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In this paper, we proposed the software architecture for a data collection unit using a Modbus communication protocol. This architecture consists of three blocks - XML parsing block, database block for storing monitoring data and its meta-data and Modbus communication block. XML parsing block makes meta-data of device's memory map from xml files. After parsing the file, there are two tables for storing meta-data and monitoring data table in the database. When the data collecting unit starts to communicate with devices, Modbus communication block builds the meta-data of the device's memory map from meta-data table. With this meta-data, communication block reads the monitoring data from devices. After that, data converting module converts the data using meta-data then stores the converted data to database. So, an operator wants to add heterogeneous devices in the monitoring system, just inserts the xml files to the data collection unit. By using the proposed system, it is possible to operate and maintain a system through concentrating on the development of the quality of the product itself.

This paper introduces an efficient Modbus communication topology for Electrical Energy Storage System. A communication topology is important to guarantee the performance of Electrical Energy Storage Systems. So, we had proposed a Programmable Logic Controller based Modbus communication topology and verified with 1-MW EES system. This paper summarizes implementation results of a proposed communication topology.

This paper proposes a new method that utilized Android mobile phone to control the RGV (Rail Guided Vehicle)running through WIFI network to overcome the disadvantages of the traditional remote control can only control one-way communication for RGV in the Logistics and warehousing and realize two-way communication between the RGV and remote controller . The system is based on Android platform, and established a remote terminal system by all Android support resources. In this paper, it described the structure, function, software flow of the RGV remote terminal system and communication protocol between Android client and the RGV. The design is based on the Modbus TCP / IP protocol, to achieve a two-way communication between Android phone and the RGV.

SCADA networks and its protocols are developed based on reliability, availability, and speed but with no or little attention paid to security. In particular, SCADA network using Modbus protocol is designed to be inherently insecure and vulnerable to attacks. The lack of common security mechanisms in the protocol such as authentication, confidentiality and integrity must be addressed. In this paper, SCADA networks insecurity will be studied through security exploitation and monitoring. A detailed analysis of the Modbus protocol message frame formats being sent between master and slave will be discussed to expose the insecurities by design. This will enable SCADA users to find ways to fix the security flaws of the protocol and design mitigation strategies to reduce the impact of the possible attacks. This paper will also provide security mechanisms on how to protect the SCADA critical infrastructures.

Modbus는 각종 자동화 장비 감시 및 제어에 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 자발적 산업표준 통신 프로토콜이다. 그러므로 선박, 빌딩, 기차, 비행기 등 Modbus를 이용하는 모든 장비들과 연결이 가능하여 환경변수의 측정 및 원격제어가 가능하게 된다. 기존의 Modbus는 Serial 통신을 기반으로 사용되어 왔으며, Modbus TCP는 오늘날 인터넷 프로토콜로 가장 많이 쓰이는 TCP/IP를 기반인 Ethernet 통신을 이용하므로 Serial 통신에 비해 빠르고 사물인터넷(Internet of Things) 환경에 연결이 가능하다. 본 논문에서는 Modbus TCP 통신 프로토콜을 이용하여 무선 Wi-Fi 환경에서 LED 조명을 제어하기 위한 알고리즘을 설계하고, 선박의 통합관리 시스템에서 외부 환경요인 확인 및 원격제어가 가능한 LED 제어기 회로를 설계 및 구현 하였다. 외부 환경요소인 온도, 습도, 전류, 조도 값들은 센서를 통해 제어기로 받아들이며 이 값들은 Modbus 프로토콜을 통해 선박의 통합관리 시스템에 알리게 된다. Modbus는 TCP 통신으로 Master 기기와 연결 되어 온도, 습도, 전류, 조도 상태 모니터링 및 LED 출력 값 확인이 가능하고 또한 사용자가 원격으로 RGB 값을 변경할 수 있기 때문에 원하는 색으로 변경이 가능하게 된다. 제작한 제어기의 구현 확인을 위해 모의 선박 관리 시스템을 만들어 온도, 습도, 전류, 조도 상태를 모니터링 하고, 원격으로 RGB 값을 변경 하여 제어기의 LED 조명색상이 변화 되는 것을 확인 하였다.

