폴리머 압출 공정에서 MQTT를 기반으로 하는 데이터 통신

Summary

이 작업은 MQTT(메시지 큐 텔레메트리 전송)라는 메시지 프로토콜을 기반으로 필름 압출 시스템과 모니터링 장치 간의 데이터 통신을 위한 유연한 방법을 제안합니다.

Abstract

이 작업은 TCP/IP를 통해 운영되는 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)라는 게시자-구독자 기반 프로토콜을 사용하여 폴리머 처리 머신을 위한 유연한 데이터 통신 구조를 구축하는 것을 목표로 합니다. 기존 장비를 사용하는 경우에도 인터넷 통신을 통해 어디서나 다양한 장치에서 데이터를 측정하고 기록할 수 있습니다. 메시지 기반 프로토콜은 기존 서버-클라이언트 프로토콜의 단점을 극복하는 유연한 통신을 가능하게 합니다. 여러 장치가 원본 장치에서 게시한 처리 데이터를 구독할 수 있습니다. 제안된 방법은 여러 게시자와 구독자 간의 데이터 통신을 용이하게 합니다. 이 작업은 장비 및 추가 센서의 데이터를 메시지 브로커에 게시하는 시스템을 구현했습니다. 가입자는 브로커에 의해 중계된 프로세스 데이터를 모니터링하고 저장할 수 있다. 이 시스템은 효과를 입증하기 위해 필름 압출 라인을 위해 배치되고 실행되었습니다.

Introduction

4차 산업혁명의 물결 속에서 다양한 처리 데이터의 수집 및 모니터링이 중요한 과제가 되었다¹. 특히, 공정 데이터를 사용하여 제조 공정을 개선하고 효율적인 운영 계획을 수립하는 것은 모든 제조 시설^2,3의 중요한 목표가 될 것입니다. 경보를 공장 밖으로 보낼 수 있거나 예측 유지 보수를^{시간 4}에 수행 할 수있는 경우 가동 중지 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 최근에, 중합체 공정^(5,6)에서의 데이터 분석을 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 그러나, 기존 시스템(⁷)으로부터 이러한 데이터를 획득하는 어려움으로 인해 이러한 태스크를 수행하는 것은 쉽지 않다. 제어 및 계측의 계층 구조는 데이터 수집 및 통신을 어렵게 만듭니다.

우선, 제조 날짜가 다른 다른 기계에서 데이터를 얻을 수 없습니다. 서로 다른 컴퓨터 간의 통신을 실현하는 것은 어려운 일인데, 이는 독점 형식의 서로 다른 필드버스 간의 상호 운용성이....

Protocol

1. 브로커 설치

참고: 인터넷을 통해 처리 데이터를 모니터링하고 기록하려면 데이터를 릴레이하는 컴퓨터 시스템을 준비해야 합니다. 시스템은 그림 2와 같이 게시자와 구독자 모두에서 액세스할 수 있어야 합니다. 따라서 통신 전에 알려진 공용 IP 주소가 있어야 합니다. 이클립스 모스퀴토(Eclipse Mosquitto)라고 불리는 개방형 MQTT 브로커가 시스템⁽¹³)에 설치된다.

1. 공용 IP 주소를 제공하는 컴퓨터를 인터넷에 연결합니다. 운영 체제의 IP 설정에 주소를 지정합니다.
2. Eclipse Mosquitto와 같은 브로커 소프트웨어를 컴퓨터에 설치하십시오. 브라우저를 사용하여 설치 파일을 다운로드하고 실행하십시오.
3. MQTT 렌즈와 같은 테스트 프로그램을 사용하여 브로커를 테스트하십시오. 브라우저를 사용하여 MQTT 렌즈를 다운로드하고 설치하십시오. 그런 다음 게시된 메시지가 구독되었는지 확인합니다.

2. 주요 출판사 준비

Results

HMI에 나타낸 데이터와 라즈베리 피스에 의해 측정된 데이터가 도 5에 도시된 바와 같이 가입자에 모니터링 및 기록되었음을 알 수 있었다. 비디오에 표시된 대로 처리 데이터가 데이터베이스에 기록됩니다.

그림 1: MQTT 프로토콜을 사용한 데이터 전송의 개요. 브로커는 게시자의 메시지를 구독자에게 릴레이합니다. 이 다이어그램의 게시자는 기본 게시자와 추가 게시자(Raspberry Pi)입니다. 메인 퍼블리셔는 압출 기계에 직접 연결되어 데이터를 수신합니다. 가입자 수는 네트워크 용량이 허용하는 한 제한되지 않습니다. 구.......

Discussion

제시된 프로토콜을 따름으로써, MES와 같은 고가의 IT 솔루션 없이도 처리 데이터를 모니터링하고 기록할 수 있다. IoT 기술을 사용하면 기존 기계에서 데이터를 더 쉽게 수집하고 제공할 수 있습니다. 메시지 기반 프로토콜인 MQTT는 폴리머 처리 라인을 위한 데이터 통신을 위한 플랫폼 역할을 성공적으로 수행하는 것으로 나타났습니다. 또한 추가 데이터를 유연하게 측정하고 함께 전송할 수 있습니다. 이 작품에 고용 된 추가 출판사는 라즈베리 파이스였습니다. 특히, 산업용 라즈베리 파이 인클로저에 하우징하여 가혹한 조건에서도 견고한 작동을 보장함으로써 더욱 보호 할 수 있습니다. 가입자는 모든 운영 체제가있는 모든 장치가 될 수 있습니다. 가입자 장치는 가입할 토픽을 선택함으로써 필요한 데이터만을 수신할 수 있다. 이 연구는 MQTT가 IoT 디바이스와 함께 폴리머 처리 라인에 대한 데이터 모니터링을 큰 어려움 없이 가능하게 한다는 것을 보여주었습니다. 현대 산업 통신 아키텍처는 퍼듀 모델과 같은 피라미드 아키텍처에서 벗어나는 경향.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Edge Device	Adavantech	UNO 420	Intel Atom E3815 Fanless
Film Extrusion Machine	EM Korea	Not Available	450 mm 필름
Pydroid	IIEC	Android	Devices
Python3	Python Software Foundataion	Not Available	Windows, Linux
Raspberry Pi 4	CanaKit	Not 사용 가능한	표준 키트