KR102347176B1 - 연산처리 및 작업 효율성을 높인 hmi/scada 시스템 - Google Patents

연산처리 및 작업 효율성을 높인 hmi/scada 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SCADA DB처리서버가 SCADA 서버 및 HMI 장치들 사이의 통신경로에 설치되어 HMI 장치들이 SCADA 서버에 직접 연결되지 않고 SCADA DB처리서버에 접속하여 데이터베이스 작업을 요청하고 결과를 수신 받는 데이터베이스 작업을 처리하도록 구성됨으로써 SCADA DB서버의 리소스 사용량 및 부하를 현저히 절감시킬 수 있으며, SCADA 서버의 DB서버가 SCADA DB처리서버와 단일케이블로 연결됨으로써 종래의 DB서버가 다수의 HMI 장치들과 물리적으로 연결됨에 따라 네트워크 관리 효율성이 떨어짐과 동시에 네트워크 유지 보수로 인한 시가 및 인력 소모를 획기적으로 절감시킬 수 있고, SCADA DB처리서버가 연결대상인 HMI 장치들의 소프트웨어 모듈 및 연결정보를 저장하되, HMI 장치의 소프트웨어 모듈 및 연결정보 변경 시, 변경된 내용을 업데이트하여 저장하도록 구성됨으로써 네트워크 관리효율성을 극대화시킴과 동시에 관리비용 및 시간 소모를 개선시킬 수 있으며, HMI 장치가 PLC의 통신 프로토콜 및 현재 동작환경 상태에 대응하여 주기적으로 PLC의 메모리 접근방식을 최적화함으로써 통신 속도를 개선시킴과 동시에 장애 및 오류를 현저히 절감시킬 수 있는 HMI&SCADA 시스템에 관한 것이다.

Description

연산처리 및 작업 효율성을 높인 HMI/SCADA 시스템{HMI and SCADA system for enhancing efficiency of operational management}
본 발명은 연산처리 및 작업 효율성을 높인 SCADA 시스템에 관한 것으로서, 상세하게로는 SCADA 및 다수의 HMI들 사이에 보조DB서버를 설치함과 동시에 보조DB서버가 HMI들과 각각 연결되도록 구성됨으로써 보조DB서버가 접속된 HMI들과의 데이터베이스 작업을 처리하여 종래에 단일 SCADA 서버가 접속된 다수의 HMI들과의 작업 처리로 인한 리소스 사용량 및 비용이 과도하게 증가하는 문제점을 획기적으로 해결할 수 있는 증가하는 연산처리 및 작업 효율성을 높인 SCADA 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 설비 자동화 기술 및 디지털 디바이스 산업이 고도화되고 발달함에 따라 HMI(Human Machine Interface) 및 원격감시제어시스템(SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition)을 이용한 HMI&SCADA 시스템이 널리 사용되고 있다.
통상적으로 HMI & SCADA 시스템은 기계장치들의 입출력, 연산 및 전원 등을 제어하는 PLC(Programer logic controller)들과, 데이터들을 인간이 인식할 수 있는 데이터로 변환, 바람직하게는 터치스크린 패널과 같은 디스플레이 장치에 데이터들을 전시하는 HMI(Human machine interface)들과, HMI들의 상태정보 데이터를 수집, 수신, 기록, 표시하여 PLC들의 동작을 원격 모니터링 및 감시하는 SCADA 서버로 이루어진다.
이때 HMI는 주기적으로 자신에게 할당된 PLC의 메모리에 접근하여 로우데이터를 수집함과 동시에 주기적으로 SCADA DB서버에 접속하여 데이터베이스 작업을 처리함으로써 SCADA 서버가 PLC들의 동작을 원격 감시 및 제어할 수 있게 된다.
그러나 종래의 HMI&SCADA 시스템은 다수의 HMI들이 SCADA DB서버에 직접 연결되어 데이터베이스 작업을 요청하고 결과를 수신 받아 데이터베이스 작업을 처리하기 때문에 SCADA DB 서버의 리소스 사용량과 비용이 증가할 분만 아니라 HMI의 수량만큼 물리적 연결이 증가하기 때문에 네트워크의 유지보수로 인한 인력 및 비용소모가 증가하는 단점을 갖는다.
또한 종래의 HMI&SCADA 시스템은 SCADA DB서버가 데이터베이스 연결 정보 변경 시, 접속되는 모든 HMI들의 데이터베이스 연결 정보의 업데이트가 필요하기 때문에 운영 및 관리 효율성이 떨어지는 단점을 갖는다.