As a serial communications protocol, Modbus has become a practically standard communication protocol and is now a commonly available means of connecting industrial electronic devices. Therefore, all devices can be connected using the Modbus protocol with the measurement and remote control on ships, buildings, trains, airplanes and more. The existing Modbus that has been used is based on serial communication. Modbus TCP uses Ethernet communication based on TCP / IP which is the most widely used Internet protocol today; so, it is faster than serial communication and can be connected to the Internet of Things. In this paper, we designed an algorithm to control LED lighting in a wireless Wi-Fi environment using the Modbus TCP communication protocol, and designed and implemented a LED controller circuit that can check external environmental factors and control remotely through the integrated management system of a ship. Temperature, humidity, current and illuminance values, which are external environmental factors, are received by the controller through the sensors, and these values are communicated to the ship's integrated management system via the Modbus protocol. The Modbus can be connected to Master devices via TCP communication to monitor temperature, humidity, current, illuminance status and LED output values, and also users can change the RGB value remotely in order to change to the desired color. In addition, in order to confirm the implementation of the controller, we developed a simulated ship management system to monitor the temperature, humidity, current and illumination conditions, and change the LED color of the controller by changing the RGB value remotely.

본 논문에서는 모드버스 프로토콜에서 작동되는 음성 및 SMS(Short Message Service) 경보 시스템 개발 기법을 제안한다. 제안된 기법은 마이크로프로세서 기반의 하드웨어 개발, 모뎀 및 MP3 디코더 등 입출력장치 드라이버 개발, 모드버스 프로토콜의 스택 구현 등의 3가지 과정으로 구성된다. 마이크로프로세서 기반의 하드웨어 개발 과정은 모드 버스 마스터로부터 경보를 수신 하여 SMS 전송 및 MP3를 재생할 수 있는 하드웨어를 개발하는 단계이다. 모뎀 및 MP3 디코더 등 입출력장치 드라이버 개발 과정은 하드웨어에 부착된 각 종 입출력 장치(SD 카드, MP3 디코더, SMS 모뎀, LCD, Relay 등)들을 제어하기 위한 마이크로프로세서용 구동 프로그램을 개발하는 단계이다. 모드버스 프로토콜의 스택 구현 과정은 음성 및 SMS 경보장치가 모드버스 프로토콜을 통하여 경보 메시지를 수신할 수 있도록 지원하는 프로토콜 스택 구현 단계이다. 제안된 기법의 성능을 평가하기 위하여 본 논문에서 개발된 음성 및 SMS 경보 시스템에 임의로 경보를 발생시키어 테스트를 실시하였다. 실험 결과, 경보 감지의 응답 속도는 10.7ms, 통신거리는 1.2Km, 제품의 동작온도는 $-25^{\circ}C{\sim}70^{\circ}C$, 모드버스 프로토콜을 지원하는 것으로 확인되었다. 따라서 본 논문에서 제안한 음성 및 SMS 경보 시스템은 산업용 빌딩 경보 시스템으로 사용될 수 있을 만큼의 성능을 가지고 있음을 확인하였다.

This dissertation proposes method for development technology of voice and SMS(Short Message Service) alarming system based on modbus protocol. The proposed technology is composed of the following 3 stages; hardware development based on microprocessor, development of input and output driver for modem, mp3 decoder, making modbus protocol stack. In the stage of hardware development based on microprocessor, we develop hardware which receives alarm from modbus master and transmit sms message, play mp3. In the stage of development of input / ouput device driver such as modem, mp3 decoder, we develop program which control each devices. In the stage of making modbus protocol stack, voice and sms alarm system is made for receiving alarm via modbus protocol. To evaluate performance of proposed technology, we issued alarm to voice and sms alarming system on purpose. As a result, response speed of detecting alarm was 10.7ms, communication distance was 1.2Km, operating temperature was from $-25^{\circ}C$ to $70^{\circ}C$, we confirmed supporting modbus protocol. And we verified that proposed voice and sms alarming system in the thesis has a performance to be used as an industrial building alarming system.

