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▲ 김근호 대표
(주)주인정보시스템를
기술개발 배경
최근 기존 계장 제어 시스템 시장이 산업융합화, 사물인터넷(IoT) 등 제4차 산업혁명과 함께 ICT 융합으로 변화하고 있다.
정보통신기술(ICT) 융합으로 2010년부터 진행하였던, 빅데이터, 클라우드, 그린 IT, 유비쿼터스(Ubiquitous), 인공지능 등을 발전시켜 현대 사회전반이 스마트 팩토리(Smart Factory), 스마트 그리드(Smart Grid), 스마트 팜(Smart Farm), 스마트 시티(Smart City) 등 스마트한 세상으로 변화되는 추세에서 계장 제어 현장을 둘러싼 환경 또한 변화하고 있다.
스마트한 계장 제어 시스템의 발전 방향은 크게 두 가지 측면인데, 첫째 에너지의 효율적인 관리 고효율화를 위하여 제어 시스템이 고도화되는 방향으로 진화가 있고, 둘째 안정성을 높이고 작업 및 생활 안전성을 높이는 방향으로의 진화가 있다.
이에 따라 상·하·오·폐수 처리장의 전체 설비의 감시 운전을 수행하는 수 처리 분야와 같은 산업 인프라 구축은 제어 시스템으로의 고성능화, 고효율화에 의한 생산성 향상과 에너지 절약 실현이 요구되고 있고 각종 산업 시스템의 규모를 확대하는 동시에 제어시스템을 고도화하여 플랜트를 보다 스마트하고 안정적으로 운영할 수 있는 전 공정 통합 솔루션에 대한 요구가 고조되어 왔으나, 하드웨어적인 한계점에서 뛰어넘지 못하고 있다.
기술개발 트렌드
시스템을 고효율화하기 위해서는 데이터를 서버에서 수집하고 관제하는 통합 시스템이 필수적이다.
그런데 서버의 성능 및 확장의 한계로 각각의 역할을 분담하여 네트워크로 연결된 컴퓨터를 기반으로 분산 운영하고 있다.
따라서 여러 컴퓨터를 관리하다 보니 악성코드나 컴퓨터 바이러스 등에 공격당할 수 있는 위험이 크며, 운영에 필요한 서버의 숫자가 늘어날수록 악성코드나 컴퓨터 바이러스로부터 시스템을 방어하기 위한 보안 비용이 증가하게 된다.
이러한 보안 비용은 시스템을 다수의 컴퓨터를 통해 계층적으로 관리할 경우 그 부담은 매우 크다. 이에 최근에는 전 공정을 통합하여 최소한의 서버로 시스템을 운영하는 경향이 두드러지고 있다.
한편, 생활수준의 인식이 높아지고 환경에 대한 관심이 커진 동시에 사회 전반에 걸쳐 정보화가 진행되는 등 자동제어 시스템에 대한 사회적 배경이 변화함에 따라 안전하고 통합적이며 유기적으로 수 처리 환경을 제어하는 동시에 쾌적한 환경을 구성해야 하는 당위성이 높아지게 되었다.
이에 따라 종래의 틀을 벗어나 다면적인 역할을 수행할 수 있는 계장 제어 시스템을 구축할 필요성이 증가하고 있지만 투입 가능한 비용은 한계가 있어 최소한의 투자비용으로 최대한의 효과를 거둘 수 있는 시스템 개발의 필요성이 높아지고 있다.
주요 기술
가상 에이전트를 적용한 원격 계장 제어 기술원격지 시설물과의 통신환경 정보, 원격지 시설물에 대한 감시화면 정보, 원격지 시설물의 제어 포인트(Tag) 정보, 메모리 정보 및 상기 정보들을 제어하기 위한 기술로서, 하나 이상의 가상의 에이전트(Virtual Agent)를 통해 원격지의 시설물을 감시 및 제어하는 원격 계장 제어 시스템이다.
본 기술은 위와 같은 시설물의 계장 감시 제어를 위해 가상의 에이전트를 적어도 하나 이상 생성하여 다양한 모니터링 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 가상의 에이전트를 통한 원격 계장 제어 기술이다.
상기 기술을 적용하면 현장 제어반 컴퓨터 역할을 대체하는 가상의 에이전트를 중앙 서버 내부에 생성함으로써, 현장 제어반 구성에서 컴퓨터의 필요성을 없애고, 감시 및 제어하고자 하는 지역별로 다수의 가상의 에이전트를 하나의 서버에서 운용하여 다중 지역을 동시에 감시하고 제어하는 효과가 있다.
가상 에이전트를 적용하면 원격지 시설물의 제어포인트(Tag) 관리 개수는 생성되는 가상의 에이전트 개수에 따라 확장이 가능하여, 기존의 현장 제어반에 로컬 컴퓨터를 구성하는 방식에 비하여 가상 에이전트 개수의 배수가 되는 숫자의 제어 포인트를 감시하고 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한 기존의 현장 제어반 로컬 컴퓨터의 오작동으로 인해 발생할 수 있는 통신문제를 현장 방문 없이 중앙 서버에서 관리함으로써 최소의 인원으로 최단시간에 해결할 수 있는 효과가 있어 비용 절감 및 기능 효율성을 높이는 효과가 있다.
중앙 감시 제어반 내부의 가상 에이전트 생성 기술
기존에는 현장 제어반 바로 옆에 별도의 감시 및 제어용 컴퓨터가 있고 이 컴퓨터를 통하여 센서 값을 수집하고 제어했던 반면 본 기술은 현장 제어반의 컴퓨터를 대체하는 가상의 에이전트를 중앙 감시 제어반 내부에 생성하기 때문에 현장 제어반 구성에는 컴퓨터가 필요하지 않다.
