예를 들어 본 발명의 시스템이 발전설비 모니터링 시스템에 적용될 경우 발전설비에 설치된 각종 센서 장치일 수 있다. 도면에서는 3개의 장치만 도시하였지만 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 실제로는 하나의 제어장치(200)가 수십 내지 수백개의 IoT 장치와 통신하도록 구성될 수 있다. 일반적으로 IoT 장치(310, 320, 330)는 프로토콜 변환기(100)와 Modbus_RTU 방식으로 통신할 수 있으며 이 경우 프로토콜 변환기(100)와 각 IoT 장치(310, 320, 330)는 RS-485 포트를 통해 통신할 수 있다.
대안적 실시예에서 IoT 장치(310, 320, 330) 중 적어도 일부는 REST API 프로토콜로 다른 장치와 통신하는 장치일 수 있다. 이 경우 프로토콜 변환기(100)와 해당 IoT 장치는 REST API 방식으로 통신할 수 있다.
따라서, 이상과 같은 본 발명의 통신 구성에 의하면, 프로토콜 변환기(100)와 제어장치(200) 사이에 반드시 Modbus 또는 REST API 중 어느 하나로 특정되어야 할 필요가 없고, 제어장치(200)로부터 모드버스 또는 REST API 중 어느 하나의 통신 방식에 따른 데이터를 수신할 수 있다. 또한 프로토콜 변환기(100)는, 제어장치(200)로부터 수신한 데이터의 데이터 패킷을 분석하여 프로토콜 변환이 필요한지를 판단하고, Modbus_RTU 및/또는 REST API 방식으로 변환하거나 또는 변환없이 데이터 패킷을 각 IoT 장치(310, 320, 330)로 전송할 수 있다.
이 때 일 실시예에서 IoT 장치(310, 320, 330) 중 일부의 통신 프로토콜이 다르더라도 프로토콜 변환기(100)는 각 IoT 장치에 맞는 프로토콜로 데이터를 변환한 수 전송할 수 있다. 예를 들어, IoT 장치 중 제1 장치(310)와 제2 장치(320)는 Modbus_RTU 방식으로 통신하고 제3 장치(330)는 REST API 방식으로 통신하는 장치이고 제어장치(200)는 REST API 방식으로 프로토콜 변환기(100)와 통신하는 장치라고 가정한다. 이 때 만일 제어장치(200)가 제1 내지 제3 장치(310, 320, 330)에게 브로드캐스팅 방식으로 데이터를 전송해야 하는 경우, 제어장치(200)는 REST API 프로토콜에 따른 데이터를 생성하여 프로토콜 변환기(100)로 전송한다. 프로토콜 변환기(100)는 해당 데이터를 수신한 후 Modbus_RTU 데이터로 변환한 후 제1 장치(310)와 제2 장치(320)에 전달하고, 제3 장치(330)에게는 제어장치(200)로부터 수신한 데이터를 그대로 전송(즉, 중계(relay))하도록 동작할 수 있다.
또 다른 예로서, 프로토콜 변환기(100)가 만일 Modbus_RTU 방식의 제1 및 제2 장치(310, 320)로부터 각각 제1 및 제2 센서 측정 데이터를 수신하고 REST API 방식의 제3 장치(330)로부터 제3 센서 측정 데이터를 수신한 경우, 프로토콜 변환기(100)는 목적지 장치(즉, 제어장치(200))의 통신 프로토콜을 확인한 후, 예컨대 제어장치(200)가 Modbus_TCP 방식의 장치인 경우, 제1 내지 제3 센서 측정 데이터를 모두 Modbus_TCP 형식의 데이터로 변환한 후 제어장치(200)로 전송할 수 있다.
도3은 일 실시예에 따른 프로토콜 변환기(100)의 기능 블록도를 개략적으로 나타내었다. 도3을 참조하면, 일 실시예에 따른 프로토콜 변환기(100)는 패킷 분석부(110), 프로토콜 변환부(120), 송수신부(130), 제1 포트(140), 제2 포트(150), 및 제3 포트(160)를 포함할 수 있다.
패킷 분석부(110)는 유선 및/또는 무선으로 통신하는 외부 장치로부터 수신한 데이터의 패킷을 분석하는 기능부이다. 패킷 분석부(110)는 상기 수신한 데이터 패킷의 현재 통신 프로토콜을 확인하고, 해당 데이터의 목적지 장치의 통신 프로토콜을 확인하여 프로토콜 변환 필요성을 판단할 수 있다. 데이터 패킷의 현재 프로토콜과 목적지 장치는 예를 들어 데이터 패킷의 헤더 영역을 분석함으로써 파악할 수 있다. 목적지 장치의 통신 프로토콜은 데이터 패킷의 헤더 영역으로부터 알 수도 있고, 프로토콜 변환기(100)를 제어장치(200)와 IoT 장치(310, 320, 330) 사이에 처음 설치할 때 프로토콜 변환기(100)에 연결되는 각 장치들의 통신 방식을 미리 테이블 형식으로 저장해둘 수도 있다. 이 경우, 예컨대 데이터 패킷의 헤더 영역으로부터 목적지 장치를 식별한 경우 해당 목적지 장치의 통신 프로토콜은 상기 테이블을 검색하여 파악할 수 있다.
프로토콜 변환부(120)는 데이터 패킷의 통신 프로토콜을 변환하는 기능부이다. 프로토콜 변환부(120)는 제1 통신 프로토콜 형식의 데이터를 제2 프로토콜 형식의 데이터로 변환할 수 있다. 이 때 제1 통신 프로토콜은 예를 들어 Modbus_TCP, Modbus_RTU, 및 REST API 중 어느 하나일 수 있고 제2 통신 프로토콜은 Modbus_TCP, Modbus_RTU, 및 REST API 중 다른 하나일 수 있다.
