--- title: "A bioreactor system remote laboratory for teaching process control" url: "https://maker.wiznet.io/Alan/projects/a-bioreactor-system-remote-laboratory-for-teaching-process-control/" markdown_url: "https://maker.wiznet.io/Alan/projects/a-bioreactor-system-remote-laboratory-for-teaching-process-control/md" type: "UCC: User Created Content" author: "Antony Higginson" author_url: "https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896322015476?utm_source=chatgpt.com" editor: "WIZnet" editor_url: "https://maker.wiznet.io/" original_author: "Antony Higginson" original_url: "https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896322015476?utm_source=chatgpt.com" published: "2025-12-30" language: "en" likes: 0 views: 305 comments: 0 source: "WIZnet Makers (https://maker.wiznet.io/)" --- # A bioreactor system remote laboratory for teaching process control > A bioreactor system remote laboratory for teaching process control Original author: Antony Higginson (source: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896322015476?utm_source=chatgpt.com) ## Article ![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/438134055%5F1767108585%2Epng) ### PLC/SCADA 실험실에 Arduino + WIZnet(W5100)을 끼워 넣은 원격 바이오리액터 시스템 이 논문은 원격 공정제어 교육을 위해 **실제 100L 바이오리액터(마이크로브루어리 설비)**를 그대로 활용한 사례를 다룹니다. 시뮬레이터나 가상 데이터가 아니라, **현장에서 돌아가는 설비 데이터를 그대로 원격으로 다룬다**는 점이 핵심입니다. 흥미로운 부분은 기존 **Siemens PLC/SCADA** 환경은 전혀 건드리지 않으면서, 부족한 계측 채널을 **Arduino + Ethernet(WIZnet W5100)**으로 보완했다는 점입니다. --- ![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/438134055%5F1767108619%2Epng) #### 1) 기본 아이디어: “PLC는 그대로, 센서는 밖에서 추가” 이 시스템의 출발점은 단순합니다. 기존 PLC에는 이미 필수 센서와 액추에이터가 연결돼 있지만, 교육용으로는 더 많은 데이터가 필요합니다. 그렇다고 PLC I/O를 확장하거나 산업용 센서를 추가하면 비용과 복잡도가 급격히 올라갑니다. 그래서 연구진은 **추가 센서는 PLC가 아니라 Arduino에 연결**합니다. 재킷 온도, 탁도, 레벨, 가스 유량 같은 항목을 Arduino가 읽고, 그 값을 PLC 쪽으로 “전달”하는 구조를 선택합니다. --- #### 2) WIZnet이 등장하는 지점: Arduino를 ‘현장 노드’로 만드는 선택 여기서 중요한 선택이 하나 나옵니다. Arduino를 네트워크에 연결하는 방식으로 **Wi-Fi가 아니라 Ethernet**을 선택했고, 구체적으로 **Arduino Uno + W5100 Ethernet Shield** 조합을 사용합니다. 이 선택 덕분에 Arduino는 단순한 실험용 보드가 아니라, 장시간 안정적으로 동작하고 PLC가 있는 로컬 제어망에 자연스럽게 붙고 센서 데이터를 지속적으로 흘려보내는 **유선 계측 노드**처럼 동작합니다. WIZnet 관점에서 보면, W5100은 여기서 “인터넷 연결용 부품”이 아니라 **산업 제어 환경 옆에서 신뢰성을 담당하는 네트워크 부품** 역할을 합니다. --- ![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/438134055%5F1767108647%2Epng) #### 3) 데이터 흐름: Arduino → MQTT → Pi → PLC 전체 데이터 흐름은 비교적 명확합니다. Arduino(W5100)가 센서 값을 읽어 **MQTT로 publish** Raspberry Pi에서 Mosquitto broker가 이를 수신 Python 스크립트가 값을 받아 **Snap7으로 PLC 메모리 레지스터에 기록** PLC는 이 값을 **자기 센서처럼 사용** 즉, PLC 입장에서는 “어디서 왔는지 모르는 값”이 아니라 **그냥 하나의 추가 계측 채널**처럼 보이게 됩니다. 이 방식은 OT(PLC/SCADA)와 IT(MQTT, Python, 클라우드)를 깔끔하게 분리하면서도, 필요한 지점에서는 정확히 연결합니다. --- #### 4) 원격 실험실로서의 완성도 PLC 네트워크는 인터넷과 분리되어 있기 때문에, Raspberry Pi가 **이중 네트워크 브리지** 역할을 합니다. PLC 쪽 데이터를 읽어 **ThingSpeak**로 올리고, 학생들은 웹 대시보드에서 실시간 그래프를 확인합니다. 여기에 LMS(Canvas), MATLAB/Simulink까지 연동되어 학생들은 실제 공정 데이터를 기반으로 모델링과 제어 실습을 진행합니다. --- ![](https://maker.wiznet.io/upload/ckeditor5/438134055%5F1767108680%2Epng) #### 5) “현장 데이터는 깔끔하지 않다”를 그대로 보여줌 이 논문의 좋은 점은 데이터를 예쁘게 포장하지 않는다는 점입니다. 발효 초기에 CO₂ 거품 때문에 비중(SG) 값이 이상하게 튀고 냉각수 라인이 얼어 밸브가 열려도 유량이 안 도는 상황이 발생하며 Arduino ↔ PLC 데이터 변환 과정에서 엔디안 문제도 겪습니다. 논문은 이런 문제를 실패로 숨기지 않고, **현장에서 실제로 겪게 되는 상황 자체를 교육 포인트**로 삼습니다. --- #### 6) 정리: WIZnet 관점에서 왜 좋은 레퍼런스인가 이 사례에서 WIZnet W5100은: Arduino를 **산업 제어망 옆에서 믿고 쓸 수 있는 노드**로 만들고 Wi-Fi 없이도 안정적인 장시간 데이터 전송을 가능하게 하며 저가 센서를 PLC/SCADA 시스템에 자연스럽게 통합하는 연결 고리가 됩니다. 즉, 이 논문은 **WIZnet이 ‘메이커용 인터넷 칩’을 넘어, 산업·교육 환경에서 신뢰성을 담당하는 네트워크 구성요소로 쓰일 수 있다**는 점을 보여주는 꽤 설득력 있는 사례입니다. --- Source: https://maker.wiznet.io/Alan/projects/a-bioreactor-system-remote-laboratory-for-teaching-process-control/