SCADA 시스템 작동 원리: 산업 공정 모니터링 및 제어

SCADA는 제어 산업에서 가장 많이 사용되는 약어 중 하나로, 감시 제어 및 데이터 수집(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템을 지칭합니다. 이 소프트웨어 애플리케이션은 공정 제어에 널리 사용되며, 중앙 제어 시스템과 컨트롤러 네트워크 인터페이스, 입/출력, 통신 장비로 구성됩니다.

SCADA 시스템의 주된 목적은 생산, 개발, 제조, 가공을 포함하는 산업 공정의 장비를 모니터링하고 제어하는 것입니다. 또한 이러한 시스템은 석유·가스, 전력 분배, 수자원 제어 같은 인프라 공정에도 사용됩니다.

아키텍처

SCADA 시스템은 일반적으로 중앙 집중식 토폴로지(centralized topologies)로 구축되며, 전체 지리적 영역을 모니터링하고 제어합니다. 하드웨어 계층 위에 위치하는 소프트웨어 패키지로, 공정 데이터를 수집해 전송합니다. 제어 동작은 원격 단말 장치(RTU)를 통해 수행되며, 일반적으로 PLC와 관련 컨트롤러입니다. 예를 들어 화력 발전소에서 온도는 센서 어레이로 감지되고 적절한 제어 동작(밸브)은 PLC 아날로그 출력을 통해 수행됩니다.

SCADA 시스템은 운영자가 설정값을 변경하고, 알람 조건을 수정하고, 나중에 분석을 위한 필수 로그를 설정할 수 있게 합니다. 시스템은 일반적으로 무선 및 유선 기술의 메시를 통해 통신하며 독점 프로토콜에서 실행될 수 있습니다.

하드웨어

일반적으로 SCADA 시스템은 두 가지로 나눌 수 있습니다:

• 클라이언트 레이어(Client layer)
• 데이터 서비스 레이어(Data service layer)

클라이언트 레이어는 사람-기계 상호작용을 다루고, 데이터 서비스 레이어는 데이터 처리 활동을 처리합니다. 데이터 서비스는 RTU, 센서 등 현장 장치와 WAN 또는 LAN 네트워크를 통해 통신합니다. RTU는 센서 신호를 디지털 형식으로 변환해 마스터로 보낸 후 적절한 제어 신호가 릴레이로 생성됩니다.

소프트웨어

SCADA 시스템에서 사용되는 서버는 주로 멀티태스킹과 실시간 데이터베이스 기능을 위해 사용됩니다. 데이터 수집 및 처리, 트렌드 및 운영 관련 진단 정보 제공을 담당합니다. 기능에 따라 예측 유지보수 체계, 물류 정보 등을 설정하는 옵션도 있을 수 있습니다. 소프트웨어 측의 역량은 공급업체나 개발 팀에 따라 달라집니다.

SCADA 시스템 작동 절차

SCADA 시스템의 주요 기능은 다음과 같이 나눌 수 있습니다. 이 기능들은 센서, RTU, 컨트롤러, 통신 네트워크의 조합으로 수행됩니다.

데이터 수집(Data acquisition)

현실 세계 시스템은 수천 개의 노드로 구성되어 관리가 어려운 작업입니다. 특정 센서의 상태에 대한 정확한 정보를 갖는 것이 중요합니다. 제어 시스템의 정확성은 데이터 수집의 품질에 달려 있습니다.

데이터 통신(Data communications)

SCADA 시스템은 장치와 사용자 간에 유선 또는 무선 통신 기술을 사용할 수 있습니다. 실시간 시스템은 넓은 지리적 영역에 센서와 장치가 분산되어 있어 무선 네트워크가 일반적입니다. 또한 여러 원격 영역을 관리하는 SCADA 시스템의 경우 인터넷 통신도 활용될 수 있습니다. 일반적으로 SCADA 시스템은 특정 프로토콜을 가지며 통신은 침입 방지를 위해 VPN을 통해 이루어집니다.

정보/데이터 표현(Information/data presentation)

HMI(Human Machine Interface)는 SCADA가 다양한 네트워크 장치에서 수집한 정보를 사용자에게 제공하기 위해 사용됩니다. 정보는 이해 가능하고 실행 가능한 방식으로 표시됩니다. 빠른 사용자 조치가 필요할 때가 있기 때문입니다. 인터페이스는 펌프나 탱크 같은 실제 객체의 그래픽 그림을 사용해 공정을 이해하기 쉽게 만듭니다.

모니터링/제어(Monitoring/control)

SCADA 시스템은 여러 장치의 작동과 제어 영역에서의 상태 표시를 위해 다양한 스위치를 사용합니다. 공정은 이 스위치들을 통해 켜지거나 꺼지거나 아날로그 값에 기반해 수정될 수 있습니다. 대부분의 공정은 사용자 정의 설정값에 대해 자동화되어 있지만, 다른 중요한 작업은 추가적인 인간 개입을 요구할 수 있습니다.

SCADA 시스템의 가장 큰 장점 중 하나는 확장성(scalability)입니다. SCADA 시스템 확장은 간단하며 특별한 노력이 필요하지 않습니다. 게다가 이 시스템들은 수십 년간 개발되어 왔기 때문에 성숙도에 도달해 미션 크리티컬 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.