계장기술(PROCON)

특별기고 인더스트리 4.0 시대의 IIoT와 SCADA 그리고 HMI

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 11회 작성일 20-09-11 14:29

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전 세계적으로 우리는 자동화와 효과적이고 숙련된 인간 이해에 의해 추진되는, 흥미진진한 새로운 기술 발전의 물결을 관찰하고 있다.
급속도로 발전하는 첨단 기술 시대의 최전선에 있는 몇 가지 흥미롭고 눈에 띄는 기술 개념은 ‘산업용 사물인터넷, SCADA 시스템 및 효과적인 휴먼 머신 인터페이스(HMI)’이다. 이 세 가지 기술의 기능이 무엇인지, 그리고 HMI와 SCADA 시스템 간의 관계에 대해서 살펴보고자 한다.


산업용 사물인터넷(IIoT)

사물인터넷은 방대한 양의 데이터를 축적하고 공유하는 지능형 컴퓨터, 장치 및 개체의 시스템이다. 이 수집된 데이터는 중앙 클라우드 기반 서비스로 전송되어 다른 데이터와 함께 주입된 다음, 효과적인 방법으로 최종 사용자와 공유된다.

산업용 사물인터넷은 주로 반도체, 클라우드 컴퓨팅 및 전자공학의 인공지능을 다루는 전기 산업과 같은 다양한 분야에서 구현되고 있다. 이 분야의 산업 전문가들은 대부분의 산업 프로세스에서 자동화를 허용하면 시스템에서 인간의 실수로 인한 위험을 최소화할 수 있을 것으로 예측된다.

IIoT는 여러 산업 분야의 기업이 비즈니스를 모니터링하는 방식을 변화시켜 여러 비즈니스 분야에 걸쳐 자동화 및 스마트 산업 솔루션의 새로운 시대를 열어주고 있다. 산업용 IoT를 통해 기업은 성장하는 동시에 신뢰할 수 있는 산업 서비스를 육성하여 경제를 확대할 수 있으며, 일자리 창출, 투입 극대화, 수익 증대를 장려한다.

스카다(SCADA)

SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)는 컴퓨터, 네트워크 데이터 통신 및 그래픽 사용자 인터페이스의 기능을 적용하여 높은 수준의 프로세스 감독 관리를 촉진하는 제어시스템 아키텍처로 설명할 수 있다. 또한, PLC(Programmable Logic Controller) 및 개별 PID 컨트롤러와 같은 추가 외부 도구를 사용하여 프로세스 플랜트 또는 장비를 제어한다. SCADA 소프트웨어의 응용프로그램은 저명한 산업에서 프로젝트 중심 기능의 관리 및 운영에도 많이 적용되었다.

휴먼 머신 인터페이스(HMI)

HMI는 복잡하고 이해하기 어려운 기계 언어를 번역하여 정보의 투명성을 높이는 방식으로 표현할 수 있으며, 직원이 이처럼 복잡해 보이는 장비를 어려움 없이 작동하고 활용할 수 있다. 생산성 향상, 직원 만족도 및 사기 향상, 효율적인 데이터 기록 및 저장과 같은 다양한 이점을 제공한다.

HMI와 SCADA 시스템

우리 모두는 매 순간 다양한 방식으로, HMI를 접해왔다. 매일 메시지를 보내고, 비디오(스마트폰 및 태블릿)를 보고, 문서와 그림(노트북 컴퓨터)을 작성하고, 탐색(GPS 시스템)을 통해 길을 찾는 데 HMI를 사용한다. 이제 HMI는 커피 메이커, 대형 가전제품 및 기타 소비재와 같은 가정용 기기에도 나타나고 있다.

산업 자동화 시대에 HMI를 적용하여 기계 장비, 프로세스, 심지어 스마트 빌딩을 규제하고 모니터링하는 것은 수년 동안 표준 관행이었다. 운영자 인터페이스 터미널(OITs)이라고도 하는 이러한 산업용 HMI는 특히 개발, 배포 및 유지관리 측면에서 정기적으로 상당한 노력이 필요한 곳에서 그 기능을 발휘한다. 여기에는 소프트웨어 및 라이센스에 대한 막대한 지출도 포함된다.