KR 10-1538927 B1
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 SCADA DB처리서버가 SCADA 서버 및 HMI 장치들 사이의 통신경로에 설치되어 HMI 장치들이 SCADA 서버에 직접 연결되지 않고 SCADA DB처리서버에 접속하여 데이터베이스 작업을 요청하고 결과를 수신 받는 데이터베이스 작업을 처리하도록 구성됨으로써 SCADA DB서버의 리소스 사용량 및 부하를 현저히 절감시킬 수 있는 HMI&SCADA 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 SCADA 서버의 DB서버가 SCADA DB처리서버와 단일케이블로 연결됨으로써 종래의 DB서버가 다수의 HMI 장치들과 물리적으로 연결됨에 따라 네트워크 관리 효율성이 떨어짐과 동시에 네트워크 유지 보수로 인한 시가 및 인력 소모를 획기적으로 절감시킬 수 있는 HMI&SCADA 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 SCADA DB처리서버가 연결대상인 HMI 장치들의 소프트웨어 모듈 및 연결정보를 저장하되, HMI 장치의 소프트웨어 모듈 및 연결정보 변경 시, 변경된 내용을 업데이트하여 저장하도록 구성됨으로써 네트워크 관리효율성을 극대화시킴과 동시에 관리비용 및 시간 소모를 개선시킬 수 있는 HMI&SCADA 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 HMI 장치가 PLC의 통신 프로토콜 및 현재 동작환경 상태에 대응하여 주기적으로 PLC의 메모리 접근방식을 최적화함으로써 통신 속도를 개선시킴과 동시에 장애 및 오류를 현저히 절감시킬 수 있는 HMI&SCADA 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 HMI 장치가 PLC별로 레지스터에 저장된 메모리주소들을 추출한 후, 인접한 메모리주소들인 측정대상들 각각에 대하여 순차 접근 방식 및 개별 접근 방식으로 통신을 수행하였을 때의 통신속도(v1), (v2)들을 검출하며, 검출된 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용된 메모리 접근방식을 해당 측정대상의 메모리 접근방식으로 결정한 후, 각 측정대상의 메모리 접근방식들을 조합하여 메모리 접근방식을 주기 마다 최적화하여 갱신함으로써 실제 동작 환경에 가장 적합한 메모리 접근방식을 활용할 수 있는 HMI&SCADA 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 기 설정된 공정을 수행하는 산업기기들의 로우데이터인 상태정보를 수집하는 PLC들; 상기 PLC들을 관리 및 제어함과 동시에 상기 PLC들에 의해 수집된 상태정보 데이터를 외부로 전송하는 HMI 장치들; 데이터가 저장되는 DB서버를 포함하며, SCADA 서비스를 제공하는 SCADA 서버; 상기 SCADA 서버 및 상기 HMI 장치들 사이의 통신경로에 설치되어 상기 HMI 장치들로부터 전송받은 상태정보 데이터를 상기 SCADA 서버의 상기 DB서버에 저장하며, 상기 HMI 장치들 중 적어도 하나 이상의 요청에 따라 상기 DB서버에 접근하여 요청에 따른 연산처리를 수행한 후, 결과데이터를 해당 HMI 장치로 전송하는 SCADA DB처리서버를 포함하고, 상기 SCADA DB처리서버는 연결된 HMI 장치들의 소프트웨어 모듈 정보 및 연결정보를 저장하되, 소프트웨어 모듈 정보 및 연결정보 변경 시, 변경된 내용을 업데이트하여 저장하고, 상기 HMI 장치들에는 연결된 PLC들로 데이터 요청 시, 적용되는 메모리 접근방식(M)이 PLC별로 기 설정되어 저장되고, 상기 메모리 접근방식(M)은 순차 접근 방식, 개별 접근 방식 또는 이 둘의 조합이고, 상기 HMI 장치들은 주기(T) 마다 PLC별 메모리 접근방식(M)들을 최적화 하고, 상기 HMI 장치들의 PLC별 메모리 접근방식(M)들의 최적화 방법(S1)은 상기 PLC들 각각에 대하여 레지스터에 저장된 메모리주소들을 추출하는 제1 추출단계(S10); 상기 제1 추출단계(S10)에 의해 추출된 각 PLC의 메모리주소들 중 인접한 메모리주소들을 각각 추출하는 제2 추출단계(S20); 상기 제2 추출단계(S20)에 의해 추출된 인접한 메모리주소들 중 하나의 인접한 메모리주소들을 측정대상이라고 할 때, 순차 접근 방식을 적용하여 각 측정대상의 메모리에 저장된 데이터를 판독 및 수집하기까지의 통신속도(v1)를 측정함과 동시에 개별 접근 방식을 적용하여 각 측정대상의 메모리에 저장된 데이터를 판독 및 수집하기까지의 통신속도(v2)를 측정하는 통신속도 측정단계(S30); 상기 통신속도 측정단계(S30)가 상기 제2 추출단계(S20)에서 추출된 각 측정대상에 대한 통신속도 측정이 모두 이루어졌는지를 판단하며, 만약 누락된 측정대상이 검출되면, 상기 제2 추출단계(S20)로 돌아가 상기 제2 추출단계(S20) 이후의 과정을 반복하는 누락여부 판단단계(S60); 상기 누락여부 판단단계(S60)에 의해 모든 측정대상에 대한 통신속도(v1), (v2) 측정이 완료되었다고 판단될 때 진행되며, 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용되는 메모리 접근방식들을 조합시켜 메모리 접근방식(M)을 최적한 후, 이전 메모리 접근방식을 최적화된 메모리 접근방식으로 갱신하는 최적화단계(S70)를 포함하는 것이다.
