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Overview

US11269308B2 is a United States patent for creating and managing a network-connected smart PLC system. It lists Trisala Chandaria as the inventor and Ciambella Ltd. as the assignee, and it was granted on March 8, 2022. The patent connects an existing programmable logic controller (PLC) to a companion controller, a user interface, and a virtualization server.

In plain terms, the PLC continues to control the sensors and actuators in the industrial system. The companion controller, called a CBD in the patent, connects the PLC to network services. The server generates applications, stores and analyzes operating data, and can run optional AI/ML functions.

Table 1 names only a generic Ethernet Shield. It does not identify a manufacturer, board revision, or controller chip. To show what that option could look like in real hardware, this article refers to Arduino's documented shield family: the classic and Rev3 shields use W5100, while Ethernet Shield 2 uses W5500 over SPI.

Where WIZnet fits: If this Ethernet Shield option is implemented with Arduino Ethernet Shield 2, W5500 provides the companion controller's wired network connection. AI/ML runs on the virtualization server or another external service, not on the shield.

Smart PLC in Plain Language

A PLC is an industrial controller that repeatedly reads sensors, applies control logic, and drives actuators such as motors, valves, and relays. The patent keeps this local control role and adds a CBD beside the PLC. The CBD can be a microcontroller, processor, or system-on-chip that stores generated code and communicates with local or remote services.

The user works through a graphical interface to configure PLC inputs and outputs, sensors, actuators, and operating conditions. Based on those settings, the virtualization server can return an executable PLC application and code for the CBD.

Generated technical diagram: the PLC keeps local control while the CBD and server add networking, code generation, and data analysis.

This role split is the main idea: the PLC keeps handling local control, while the CBD and server add networking, code generation, remote monitoring, and updates.

From Field Data to Server-Side AI/ML

The patent describes the PLC and CBD exchanging data over Ethernet with Modbus TCP. The CBD can also maintain a WebSocket connection to the virtualization server to stream operating data and receive updates.

AI/ML belongs to this server-side workflow. The system can analyze PLC operating data and use the result to adjust a PLC application, CBD code, or operating conditions. The patent gives anomaly detection, predictive maintenance, power saving, and sensor calibration as possible uses.

Source-derived image from US11269308B2: Figure 2C includes a machine learning component inside the server architecture.

The Ethernet Shield does not run the AI model. In a WIZnet-based Arduino implementation, the shield supplies the wired network connection. The PLC handles field control, the companion controller moves data, and the server handles AI/ML.

Where a WIZnet-Based Ethernet Shield Fits

The patent's Table 1 collects example controller and network combinations. It includes boards such as Arduino Uno, Arduino Yun, TI CC3200, and Raspberry Pi, alongside options such as Wi-Fi Shield, built-in Ethernet, Ethernet Shield, BLE Shield, and built-in BLE.

Source-derived excerpt from US11269308B2: Table 1 includes Ethernet Shield as a network-hardware option.

Arduino's official documentation supplies a concrete WIZnet example. The current Arduino Ethernet Shield 2 uses W5500, supports 10/100 Mbps Ethernet, and communicates with the Arduino over SPI.

Source-based hardware card using the official Arduino product image and specifications.

The classic and Rev3 Arduino Ethernet Shields use W5100, and Arduino's Ethernet library supports W5100, W5200, and W5500. With one of these shields, an Arduino-class CBD can send PLC data over a wired network to the server. The patent does not specify a shield manufacturer or chip, so W5100 and W5500 are practical Arduino references, not components named by the patent.

Why This Patent Is Worth Reading

The patent is useful because it brings several familiar industrial IoT ideas into one architecture: local PLC control, a gateway-style companion controller, Modbus communication, remote code generation, streaming data, and server-side analysis. It also keeps field control separate from computing-heavy server work.

Trisala Chandaria is also identified by Temboo as its co-founder and CEO. Temboo's separate PLC programming guide describes a similar practical pattern: the PLC keeps local control while a gateway moves Modbus data to an IoT platform. This background helps explain the industrial IoT context; the patent itself is assigned to Ciambella Ltd.

For WIZnet readers, the useful point is simple: a WIZnet-based Ethernet Shield can connect an Arduino-class companion controller to a larger PLC data service. W5100 or W5500 handles wired communication, the PLC keeps field control, and the server handles data analysis and optional AI/ML.

The public patent does not provide firmware, schematics, a bill of materials, a trained model, or field-test results. It is an architecture reference rather than a build guide. The patent, official shield documents, and practical implementation examples are available in the Documents panel.

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FAQ

Q. Does US11269308B2 name WIZnet, W5100, or W5500? No. Table 1 lists a generic Ethernet Shield without naming a manufacturer or chip. WIZnet-based Arduino shields are real hardware examples that could implement this option.

Q. Which Arduino Ethernet Shield uses W5500? Arduino Ethernet Shield 2 uses W5500 over SPI. The classic and Rev3 Arduino Ethernet Shields use W5100.

