원격 단말 장치(RTU): SCADA 시스템의 핵심 구성 요소

RTU는 원격 단말 장치(Remote Terminal Unit)를 의미합니다. RTU는 대형 시스템의 일부로 원격 위치에 설치되는 제어 장치입니다. RTU의 주 목적은 밸브, 액추에이터, 센서 등 현장 장치를 모니터링하고 제어하는 것입니다. RTU는 감시 제어 및 데이터 수집(SCADA) 시스템의 필수 구성 요소로, SCADA 제어와 물리적 공정 사이의 인터페이스를 구축합니다.

 

그림 1. 모토로라의 인기 RTU인 ACE3600. EBIPAX 제공 이미지

 

RTU는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)와 유사하고 후자가 산업 자동화 분야에서 지배적이기 때문에 PLC로 오분류되기도 합니다. 그러나 둘 사이에는 여러 기술적 차이와 각각 더 적합한 애플리케이션이 존재합니다.

RTU의 역사는 SCADA 역사와 밀접하게 연결되어 있습니다. 최초의 SCADA 시스템은 1950년대 발전소에서 시작되었습니다. 당시 과제는 상호 연결된 변전소에서 데이터를 수집해 주 제어실로 전송하는 것이었습니다. 이는 최초의 원격 측정 애플리케이션, 즉 최초의 RTU 덕분에 달성되었습니다.

이후 1960~70년대 컴퓨터 과학 발전으로 최초의 전자 기반 SCADA와 RTU 시스템을 구현할 수 있게 되었습니다. 계측기가 이전보다 더 먼 거리에 설치되었고, RTU는 더 많은 양의 데이터를 수집하고 기본 제어 기능을 수행할 수 있게 되었습니다.

현대적 RTU는 1980년대 도입되어 1990년대 내내 발전했습니다. RTU는 이제 마이크로프로세서 기반으로 PLC와 유사하게 더 고급 로직을 실행할 수 있게 되었습니다. 새로운 통신 프로토콜이 도입되어 더 많은 정보를 신뢰성 있게 교환할 수 있게 되었습니다. RS-232, RS-482, 이후 이더넷이 가장 널리 쓰이는 프로토콜입니다. 현대의 RTU는 더 많은 기능과 특징을 갖추고 있습니다.

 

RTU 구성 요소

RTU는 하나 이상의 입출력(I/O) 모듈이 설치된 하드웨어 패널로 구성됩니다. RTU의 가장 중요한 구성 요소는 중앙처리장치(CPU), 전원 공급장치, 통신 포트, 물리적 I/O입니다. 각 구성 요소를 자세히 살펴보겠습니다.

 

그림 2. 일반적인 RTU 하드웨어 구조. ResearchGate 제공 이미지

 

중앙처리장치(CPU)

CPU는 중앙 기능 처리를 실행하는 하나 이상의 복잡한 회로 카드로 구성될 수 있습니다. 현대 RTU는 32비트 마이크로프로세서를 사용합니다. CPU는 워치독 타이머를 사용해 사이클 실행이 올바르게 수행되었는지 검증합니다. CPU 모듈에는 이더넷 통신 포트도 장착될 수 있습니다. 일부 RTU는 이중 CPU를 탑재해 주/백업으로 구성, 장치 이중화를 제공합니다.

많은 RTU는 PLC와 유사한 언어(래더 로직, 구조화 텍스트 등)로 프로그래밍 가능합니다. 일부는 C# 등 더 복잡한 코딩을 요구하기도 합니다. 반면 단순 애플리케이션용 RTU는 웹 인터페이스로 프로그래밍할 수 있습니다.

 

전원 공급장치

RTU는 보통 주 전원에서 지속적인 전력을 공급받습니다. 그러나 RTU가 설치되는 원격 위치는 일반적으로 백업 배터리 모듈도 갖추고 있습니다. 이는 일정 기간 무중단 작동을 보장합니다. 가장 흔한 배터리 유형은 납축전지지만, 최근 리튬 배터리 인기도 높아지고 있습니다.

 

통신 포트

모든 RTU는 클라이언트(또는 마스터) SCADA 스테이션과 외부 통신을 위해 최소 하나의 통신 포트를 갖춥니다. RTU는 이더넷, RS-232, Modbus 등 다양한 통신 프로토콜을 지원합니다. RTU와 SCADA 네트워크에서 가장 일반적인 토폴로지는 링, 시리즈, 스타 등입니다.

 

물리적 I/O

RTU는 디지털 입력, 디지털 출력, 아날로그 입력, 아날로그 출력 등 네 가지 가장 일반적인 I/O 모듈을 지원합니다. 디지털 입력 모듈은 현장 장치로부터 상태 및 알람 신호를 수신합니다. 디지털 출력은 현장 장치로 신호와 명령을 전송하는 데 필요합니다. 아날로그 입출력은 가변 전류나 전압(일반적으로 0-1mA 또는 0-10V 범위)으로 작동합니다.

이제 RTU 작동 원리와 구성 요소를 이해했으니, SCADA 시스템에 어떻게 적합하는지 간단히 살펴보겠습니다.

 

SCADA 시스템 내 RTU

완전한 SCADA 아키텍처에는 다양한 유형의 현장 장치가 포함됩니다. 이 장치들은 시스템 내 하나 이상의 RTU에 연결되어 물리적 이벤트 데이터를 전송합니다. 오늘날 시장에 다양한 SCADA 시스템이 존재하는 만큼 다양한 현장 장치가 उपलब्ध합니다.

 

그림 3. 유량계와 무선 센서가 RTU에 연결된 예시. Bentek Systems 제공 이미지

 

가장 일반적인 장치로는 근접 센서, 온도 센서, 유량계, 레벨 미터(액체용), 무선 센서 등이 있습니다. RTU의 역할은 이들 현장 장치가 제공하는 정보를 취합해 중앙 SCADA 제어로 전달하는 것입니다.

RTU는 특히 장거리에서 SCADA의 중요한 장치입니다. 제어 시스템에 쉽게 통합되며 유체 레벨 모니터링 등 원격 상태 감시에 널리 쓰입니다. 다음 기사에서는 RTU와 PLC의 차이점을 더 깊이 다룰 예정입니다.