초보자를 위한 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 소개

게시 됨: 2022-10-29

SCADA는 산업 조직이 효율성을 유지하고, 시스템 문제를 전달하여 다운타임을 완화하고, 데이터를 처리하여 더 현명한 결정을 내리도록 돕습니다.

많은 산업 플랜트, 원격 사이트 및 제조 현장은 아날로그 다이얼과 푸시 버튼을 통해 전기 장비를 수동으로 모니터링하고 수동으로 제어하기 위해 인력에 의존했습니다.

원격 사이트와 산업 현장이 확장되기 시작하면서 장거리에서 전기 장비를 제어할 수 있는 더 나은 솔루션이 필요했습니다. 일부 조직에서는 더 나은 수준의 감독 제어를 제공하기 위해 타이머와 릴레이를 사용하기 시작했습니다.

타이머와 릴레이는 큰 문제를 해결하지만 제한된 자동화 기능을 제공합니다. 다시 말하지만, 타이머와 릴레이는 구성하기 어려웠습니다. 제어판과 오류 찾기는 더 많은 공간을 차지했습니다. 따라서 더 많은 문제가 발생하기 시작했습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 'SCADA'라는 기술이 도입되었습니다.

SCADA를 시작하는 동안 PLC 및 마이크로프로세서의 부상은 조직이 이전보다 자동화된 프로세스를 모니터링하고 제어하는 데 도움이 됩니다.

이 기사에서는 SCADA, 그 용도, 기능, 구성 요소, 유형 등에 대해 설명합니다.

시작하자!

SCADA 란 무엇입니까?

SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)는 원격 위치에서 실시간으로 데이터를 수집하여 장비 상태를 제어하는 것과 같이 산업 프로세스를 제어할 수 있는 애플리케이션 유형입니다. 데이터 기반 의사 결정을 실시간으로 배포하는 데 필요한 많은 도구를 제공합니다.

SCADA는 1970년대부터 많은 산업 모니터링 및 제어 프로세스를 해결했습니다.

90년대 후반과 2000년대 초반에 SCADA는 개방형 시스템 아키텍처와 통신 프로토콜을 채택하여 변경 사항을 채택했습니다. 이것은 이더넷과 같은 통신 기술을 활용하여 시스템이 다른 공급업체와 통신할 수 있도록 하여 이전 SCADA 시스템의 한계를 높였습니다.

최신 SCADA 시스템을 사용하면 산업 현장에서 전 세계 어디에서나 실시간 데이터에 액세스할 수 있습니다. 이러한 액세스를 통해 기업, 개인 및 정부는 프로세스를 개선하는 방법에 대해 더 나은 결정을 내릴 수 있습니다. SCADA 소프트웨어 없이는 충분한 데이터를 수집하는 것이 불가능합니다.

또한 최신 SCADA 디자이너 소프트웨어에는 RAD(Rapid Application Development) 기능이 있습니다. 이를 통해 사용자는 소프트웨어 개발에 대한 지식이 전혀 없어도 쉽게 애플리케이션을 설계할 수 있습니다.

웹 기반 애플리케이션 및 SQL과 같은 최신 IT 관행 및 표준을 SCADA 소프트웨어에 도입함으로써 SCADA 시스템의 보안, 안정성, 생산성 및 효율성이 향상되었습니다.

SQL 데이터베이스 사용의 가장 큰 장점은 ERP 및 MES 시스템으로의 통합 프로세스를 더 쉽게 만들어 데이터가 전체 조직을 통해 원활하게 흐를 수 있다는 것입니다.

따라서 SCADA는 산업 조직이 다음을 수행할 수 있도록 하는 하드웨어 및 소프트웨어 요소 시스템입니다.

원격 위치 또는 로컬에서 산업 프로세스 제어
데이터를 실시간으로 모니터링, 수집 및 처리
HMI 소프트웨어(Human Machine Interface)를 통해 펌프, 밸브, 센서, 모터 등과 같은 장치와 직접 상호 작용
모든 이벤트를 로그 파일에 기록

아키텍처의 기본은 RTU(원격 터미널 장치) 및 PLC(프로그램 가능 논리 컨트롤러)에서 시작됩니다. 이 두 가지는 센서, 최종 장치, HMI 및 공장 기계와 같은 광범위한 개체와 통신하는 마이크로 컴퓨터입니다. RTU 및 PLC는 SCADA 소프트웨어를 사용하여 개체에서 컴퓨터로 데이터를 라우팅합니다.

그러나 SCADA 소프트웨어는 데이터를 처리, 표시 및 배포하여 직원과 운영자가 정보를 분석하고 중요한 결정을 내리는 데 도움을 줍니다.

