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산업용 제어 시스템

 

 

여러 위치에 분산되어 있는 광범위한 컴포넌트를 자동 제어할 수 있게 해주는 산업용 제어 시스템(ICS: Industrial Control System)은 많은 조직에서 필수 요소로 자리매김 했습니다. ICS는 다양한 유형으로 구축 가능하며, 에너지 산업부터 제조업, 제약 산업에 이르기까지 다양한 산업에서 이용되는 방대한 구성 요소를 지원할 수 있습니다. ICS는 효율성, 품질, 분석 및 수익성 부문에서 명백한 이점을 제공합니다. 

 

ICS와 ICS가 산업 운영을 어떻게 지원하는지 자세히 알아보십시오.

 

산업용 제어 시스템이란?

 

산업용 제어 시스템은 모니터링 디바이스와 소프트웨어 시스템 등 다양한 컴포넌트를 처리하여 운영 관리와 자동화를 가능하게 합니다. 산업 환경 운영에 필요한 다양한 컴포넌트가 균형을 이루어이러한 컴포넌트가 서로 동기화되어 효율적으로 효율적으로 작동할 수 있도록 합니다. ICS는 전체 시스템을 제어하거나 인간과의 상호작용을 통합하는 하이브리드 접근법의 일부로도 사용될 수 있습니다. 여건에 따라 개방형 루프, 폐쇄형 루프, 수동 옵션을 선택할 수도 있습니다.
 

산업용 사물인터넷(IIoT: Industrial Internet of Things) 등 스마트 시스템을 채택한 산업체의 경우, ICS를 도입하여 더 많은 가치를 창출하고 보안 위험을 최소화할 수 있습니다. 전반적으로 ICS는 복잡한 구성 요소 네트워크에 대한 향상된 가시성과 사용자 친화적인 제어를 제공합니다. ICS 내에서 찾을 수 있는 구성 요소로는 다음과 같은 서버와 컨트롤러 등이 있습니다.

  • 원격 터미널 유닛(RTU: Remote Terminal Unit): RTU는 현장에 설치되어 마스터 터미널 유닛과 통신하고 관리감독 컨트롤러의 기능을 하는 디바이스입니다.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 제어 서버: 제어 서버는 PLC 또는 분산 제어 시스템(DCS: Distributed Control System) 관리감독 제어 소프트웨어를 호스팅합니다. 또한 하위 제어 디바이스와도 통신할 수 있습니다.
  • IT(Information Tech) 및 OT(Operational Tech): 운영을 현장에서 모니터링하는 각종 센서 등의 디바이스입니다.
  • 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.
  • 원격 유지보수 시스템: 이 시스템은 비정상이나 오류를 모니터링하고 감지하며, 문제를 방지하기 위한 조치를 취할 수도 있습니다.
  • 마스터 터미널 유닛(MTU: Master Terminal Unit)/SCADA 서버: MTU 또는 스카다(SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition) 서버는 현장에 설치된 RTU에 명령을 전달합니다.
  • 스마트 전자 디바이스: 스마트 디바이스는 데이터를 수집하고 다른 디바이스와 통신합니다. SCADA와 DCS 인프라를 갖추고 있으면 스마트 디바이스가 로컬 제어를 자동으로 수행할 수 있습니다.
  • 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 이점

 

ICS를 통한 산업 자동화는 산업체에 다양한 이점을 제공합니다. 산업용 제어 시스템의 이점은 다음과 같습니다.

