제조 라이프사이클의 단축과 유연한 생산 시스템은 제조 현장 개선을 위한 필수 조건이 되었다. 이러한 요구에 대응하기 위해서는 실시간으로 설비 및 생산 현황을 관리자가 쉽게 확인할 수 있도록 시각화한다. 제조 현장의 시각화 과제를 해결할 수 있는 ‘SCADA’ 솔루션을 소개한다.

SCADA란

먼저 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)는 대규모 시설이나 인프라 등의 장치 및 설비로부터 얻은 정보를 네트워크를 이용하고,  한 곳에 모아 감시하면서 필요에 따라 제어하는 시스템이다. SCADA를 활용하기 위해서는 기능과 역할을 정확하게 이해할 필요가 있다. 하지만 현장에서는 SCADA를 PLC, DCS 및 MES와 같은 역할을 수행하는 것으로 오인하는 경우가 있다. 제조 현장의 관리 시스템을 효율적으로 운용하기 위한 각각의 역할과 정의를 알아본다.

1) PLC(Programmable Logic Controller)
PLC는 기계를 자동으로 제어하는 장치이다. 상황에 따라 기계의 작동을 변경하는 것이 아니라, 기계가 수행하는 작업의 순서를 지정하여 기억시킴으로써 효율적으로 기계를 작동시킬 수 있다. 소규모 단위의 설계가 가능하고, 시퀀스 변경이 용이하기 때문에 산업 현장(제조 공장 및 발전소, 변전소 등) 및 일상용품(엘리베이터, 신호등, 자동 판매기, 자동문)에 많이 사용되고 있다.

2) DCS(Distributed Control System)
DCS는 제조 공장이나 프로세스 전체에 분산된 여러 자율 컨트롤러를 사용하는 제어 시스템이다. 각 제어 장치는 네트워크로 연결되어 통신하고 감시하게 된다. 처음에는 아날로그 신호의 PID 제어(루프 제어)용으로 사용되었지만, 현재는 강력한 시퀀스 제어 기능이 내장되어 있다. 화학 공장이나 제약 회사, 화물선 등과 같은 분산 제어 및 모니터링이 필요한 대규모 산업 프로세스에 적합하다.

3) MES(Manufacturing Execution System)

MES는 제조 현장에서 생산 현황을 관리, 모니터링, 제어하는 소프트웨어 시스템이다. 실시간 데이터를 수집하고 분석하여 효율성, 생산성, 품질을 향상시킬 수 있다. MES에는 ‘물적 관리(생산 자원, 설비 유지, 품질 관리 등)’, ‘인적 관리(작업자 및 작업 일정 관리 등)’, ‘공정 관리(데이터 수집, 프로세스 관리, 트레이서빌리티 등)’ 기능이 있으며, MES의 도입으로 생산 자원을 효율적으로 활용하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

 상기의 내용을 요약하면 PLC는 특정 작업을 자동화하기 위한 현장 레벨의 컨트롤러, DCS는 대규모 프로세스에 대한 분산 제어 시스템, MES는 생산 현황을 관리 및 최적화하는 소프트웨어 시스템, 광범위한 산업 분야에서 매우 중요한 역할을 하는 SCADA는 프로세스에 대한 실시간 모니터링 및 제어를 제공하는 소프트웨어 시스템으로 정의할 수 있다.

SCADA를 도입해야 하는 이유

1) 제조 데이터의 관리에 최적
제조 분야의 데이터 관리를 최적화하고, 제조 현장 운영을 효율화하기 위해서는 전체 생산 계획부터 개별 제조 설비까지 원활하게 연결되어야 한다. 다음의 네 가지는 필수 조건이다.
① 생산 계획 및 납품 등을 관리하는 ERP
② 제조 설비에 연결되어 생산 현장을 최적화하는 MES(제조 실행 시스템)
③ 실시간으로 설비에 연결하여 분석을 수행하고 제조를 최적화하는 SCADA
④ 제조 장치를 제어하는 PLC, DCS
하지만 국내 대부분의 기업은 제조 현장 운영 최적화를 위해 ERP 또는 MES까지 도입해서 사용하고 있지만, SCADA의 도입은 저조한 상황이다. 대부분의 기업은 SCADA의 부재를 메우기 위해 베테랑 생산 관리 기술자의 노하우와 지식에 의존하여 운영하고 있는 경우가 많다. 하지만 제조 현장의 운영이 숙련된 경험자에만 의존한다면 효율적인 운영의 지속가능성을 보장할 수 없다. SCADA에는 공장에서 발생한 모든 이벤트를 데이터화하여 관리하는 기능이 있으며, 데이터에 기반한 효율적이고 지속 가능한 현장 운영을 가능하게 한다.