예를 들어, SCADA 시스템은 오류를 나타내는 제품 배치와 관련하여 운영자에게 신속하게 문제를 해결합니다. 운영자는 작업을 일시 중지하고 HMI를 통해 시스템 데이터를 보고 문제의 원인을 확인합니다. 그런 다음 운영자는 정보를 검토하고 'Machine 4'가 작동하지 않음을 발견합니다.

이러한 방식으로 SCADA 시스템은 운영자가 문제를 식별하고 적시에 해결하며 추가 손실을 방지하는 데 도움을 줍니다.

SCADA 시스템의 구성요소

SCADA 시스템에는 실시간으로 데이터를 수집하기 위해 현장에 배치되는 다양한 구성 요소가 있습니다. 이러한 구성 요소는 데이터 수집 및 산업 자동화 향상을 가능하게 합니다.

각 구성 요소에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

#1. 센서 및 액추에이터

센서는 산업 공정에서 입력 기능을 감지하는 장치 또는 시스템입니다. 액추에이터는 산업 공정의 메커니즘을 제어하는 장치입니다. 센서는 기계의 상태를 표시하는 미터 또는 게이지와 같은 기능을 합니다.

액추에이터는 장치를 제어하는 데 사용할 수 있는 다이얼, 컨트롤 또는 스위치와 같은 역할을 합니다. 둘 다 SCADA 필드 컨트롤러에 의해 모니터링 및 제어됩니다.

#2. SCADA 필드 컨트롤러

필드 컨트롤러는 액추에이터 및 센서와 직접 인터페이스합니다. 여기에는 두 가지 범주가 있습니다.

RTU(Remote Telemetry Unit) 는 센서와 연결되어 원격 측정 데이터를 수집한 후 다음 작업을 위해 기본 시스템으로 전달합니다.
프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC) 는 액추에이터와 인터페이스하여 RTU가 수집하는 현재 원격 측정을 기반으로 산업 프로세스를 유지 관리하고 제어합니다.

#삼. SCADA 감독 컴퓨터

감독 컴퓨터는 SCADA와 관련된 모든 프로세스를 제어합니다. 필드 장치에서 데이터를 수집하고 산업 프로세스를 제어하기 위해 장치에 명령을 보내는 데 사용됩니다.

#4. HMI 소프트웨어

이 소프트웨어는 SCADA 현장 장치에서 데이터를 확인하고 제시하는 시스템을 제공합니다. 또한 운영자는 SCADA 제어 프로세스의 상태를 이해하고 수정할 수 있습니다.

#5. 통신 인프라

통신 인프라를 통해 SCADA 감독 시스템은 현장 컨트롤러 및 현장 장치와 통신할 수 있습니다. 이를 통해 SCADA 시스템은 현장 장치에서 데이터를 수집하고 이러한 장치를 제어할 수 있습니다.

SCADA 시스템의 특징

SCADA 시스템에는 특정 응용 프로그램 또는 산업에 대한 특수 기능이 포함되어 있으며 대부분의 시스템은 다음 기능을 지원합니다.

데이터 수집: 센서가 데이터를 수집하고 이를 현장 컨트롤러에 전달하는 SCADA 시스템의 기반입니다. 그 대가로 필드 컨트롤러는 SCADA 컴퓨터에 데이터를 공급합니다.
원격 제어: 필드 센서에서 수집된 데이터를 기반으로 하는 필드 액추에이터의 제어를 통해 이루어집니다.
네트워크 데이터 통신: 모든 SCADA 기능을 허용합니다. 센서에서 수집된 데이터는 SCADA 현장 컨트롤러로 전송된 다음 SCADA 감독 컴퓨터와 통신합니다. 원격 제어 명령은 감독 컴퓨터에서 액추에이터로 다시 전송됩니다.

데이터 프레젠테이션: SCADA 시스템을 실행하기 위해 운영자가 필요로 하는 현재 및 과거 데이터를 나타내는 HMI를 통해 이루어집니다.
알람: SCADA 시스템의 중요한 조건을 운영자에게 알립니다. 프로세스가 차단되거나 일부 시스템이 실패하거나 다른 측면에서 중지, 시작 또는 조정이 필요할 때 운영자에게 알리도록 쉽게 구성할 수 있습니다.
실시간 및 과거 데이터: 둘 다 SCADA 시스템의 필수 부분입니다. 이를 통해 사용자는 과거 추세에 대해 현재 시나리오의 성능을 추적할 수 있습니다.
보고: 여기에는 프로세스 성능, 시스템 상태 및 특정 용도에 대한 사용자 정의 보고서에 대한 보고서가 포함됩니다.