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또한 본 발명에서 상기 최적화단계(S70)는 상기 통신속도 측정단계(S30)에 의해 측정된 각 측정대상에 대한 통신속도(v1), (v2)들을 측정대상별로 정렬하는 측정대상별 통신속도 정렬단계(S71); 측정대상별 통신속도 정렬단계(S71)에 의해 정렬된 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들을 비교하는 비교단계(S72); 상기 비교단계(S72)에서 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용된 메모리 접근방식을 해당 측정대상의 메모리 접근방식으로 결정하는 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73); 상기 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73)에 의해 결정된 각 측정대상의 메모리 접근방식들을 조합하는 메모리 접근방식 조합단계(S74); 상기 메모리 접근방식 조합단계(S74)에 의해 조합된 메모리 접근방식을 최적의 메모리 접근방식(M)으로 갱신하는 메모리 접근방식 갱신단계(S75)를 더 포함하고, 상기 HM 장치들의 PLC별 메모리 접근방식(M)들의 최적화 방법(S1)은 오류발생여부 판단단계(S40)와, 오류정리단계(S50)를 더 포함하고, 상기 오류발생여부 판단단계(S40)는 통신속도 측정단계(S30)에서 통신속도(v1), (v2)들을 측정할 때, 오류가 발생하였는지 여부를 판별하며, 만약 오류가 발생되었다고 판단되면, 상기 오류정리단계(S50)를 진행하고, 만약 오류가 발생되지 않았다고 판단되면, 상기 누락여부 판단단계(S60)를 진행하고, 상기 오류정리단계(S50)는 상기 오류발생여부 판단단계(S40)에서 오류가 발생하였다고 판단될 때 진행되며, 레지스터에 저장된 해당 PLC의 메모리주소들 중 오류를 유발시킨 주소를 제거하는 작업을 통해 메모리주소들을 갱신하는 것이 바람직하다.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 SCADA DB처리서버가 SCADA 서버 및 HMI 장치들 사이의 통신경로에 설치되어 HMI 장치들이 SCADA 서버에 직접 연결되지 않고 SCADA DB처리서버에 접속하여 데이터베이스 작업을 요청하고 결과를 수신 받는 데이터베이스 작업을 처리하도록 구성됨으로써 SCADA DB서버의 리소스 사용량 및 부하를 현저히 절감시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 SCADA 서버의 DB서버가 SCADA DB처리서버와 단일케이블로 연결됨으로써 종래의 DB서버가 다수의 HMI 장치들과 물리적으로 연결됨에 따라 네트워크 관리 효율성이 떨어짐과 동시에 네트워크 유지 보수로 인한 시가 및 인력 소모를 획기적으로 절감시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 SCADA DB처리서버가 연결대상인 HMI 장치들의 소프트웨어 모듈 및 연결정보를 저장하되, HMI 장치의 소프트웨어 모듈 및 연결정보 변경 시, 변경된 내용을 업데이트하여 저장하도록 구성됨으로써 네트워크 관리효율성을 극대화시킴과 동시에 관리비용 및 시간 소모를 개선시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면 HMI 장치가 PLC의 통신 프로토콜 및 현재 동작환경 상태에 대응하여 주기적으로 PLC의 메모리 접근방식을 최적화함으로써 통신 속도를 개선시킴과 동시에 장애 및 오류를 현저히 절감시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 HMI 장치가 PLC별로 레지스터에 저장된 메모리주소들을 추출한 후, 인접한 메모리주소들인 측정대상들 각각에 대하여 순차 접근 방식 및 개별 접근 방식으로 통신을 수행하였을 때의 통신속도(v1), (v2)들을 검출하며, 검출된 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용된 메모리 접근방식을 해당 측정대상의 메모리 접근방식으로 결정한 후, 각 측정대상의 메모리 접근방식들을 조합하여 메모리 접근방식을 주기 마다 최적화하여 갱신함으로써 실제 동작 환경에 가장 적합한 메모리 접근방식을 활용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 HMI&SCADA 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 SCADA DB처리서버를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1의 HMI 장치의 최적화 알고리즘의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 4는 도 3의 최적화단계를 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 HMI&SCADA 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1의 SCADA DB처리서버를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명의 일실시예인 HMI&SCADA 시스템(1)은 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 기 설정된 가공 및 동작 등의 공정을 수행하는 산업기기(6)들과, 기 설정된 산업기기(6)의 동작을 관리 및 제어함과 동시에 산업기기(6)의 로우데이터를 수집하는 PLC(Programer logic controller)(5-1), ..., (5-N)들과, 각 PLC(5)와 작업자 사이의 인터페이스를 제공함과 동시에 PLC(5)로부터 수집된 로우데이터를 후술되는 SCADA DB처리서버(8)로 전송하는 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들과, 후술되는 SCADA 서버(7) 및 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들 사이의 통신경로 상에 설치되어 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들로부터 전송받은 상태정보 데이터를 후술되는 SCADA 서버(7)의 DB서버에 파싱 및 저장함과 동시에 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들의 요청에 따라 DB서버에 접근하여 연산처리 한 후, 결과데이터를 제공하는 SCADA DB처리서버(8)와, SCADA DB처리서버(8)와 연결되어 SCADA DB처리서버(8)로부터 전송받은 상태정보데이터를 저장함과 동시에 통상의 SCADA 서비스를 제공하는 SCADA 서버(7)와, SCADA DB처리서버(8) 및 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들 사이의 데이터 이동경로를 제공하는 통신케이블(10)로 이루어진다.
