산업용 제어 시스템이란?
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원격 터미널 유닛(RTU: Remote Terminal Unit): RTU는 현장에 설치되어 마스터 터미널 유닛과 통신하고 관리감독 컨트롤러의 기능을 하는 디바이스입니다.
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휴먼-머신 인터페이스(HMI: Human-Machine Interface): HMI는 사람이 하드웨어와 상호작용하여 기계류를 제어할 수 있도록 합니다. HMI는 일반적으로 사람이 읽을 수 있는 플랫폼, 즉, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI: Graphical User Interface) 소프트웨어의 형태를 지닙니다. 이를 통해 사용자는 현재 상태 확인, 세트포인트 모니터링, 보안 경고 수신, 파라미터 및 알고리즘 조정, 히스토리안 데이터 평가 등의 작업을 수행할 수 있습니다.
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PLC(Programmable Logic Controller): ICS의 컨트롤러 중 하나인 PLC는 로컬 프로세스 관리나 HMI로의 연결을 가능하게 합니다. 프로그래머블 자동화 컨트롤러 PAC(Programmable Automation Controller)는 PLC와 유사하지만 더 큰 메모리, 프로그래밍 유연성 및 추가 기능을 제공합니다.
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Soft PLC: PLC는 생산 라인 외부의 데이터가 공급되는 중앙집중식 데이터베이스에서도 찾아볼 수 있습니다. 예를 들면 zenon Logic은 엔지니어가 공유 데이터베이스를 통해 액세스할 수 있는 내장형 PLC 환경을 제공합니다. 엔지니어가 개체를 한 번만 생성하면, 시스템에서 반복적으로 액세스할 수 있습니다.
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제어 서버: 제어 서버는 PLC 또는 분산 제어 시스템(DCS: Distributed Control System) 관리감독 제어 소프트웨어를 호스팅합니다. 또한 하위 제어 디바이스와도 통신할 수 있습니다.
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IT(Information Tech) 및 OT(Operational Tech): 운영을 현장에서 모니터링하는 각종 센서 등의 디바이스입니다.
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제어 루프: 제어 루프는 센서 신호, 스위치, 차단기, 밸브 등을 해석하여 제어하는 PLC와 액추에이터 등 각종 하드웨어로 구성됩니다. 그 다음 컨트롤러가 특정 작업을 수행할 수 있도록 필요한 정보를 전송합니다.
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원격 유지보수 시스템: 이 시스템은 비정상이나 오류를 모니터링하고 감지하며, 문제를 방지하기 위한 조치를 취할 수도 있습니다.
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마스터 터미널 유닛(MTU: Master Terminal Unit)/SCADA 서버: MTU 또는 스카다(SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition) 서버는 현장에 설치된 RTU에 명령을 전달합니다.
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스마트 전자 디바이스: 스마트 디바이스는 데이터를 수집하고 다른 디바이스와 통신합니다. SCADA와 DCS 인프라를 갖추고 있으면 스마트 디바이스가 로컬 제어를 자동으로 수행할 수 있습니다.
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데이터 히스토리안: ICS 및 운영 환경에서 수집된 데이터는 데이터 히스토리안에 저장되고 다른 정보 시스템으로 전송되어 추가 분석 및 전략 수립 용도로 처리됩니다.
산업용 제어 시스템의 유형
산업용 제어 시스템은 각기 다른 환경에 맞춰 다양한 설계로 구축할 수 있습니다. 다음은 다양한 제어 시스템 중 몇 가지 유형에 대해 설명합니다.
SCADA
스카다(SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템은 여러 현장에서 데이터를 수집하고 장치를 제어합니다. 제어는 관리감독 수준에서 수행되며, 여러 곳에 분산되어 기계류, 센서 등 각종 장치와 연결된 PLC, RTU, 모듈이 원거리의 데이터를 수집하고 전송합니다. 통합된 HMI가 데이터를 전송하여 유입된 정보는 사람이 볼 수 있는 형태로 제공됩니다. 이 프로세스의 처리 위치는 현장 또는 그 외의 다른 위치가 될 수 있으며, 수많은 입출력 정보를 포함시킬 수 있습니다.
SCADA 시스템은 단순한 수준부터 복잡한 수준에 이르기까지 다양하게 구성할 수 있으며, 상하수도와 송배전, 식음료, 제약, 자동차 등의 산업에서 널리 사용됩니다. SCADA 시스템은 강력한 HMI 플랫폼과 함께 사용되는 경우 사용하기 쉬운 인터페이스를 구축하고, 데이터 수집, 가시성과 효율성을 향상시켜주는 다양한 기능들을 최대한 활용할 수 있습니다.