Modbus는 각종 자동화 장비 감시 및 제어에 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 자발적 산업표준 통신 프로토콜이다. 그러므로 선박, 빌딩, 기차, 비행기 등 Modbus를 이용하는 모든 장비들과 연결이 가능하여 환경변수의 측정 및 원격제어가 가능하게 된다. 본 논문에서는 퍼지제어 시스템을 이용하여 외부환경요인을 각각 조합한 불확실한 내용을 정량적인 값으로 변환하여 LED 조명으로 표현하기 위해 알고리즘을 설계하고, 설계한 알고리즘에 Modbus 통신 프로토콜을 추가하여 선박의 통합관리 시스템에서 외부환경요인 확인 및 원격제어가 가능한 감성조명용 LED 제어기 회로를 설계 및 구현 하였다. 외부환경요소인 온도, 습도, 조도 값을 센서를 통해 제어기로 받아들이고 이 값들을 퍼지제어 알고리즘을 통해 LED로 표현된다. Modbus는 Serial 통신으로 RS485를 이용하여 다른 기기와 연결 되어 온도, 습도, 조도 상태 및 LED 출력 값 확인이 가능하고 또한 사용자가 원격으로 RGB 값을 변경 할 수 있기 때문에 원하는 색으로 변경이 가능하게 된다. 제작한 제어기로 온도, 습도, 조도에 따라 LED 조명색상이 변화 되는 것을 확인 하였다.

Modbus is a serial communications protocol, it has since become a practically standard communication protocol, and it is now a commonly available means of connecting industrial electronic devices. Therefore, it can be connected with all devices using Modbus protocol to the measurement and remote control on the ships, buildings, trains, airplanes and etc.. In this paper, we add the Modbus communication protocol to the existing lighting controller sensitivity to enable verification and remote control by external environmental factors, and also introduces a fuzzy inference system was configured by external environmental factors to control LED lighting. External environmental factors of temperature, humidity, illuminance value represented by the LED through a fuzzy control algorithm, the values accepted by the controller through the sensor. Modbus is using the RS485 Serial communication with other devices connected to the temperature, humidity, illumination and LED output status check is possible. In addition, the remote user is changed to enable it is possible to change the RGB values in the desired color change. Produced was confirmed that the LED controller output is based on the temperature, humidity and illumination.

SCADA control systems and protocols are developed based on reliability, availability, and speed but with no or little attention paid to security. Specifically in Modbus protocol, there are inherent security vulnerabilities in their design. The lack of common security mechanisms in the protocol such as authentication, confidentiality and integrity must be addressed. In this paper, security vulnerabilities of Modbus-based SCADA controls systems will be studied. An in-depth analysis of the message frame formats being sent between master and slave will be discussed to expose the security vulnerabilities. This will enable SCADA users to find ways to fix the security flaws of the protocol and design mitigation strategies to reduce the impact of the possible attacks. Security mechanisms are recommended to further enhance the security of SCADA control systems.

첨단의 자동화 시스템을 구축하기 위하여서는 각각의 공정에서 생성되는 정보들을 수집, 분석, 가공 및 저장하고 또한 각 공정에서 필요한 정보를 적시에 제공할 수 있는 정보의 통합화를 구현하는 것이 중요한 문제로 대두된다. 자동화 통신망은 첨단 자동화 시스템에서 자동화 요소들 간에 정보 교환을 가능하게 함으로써 궁극적으로 모든 공정의 통합을 이루어 주므로 미래 자동화 시스템에 있어 가장 핵심이 되는 기술 가운데 하나라 할 수 있다[1]. 본 연구에서는 모드버스(modbus)를 이용한 공장 자동화 장비의 원격제어에 관하여 연구하였으며, 모드버스 전송기술중에서 최신 기술인 모드버스 TCP 전송기술을 이용하여 시스템을 구성하였으며 원격제어를 위한 장비들 간의 필요한 데이터들은 TCP/IP로 연결된다. 본 연구를 통하여 구축한 원격제어 시스템을 이용하여 원거리 접속을 할 수 있음을 확인하였고 socket통신을 통하여 제어가 가능함을 확인하였다.

To establish high technology automatic system, it is a important problem to implement the integration scheme of technology information which is able to assemble, analyze, process and store information generated in each process and to support information needed in each process. The automatic communication network is one of the most core technology in the future automatic system, because it integrates all the process by enabling to exchange information between automation elements in the high automatic system. In this paper, we researched the remote control of factory automation equipment using the modbus and constructed system using TCP transportation technology which is the latest technology among the modbus transportation technology. The data between the equipment for the remote control was connected by TCP/IP. This paper convinced remote control system was able to connect equipment remotely and to control it through the socket communication

스마트 그리드의 대두와 함께 원격 계측 및 제어를 위한 IED(Intelligent Electronic Device)의 역할이 커지면서 IED의 통신시스템에 대한 개발이 빠르게 이루어져 왔으나 비용 및, 개발용이성 등의 이유로 여전히 보안성이 낮은 통신프로토콜을 주로 사용되고 있다. 본 연구에서는 계측 및 제어를 위한 IED와 서버 간 ModBus 통신 보안성을 향상시키고자 VPN을 적용하였다.

