산업용 IoT의 상태 모니터링

Azure 데이터 레이크
Azure Event Hubs
Azure IoT Edge
Azure IoT Hub
Azure Monitor

솔루션 아이디어

이 문서는 솔루션 아이디어입니다. 잠재적인 사용 사례, 대체 서비스, 구현 고려 사항 또는 가격 책정 지침과 같은 추가 정보로 콘텐츠를 확장하려면 GitHub 피드백을 제공하여 알려주세요.

이 솔루션 아이디어는 최종 제조업체가 OPC UA(Open Platform Communication Unified Architecture)Microsoft 산업용 구성 요소를 사용하여 자산을 클라우드에 연결하는 방법을 설명합니다.

아키텍처

Diagram showing the architecture.

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데이터 흐름

솔루션을 통한 데이터 흐름은 다음과 같습니다.

  1. 기본적으로 OPC UA와 통신할 수 있는 산업용 디바이스는 Azure IoT Edge에 직접 연결할 수 있습니다. IoT Edge는 온-프레미스 네트워크에 사용되는 컴퓨팅 기능입니다. OPC Publisher, OPC Twin 및 Discovery를 포함하는 산업용 모듈의 런타임 환경입니다. 각 모듈은 Azure 서비스, 타사 서비스 또는 자체 코드를 실행하는 컨테이너입니다. OPC Publisher 모듈은 OPC UA 서버에 연결하여 OPC UA 원격 분석 데이터를 Azure IoT Hub에 게시합니다. OPC Twin은 클라우드에서 OPC UA 서버의 디지털 쌍을 만들고 클라우드 기반의 REST(Representational State Transfer) 인터페이스를 통해 OPC UA 탐색/읽기/쓰기/메서드 호출 기능을 제공합니다. Discovery 모듈은 에지에서 OPC UA 서버 검색이 포함된 검색 서비스를 제공합니다.
  2. OPC UA를 통해 통신할 수 없는 산업용 디바이스는 IoT Edge에 연결하기 위해 타사 PLC 어댑터가 필요합니다. 이러한 어댑터는 Azure Marketplace에서 모듈로 가져올 수 있습니다.
  3. 타사 PLC 어댑터는 디바이스와 IoT Edge 사이의 연결을 지원합니다.
  4. 데이터 시작 위치와 더 가까운 곳에서 분석하기 위해서는 Edge 또는 Azure Functions의 Azure Machine Learning과 같은 모듈을 Azure Marketplace에서 얻을 수 있습니다. 이러한 모듈은 낮은 대기 시간과 연결 해제된 상태의 작업 기능을 제공합니다.
  5. Azure IoT Hub는 추가 데이터 처리를 위해 디바이스를 클라우드에 가상으로 연결합니다. 그 결과 IoT 애플리케이션과 디바이스 사이에 보안 수준이 높은 양방향 통신이 가능합니다.
  6. 산업용 서비스는 REST API를 노출하는 여러 마이크로 서비스로 구성됩니다. 모든 산업용 서비스는 Azure Kubernetes Service 클러스터에 배포됩니다. 산업용 서비스는 산업용 디바이스의 검색, 등록, 원격 제어, 사후 처리 원격 분석을 위한 비즈니스 논리와 기능을 구현합니다. HTTP 엔드포인트를 호출할 수 있는 모든 프로그래밍 언어 및 프레임워크에서 REST API를 사용할 수 있습니다.
  7. Azure Event Hubs는 데이터를 변환하여 저장합니다. 낮은 대기 시간과 원활한 통합이 가능한 분산된 스트림 처리 플랫폼을 제공합니다.
  8. 첫 번째 사례에서는 Azure Data Explorer를 사용하여 데이터를 저장하고 분석합니다. 산업용 IoT 플랫폼의 원격 분석 프로세서는 컨텍스트화된 샘플을 Azure Data Explorer 및 기타 소비자에게 전달합니다.
  9. Azure Data Explorer에는 원격 분석을 시각화할 수 있는 웹 UI가 포함되어 있습니다.
  10. 또 다른 사례에서는 산업 서비스가 데이터를 처리한 다음, Azure Data Lake가 데이터를 저장하고 추가로 분석합니다. Azure Data Lake는 엔터프라이즈급 보안 및 감사 기능이 포함된 대규모 확장이 가능한 데이터 레이크입니다. 일괄 처리, 스트리밍 및 대화형 분석 프로그램을 간편하게 실행할 수 있습니다. Azure Data Lake는 데이터 자산 가치를 극대화하는 데 방해가 되는 많은 생산성 및 확장성 문제를 해결해줍니다.
  11. 시각적 보고서를 사용하여 데이터를 탐색하고, 협업을 수행하고, 데이터를 게시하고, 다른 사람과 공유할 수 있습니다. Power BI는 Microsoft Excel을 포함한 다른 도구들과 통합되므로, 작업 속도를 높이고, 기존 솔루션과 원활하게 작업할 수 있습니다.
  12. 세 번째 사례에서는 Azure Stream Analytics가 실시간 분석 서비스입니다. 고급 시나리오를 위해 사용자 지정 코드 및 기본 제공 기계 학습 기능으로 쉽게 확장할 수 있습니다.
  13. Azure Functions는 애플리케이션 인프라에 대한 걱정 없이 함수라고 부르는 작은 코드 조각을 실행할 수 있는 서버리스 컴퓨팅 서비스입니다. Azure Functions를 사용하면 클라우드 인프라에서 애플리케이션을 규모에 맞게 실행하는 데 필요한 모든 최신 서버를 제공합니다.
  14. Azure Notification Hubs를 사용하면 다양한 모바일 플랫폼으로 알림을 전송할 수 있고, 즉각적인 주의가 필요한 특정 이벤트 또는 경고에 대해 작업자 및 관리자에게 알림을 보낼 수 있습니다.

