모드버스 데이터를 IoT에 적용 가능하게 만들기

골웨이의 아일랜드 대학 (NUIG)은 에너지 소비를 심각하게 생각한다. 효율적 에너지 사용을 위한 국제 에너지관리표준 ISO 50001을 인증 받았고, 아일랜드의 지속가능에너지당국(SEAI)와 지속가능에너지커뮤니티(SEC)에 가입한 아일랜드 최초의 대학이기도 하다.

NUIG는 에너지 효율을 향상시키기 위한 지속적인 노력의 일환으로 다음과 같은 가능성에 대해 알고자 ‘Optimized Energy Controls’ 회사와의 접촉을 시도했다.

-학교의 기존 HVAC 제어 시스템에서 데이터를 수집할 수 있는 가능성

-이 데이터를 보고서 실행 및 분석 결과 적용과 경고 설정과 같은 기능을 위한 최신 IoT 응용 프로그램에 적용할 수 있는 가능성

기존의 제어시스템은 모드버스(Modbus) 기반이었다. 모드버스 슬레이브가 마스터에게만 보고하는 형태였는데, NUIG는 그 데이터가 좀더 유동적이기를 원했다. 하지만 폐쇄된 시스템에서 데이터를 끌어 모으려는 작업이 그러하듯, 실제 현실은 상당히 도전적이었다.

가장 일반적인 솔루션은 모드버스 데이터를 MQTT로 변환하여 분석 소프트웨어를 제공할 수 있는 새로운 모드버스 마스터를 설치하는 방법이었다. 하지만 새로운 모드버스 마스터를 설치하는 데 비용이 많이 들고, NUIG는 무엇보다도 기존 네트워크에 혼선을 주고 싶지 않았다. 사실 이러한 변화를 직접비용으로 환산하면 에너지 절감의 이점마저 상쇄시키는 격이다. 직접비용뿐만 아니라 변화를 시도하는 일은 가동 중지 시간 및 유지보수와 관련된 모든 비용, 학생들과 교직원들이 겪는 불편과 같이 예상치 못한 문제들을 초래할 수 있다.

효율적 에너지 관리는 수 년 동안 기업의 녹색 사업에 해당됐지만, 에너지 절약의 많은 옵션들은 기존의 모드버스와 같은 시스템에서는 실용적이지 않았다. 경우에 따라 자동화 시스템을 모국어(예: Modbus)로 외부 시스템에 전송하도록 구성할 수 있지만, 데이터가 주로 암호화되어 있어 이해하기 어렵기 때문이다.

NUIG가 직면한 문제를 해결하기 위해 Optimized Energy Controls는 기존 모드버스 마스터를 방해하지 않으면서 분석 소프트웨어(Unitron)에 이해하기 쉬운 형식의 데이터를 제공하는 솔루션을 고안해야 했다.

당시 B+B 스마트네트웍스는 자동화 시스템의 데이터를 캡쳐, 변환, 강화하여 분석 플랫폼으로 전송하는 무중단 오버레이 네트워크를 기반으로 한 IoT 이니셔티브를 위한 새로운 장치를 개발해왔었다. SmartSwarm 351은 개발팀이 최초로 개발 목적으로 만든 IoT 게이트웨이였다. 기존 네트워크를 ‘도청’하고 데이터를 해석해 엔터프라이즈 분석으로 전송하도록 설계되었다. NUIG는 Optimized Energy Controls의 지원으로 제품 출시를 위한 베타 사이트가 되기로 동의했다.

SmartSwarm 351은 이더넷 또는 셀룰러와 같은 옵션들을 통해 완벽한 기능의 게이트웨이처럼 작동한다. 하드웨어의 복잡성과 무인 커뮤니케이션 시스템을 비롯한 다음과 같은 분야에서 전문성을 갖출 시간적 여유가 없을 때 아주 유용하다.

-세션 인식

-연결 재설정

-연결 재라우팅

-다(多) 지역

-데이터 최적화

SmartSwarm 351은 고객이 모르는 일부 항목이 있더라도 네트워크에 있는 모든 장치를 신속하게 검색한다. SCADA (Survival Control and Data Acquisition) 시스템에서 데이터를 확보한 후, 장치별 폴링 응답을 event-driven 모델로 변환하는 필수 계층을 추가한다.