MODBUS/TCP는 단순하며 기능이 다양해 산업제어시스템에서 높은 점유율로 사용되는 통신 프로토콜이다. 오랜 시간 많은 사용과 더불어 안전한 MODBUS/TCP를 위한 연구 또한 많이 이루어졌지만, 이는 공개키 적용, SSL과 같은 라이브러리 연동, SCTP와 연동한 Hybrid 형식 등이 대부분이다. hard real system에서 주로 사용되는 MODBUS/TCP는 무엇보다 정해진 timeout 시간 내에 통신이 이루어지도록 해야 한다. 따라서 앞서 말한 방법은 하드웨어 가속기, 충분한 메모리 요구량 등의 문제가 따른다. 본 논문은 hard real system의 산업제어시스템에서 요구하는 timeout 시간을 충족하며 안전한 통신을 제공하는 보안 적용 방안을 소개하며 실험의 결과를 통해 실질적으로 효과적인 대안임을 보이고자 한다.

실제적인 산업분야에서 실시간 처리는 중요하다. 본 논문에서는 LabVIEW를 이용하여 RS-485 직렬통신 기반 Modbus/RTU 프로토콜을 구현하였다. 토크(Torque) 센서와 전압/전류계로부터 측정값을 입력받기 위하여 Modbus/RTU 프로토콜을 구현하였다. 입력받은 토크 값, 전압, 전류 값을 이용하여 기계적인 손실을 계산할 수 있다. LabVIEW 툴을 이용하여 소스코드를 작성하였고, 이러한 소스코드는 실제 산업현장에 적용할 수 있음을 확인하였다.

Real time processing is important in the industrial field. In this paper, we implement for Modbus/RTU(Remote Terminal Unit) protocol using LabVIEW based on serial communication. In other to obtain the experimental data from torque sense and voltage/current meter, Modbus/RTU protocol is implemented by LabVIEW tool. Mechanical loss can be calculated by torque, RPM, voltage, and current. Source code consist of panel and block diagram. We confirmed these source code can be applied in industrial field.

스마트팩토리는 제조생산 전 과정이 디지털 자동화 솔루션으로 결합돼 생산성 및 품질, 그리고 고객만족도를 향상시키는 지능형 공장으로 스스로 제어할 수 있는 공장을 말한다. 독일, 유럽, 미국 등을 중심으로 전세계 제조 산업에서 급속도로 변화하고 있다. 우리 정부도 이러한 변화에 대응하기 위해 중소중견기업을 위한 스마트팩토리 보급확산 정책을 펼치고 있으며 산업자원통상부, 중소벤처기업부, 중소기업기술정보진흥원, 각 지역 테크노파크 등 관계부처 및 기관들과 삼성, SK, LG 등 대기업들이 스마트팩토리 지원 사업에 적극적인 투자를 하며 제조 스마트화에 나서고 있다[1]. 공장자동화(Factory Automation, FA) 구축에는 이기종 장비의 연결에 대해 많은 이슈들이 있다. 다양한 장비로부터의 다양한 통신 구성이 가장 힘든 측면이 그 이유이다. 같은 회사 제품들로만 구성되거나 표준안이 존재하면 모르겠지만, 오래된 장비와 최신의 장비, 사용 환경도 제각각인 장비들이 일련의 통신을 통해 통합 구축을 하려니 구축하기가 쉽지 않다. 이런 문제점을 해결하기위한 방법으로 전 세계적으로 널리 보급되어 있는 자동화 프로토콜의 하나이고, 대표적인 설비 제어시스템인 PLC의 수많은 공업 기기에서 통신표준으로 사용하고 있는 FieldBus중 하나인 Modbus를 이용하여 통신 하는 방안을 제시하고자 한다.