구성 요소

여러 Azure 구성 요소를 사용하여 여러 데이터 원본에서 데이터가 로드됩니다.

  • IoT Edge는 조직에서 데이터 관리 대신 비즈니스 통찰력에 집중할 수 있도록 클라우드 분석 및 사용자 지정 비즈니스 논리를 디바이스로 이동합니다. 비즈니스 논리를 표준 컨테이너에 패키징하여 IoT 솔루션을 확장하면 모든 디바이스에 해당 컨테이너를 배포하고 클라우드에서 모든 컨테이너를 모니터링할 수 있습니다.

  • Azure Industrial IoT 산업용 모듈은 공장을 연결하기 위해 Azure IoT Edge 내에서 실행됩니다. OPC Publisher 모듈은 OPC UA 서버에 연결하여 이러한 서버로부터 OPC UA 원격 분석 데이터를 Azure IoT Hub에 게시합니다. OPC Twin은 REST API를 통해 산업용 디바이스의 검색, 등록 및 원격 제어 기능을 제공합니다. Discovery 모듈은 에지에서 OPC UA 서버 검색이 포함된 검색 서비스를 제공합니다.

  • IoT Hub는 클라우드에서 호스트되는 관리 서비스이며, IoT 애플리케이션과 이를 통해 관리하는 디바이스 간의 양방향 통신을 위한 중앙 메시지 허브 역할을 합니다. Azure IoT Hub를 사용하여 수백만 개의 IoT 디바이스와 클라우드 호스팅 솔루션 백 엔드 간에 안정적이고 안전한 통신을 통해 IoT 솔루션을 구축할 수 있습니다. 거의 모든 디바이스를 IoT Hub에 연결할 수 있습니다.

  • Azure Kubernetes의 산업용 서비스는 마이크로 서비스로 구분되는 여러 클라우드 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 마이크로 서비스는 처리 및 디먼과 같은 기능을 제공할 수 있는 REST API 및 에이전트 서비스를 제공합니다.