또한 다수의 현장 제어반을 동시에 제어할 수 있는 다수의 가상 에이전트를 운용할 수 있기때문에 하나의 PC에서 각 현장의 제어반을 동시에 감시 및 제어가 가능하다.
각각의 현장 제어반은 하나 이상의 가상 에이전트를 통해 모니터링하고 제어하는데, 이러한 각각의 가상 에이전트는 하나의 서버에서 프로세스 형태로 생성되어 운용되기 때문에 물리적인 실체는 없지만 기능이나 성능 면에서 각 프로세스별로 독립된 컴퓨터처럼 독자 수행이 가능하다는 특징이 있다.
가상 에이전트를 이용한 통합 계장 제어 솔루션 구현
가상화 기술의 발전동기는 한 번에 하나의 운영 체제와 애플리케이션만 실행할 수 있도록 설계된 현재의 x86 서버가 지닌 제약 때문에 어려움을 겪고 있으며, 각 서버는 성능의 5~15%만 사용하기 때문에 어느 모로 보나 매우 비효율적이라는 것이다.
따라서 이러한 가상화 기술을 이용하면 하나의 PC나 워크스테이션에 다수의 가상 PC를 구성할 수 있으며, 각각의 가상 에이전트에서 하나의 물리적 하드웨어를 분리하여 마치 여러 개의 PC를 운영하는 효과를 확인할 수 있다.
가상의 에이전트 기반의 계장 제어 솔루션은 기존 기술과 마찬가지로 LAN을 통해 제어 정보를 수집하고 명령을 전달하는데, 이는 원격지 현장에서 사용되는 PLC 제어반 통신이 LAN 기반 표준 통신규약으로 되어있기 때문이다.
이와 같이 표준 통신규약을 적용했기 때문에 이미 설치되어 있는 현장 제어반용 PLC 및 센서, 제어모듈 등을 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다(그림 5).
일반 제품과 대비되는 차별적 품질·성능
본 기술은 앞서 서술한 바와 같이 가상 에이전트 생성 및 관리 기술을 통하여 원격지가 추가될 때마다 중앙 감시 제어반에서 가상 에이전트, 즉 프로세서, 메모리, 통신환경 정보, 감시화면, 설정값 등으로 구성된 가상 에이전트 기반 컴퓨터를 생성하여 원격지를 모니터링하고 제어하기 때문에 추가적인 컴퓨터를 설치할 필요가 없으므로 예산을 절감할 수 있고 고장 요인을 줄일 수 있다.
또한 본 기술은 중앙 감시 제어반 내부에 현장 제어반 컴퓨터의 역할을 담당하는 가상 에이전트 관리 기술을 적용하여 원격지의 현장 제어반에 별도의 컴퓨터를 설치하지 않고 중앙 감시 제어반을 통하여 직접 모니터링 및 제어하는 방식이다.
또한 가상 에이전트 동작 구성을 최적화하여 만일 한 곳의 현장 제어반에 오류가 발생하였다 하더라도 정상적으로 동작하고 있는 다른 원격지의 정보는 이상 없이 제어가 가능하고 이상이 발생한 원인을 분석해 즉시 처리하는 전체 시스템 운영에 차질이 없도록 개발된 기술이다.
가상 에이전트 계장 제어 기술의 파급효과
가상 에이전트 계장 제어 기술 개발의 기술적 파급효과는 전국 홍수 수위정보와 같은 방대하고 민감한 정보를 정확하고 안정적으로 수집할 수 있으며, 빌딩 내의 모든 장치들을 융합의 개념으로 통합 관리하여 발전되고 있는 스마트 빌딩 정보관리 시스템(Smart Building Information System), 빌딩 에너지 절감에 대한 사회적 이슈에 따라 머신러닝, 딥러닝 기술을 적용하여 최적 제어를 수행하는 빌딩에너지관리시스템(Building Energy Management System), 웨어러블 디바이스 모니터링 핵심기능을 이용한 스마트 헬스케어시스템, 계측요소 및 제어요소의 확장인 만물 인터넷 시스템, 데이터의 집중화로 통계 작성 및 패턴분석 시스템 등과 같이 1백만 개 이상의 관제 포인트를 사용하는 시스템에 적용할 수 있으며, 센서를 포함한 조작기기에 대한 단순 감시 및 제어에서 확장하여 공급망 관리(SCM), 전사적 자원관리(ERP) 등 타 제어 및 관리 기능을 융합한 스마트 팩토리, 분석 및 해석 시뮬레이션과 같이 다중 계산이 필요한 분야에서 서버 등 컴퓨터의 성능을 최대한 활용할 수 있는 가상 에이전트 기술 적용이 가능하다.
경제적 파급효과로는 중앙 감시 제어반 집중 관리로 유지비용 절감, 국내외 경쟁사 제품보다 가격 경쟁력이 뛰어난 계장 제어 시스템을 출시함으로써 계장제어 수요처 예산 절감, 문제 발생시 단순 제어 절차확인으로 원인 확인 및 복구 소요시간 단축, 현장 제어반 PC를 중앙 감시 제어반으로 대체하여 투자비용 절감 부분과, 중앙 감시 제어반에서 원격지에서 사용하는 프로젝트를 활용함으로써 추가적인 감시 및 제어화면 제작에 필요한 시간을 절감하며, 더 나아가서는 빅데이터 기반의 클라우드 서버 구성을 보다 짧은 시간에 저렴한 가격으로 구축이 가능하다는 것이다.