Q. Where does AI/ML run in the patent? The machine-learning component is on the virtualization server or in another data service. It analyzes PLC operating data and can help adjust applications, CBD code, or operating conditions.

Q. What would the WIZnet chip do? If a WIZnet shield is selected, it provides the Arduino-class controller's wired network connection. It does not execute PLC control logic or the AI/ML model.

Q. Is this a build guide or a commercial product? No. It is a granted-patent architecture. The source does not publish the implementation files needed to reproduce or validate a finished system.

한국어 (Korean)

개요

US11269308B2는 기존 PLC를 네트워크에 연결해 스마트 PLC 시스템을 만들고 관리하는 구조를 다룬 미국 특허입니다. 발명자는 Trisala Chandaria, 권리자는 Ciambella Ltd.로 기재되어 있으며 2022년 3월 8일 등록됐습니다. 기존 PLC에 보조 컨트롤러, 사용자 화면, 가상화 서버를 연결하는 구조를 설명합니다.

쉽게 보면 PLC는 현장의 센서와 액추에이터를 계속 제어합니다. 특허에서 CBD라고 부르는 보조 컨트롤러는 PLC를 네트워크 서비스와 연결합니다. 가상화 서버는 애플리케이션 생성, 데이터 저장과 분석, 선택적인 AI/ML 기능을 담당합니다.

특허의 Table 1은 제조사, 보드 버전, 칩을 특정하지 않고 Ethernet Shield라는 항목만 제시합니다. 실제 하드웨어로 어떻게 구현할 수 있는지 보여주기 위해 Arduino의 공식 쉴드 계열을 함께 살펴보겠습니다. 클래식 및 Rev3 쉴드는 W5100을, Ethernet Shield 2는 SPI 방식의 W5500을 사용합니다.

WIZnet이 들어갈 자리: 이 항목을 Arduino Ethernet Shield 2로 구현한다고 가정하면 W5500이 보조 컨트롤러의 유선 네트워크 연결을 맡습니다. AI/ML은 쉴드가 아니라 가상화 서버나 외부 서비스에서 실행됩니다.

스마트 PLC를 쉽게 보면

PLC는 센서 값을 반복해서 읽고, 제어 로직에 따라 모터, 밸브, 릴레이 같은 액추에이터를 움직이는 산업용 제어기입니다. 이 특허는 PLC의 현장 제어 역할을 유지하면서 옆에 CBD를 추가합니다. CBD는 마이크로컨트롤러, 프로세서 또는 SoC를 사용해 생성된 코드를 저장하고 로컬 또는 원격 서비스와 통신하는 보조 장치입니다.

사용자는 그래픽 화면에서 PLC의 입출력, 센서, 액추에이터, 동작 조건을 설정합니다. 서버는 이 설정을 바탕으로 PLC 애플리케이션과 CBD에서 실행할 코드를 만들어 보낼 수 있습니다.

생성 기술 도식: PLC는 현장 제어를 유지하고, CBD와 서버가 네트워크 연결, 코드 생성, 데이터 분석 기능을 더합니다.

핵심은 역할 분리입니다. PLC는 현장 제어를 맡고, CBD와 서버는 네트워크 연결, 코드 생성, 원격 모니터링, 업데이트 기능을 더합니다.

현장 데이터에서 서버 측 AI/ML까지

특허는 PLC와 CBD가 Ethernet 기반의 Modbus TCP로 데이터를 주고받고, CBD와 서버는 WebSocket으로 계속 연결되는 흐름을 설명합니다.

AI/ML은 서버에서 실행됩니다. PLC 운전 데이터를 분석한 뒤, 그 결과를 PLC 애플리케이션이나 CBD 코드, 동작 조건을 조정하는 데 활용합니다. 활용 예로는 이상 감지, 예지 정비, 절전, 센서 보정 등이 나옵니다.

US11269308B2 원본 기반 이미지: Figure 2C의 가상화 서버 안에 머신러닝 구성 요소가 표시되어 있습니다.

AI 모델을 Ethernet Shield에서 실행하는 구조는 아닙니다. WIZnet 기반 Arduino 쉴드를 적용한다면 쉴드는 유선 네트워크 연결을 맡고, 현장 제어는 PLC가, 통신과 데이터 전달은 보조 컨트롤러가, AI/ML은 서버가 맡습니다.

WIZnet 기반 Ethernet Shield가 들어갈 자리

특허의 Table 1은 컨트롤러와 네트워크 장치의 조합 예시를 모은 표입니다. Arduino Uno 같은 보드와 Wi-Fi Shield, 내장 Ethernet, Ethernet Shield 같은 통신 방식이 함께 제시됩니다.

US11269308B2 원본 기반 이미지: Table 1은 Ethernet Shield를 네트워크 하드웨어 선택지로 포함합니다.