통신케이블(10)은 SCADA DB처리서버(8) 및 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들에 각각 연결되어 이들 사이의 유선통신을 지원한다.
PLC(5-1), ..., (5-N)들은 산업현장에 설치되어 기 설정된 가공 및 동작을 수행하는 산업기기(6)의 동작을 관리 및 제어한다.
또한 PLC(5-1), ..., (5-N)들은 연결된 산업기기(6)의 동작 상태 등을 포함하는 로우데이터(이하 상태정보 데이터라고 함)를 수집하며, 수집된 상태정보 데이터는 해당 HMI 장치(3)에 의해 다시 수집된다.
HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들은 PLC(5) 및 작업자 사이의 인터페이스를 제공하는 장치이며, 적어도 하나 이상의 PLC(5)와 연결되어 PLC(5)의 상태 정보를 디스플레이 수단을 통해 전시한다.
또한 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들은 작업자의 요청에 따라 해당 PLC(5)의 동작을 관리 및 제어한다.
또한 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들은 SCADA DB처리서버(8)와 통신케이블(10)로 각각 연결된다. 이때 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들에는 SCADA DB처리서버(8)와의 연결을 위한 소프트웨어가 설치된다.
또한 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들은 작업자의 요청에 따라 SCADA DB처리서버(8)로 요청데이터를 전송하며, SCADA DB처리서버(8)로부터 요청에 따른 결과데이터를 전송받으면 이를 전시한다.
또한 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들은 주기적으로 해당 PLC(5)에 접근하여 상태정보 데이터를 수집함과 동시에 SCADA DB처리서버(8)로 수집된 상태정보 데이터를 전송한다. 이때 SCADA DB처리서버(8)는 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들로부터 전송받은 상태정보 데이터를 필드별로 분류하여 SCADA 서버(7)의 DB서버(72)들에 저장한다.
SCADA DB처리서버(8)는 SCADA 서버(7) 및 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들 사이의 통신경로 상에 설치되며, 상세하게로는 SCADA 서버(7)의 각 DB서버(72)와 단일케이블로 연결됨과 동시에 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들과 각각 통신케이블(10)로 연결된다.
이때 SCADA DB처리서버(8)에는 접속된 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들의 연결정보가 저장되며, 차후 연결 구조 변경 시, 연결정보를 업데이트(갱신) 한다.
또한 SCADA DB처리서버(8)는 주기적으로 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들로부터 상태정보 데이터를 전송받으면, 전송받은 상태정보 데이터를 필드별로 분류 및 파싱하여 SCADA 서버(7)의 DB서버(72)들에 저장한다.
또한 SCADA DB처리서버(8)는 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들로부터 요청데이터를 전송받으면, DB서버(72)들에 접근하여 요청데이터에 따른 연산처리를 수행한 후, 이에 대한 결과데이터를 해당 HMI 장치(3)로 전송한다.
이러한 SCADA DB처리서버(8)는 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들과 통신케이블(10)로 일대일 연결됨과 동시에 SCADA 서버(7)에 연결됨으로써 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들의 요청에 따른 연산처리를 자체적으로 수행할 수 있고, 이에 따라 SCADA 서버(7)의 리소스 사용량 및 부하를 현저히 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 물리적 연결이 간소화되어 관리의 편의성을 높일 수 있으며, SCADA 서버(7)의 DB서버들과 단일 케이블로 연결됨에 따라 다수의 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들의 처리요청을 단일 연결을 통해 처리가 가능하여 연산처리의 효율성을 극대화시킬 수 있다.
SCADA 서버(7)는 통상의 SCADA 기능 및 서비스를 제공하는 서버이며, SCADA DB처리서버(8)와 연결되어 SCADA DB처리서버(8)를 통해 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들로부터 전송받은 상태정보 데이터를 수집, 저장 및 기록하며, 수집된 상태정보 데이터를 통해 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들에서 운영되는 공정화면을 구성한다.
또한 SCADA 서버(7)는 SCADA DB처리서버(8)를 통해 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들로부터 전송받은 상태정보 데이터가 저장되는 적어도 하나 이상의 DB서버(72)들을 포함한다.
또한 SCADA 서버(7)는 SCADA DB처리서버(8)와 단일케이블로 연결됨에 따라 HMI 장치(3)의 요청에 따른 SCADA DB처리서버(8)의 데이터베이스 작업 시, DB서버(72)의 리소스 사용량 및 부하를 현저히 절감시킬 수 있게 된다.
즉 종래에는 SCADA 서버(7)의 DB서버(72)가 다수의 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들과 연결됨으로써 HMI 장치(3)의 수량만큼 물리적 연결 수량 또한 증가하여 사용 및 운영이 복잡할 뿐만 아니라 데이터베이스 작업 시, DB서버(72)의 리소스 사용량 및 부하가 증가하는 문제점이 발생하나, 본 발명의 HMI&SCADA 시스템(1)은 SCADA DB처리서버(8)가 SCADA 서버(7) 및 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들 사이에 설치되어 데이터 송수신, 파싱 및 저장, 데이터베이스 작업을 수행하도록 구성되어 SCADA 서버(7)의 DB서버(72)의 리소스 사용량 및 부하를 획기적으로 절감시킬 수 있게 된다.