  • 효율성 제고: ICS는 수동 조작이 많이 필요하지 않으므로 생산성과 효율성을 향상시킵니다. 수동 조작의 빈도와 에너지 사용량이 감소합니다. ICS는 365일 24시간 동작 가능하므로 하루종일 연속 공정 자동화에 매우 유리하며, 다운타임 없이도 정보 처리 및 분석이 가능하여 가동 시간을 더 효과적으로 활용할 수 있습니다.
  • 비용 절감: 비용 감소는 수익성 증대로 이어집니다. 배치 직원 수를 줄이고 운영 비용을 줄이는 동시에 생산량 증대와 품질 향상을 통해 이윤을 높입니다.
  • 오류 폐기물 감소: ICS로 공정을 최적화하면 제품 생산에 필요한 자원을 최소화하고 관리 효율성을 높일 수 있습니다. 폐기물이 줄어들면 폐기물 유발 요인을 찾기 위해 막대한 시간을 투입하거나 폐기물로 제작된 자재 회수에 대한 수고로움을 없애줍니다. 오류가 줄어들면 고객에 대한 손해배상과 같은 문제 해결에 필요한 수고로움도 줄어듭니다.
  • 제품 품질 향상: ICS는 제품 품질 측면에서 다방면으로 긍정적인 역할을 합니다. 품질을 모니터링하고 필요에 따라 공정을 조정할 수 있습니다. 산업 공정 자동화는 인적 오류의 가능성을 최소화하고 분석을 통해 유용한 제품 인사이트를 제공합니다. ICS 기능을 최대한 활용하면 품질 향상을 통한 고객 만족도 향상과 함께 비용 절감 및 기업 평판 개선의 이점도 누릴 수 있습니다.
  • 데이터 관리 효율성 향상: ICS 보유 여부에 관계없이 귀사의 산업 시설에는 많은 데이터가 존재합니다. ICS는 모든 데이터를 수집 및 처리하고 분석 및 제어를 용이하게 할 수 있도록 중앙 집중식 위치를 생성할 수 있습니다. 또한 하향식 모니터링 및 제어를 위해 시설의 모든 시스템, 센서 및 구성요소를 연결합니다.

산업 설비에서 자동화는 상당한 잠재력을 갖고 있습니다. 경쟁력을 유지하기 위해 자동화를 채택하는 기업들이 증가하고 있습니다. 전체 자동화 시장 규모는 앞으로 복합 연 성장률 8.9%로 2028년까지 2,889억 3천만 달러에 이를 것으로 전망됩니다.

 

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

 

ICS에서 시작되는 프로젝트는 ICS와 그 구조를 염두에 두고 설계되므로 향상된 제어력과 효율성을 제공합니다. ICS는 프로젝트 계획과 개발에 도움이 되는 기능을 갖추고 있습니다. zenon Software Platform을 도입한 공정을 통해 엔지니어링 효율성을 극대화하는 방법에 대해 알아보십시오. zenon의 엔지니어링 단계는 다음과 같습니다.

1. 개념화

첫 번째 단계는 엔지니어링 프로젝트와 관련된 모든 복잡성과의 균형을 유지하는 것입니다. 여기에는 품질 기준에서부터 비용 한도, 달성하고 싶은 효율성까지 다양한 요인들이 고려됩니다. 한 가지 필수적인 과정은 신속한 개념 증명입니다. 이를 통해 설계 개념이 실현 가능한지를 파악할 수 있습니다. 사고 실험과 파일럿 프로젝트의 생성 및 테스트 등이 이 프로세스에 포함될 수 있습니다. 또한 엔지니어는 외부의 규정준수 및 호환성 요건도 고려해야 합니다.

 

zenon은 다양한 표준 구성 및 파라미터화 방법을 제공합니다. 이를 통해 신속하고 사용자 친화적인 데이터를 생성하고, 초기 테스트 단계를 가속화할 수 있습니다. zenon은 DNP3, IEC 61850, IEC 60870 등의 규정준수 요건을 충족합니다. zenon에 내장된 템플릿 컴포넌트와 샘플을 사용하여 샘플 솔루션을 간편하게 시작하고 개발할 수 있습니다.