  • Azure Event Hubs는 빅 데이터 스트리밍 플랫폼 및 이벤트 수집 서비스입니다. 초당 수백만 개의 이벤트를 수신하고 처리할 수 있습니다. 이벤트 허브로 전송된 데이터는 실시간 분석 공급자 또는 일괄 처리/스토리지 어댑터를 사용하여 변환하고 저장할 수 있습니다.

  • Azure Data Explorer는 로그 및 원격 분석 데이터에 사용 가능한 빠르고 확장성이 우수한 데이터 탐색 서비스입니다. Azure Data Explorer를 사용하여 시계열 서비스를 개발할 수 있습니다. Azure Data Explorer에는 근 실시간 모니터링 솔루션 및 워크플로를 사용하는 여러 시계열의 생성, 조작 및 분석에 대한 기본 지원이 포함됩니다.

    Azure Data Explorer는 Azure IoT Hub, Azure Event Hubs, Azure Stream Analytics, Power Automate, Azure Logic Apps, Kafka, Apache Spark 및 기타 여러 서비스 및 플랫폼에서 데이터를 수집할 수 있습니다. 수집은 확장 가능하며 제한이 없습니다. 지원되는 Azure Data Explorer 수집 형식에는 JSON, CSV, Avro, Parquet, ORC, TXT 및 기타 형식이 포함됩니다.

  • Azure Data Explorer 웹 UI를 사용하면 쿼리를 실행하고 데이터 시각화 대시보드를 빌드할 수 있습니다.

  • Azure Data Lake는 Azure Storage를 Azure에서 엔터프라이즈 데이터 레이크를 빌드하기 위한 기초로 만들어 줍니다. 처음부터 수백 기가바이트까지 처리량을 유지하면서 수 페타바이트까지 정보를 처리하도록 설계되었으며, 대용량 데이터를 쉽게 관리할 수 있습니다.

  • Power BI 는 데이터를 분석하고 통찰력을 공유하는 비즈니스 분석 도구 제품군입니다. Power BI는 Analysis Services에 저장된 의미 체계 모델을 쿼리하거나 Azure Synapse를 직접 쿼리할 수 있습니다.

  • Azure Stream Analytics는 여러 원본에서 대량의 빠른 스트리밍 데이터를 동시에 분석 및 처리하도록 설계된 실시간 분석 및 복잡한 이벤트 처리 엔진입니다. 패턴 및 관계는 디바이스, 센서, 클릭스트림, 소셜 미디어 피드 및 애플리케이션을 비롯한 많은 입력 원본에서 추출된 정보에서 식별할 수 있습니다.

  • Azure Functions를 사용하면 애플리케이션 인프라에 대한 걱정 없이 작은 코드 부분("함수"라고 함)을 실행할 수 있습니다. Azure Function는 대량의 데이터를 처리하고, 시스템을 통합하고, IoT와 함께 작동하고, 간단한 API 및 마이크로 서비스를 빌드하기 위한 뛰어난 솔루션입니다.

시나리오 정보

제조업체는 자사 장비의 핵심 매개 변수를 모니터링하여 중요 문제로 발전하기 전에 이상 징후를 발견할 수 있습니다. OPC UA는 안전하고 믿을 수 있는 데이터 교환을 위한 플랫폼에 독립적이고 서비스 지향적인 상호 운용성 표준입니다. OPC UA는 산업 PC, PLC 및 센서와 같은 다양한 산업 시스템 및 디바이스에서 사용됩니다. OPC Foundation이 추진하는 표준입니다.

잠재적인 사용 사례

  • 제조업
  • 전력 및 에너지
  • 건설 및 시설물
  • 업스트림 석유 및 가스

다음 단계

  • 산업용 모듈 및 서비스에 대한 자세한 내용은 Azure 산업용 IoT 플랫폼 아키텍처를 참조하세요.