다시 도 2로 돌아가서 HMI 장치(3)를 살펴보면, HMI 장치(3)는 사용자(User)의 요청에 따라 해당 PLC(5)로 데이터를 요청한 후, 이에 대응되는 응답데이터를 수신 받으면, 수신 받은 응답데이터를 가공하여 가공데이터를 구비된 터치스크린 패널을 통해 디스플레이 한다. 이때 HMI 장치(3)는 연결된 산업기기(6)의 모니터링, 데이터 전송 및 응답데이터 전시가 용이하게 이루어지도록 각 산업기기(6)의 외형 및 공정라인을 디자인한 그래픽들을 저장한다. 이때 그래픽은 사용자가 디자인 툴이 구비된 PC용 그래픽 디자인 소프트웨어를 통해 직접 디자인하여 제작할 수 있고, 제작된 디자인은 HMI 장치(3)에 다운로드 되고, HMI 장치(3)는 다운로드 된 그래픽들을 산업기기(6)들의 공정라인 순서와 동일한 순서로 정렬한 후 저장함으로써 사용자는 그래픽을 통해 데이터를 효율적으로 관리하도록 구성될 수 있다.
또한 HMI 장치(3)는 사용자의 요청에 따라 해당 PLC(5)로 메모리주소를 포함하는 데이터를 요청하여 메모리에 저장된 데이터들을 판독 및 수집한다.
이때 HMI 장치(3)에는 각 PLC(5)로 데이터를 요청할 때, 적용되는 메모리 접근방식(M)이 PLC(5)별로 기 설정되어 저장된다. 이때 메모리 접근방식(M)은 순차 접근 방식, 개별 접근 방식 또는 이 둘의 조합된 방식으로 이루어지게 된다.
일반적으로 HMI 장치가 PLC 등의 외부 장치의 메모리에 접근하는 방식으로는 1)순차적으로 메모리에 저장된 데이터를 판독하는 순차 접근 방식(Sequential access memory)과, 2)지정된 주소에 저장된 데이터를 판독하는 임의 접근 방식(Random access memory)이 널리 사용되고 있다.
이러한 순차 접근 방식은 데이터 요청에 걸리는 시간을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 한 번에 많은 데이터를 접근할 수 있는 장점이 있으나, 사용자가 접근될 메모리 주소를 기 설정하지 못하는 경우, 효과가 떨어지는 단점을 갖는다.
한편, 임의 접근 방식은 연속되지 않은 메모리 주소들을 접근할 때, 사용자에 의해 해당 메모리 주소들이 입력되는 경우, 한 번의 통신으로 연속되지 않은 메모리 주소들에 저장된 데이터들을 판독할 수 있기 때문에 통신 횟수를 절감시킬 수 있는 장점이 있으나, 요청 시 포함되는 메모리의 주소의 수가 증가할수록 데이터 요청에 소요되는 시간이 미비하게 증가하는 단점을 갖는다.
일반적으로 종래의 HMI 장치는 이러한 메모리 접근 방식이 해당 PLC의 환경에 따라 각기 다른 방식이 적용되고 있기 때문에 PLC별로 해당 환경에 대응되는 메모리 접근 방식들을 혼합하여 운용하고 있으며, 상세하게로는 PLC의 통신 프로토콜의 메모리 접근 방식을 고려하여 메모리 주소의 연속성 여부에 따라 순차 접근 방식과 개별 접근 방식을 조합하는 방식으로 운영되고 있다.
그러나 종래의 HMI 장치는 메모리 접근 방식이 기 설정되어 고정된 상태로 운영되기 때문에 다양한 변수가 발생하는 환경에 유동적으로 대응하지 못할 뿐만 아니라 메모리 주소의 등록 여부에 따라 전체적인 통신속도가 결정되며, PLC가 가지고 있지 않는 메모리 주소가 등록되는 경우, 해당 주소와 같이 요청된 다른 주소의 데이터들로 오류 처리가 되어서 불합리한 데이터 누락이 발생하는 문제점이 발생하며, 이러한 문제점들로 인해 잘못 등록된 메모리 주소를 검색하는데 소요되는 시간이 소모될 뿐만 아니라 데이터 갱신 속도가 지체되는 현장 민원이 비일비재하게 발생하고 있는 실정이다.
즉 본원 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, HMI 장치(3)는 PLC(5)로 데이터 요청 시, 해당 PLC에 대응되는 메모리 접근방식(M)을 활용하여 데이터를 요청하게 된다.
또한 HMI 장치(3)는 주기(T) 마다 각 PLC(5)의 메모리 동작 상태에 대응하여 메모리 접근방식(M)을 최적화하기 위한 최적화 알고리즘을 수행하여 메모리 접근방식(M)을 갱신시킴으로써 통신 속도를 높임과 동시에 오류 및 장애를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 3은 도 1의 HMI 장치의 최적화 알고리즘의 동작과정을 설명하기 위한 플로차트이다.
HMI 장치(3)는 주기(T) 마다 도 3의 최적화 방법(S1)을 수행하여 PLC(5)별로 메모리 접근방식(M)을 갱신한다.