DCS
분산 제어 시스템(DCS: Distributed Control System)은 단일 위치에서 사용되며, 변수나 공정의 목표 설정 값인 세트포인트와 함께 작동합니다. DCS 시스템은 밸브나 액추에이터 등의 컴포넌트를 작동시키는 컨트롤러로 세트포인트를 전송하여 원하는 세트포인트가 유지될 수 있도록 합니다. DCS는 중앙집중식 관리감독 제어 루프를 사용하여 전체 생산 공정의 일부를 담당하는 디바이스를 관리합니다. DCS는 플랜트 전반에 사용되는 여러 컨트롤러를 제어, 모니터링 및 조율합니다.
DCS는 사용자가 필요한 데이터에 신속하게 액세스할 수 있도록 합니다. 다수의 디바이스가 연결되어 있는 DCS는 장애 하나가 ICS 시스템 전체에 미칠 수 있는 영향도 최소화합니다. DCS는 제조, 정유, 에너지 생산 및 분배, 상하수도 분야에서 널리 이용됩니다.
PLC
PLC(Programmable Logic Controller)는 위에 언급된 두 시스템의 핵심 부분이기도 하지만, 기술적으로 자체 작동도 가능합니다. PLC는 입력값에서 정보를 수집하고 데이터를 처리하여 주어진 파라미터를 기반으로 출력을 개시합니다. PLC는 원하는 만큼 간단하게도 복잡하게도 구성 가능합니다.
많은 PLC에는 컴포넌트가 내장되어 있지만 모듈식 접근법으로 센서, 계측기, 조명, 릴레이, 밸브 등의 디바이스에 연결할 수도 있습니다. 통합 또는 모듈식 접근법을 택할 수 있는 다른 컴포넌트로는 전원공급장치, 그리고 SCADA 또는 HMI 시스템과의 통신을 위한 포트 및 프로토콜이 있습니다.
PLC는 유통 및 제조, 특히 배치 제조 산업에서 흔히 찾아볼 수 있으며, 단일 위치 또는 여러 곳에서 사용할 수도 있습니다. DCS 또는 SCADA와 같은 연계 시스템 없이 PLC만 사용할 때의 단점은 바로 중앙 집중식 가시성 및 제어력 부족입니다. 이 경우 PLC가 로컬에서 자체 작동하며 다른 시스템과 통신하지 않습니다. 비즈니스 규모가 커질수록 PLC 단독 접근법의 한계가 더 명확히 드러납니다. 이러한 한계에도 불구하고 PLC는 ICS의 핵심 구성요소로써 시스템의 더 향상된 기능을 제공합니다.
산업용 제어 시스템 구축 및 활용 방법
1. 개념화
2. 솔루션 개발
- 화면 템플릿 및 심볼: zenon을 사용하면 이벤트(SoE: Sequence of Events) 리스트, 시퀀스 전환 관리, 커맨드 프로세싱 등 서로 다른 작업에 대해 다양한 레이아웃으로 쉽게 시각화할 수 있습니다. 기본 제공 스크린 심볼을 사용하여 동적인 변수와 기능을 할당하고, 심볼을 HMI 내 다양한 자산에서 사용할 수 있으며, 원래 구현해둔 심볼을 단일 위치에 보관할 수 있습니다.
- Smart Objects: zenon의 Smart Objects는 정교한 자동화 템플릿을 가능하게 합니다. 그래픽 심볼, 변수, 데이터 유형, 드라이버, 커맨드 그룹, 상세한 스크린, 인터로킹을 사용하여 데이터 모델을 사전 구성하고 알람, 기능 및 보기를 템플릿에 첨부할 수 있습니다.
- 메커니즘 및 기본값 가져오기/내보내기: 메커니즘과 실용적인 기본값 가져오기 및 내보내기 기능은 효율성 향상과 기능이 다양한 템플릿 환경을 지원합니다.
- 구성 및 파라미터화: 필수 파라미터를 설정하면 솔루션의 나머지 부분이 제자리에 채워져 복잡성을 줄여주는 기능입니다. 커스텀 코드를 개발 또는 리버스 엔지니어링하거나 높은 수준의 프로그래밍 기술을 갖추지 않아도 됩니다. 이러한 특성으로 커스텀 코딩 과정에서 발생하는 오류가 줄어들고, 파라미터의 표준성을 유지할 수 있으므로 솔루션 개발 중에 쉽게 다른 위치로 전송할 수 있습니다.
- 자동화: 자동화된 엔지니어링으로 시각화 계획을 쉽게 수립하고 시간을 절약할 수 있습니다. zenon의 객체지향적인 엔지니어링을 이용하면 변수와 맞춤 마법사를 생성하여 표준화된 작업을 반복 실행할 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 인적 오류를 최소화하고 효율성을 표준화하고 향상시킬 수 있습니다.