Smart Factory refers to a factory that can be controlled by itself with an intelligent factory that improves productivity, quality and customer satisfaction by combining the entire process of manufacturing and production with digital automation solutions. The manufacturing industry around the world is rapidly changing, with Germany, Europe, and the United States at the center. In order to cope with such changes, the Korean government is also implementing a policy to spread the supply of smart factories for small and medium-sized companies, and related ministries and agencies such as the Ministry of Commerce, Industry and Energy, the Ministry of SMEs and Venture Business, the Korea Institute of Technology and Information Promotion, and local technoparks, as well as large companies such as Samsung, SK and LG are actively investing in smart manufacturing projects to support smart factories[1]. Factory Automation (FA) construction has many issues regarding the connection of heterogeneous equipment. The most difficult aspect of configuring various communications from various equipment is the reason. Although it may not be known if there are standards or products made up of the same company, it is not easy to build equipment that is old, up-to-date, and different use environments through a series of communications. To solve this problem, we would like to propose a method of communication using Modbus, one of FieldBus, which is one of the many industrial devices of PLC, a representative facility control system, and is used as a communication standard.

PLC 시스템은 자체 모듈에 의한 부분적 확장성을 지원하고 있지만, 확장을 위한 비용이 크고, 센서 및 기타 제어기들과의 언어 호환성 또한 문제가 되고 있다. 본 논문에서는 빠르게 변화하는 기술에 대처하기 위해 텍사스 인스트루먼트 사의 DSP(디지털 시그널 프로세서)를 이용하여 PLC를 대체 및 보조할 수 있는 시스템을 제안한다. 이 시스템은 기존 PLC의 기능을 통합적으로 구현하며, 범용으로 쓰이는 PLC 에 비해 속도가 빠르고, 약 50% 이상의 비용 절감이 가능하다. 또한, 모듈 형태의 24V의 범용 디지털 I/O핀을 구성함으로써 선택적으로 입력과 출력의 부분적 확장을 용이하게 하였다. 일반적 산업 장비의 제어를 위해 널리 사용되고 있는 모드버스 통신을 RS-485 인터페이스를 기반으로 DSP에서 구현함으로써, 장비 간 다대다 통신을 할 수 있도록 하였다.

In this work, a new control module and communication system associated with DSP are proposed to overcome the limitations of the contemporary prevailing PLC-based industrial equipment controller, and the performance of the proposed system was experimentally verified. In the light of this issue, a communication conversion scheme from RS-485 to Modbus, the dominant communication protocol used by PLC, was developed and shown to yield enhanced compatibility between devices. The proposed system allows for ~50％ cost reduction as well as downsizing of the industrial controllers. Furthermore, the design includes 24 V general digital I/O pins, which facilitate partial expansion of inputs and outputs. With Modbus communication implemented in DSP with the RS-485 interface, multi-to-multi communication may also be achieved.

중소벤처기업부에서 발표한 스마트 제조혁신을 정부의 핵심 국정과제로 설정하고 2022년까지 스마트 공장 3만개를 보급을 추진하고 있으나, Modbus 프로토콜의 보안 이슈 사항은 여전히 남아있다. 이에 국내·외 Modbus 노출 현황과 주요 보안 정보 사이트를 통한 취약점 현황을 조사한다. 본 논문에서는 또한 조사된 Modbus 취약점을 악용한 산업제어시스템의 공격이 가능함을 확인할 목적으로 PERA 모델을 참고하여 Cell/Area Zone에서 Modbus/TCP의 실험환경을 구성하고 제어시스템의 위험성을 확인하였다. 이러한 위협요소를 해소할 목적으로 계층별 위험요소 및 대응 대책을 제시하고 전문가 집단을 통해 실용성을 확인하였다. 이를 통해 국내 중소기업에서 전산 담당자가 보안 체크리스트를 이용하여 사전예방을 위한 보안 대책 방안으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

Although smart manufacturing innovation announced by the Ministry of SMEs and Startups is set as the government's core national task and is pushing to distribute 30,000 smart factories by 2022, security issues of Modbus protocol still remain. Accordingly, the current status of exposure to Modbus at home and abroad and the status of vulnerabilities through major security information sites are investigated. In this paper, the experimental environment of Modbus/TCP was constructed in Cell/Area Zone and the risk of the control system was confirmed by referring to the PERA model for the purpose of confirming that the attack of the industrial control system that exploited the investigated Modbus vulnerability is possible. For the purpose of solving these threats, risk factors and countermeasures for each class were presented, and practicality was confirmed through a group of experts. Through this, it is expected that in domestic SMEs, the computer manager can use the security checklist as a security countermeasure for proactive prevention.