흔히 알려져 있듯, 원본 SCADA 데이터는 IT 시스템 내에서 거의 사용되지 않는다. 소스 디바이스와 레지스터 맵에 대한 구체적인 지식이 있어야지만 해석될 수 있기 때문이다.

효과적인 시스템이 되려면 SCADA에 대한 지식이 없는 사람도 이해할 수 있도록 문맥화되고 의미적으로 검색가능한 데이터를 제공해야 하며, IT로 전송되는 동시에 실시간으로 강화(해석)되어야 한다. SmartSwarm 351은 주제와 값의 범위가 SCADA 용어에 기반하고 있지만, 사용자가 각 복구된 지점에 대해 자신만의 주제 공간 정의와 값의 범위를 대체할 수 있도록 허용하는 디폴트 체계를 제공함으로써 이를 수행한다.

SmartSwarm 351은 기존의 모드버스 마스터를 대체하는 대신 모드버스의 제어 버스를 청취한다. 모드버스 네트워크는 눈에 보이지 않지만 늘 그렇듯 계속해서 작동한다. 어떤 종류의 데이터도 기존 시스템으로 곧바로 되돌아가지 않는다. 모드버스 슬레이브는 안정된 데이터 스트림을 생성하기 마련이지만, SmartSwarm은 미리 정의된 임계 값을 초과한 온도 매개 변수처럼 값이 있는 데이터만을 전달한다. 그러면 여러 제어 응용 프로그램이 특정 어플리케이션과 관련된 데이터만 수신해 MQTT 데이터에 등록할 수 있게 된다.

베타 테스트 중 NUIG의 엔지니어가 보내는 피드백은 B+B 엔지니어가 웹 인터페이스 설정을 간소화할 수 있도록 했다. 이제 사용자는 SmartSwarm 351을 운영시스템의 제어장치와 더 큰 비즈니스 네트워크에까지 연결할 수 있다. 마스터 조작 장치는 그 장치의 존재를 인식하지 못하며 영향을 받지도 않는다. 사용자는 실시간 작업 자산에서 원하는 데이터를 확인하고 기존 시스템 설명서에서 데이터 정의를 한 번 업로드 함으로써 실시간 데이터가 자동으로 해석될 수 있도록 한다. 그 다음 의미 있는 데이터 이벤트를 정의해 분석에 필요한 데이터만을 얻는다. Optimized Energy Control의 전문성을 갖춘 SmartSwarm 351 필터는 유니트론으로의 데이터 흐름을 제어하는 데 사용되어 IT 부서의 데이터 과부하 및 리소스 비용의 가능성을 제한했다. 이 필터에는 다음과 같은 것들이 포함된다.

-디지털 전환

-알람 임계 값을 벗어나는 아날로그

-금리 변화가 가치보다 높거나 과거에 공표된 가치에서 불감 대역 이상으로 이동한 경우

또한 필터는 ‘퍼블리시 트리거’를 한 번에 또는 예정된 시간에 생성할 수 있고 게시된 것을 제어할 수도 있다.

모든 인바운드 광역 네트워크(WAN) 연결은 SmartSwarm의 내부 방화벽으로 보호된다. 스마트웍스 허브(SmartSwarm의 원격 구성 도구)로의 아웃바운드 연결과 원격 MQTT 브로커는 TLS를 통해 인증되고 암호화된다. 또한 본질적으로 방화벽 기능, 장치 식별 및 VPN 터널링 기능을 제공한다.

유니트론, B+B 스마트웍스 및 NUIG의 협력은 대학의 모드버스 제어 시스템에서 에너지 관리법을 확보하고 분석·최적화하기 위한 실질적인 무중단 솔루션을 제공한다. 지난 1년동안 대학은 SmartSwarm 사용에 집중했으며 Optimized Energy Control은 분석 정보를 극대화하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 또한 이들의 협업으로 B+B 스마트웍스는 실제 고객 수가 늘어나고 제품 성능도 향상되는 결과를 얻을 수 있었다.

출처 : IIOT_ebook “Making Modbus Data Available on the Internet of Things” by TIM TABERNER

편집 및 번역 : K-SmartFactory