HMI 장치(3)의 최적화 방법(S1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 추출단계(S10)와, 제2 추출단계(S20), 통신속도 측정단계(S30), 오류발생여부 판단단계(S40), 오류정리단계(S50), 누락여부 판단단계(S60), 최적화단계(S70)로 이루어진다.
제1 추출단계(S10)는 각 PLC(5)에 대하여 레지스터에 저장된 메모리주소들을 추출한다. 예를 들어, 레지스터에는 ‘A’ PLC의 메모리주소들이 ‘1’, ‘2’, ‘3’ ‘100’ 등으로 저장될 수 있고, 제1 추출단계(S10)는 ‘A’ PLC의 메모리주소들이 ‘1’, ‘2’, ‘3’ ‘100’ 등을 추출한다.
제2 추출단계(S20)는 제1 추출단계(S10)에 의해 추출된 각 PLC의 메모리주소들 중 인접한 메모리주소들을 각각 추출한다.
이때 인접한 메모리주소들이라고 함은 연속 여부와 상관없이 인접되는 한 쌍의 메모리주소들을 의미한다.
예를 들어, ‘A’ PLC의 메모리주소들이 ‘1’, ‘2’, ‘3’ ‘100’, ‘148’, ‘149’, ‘161’, ‘999’라고 가정할 때, 제2 추출단계(S20)는 인접한 메모리주소들인 (‘1’, ‘2’), (‘2’, ‘3’), (‘3’, ‘100’), (‘100’, ‘148’), (‘148’, ‘149’), (‘149’, ‘161’), (‘161’, ‘999’)의 총 7개의 인접한 메모리주소들을 추출할 수 있다.
통신속도 측정단계(S30)는 제2 추출단계(S20)에 의해 추출된 인접한 메모리주소들 중 어느 하나인 인접한 메모리주소들을 측정대상이라고 할 때, 순차 접근 방식을 적용하여 각 측정대상의 메모리에 저장된 데이터를 판독 및 수집하기까지의 통신속도(v1)를 측정한다.
또한 통신속도 측정단계(S30)는 개별 접근 방식을 적용하여 각 측정대상의 메모리에 저장된 데이터를 판독 및 수집하기까지의 통신속도(v2)를 측정한다.
오류발생여부 판단단계(S40)는 통신속도 측정단계(S30)에서 통신속도(v1), (v2)들을 측정할 때, 오류가 발생하였는지 여부를 판별한다.
이때 HMI 장치(3)는 메모리 접근 시, 해당 PLC에는 없는 메모리주소가 레지스터에 저장되는 경우, 해당 주소의 데이터가 오류로 처리될 뿐만 아니라 해당 주소와 같이 요청된 다른 주소의 데이터들도 함께 오류로 처리되게 된다.
예를 들어, ‘A’ PLC의 메모리주소가 ‘1’ ~ ‘999’인데, 레지스터에는 ‘1100’ 메모리주소가 저장되어 있다고 가정할 때, HMI 장치(3)가 ‘1’, ‘2’, ‘3’ ‘100’, ‘148’, ‘149’, ‘161’, ‘1100’의 메모리주소를 해당 PLC로 요청할 때, ‘1100’ 뿐만 아니라 정상적인 주소인 ‘1’, ‘2’, ‘3’ ‘100’, ‘148’, ‘149’, ‘161’의 데이터들도 함께 오류로 표시되게 된다.
즉 오류발생여부 판단단계(S40)는 통신속도 측정단계(S30)에서 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들을 측정할 때, 오류가 발생하였는지 여부를 판별하며, 만약 오류가 발생되었다고 판단되면, 오류정리단계(S50)를 진행하고, 만약 오류가 발생되지 않았다고 판단되면, 누락여부 판단단계(S60)를 진행한다.
오류정리단계(S50)는 오류발생여부 판단단계(S40)에서 오류가 발생하였다고 판단될 때 진행되며, 레지스터에 저장된 해당 PLC의 메모리주소들 중 오류를 유발시킨 주소를 제거하는 등의 작업을 통해 메모리주소들을 갱신한다.
또한 오류정리단계(S50)는 메모리주소 갱신이 완료되면, 제1 추출단계(S10)로 돌아가 제1 추출단계(S10) 이후 과정을 반복한다.
누락여부 판단단계(S60)는 오류발생여부 판단단계(S40)에서 오류가 발생하지 않았다고 판단될 때 진행되며, 통신속도 측정단계(S30)가 제2 추출단계(S20)에서 추출된 각 측정대상에 대한 통신속도 측정이 이루어졌는지를 판단하며, 만약 누락된 측정대상이 검출되면, 제2 추출단계(S20)로 돌아가 제2 추출단계(S20) 이후의 과정을 반복하고, 만약 누락된 측정대상이 검출되지 않으면, 최적화단계(S70)를 진행한다.
최적화단계(S70)는 누락여부 판단단계(S60)에 의해 모든 측정대상에 대한 통신속도(v1), (v2) 측정이 완료되었다고 판단될 때 진행된다.
도 4는 도 3의 최적화단계를 나타내는 플로차트이다.
최적화단계(S70)는 도 4에 도시된 바와 같이, 측정대상별 통신속도 정렬단계(S71)와, 비교단계(S72), 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73), 메모리 접근방식 조합단계(74), 메모리 접근방식 갱신단계(S75)로 이루어진다.