SCADA의 작동

SCADA 시스템은 데이터 수집, 데이터 통신, 정보/데이터 표시 및 모니터링/제어를 포함한 일부 기능을 수행합니다. 이러한 기능은 센서, RTU, 컨트롤러, 통신 네트워크 등과 같은 SCADA의 구성 요소에 의해 수행됩니다.

센서는 필수 데이터를 수집하는 데 사용되며 RTU는 이 데이터를 컨트롤러로 전송하여 시스템 상태를 표시하는 데 사용됩니다. 상태에 따라 사용자는 다른 구성 요소가 기능을 수행하도록 명령을 내립니다. 통신 네트워크가 이 기능을 수행합니다.

여기에서는 SCADA 시스템의 작동 원리를 이해하기 위해 각 기능에 대해 설명합니다.

데이터 수집

실시간 SCADA 시스템은 정보를 수집하고 추가 처리를 위해 데이터를 전송하는 많은 센서와 구성 요소로 구성됩니다.

예를 들어 일부 센서는 저수지에서 물 탱크로의 물 흐름을 측정하고 다른 센서는 물이 저수지에서 방출될 때의 압력을 측정합니다. 여기에서 센서는 모든 프로세스가 원활하게 진행되는지 이해하기 위해 다양한 유형의 데이터를 수집합니다.

데이터 통신

SCADA 시스템은 유선 네트워크를 사용하여 사용자와 장치 간에 데이터를 수집하고 전송합니다. 실시간 SCADA 애플리케이션은 원격으로 제어되는 구성 요소와 센서를 사용합니다. 인터넷 통신도 사용합니다. 릴레이와 센서는 통신할 수 없기 때문에 RTU는 네트워크 인터페이스와 센서 통신에 사용됩니다.

데이터 프레젠테이션

일반 네트워크는 제어를 위해 표시되는 표시기로 구성됩니다. 실시간 SCADA 애플리케이션에는 한 번에 관리할 수 없는 많은 알람과 센서가 있습니다. SCADA 시스템은 HMI를 사용하여 다양한 센서에서 수집된 모든 데이터를 제공합니다.

모니터링 및 제어

SCADA 시스템은 다양한 스위치를 사용하여 장치를 작동하고 제어 영역의 상태를 표시합니다. 이 스위치를 사용하여 스테이션에서 모든 부품을 켜고 끌 수 있습니다. SCADA 애플리케이션은 사람의 개입 없이 자동으로 작동하도록 구현됩니다. 중요한 상황에서만 사람이 처리합니다.

SCADA의 종류

SCADA 시스템은 모놀리식 SCADA 시스템, 분산형 SCADA 시스템, 네트워크형 SCADA 시스템 및 IoT SCADA 시스템의 네 가지 유형으로 분류됩니다.

#1. 모놀리식 SCADA 시스템

초기 또는 1세대 SCADA 시스템은 모놀리식 SCADA 시스템으로 알려져 있습니다. 여기에는 미니 컴퓨터가 사용됩니다. 모놀리식 SCADA 시스템 개발은 공통 네트워크 서비스를 사용할 수 없을 때 수행할 수 있습니다. 이 시스템의 설계는 독립 시스템과 같으며, 이는 한 시스템의 설계가 다른 시스템과 관련될 필요가 없음을 의미합니다.

백업 메인프레임을 사용하여 RTU에서 데이터를 수집할 수 있습니다. 1세대 시스템의 중요한 기능은 플래그 지정 프로세스와 센서 모니터링으로 제한됩니다.

#2. 분산 SCADA 시스템

분산 SCADA 시스템은 2세대 시스템이라고도 합니다. 제어 기능은 LAN으로 연결하여 다양한 시스템에 분산됩니다. 제어 작업은 명령 처리 및 실시간 데이터 공유를 통해 수행됩니다.

이 시스템에서는 각 스테이션의 비용과 크기가 줄어들지만 일관된 네트워크 프로토콜이 없습니다.

#삼. 네트워크 SCADA 시스템

네트워크로 연결된 SCADA 시스템은 3세대 시스템으로 알려져 있습니다. 현재 SCADA 시스템의 통신 네트워크는 전화 또는 데이터 회선을 통해 WAN 시스템을 통해 작동합니다.

노드 간의 데이터 전송은 광섬유 또는 이더넷 연결을 사용하여 수행됩니다. 이는 필요할 때 PLC를 사용하여 플래그 지정 작업을 조정, 모니터링 및 제어합니다.

