[논문 리뷰] Review on the Design of Web Based SCADA Systems Based on OPC DA Protocol

Hosny Abbas, Ahmed M. Mohamed|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

Industrial Automation and Control Systems참고 문헌 6인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 웹 기반 SCADA 시스템 설계를 OPC DA 프로토콜을 사용해 검토하고 분류하며, XML, 웹 서비스, 자바, AJAX와 같은 현대 IT 기술을 기반으로 한 접근 방식을 평가한다. 비교 분석을 수행하고 산업 제어 시스템에서 일반적인 실시간 제약 조건 하에서 이러한 접근 방식의 실현 가능성을 평가한다.

ABSTRACT

One of the most familiar SCADA (supervisory control and data acquisition) application protocols now is OPC protocol. This interface is supported by almost all SCADA, visualization, and process control systems. There are many research efforts tried to design and implement an approach to access an OPC DA server through the Internet. To achieve this goal they used diverse of modern IT technologies like XML, Webservices, Java and AJAX. In this paper, we present a complete classification of the different approaches introduced in the litrature. A comparative study is also introduced. Finally we study the feasibilty of the realization of these approaches based on the real time constraints imposed by the nature of the problem.

연구 동기 및 목표

• 웹 기반 SCADA 시스템을 구현하기 위한 다양한 접근 방식을 OPC DA 프로토콜을 기반으로 분류하고 분석하는 것.
• 인터넷을 통해 OPC DA 서버에 액세스하는 데 사용되는 기술들인 XML, 웹 서비스, 자바, AJAX의 효과성과 아키텍처를 비교하는 것.
• 산업 제어 환경에서 일반적인 엄격한 실시간 제약 조건 하에서 이러한 접근 방식의 실현 가능성을 평가하는 것.
• 웹 기반 SCADA 시스템 설계 분야에서의 현재 연구 동향과 기술적 트레이드오프에 대한 체계적인 개요를 제공하는 것.

제안 방법

• 논문은 웹을 통해 OPC DA 서버에 액세스하는 데 사용되는 기존 접근 방식을 식별하고 분류하기 위해 체계적인 문헌 검토를 수행한다.
• XML, 웹 서비스, 자바 애플릿, AJAX 기반 솔루션을 포함한 기반 기술에 따라 접근 방식을 분류한다.
• 확장성, 보안성, 지연 시간, 플랫폼 독립성 등의 기준에 따라 비교 분석을 수행한다.
• 산업 제어 응용 프로그램의 맥락에서 반응 시간과 데이터 업데이트 주기 등을 분석하여 실시간 성능 제약 조건을 평가한다.
• 클라이언트-서버, 미들웨어, 게이트웨이 기반 설계와 같은 아키텍처 패턴을 검토하여 OPC DA를 웹 기술과 통합하는 방법을 분석한다.
• 응답 시간, 시스템 반응성 등의 실시간 요구 조건과 기술적 솔루션을 대조하여 실현 가능성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 OPC DA를 기반으로 한 웹 기반 SCADA 시스템을 구현하기 위해 주로 사용되는 주요 아키텍처 및 기술적 접근 방식은 무엇인가?
• RQ2 웹 서비스, AJAX, 자바 등의 다양한 기술은 성능, 확장성, 실시간 능력 측면에서 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ3 실시간 산업 제어 시스템에 적용했을 때 각 접근 방식의 주요 제약 조건과 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ4 현대 웹 기술을 사용해 인터넷을 통해 OPC DA 서버를 안전하고 효율적으로 액세스할 수 있는 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 웹 기반 SCADA 시스템에서 실시간 성능을 유지하기 위해 가장 적합한 설계 패턴과 통합 전략는 무엇인가?

주요 결과

• 웹 기반 OPC DA 서버에 액세스하기 위한 여러 기술 기반 접근 방식이 식별되었으며, 웹 서비스, 자바 애플릿, AJAX 기반 클라이언트가 포함된다.
• 각 접근 방식은 성능, 보안성, 플랫폼 종속성 측면에서 고유한 트레이드오프를 지닌다.
• AJAX 기반 솔루션은 전통적인 애플릿 대비 사용자 상호작용 향상과 지연 시간 감소를 제공한다.
• 웹 서비스는 더 높은 플랫폼 독립성을 제공하지만, SOAP 오버헤드로 인해 더 높은 지연 시간을 유발할 수 있다.
• 실시간 액세스의 실현 가능성은 네트워크 상태와 선택된 통신 스택에 크게 의존한다.
• 단일 접근 방식이 항상 최적은 아니며, 반응 시간, 확장성, 배포 환경 등의 구체적 시스템 요구 조건에 따라 최적의 솔루션이 달라진다.