측정대상별 통신속도 정렬단계(S71)는 통신속도 측정단계(S30)에 의해 측정된 각 측정대상에 대한 통신속도(v1), (v2)들을 측정대상별로 정렬한다.
비교단계(S72)는 측정대상별 통신속도 정렬단계(S71)에 의해 정렬된 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들을 비교한다.
측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73)는 비교단계(S72)에서 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용된 메모리 접근방식을 해당 측정대상의 메모리 접근방식으로 결정한다.
예를 들어 (‘1’, ‘2’)의 측정대상의 통신속도 ‘v1’, ‘v2’ 중 ‘v1’이 높다고 가정할 때, 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73)는 해당 (‘1’, ‘2’)의 측정대상의 메모리 접근방식을 ‘순차 접근 방식’으로 결정한다.
메모리 접근방식 조합단계(S74)는 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73)에 의해 결정된 각 측정대상의 메모리 접근방식들을 조합한다.
메모리 접근방식 갱신단계(S75)는 메모리 접근방식 조합단계(S74)에 의해 조합된 메모리 접근방식을 최적의 메모리 접근방식으로 판단하여 PLC별로 메모리 접근방식을 갱신한다.
이때 HMI 장치(3)는 다음 주기까지 메모리 접근방식 갱신단계(S75)에 의해 갱신된 PLC별 메모리 접근방식을 적용하여 각 PLC(5)와 통신을 수행한다.
이와 같이 본 발명의 일실시예인 HMI&SCADA 시스템(1)은 SCADA DB처리서버(8)가 SCADA 서버(7) 및 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들 사이의 통신경로에 설치되어 HMI 장치들이 SCADA 서버(7)에 직접 연결되지 않고 SCADA DB처리서버(8)에 접속하여 데이터베이스 작업을 요청하고 결과를 수신 받는 데이터베이스 작업을 처리하도록 구성됨으로써 SCADA 서버(7)의 DB서버(72)의 리소스 사용량 및 부하를 현저히 절감시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 HMI&SCADA 시스템(1)은 SCADA 서버(7)의 DB서버(72)가 SCADA DB처리서버(8)와 단일케이블로 연결됨으로써 종래의 DB서버가 다수의 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들과 물리적으로 연결됨에 따라 네트워크 관리 효율성이 떨어짐과 동시에 네트워크 유지 보수로 인한 시가 및 인력 소모를 획기적으로 절감시킬 수 있다.
또한 본 발명의 HMI&SCADA 시스템(1)은 SCADA DB처리서버(8)가 연결대상인 HMI 장치(3-1), ..., (3-N)들의 소프트웨어 모듈 및 연결정보를 저장하되, HMI 장치(3)의 소프트웨어 모듈 및 연결정보 변경 시, 변경된 내용을 업데이트하여 저장하도록 구성됨으로써 네트워크 관리효율성을 극대화시킴과 동시에 관리비용 및 시간 소모를 개선시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 HMI&SCADA 시스템(1)은 HMI 장치(3)가 PLC(5)의 통신 프로토콜 및 현재 동작환경 상태에 대응하여 주기적으로 PLC(5)의 메모리 접근방식을 최적화함으로써 통신 속도를 개선시킴과 동시에 장애 및 오류를 현저히 절감시킬 수 있다.
또한 본 발명의 HMI&SCADA 시스템(1)은 HMI 장치(3)가 PLC별로 레지스터에 저장된 메모리주소들을 추출한 후, 인접한 메모리주소들인 측정대상들 각각에 대하여 순차 접근 방식 및 개별 접근 방식으로 통신을 수행하였을 때의 통신속도(v1), (v2)들을 검출하며, 검출된 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용된 메모리 접근방식을 해당 측정대상의 메모리 접근방식으로 결정한 후, 각 측정대상의 메모리 접근방식들을 조합하여 메모리 접근방식을 주기 마다 최적화하여 갱신함으로써 실제 동작 환경에 가장 적합한 메모리 접근방식을 활용할 수 있게 된다.