구체적인 WIZnet 사례는 Arduino 공식 문서에서 확인할 수 있습니다. 현재 Arduino Ethernet Shield 2는 W5500을 사용하고, 10/100 Mbps Ethernet을 지원하며, Arduino와 SPI로 통신합니다.

Arduino 공식 제품 이미지와 사양을 이용해 정리한 하드웨어 카드입니다.

클래식 및 Rev3 Arduino Ethernet Shield는 W5100을 사용하고, Arduino Ethernet 라이브러리는 W5100, W5200, W5500 계열을 지원합니다. WIZnet 쉴드를 적용하면 CBD 역할의 Arduino급 보드가 PLC 데이터를 유선망으로 서버에 보낼 수 있습니다. 다만 특허는 쉴드 제조사나 칩을 특정하지 않습니다. 따라서 W5100과 W5500은 특허에 명시된 부품이 아니라, 이 구성을 구현할 때 참고할 수 있는 실제 Arduino 사례입니다.

이 특허를 소개하는 이유

이 특허는 산업 IoT에서 자주 보는 여러 요소를 하나의 구조로 묶어 보여줍니다. PLC는 현장 제어를 계속하고, 보조 컨트롤러는 게이트웨이 역할을 하며, Modbus로 데이터를 주고받고, 서버는 코드 생성, 데이터 수집, 분석을 담당합니다. 계산량이 큰 AI/ML도 서버에 분리되어 있습니다.

발명자 Trisala Chandaria는 Temboo의 공동창업자이자 CEO입니다. Temboo의 별도 PLC 프로그래밍 가이드도 PLC는 현장 제어를 유지하고, 게이트웨이가 Modbus 데이터를 IoT 플랫폼으로 전달하는 구성을 소개합니다. 이 자료는 발명자의 관련 배경을 보여주는 참고 정보이며, 특허의 권리자는 Ciambella Ltd.입니다.

저희가 이 사례를 소개하는 이유는, WIZnet 기반 Ethernet Shield가 Arduino급 보조 컨트롤러가 PLC 및 가상화 서버와 통신할 때 필요한 유선 인터페이스로 활용될 수 있기 때문입니다. WIZnet 쉴드를 적용하면 W5100이나 W5500은 유선 통신을, PLC는 현장 제어를, 서버는 데이터 분석과 AI/ML을 맡는 식으로 역할을 나눌 수 있습니다.

공개 특허에는 펌웨어, 회로도, BOM, 학습 모델, 현장 시험 결과가 포함되어 있지 않습니다. 따라서 제작 가이드보다는 시스템 구성을 이해하기 위한 참고 사례로 보는 편이 좋습니다. 특허 원문과 공식 쉴드 문서, 실제 구현 사례는 Documents에서 확인할 수 있습니다.

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이 아키텍처 다음에 실제 구현을 보고 싶다면 STM32, W5500, Modbus TCP 기반 OpenPLC가 가장 가까운 글입니다. 특허가 넓게 설명한 구성을 실제 STM32, W5500, Modbus TCP 조합으로 확인할 수 있습니다.

ModbusTCP_RU는 Modbus TCP 구현을 더 보고 싶은 독자에게 적합합니다. Arduino와 W5100/W5500에서 Modbus TCP를 사용하는 방법에 집중한 글입니다.

Mach4 CNC Modbus TCP I/O Expansion은 Arduino Mega와 W5100/W5500 Ethernet Shield를 Modbus TCP I/O 확장 장치로 활용한 실제 기계 제어 사례입니다.

FAQ

Q. US11269308B2가 WIZnet, W5100, W5500을 직접 언급하나요? 아닙니다. Table 1에 제조사와 칩을 특정하지 않은 Ethernet Shield 항목만 있습니다. WIZnet 기반 Arduino 쉴드는 이 구성을 구현할 때 참고할 수 있는 실제 하드웨어 예시입니다.

Q. 어떤 Arduino Ethernet Shield가 W5500을 사용하나요? Arduino Ethernet Shield 2가 W5500을 사용하고 SPI로 Arduino와 통신합니다. 클래식 및 Rev3 Arduino Ethernet Shield는 W5100을 사용합니다.

Q. AI/ML은 어디서 실행되나요? 머신러닝 구성 요소는 가상화 서버 또는 별도 데이터 서비스에 있습니다. PLC 운전 데이터를 분석하고 PLC 애플리케이션, CBD 코드, 운전 조건을 조정하는 데 활용합니다.

Q. WIZnet 칩은 어떤 일을 하나요? WIZnet 쉴드를 적용한다면 Arduino급 컨트롤러의 유선 네트워크 연결을 맡습니다. PLC 제어나 AI/ML 실행을 담당하는 칩은 아닙니다.

Q. 이 자료는 제작 가이드나 판매 제품인가요? 아닙니다. 이 글은 등록 특허에 제시된 아키텍처를 소개합니다. 완성 시스템을 재현하거나 검증할 펌웨어와 설계 파일은 제공되지 않습니다.