2. 솔루션 개발

솔루션을 개발하고 구축하다 보면 효율성의 중요성이 증대됩니다. 심볼, 템플릿, 객체 지향성은 에너지 솔루션의 빠른 생성을 지원합니다. 템플릿을 이용하면 컴포넌트를 재사용하고 학습 시간을 최소화하여 시간을 절약할 수 있습니다. 한 번의 검증으로 테스트 시간을 최소화할 수 있으므로 프로젝트를 깔끔하고 체계적으로 정리할 수 있습니다. 

 

자동화 도구와 기존 기능을 위한 구성도 매우 유용한 기능입니다. 이 단계를 매끄럽고 직관적으로 수행할 수 있도록 zenon은 다음과 같은 기능들을 제공합니다.

  • 화면 템플릿 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 기본값 가져오기/내보내기: 메커니즘과 실용적인 기본값 가져오기 및 내보내기 기능은 효율성 향상과 기능이 다양한 템플릿 환경을 지원합니다.
  • 구성 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.

3. 시운전

시운전 단계에서는 모든 검증 요소를 적재적소에 배치하여 솔루션이 대규모 애플리케이션에 맞게 신속하게 확장 가능한지 파악해야 합니다. zenon은 템플릿, 블록 쌓기, 맞춤 알고리즘을 위한 자동화된 도구, 구성 마법사 등의 기능을 통해 뛰어난 표준화를 제공하고 이 부분에서 탁월한 이점을 제공합니다. 테스트 중에 통신 링크와 연결 상태를 zenon 내에서 확인할 수 있고, 공정 템플릿을 활용하면 중복 테스트를 피할 수 있습니다.

 

공정 시뮬레이션은 시운전의 또 다른 주요 구성 요소입니다. 이를 이용하면 쉽게 스크린을 준비하고, 첫 테스트를 수행하고, 알고리즘을 제어하고, 설계를 최적화할 수 있습니다. zenon은 드라이버를 시뮬레이션 모드로 전환하고, 정적 값의 변수를 유지하고, 변수를 동적으로 애니메이팅하는 방법으로 공정 시뮬레이션을 최적화합니다.

4. 확장 및 업데이트

이 단계가 효율적으로 수행되어야 향후 운영 과정에서의 수고가 줄어듭니다. 프로젝트가 완료된 후에도 필요에 따라 콘텐츠 업데이트 또는 확장, 프로젝트의 민첩한 변경, 아키텍처의 확장이 가능해야 합니다. zenon에서는 모듈식 프로젝트 아키텍처를 사용하여 상호 의존적인 모듈에 영향을 미치지 않으면서 신속하고 쉽게 변경하거나 업데이트를 할 수 있습니다. 모듈식 설계로 필요 시 모듈을 복제, 맞춤화 또는 템플릿에서 가져와서 아키텍처에 추가할 수도 있습니다.

 

강력한 ICS의 특징은 장기적인 호환성입니다. 프로젝트가 완료된 후 오랜 기간 보수, 업데이트, 확장할 수 있어야 합니다.

 

 

zenon으로 적합한 ICS 구축

 

ICS는 산업 환경의 필수 요소로써 다양한 조직에 명확한 가시성, 제어력, 데이터 수집을 제공합니다. ICS는 퍼즐의 기본 바탕이라고 할 수 있으므로, 이 분야의 전문가들이 만든 제품을 선택하십시오. COPA-DATA의 zenon은 SCADA 환경을 최적화하고 효율성, 비용, 데이터 관리 측면에서 확실한 이점을 제공하는 강력한 모듈식 소프트웨어 플랫폼입니다.

 

COPA-DATA는 1987년부터 산업 자동화 분야에서 다양한 경험과 노하우를 축적해 왔으며, 업계의 진화하는 요구 사항을 충족하기 위해 플랫폼을 지속적으로 개선해 왔습니다. COPA-DATA는 비즈니스 혁신에 필요한 모든 필수 로직과 알고리즘을 지속적으로 개선합니다. zenon과 zenon이 비즈니스에서 어떤 역할을 수행할 수 있는지 자세히 알아보려면 지금 문의 바랍니다.