1:HMI&SCADA 3-1, ..., 3-N:HMI 장치들
5-1, ..., 5-N:PLC들 6:산업기기
7:SCADA 서버 8:SCADA DB처리서버
10:통신케이블 72:DB서버
S1:최적화 방법 S10:제1 추출단계
S20:제2 추출단계 S30:통신속도 측정단계
S40:오류발생여부 판단단계 S50:오류정리단계
S60:누락여부 판단단계 S70:최적화단계
S71:측정대상별 통신속도 정렬단계 S72:비교단계
S73:측정대상별 메모리 접근방식 결정단계
S74:메모리 접근방식 조합단계 S75:메모리 접근방식 갱신단계

Claims (4)

  1. 기 설정된 공정을 수행하는 산업기기들의 로우데이터인 상태정보를 수집하는 PLC들;
    상기 PLC들을 관리 및 제어함과 동시에 상기 PLC들에 의해 수집된 상태정보 데이터를 외부로 전송하는 HMI 장치들;
    데이터가 저장되는 DB서버를 포함하며, SCADA 서비스를 제공하는 SCADA 서버;
    상기 SCADA 서버 및 상기 HMI 장치들 사이의 통신경로에 설치되어 상기 HMI 장치들로부터 전송받은 상태정보 데이터를 상기 SCADA 서버의 상기 DB서버에 저장하며, 상기 HMI 장치들 중 적어도 하나 이상의 요청에 따라 상기 DB서버에 접근하여 요청에 따른 연산처리를 수행한 후, 결과데이터를 해당 HMI 장치로 전송하는 SCADA DB처리서버를 포함하고,
    상기 SCADA DB처리서버는 연결된 HMI 장치들의 소프트웨어 모듈 정보 및 연결정보를 저장하되, 소프트웨어 모듈 정보 및 연결정보 변경 시, 변경된 내용을 업데이트하여 저장하고,
    상기 HMI 장치들에는 연결된 PLC들로 데이터 요청 시, 적용되는 메모리 접근방식(M)이 PLC별로 기 설정되어 저장되고,
    상기 메모리 접근방식(M)은 순차 접근 방식, 개별 접근 방식 또는 이 둘의 조합이고,
    상기 HMI 장치들은 주기(T) 마다 PLC별 메모리 접근방식(M)들을 최적화 하고,
    상기 HMI 장치들의 PLC별 메모리 접근방식(M)들의 최적화 방법(S1)은
    상기 PLC들 각각에 대하여 레지스터에 저장된 메모리주소들을 추출하는 제1 추출단계(S10);
    상기 제1 추출단계(S10)에 의해 추출된 각 PLC의 메모리주소들 중 인접한 메모리주소들을 각각 추출하는 제2 추출단계(S20);
    상기 제2 추출단계(S20)에 의해 추출된 인접한 메모리주소들 중 하나의 인접한 메모리주소들을 측정대상이라고 할 때, 순차 접근 방식을 적용하여 각 측정대상의 메모리에 저장된 데이터를 판독 및 수집하기까지의 통신속도(v1)를 측정함과 동시에 개별 접근 방식을 적용하여 각 측정대상의 메모리에 저장된 데이터를 판독 및 수집하기까지의 통신속도(v2)를 측정하는 통신속도 측정단계(S30);
    상기 통신속도 측정단계(S30)가 상기 제2 추출단계(S20)에서 추출된 각 측정대상에 대한 통신속도 측정이 모두 이루어졌는지를 판단하며, 만약 누락된 측정대상이 검출되면, 상기 제2 추출단계(S20)로 돌아가 상기 제2 추출단계(S20) 이후의 과정을 반복하는 누락여부 판단단계(S60);
    상기 누락여부 판단단계(S60)에 의해 모든 측정대상에 대한 통신속도(v1), (v2) 측정이 완료되었다고 판단될 때 진행되며, 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용되는 메모리 접근방식들을 조합시켜 메모리 접근방식(M)을 최적한 후, 이전 메모리 접근방식을 최적화된 메모리 접근방식으로 갱신하는 최적화단계(S70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HMI&SCADA 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 제1항에 있어서, 상기 최적화단계(S70)는
    상기 통신속도 측정단계(S30)에 의해 측정된 각 측정대상에 대한 통신속도(v1), (v2)들을 측정대상별로 정렬하는 측정대상별 통신속도 정렬단계(S71);
    측정대상별 통신속도 정렬단계(S71)에 의해 정렬된 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들을 비교하는 비교단계(S72);
    상기 비교단계(S72)에서 각 측정대상의 통신속도(v1), (v2)들 중 측정값이 높은 통신속도에 적용된 메모리 접근방식을 해당 측정대상의 메모리 접근방식으로 결정하는 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73);
    상기 측정대상별 메모리 접근방식 결정단계(S73)에 의해 결정된 각 측정대상의 메모리 접근방식들을 조합하는 메모리 접근방식 조합단계(S74);
    상기 메모리 접근방식 조합단계(S74)에 의해 조합된 메모리 접근방식을 최적의 메모리 접근방식(M)으로 갱신하는 메모리 접근방식 갱신단계(S75)를 더 포함하고,
    상기 HMI 장치들의 PLC별 메모리 접근방식(M)들의 최적화 방법(S1)은 오류발생여부 판단단계(S40)와, 오류정리단계(S50)를 더 포함하고,
    상기 오류발생여부 판단단계(S40)는 통신속도 측정단계(S30)에서 통신속도(v1), (v2)들을 측정할 때, 오류가 발생하였는지 여부를 판별하며, 만약 오류가 발생되었다고 판단되면, 상기 오류정리단계(S50)를 진행하고, 만약 오류가 발생되지 않았다고 판단되면, 상기 누락여부 판단단계(S60)를 진행하고,
    상기 오류정리단계(S50)는 상기 오류발생여부 판단단계(S40)에서 오류가 발생하였다고 판단될 때 진행되며, 레지스터에 저장된 해당 PLC의 메모리주소들 중 오류를 유발시킨 주소를 제거하는 작업을 통해 메모리주소들을 갱신하는 것을 특징으로 하는 HMI&SCADA 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180060104A (ko) * 2016-11-28 2018-06-07 엘에스산전 주식회사 다중 데이터 서비스가 가능한 hmi 장치
KR20190127335A (ko) * 2018-05-04 2019-11-13 엘에스산전 주식회사 Ｈｍｉ시스템

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