HMI와 밀접하게 연결된 것은 SCADA 시스템이다. 일반적으로 SCADA 시스템은 중앙 시설을 통한 여러 펌핑 스테이션의 원격 제어와 같이 훨씬 더 넓은 물리적 영역을 포괄하는 반면, HMI는 일반적으로 시각화를 제공하는 특정 공정에 밀접하게 연결된다. SCADA 시스템은 제어 및 모니터링을 용이하게 하기 위해 더 넓은 범위를 제공하며, 일반적으로 데이터 포인트 로깅 및 분석 촉진을 위한 데이터베이스 기능을 제공한다. 그러나 HMI와 마찬가지로 일반적으로 독점적이며, 시간이 지남에 따라 지원 비용이 많이 든다.

즉 HMI는 인간과 기계의 상호작용을 용이하게 하는 시스템이며, 본질적으로 SCADA의 더 넓은 범위의 일부다. 기본적으로 HMI의 주요 목표는 작동하는 모든 작동 장비의 그래픽 인터페이스를 제공하고, 기계 언어가 이 기계와 관련된 기능을 이해하는 데 도움이 되는 방식으로 표시되는지 확인하는 것이다. 이 두 가지 현상은 서로 다른 산업 분야에서 사물 인터넷의 적용 가능성을 높이는 데 도움이 된다.

오늘날 자동화 엔지니어는 산업용 사물인터넷(IoT) 장치를 포함한 “스마트” 시스템의 이점을 누리고 있다. 이러한 장치는 통찰력 있는 데이터를 많이 제공하고, 모니터링이 자주 필요하며, 때때로 실시간 제어 시스템에 대한 인풋 데이터로 사용된다. 그러나 표준 산업 시스템을 통해 이러한 원격 장치를 연결하는 전통적인 방법은 어렵고, 비용이 많이 든다.

그러나 차세대 HMI 소프트웨어와 SCADA 혁신 기반 하드웨어 및 소프트웨어는 이러한 문제와 기타 문제에 직면해 있다. 이러한 제품은 최신 상용 및 오픈소스 기술을 구현하여 사용자가 스마트 시스템과 연결하고, 데이터를 가져오고, 이를 실행 가능한 정보로 변환하고, 원하는 때와 장소에서 시각화하는 데 집중할 수 있도록 한다.

미래 세대의 휴먼 머신 인터페이스 HMI와 감독 제어 및 데이터 수집 SCADA 시스템은 다음과 같은 방식으로 우리에게 도움이 될 것이다.
•장치 유지 관리–경보 및 경고
•손쉬운 관리–고품질 인터페이스 및 통신
•시뮬레이션–장치 및 어플라이언스의 손쉬운 테스트
•비용 절감–구식 및 중장비에 대한 필요성 제거

이제 4세대 SCADA : IoT 수용

일부 SCADA/시각화 기술은 기존의 SCADA/공정 자동화 분야와 맞지 않게 동작하는 경향이 있으며, 지금까지도 꽤 오랫동안 그렇게 동작되고 있다. 여기서 주목해야 할 것은 연결된 기기가 데이터를 수집, 분석 및 교환하는 속도, 정보 투명성과 상호 운용성의 요건이 증가했다는 것이다.

게다가, 진보적이고 하드웨어에 불가지론적인 ISV들 중 일부는 항상 수용되어 왔으며, 그들은 몇몇 핵심 산업 사물인터넷(IIoT) 프로토콜을 지원하고 있다. 플랫폼의 도움으로 IT와 OT를 쉽게 결합할 수 있는 매크로 레벨 제어 및 분석 툴의 역할을 수행할 수 있다.

따라서, 이러한 도구는 보안 IoT 게이트웨이(또는 메시지 지향 미들웨어(MOM)로서 작동하며, 에지 장치를 세계의 단일 분석 뷰에 원활하게 통합하고, 원격 구성을 지원한다. 또한 REST, MQTT, AMQP와 같은 개방적이고 안전한 연결 방법을 제공한다. 그리고 OPC UA Pub-Sub는 병합된 IoT 아키텍처를 촉진하는 핵심이다.

우리 모두는 공장의 이질적인 특성이 산업 디지털의 생태계를 쉽게 통합하고 관리할 수 있는 IoT 플랫폼을 위한 길을 열었다는 것을 알고 있다.

결 론

우리 모두는 디지털화에 둘러싸여 소비되고 있으며, 제조업체의 운영 방식에 변화를 가져오고 있다. 20년 이상 컴퓨터 통합 제조(Computer Integrated Manufacturing)의 ‘Purdue model’은 논쟁의 여지없이 제일 가는 모델이었으며, 제조 시스템을 설계하는 방법의 토대 역할을 해왔다. IoT가 열리면서 전체 계층적 특성이  P2P(peer-to -peer) 모델로 천천히 이동하고 있다.


Yeon-Ok.Song@se.com

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