#4. IoT SCADA 시스템

IoT SCADA 시스템은 4세대 시스템으로 알려져 있습니다. 여기에 클라우드 컴퓨팅을 통해 IoT를 구현해 시스템 인프라 비용을 최소화한다. 이러한 시스템을 통합하고 유지 관리하는 것이 다른 시스템보다 쉽습니다.

실시간 시스템에서는 구성 요소 또는 장치의 상태를 클라우드 컴퓨팅을 통해 쉽게 보고할 수 있습니다.

SCADA의 이점

SCADA 시스템의 이점은 다음과 같습니다.

확장성: 최신 SCADA 시스템은 지원되는 소프트웨어 및 하드웨어의 더 나은 가용성, 워크로드 수요를 충족하기 위한 클라우드 컴퓨팅 사용 등과 같은 여러 가지 이유로 확장 가능합니다.
상호 운용성: 최신 SCADA 시스템은 독점 소프트웨어 및 하드웨어에 의존하지 않으므로 벤더 종속이 없습니다.
통신: SCADA는 Scada 제어 및 데이터에 대한 접근성을 높이는 최신 통신 프로토콜을 지원합니다.
지원: 최신 SCADA 시스템은 벤더가 잘 지원합니다. 개방형 네트워킹 표준, 최신 소프트웨어 개발 플랫폼 및 상용 기성 하드웨어를 사용하면 타사 공급업체도 더 쉽게 액세스할 수 있습니다.

SCADA의 한계

SCADA 시스템의 일부 제한 사항은 다음과 같습니다.

복잡한 하드웨어 장치 및 종속 모듈과 함께 제공됩니다.
유지 보수를 위해 프로그래머, 숙련된 운영자 및 분석가가 필요합니다.
설치 비용이 높습니다.
많은 사람들은 SCADA가 실업률을 높이는 데 도움이 될 수 있다고 추측합니다.

SCADA 사용 사례

SCADA는 산업 공정 및 목적을 관리하고 자동화하는 데 도움을 주기 위해 많은 산업 현장에서 사용됩니다. 이러한 공정은 사람이 제어하고 모니터링하기에는 복잡하고 번거롭기 때문입니다.

SCADA는 특히 낭비를 최소화하고 효율성을 높이는 것이 가능한 경우 원격으로 제어 및 모니터링할 수 있는 프로세스에 유용합니다.

SCADA 자동화의 일반적인 산업 예는 다음과 같습니다.

석유 및 가스 정제 작업
발전 및 배전
화학 제조
통신 인프라
제작 및 관련 프로세스
운송 및 배송 인프라
물 및 폐기물 관리와 같은 유틸리티 인프라
식음료 가공

SCADA 기술의 도움으로 이러한 프로세스를 면밀히 추적하고 적절하게 제어하여 시간이 지남에 따라 성능을 향상시킬 수 있습니다. 효과적인 시스템은 비용과 시간을 크게 절약합니다.

현대 세계는 일종의 SCADA 시스템을 사용하고 있습니다. 예를 들면 냉장 시스템 유지 관리, 정유 공장에서 생산 안전 보장, 폐수 처리 공장에서 품질 표준 확보, 가정에서의 에너지 사용 추적 등이 있습니다.

SCADA 솔루션을 구현하는 방법

SCADA 시스템을 구현하는 동안 다음과 같은 중요한 단계를 고려해야 합니다.

모니터링하려는 항목을 명확하게 정의하고 이해합니다.
수집할 데이터 유형과 수집 방법 결정
최근 데이터 수집 지점에 참여하기 위한 게이트웨이 추가
필요한 경우 데이터 수집 지점 생성
원하는 모니터링 위치로 데이터를 중앙 집중화
선택한 SCADA 애플리케이션의 지도 데이터
제어 및 데이터 프로세스의 시각화 추가
규칙 및 자동화 정의

모든 작업을 마치면 SCADA 소프트웨어가 나머지를 처리합니다. 시설과 상호 작용하고, 문제를 경고하고, 예측 유지 보수를 알리고, 장비에 대한 제어를 제공하는 데 도움이 됩니다.

결론

SCADA는 산업 프로세스 및 데이터를 제어 및 관리하고 시스템 문제를 감지하고 신속하게 해결하기 위해 전달하는 효율적인 방법을 제공합니다. 따라서 모든 작업을 수동으로 수행하거나 시간과 비용을 낭비하는 대신 SCADA 시스템을 사용하여 이러한 프로세스를 자동화할 수 있습니다.

SCADA는 특정 목표로 구현됩니다. 따라서 회사에서 구현하려는 경우 요구 사항을 결정하고 그에 따라 프로세스를 자동화하십시오.