2) 제조 현장의 ‘시각화’ 실현
SCADA를 도입하는 가장 큰 장점은 제조 현장의 ‘시각화’를 실현할 수 있다는 것이다. 제조 현장에 SCADA 시스템을 도입하면 실시간 모니터링, 데이터 분석 및 원격 기능을 통해 제조업체는 프로세스를 최적화하고, 가동 중지 시간을 줄이며, 데이터에 근거한 의사결정을 내릴 수 있다. 무엇보다 오늘날 빠르게 변화하는 산업 환경에서 경쟁력을 유지할 수 있다.

3) 현장과 경영을 직접 연결
SCADA가 필요한 또 다른 요인은 제조 과정의 복잡성이다. 자동차를 예로 들면, 일반 승용차에는 3만여 개의 부품이 사용된다. 제조 현장의 공급망을 관리하기 위해서는 자사 공장뿐 아니라 부품 제조업체의 원재료 조달 상황까지도 고려(문제가 발생했을 때의 상황 파악과 신속한 대응은 쉽지 않은 일)해야 한다.
이러한 상황 속에서 공장으로부터 수백 ~ 수천 킬로미터 떨어진 대도시의 고층 빌딩 내 본사에서 ‘제조 부문의 상황이 어떤지’를 파악하는 것은 쉬운 일이 아니다. 이로 인한 경영 공백과 현장의 임의 결정은 제조 부문의 블랙박스화로 이어지며, 경영 판단의 속도를 늦춘다. 최악의 경우 사고나 품질 문제를 야기하고, 경영 위기에 직면할 수 있다.
SCADA에 의한 제조 현장의 ‘시각화’는 복잡해진 제조 프로세스의 파악으로 이어지며, 신속한 경영 판단을 지원할 수 있는 장점이다. 공장 내 개별 제조 설비 데이터부터 공장 전체 또는 공급망 전체 데이터까지 그래픽 처리를 통한 시각화로 본사 오피스 직원들은 제조 현장의 상황을 이해하고 대처할 수 있다.
4) Edge Computing으로의 전환 용이
최근 데이터는 Cloud Computing과 같은 서버를 집중적으로 관리하는 방식에서 빅데이터를 네트워크의 ‘Edge’에서 1차 처리하고, 통신 트래픽을 경감시키는 분산형 Edge Computing으로 이동하고 있다. 빅데이터 수집 및 분석으로 인한(데이터 양의 거대화로 인해) 고부하 처리를 Edge 서버에 분산시켜 실시간성을 확보한다. 하지만 공장 설비와 같이 고가의 투자가 요구되는 분야는 Cloud Computing에서 Edge Computing으로의 전환 비용이 부담스러운 측면이 있었다.
Edge Computing은 데이터를 Cloud로 올리기 전에 추출 및 가공 등의 전처리를 Edge Server가 수행한다. SCADA의 기본 기능으로 SCADA의 데이터 처리 과정과 동일하고, SCADA에서의 데이터 흐름은 현장 데이터의 추출 및 가공 등의 전처리를 수행한 후 외부와의 커뮤니케이션을 진행한다. 다시 말해, Edge 이전부터 SCADA 자체가 Edge와 같은 역할을 해왔다고 볼 수 있다. SCADA를 Cloud에 연결하면 Edge Computing의 이점을 누릴 수 있으며, 전환 비용 및 기간의 부담도 최소화할 수 있다.
  

SCADA의 선택

첫 번째, 사용하기 쉬운 툴이어야 한다. 사용자가 쉽게 조작할 수 있는 것은 IoT 툴의 활용 면에서 중요한 요소이다. 두 번째, 풍부한 표준 기능을 갖춘 툴을 선택해야 한다. 하나의 툴로 다양한 범위를 커버할 수 있으면, 기능별로 툴을 따로 구입할 필요가 없어 운영이 용이하다. 세 번째, 연결성 및 확장성이 우수한 도구를 선택해야 한다. SCADA는 MES와 PLC 사이에 위치하여 다양한 설비 및 시스템에서 데이터를 수집한다. 연결성이 넓고, 커버리지의 확장이 가능하지 않으면 문제가 발생할 수 있다. 이러한 관점에서 SCADA를 선택하면 MES 및 PLC와 관련된 설비 및 시스템과의 연계에 문제 없이 운영할 수 있다.

당사에서는 FA 및 IT 데이터를 일원적으로 관리할 수 있고, (다양한 데이터의 모니터링 및 분석을 통해) 이전에는 보이지 않았던 데이터를 활용할 수 있는 SCADA Software(‘GENESIS64’)를 선보였다.

자세한 정보 및 문의는 당사의 홈페이지(https://kr.mitsubishielectric.com/fa/ko/index.do)를 참고 바란다.

sjlee090@meak.co.kr