송수신부(130)는 제1 통신 프로토콜 형식의 데이터 또는 제2 통신 프로토콜 형식의 데이터를 유선 및/또는 무선 통신망을 통해 외부 장치, 예컨대 제어장치(200) 또는 IoT 장치(310, 320, 330)로 전송하는 기능부이다. 이 때 제1 포트(140)는 제어장치(200)측과 통신하는 물리적 포트로서, 예를 들어 이더넷 포트이며 제1 포트(140)를 통해 제어장치(200)와 Modbus_TCP 또는 REST API 프로토콜의 데이터를 송수신할 수 있다. 제2 포트(150)와 제3 포트(160)는 IoT 장치(310, 320, 330)측과 통신하는 물리적 포트이며, 예를 들어 제2 포트(150)는 RS-485 포트이고 Modbus_RTU 프로토콜 데이터를 송수신할 수 있고, 제3 포트(160)는 이더넷 포트로서 예컨대 REST API 프로토콜 데이터를 송수신할 수 있다.
도4는 상술한 프로토콜 변환기(100)에 의한 예시적인 프로토콜 변환 방법의 흐름도이다. 도4를 참조하면 일 실시예에 따른 프로토콜 변환 방법은, 프로토콜 변환기(100)가 외부 장치로부터 패킷을 수신하는 단계(S10), 수신한 패킷을 분석하는 단계(S20), 분석 결과에 따라 데이터의 프로토콜을 변환하는 단계(S30), 및 변환된 데이터를 목적지 장치로 전송하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 우선 단계(S10)에서 프로토콜 변환기(100)가 제어장치(200) 또는 IoT 장치(310, 320, 330) 중 어느 하나로부터 데이터를 수신할 수 있다. 이 때 수신한 데이터는 제1 통신 프로토콜 형식의 데이터라고 가정하고 제1 통신 프로토콜은 예를 들어 Modbus_TCP, Modbus_RTU, 및 REST API 중 어느 하나의 통신 프로토콜일 수 있다.
단계(S20)에서 프로토콜 변환기(100)는 수신한 데이터의 데이터 패킷을 분석한다. 예를 들어 이 단계(S20)에서, 상기 수신한 데이터 패킷의 현재 통신 프로토콜(즉, 제1 통신 프로토콜)을 확인하고, 해당 데이터의 목적지 장치의 통신 프로토콜(즉, 제2 통신 프로토콜)을 확인하여 프로토콜 변환 필요성을 판단한다. 이 때 제2 통신 프로토콜은 Modbus_TCP, Modbus_RTU, 및 REST API 중 나머지 다른 하나의 통신 프로토콜일 수 있다.
패킷 분석시 데이터 패킷의 현재 프로토콜과 목적지 장치는 예를 들어 데이터 패킷의 헤더 영역을 분석함으로써 파악할 수 있다. 목적지 장치의 통신 프로토콜은 데이터 패킷의 헤더 영역으로부터 알 수도 있고, 프로토콜 변환기(100)를 제어장치(200)와 IoT 장치(310, 320, 330) 사이에 처음 설치할 때 프로토콜 변환기(100)에 연결되는 각 장치들의 통신 방식을 미리 테이블 형식으로 저장해둘 수도 있다. 이 경우 예컨대 데이터 패킷의 헤더 영역으로부터 목적지 장치를 식별한 경우 해당 목적지 장치의 통신 프로토콜은 상기 테이블을 검색하여 파악할 수 있다.
분석 결과 만일 프로토콜의 변환이 필요 없다고 판단하면, 단계(S40)로 진행하여 해당 데이터를 목적지 장치로 전송한다. 그러나 프로토콜 변환이 필요하다고 판단하면 단계(S30)로 진행하여 프로토콜 변환을 수행하고, 이렇게 프로토콜이 변환된 데이터를 목적지 장치로 전송한다(S40).
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 프로토콜 변환기
200: 제어장치
310, 320, 330: IoT 장치

Claims (1)

  1. 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이(REST API) 프로토콜의 이중변환 방법으로서,
    제1 통신 프로토콜의 데이터를 수신하는 단계;
    수신한 데이터의 데이터 패킷을 분석하는 단계;
    상기 분석 결과에 기초하여 데이터를 제2 통신 프로토콜의 데이터로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 데이터를 목적지 장치로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 분석하는 단계는, 상기 수신한 데이터 패킷의 현재 통신 프로토콜을 확인하고, 해당 데이터의 목적지 장치의 통신 프로토콜을 확인하여 프로토콜 변환 필요성을 판단하며,
    여기서 상기 제1 통신 프로토콜은 모드버스 프로토콜과 REST API 중 어느 하나이고 제2 통신 프로토콜은 모드버스 프로토콜과 REST API 중 나머지 하나인 것을 특징으로 하는, 프로토콜 이중변환 방법.
KR1020220101892A 2022-08-16 2022-08-16 발전전력 모니터링을 위한 모드버스 프로토콜과 레스트 에이피아이 프로토콜의 이중변환 장치 KR20240023783A (ko)

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