SCADA

왜 배우는가: 전철변전소와 급전 설비는 넓은 구간에 흩어져 있어 현장에 상주시켜 감시하기 어렵다. SCADA는 이런 설비를 급전소에서 실시간으로 파악하고 조치하는 기본 체계이다. 여러 교시에서 장치구성, 주요 기능, 중앙제어소 구성을 함께 묻는 개념이므로 용어와 기능의 구분을 먼저 익혀야 한다.

출제 이력: 제133회 4교시 3번, 제124회 4교시 6번, 제115회 3교시 3번, 제110회 3교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

SCADA는 원격지 설비의 상태 정보를 통신으로 수집하고, 중앙에서 그 설비를 감시·제어하는 시스템이다.

SCADA는 감시 제어 및 데이터 수집(SCADA)의 약어이다. 답안 첫 줄에는 위 정의를 두고, 이어서 감시·제어·수집 기능을 키워드와 함께 나열하는 것이 기본 구성이다. 철도 분야에서는 전철변전소와 급전 설비를 원격으로 다루는 체계를 가리킨다.

핵심 키워드는 아래와 같다.

• 원격감시: 원격지 상태값을 중앙에서 실시간으로 보는 것이다.
• 원격제어: 중앙에서 원격으로 명령을 내리는 것이다.
• 원격단말장치(RTU): 현장 계측과 명령 실행을 맡는 현장 측 장치이다.
• 마스터 단말장치(MTU): 여러 RTU를 모아 처리하는 중앙 측 장치이다.
• 경보: 허용 범위를 벗어난 상태를 운영자에게 알리는 기능이다.
• 이력 관리: 상태값과 조작 내역을 저장하는 기능이다.
• 텔레메트리(Telemetry): 원격지 계측값을 전송하는 방식이다.

HMI는 사람이 설비를 보고 조작하는 화면 인터페이스이며, 감시제어 규모가 커지면 SCADA 영역으로 들어간다. 이처럼 SCADA는 다수의 원격지를 다루는 규모의 감시제어 체계로 이해하는 것이 정확하다.

2. 개념 풀이

SCADA는 통신 경로의 아날로그 또는 디지털 신호로 원격장치의 상태 정보를 수집하고, 이를 수신·기록·표시하여 중앙 제어 시스템이 원격장치를 감시·제어하는 시스템이다. 정의의 핵심은 수집, 표시, 제어 세 단계가 하나의 체계로 묶인다는 점이다. 셋 중 하나라도 빠지면 감시 제어 체계로 보기 어렵다.

원리는 신호의 흐름으로 이해한다. 현장의 계측기가 전압이나 전류 같은 값을 측정하면 RTU가 이를 수집해 통신망으로 중앙에 보낸다. 중앙의 마스터 단말장치는 값을 저장하고 화면에 띄운다. 반대로 운영자가 내린 명령은 같은 통신 경로를 거꾸로 타고 RTU에 도달해 차단기 같은 현장 장치를 동작시킨다. 감시 흐름과 제어 흐름이 하나의 통신망을 공유하는 구조가 SCADA의 본질이다.

경보 기능은 원격장치의 경보 상태에 따라 미리 정한 동작을 수행하는 기능이다. 지시·표시 기능은 원격장치의 상태 정보를 수신해 화면에 보여 주고 기록한다. 적산 기능은 디지털 펄스 정보를 받아 합산해 표시·기록에 쓰게 한다.

이 가운데 전력 계통에서는 원격감시가 가장 중요한 기능으로 꼽힌다. 운영자가 계통 상태의 최신 정보를 얻어야 하기 때문이다. 다만 감시만으로는 이상을 바로잡을 수 없으므로 원격제어와 짝을 이뤄 쓰인다.

감시 기능은 운영자에게 시스템 상태의 최신 정보를 제공하는 기능이다.

통신 경로는 유선과 무선을 함께 쓴다. 전통적으로 무선과 직접 배선을 조합해 왔고, 철도나 발전소처럼 규모가 큰 시설에는 동기식 광전송망인 SONET/SDH가 자주 쓰인다. 초기 저속 통신 프로토콜의 영향이 남아 있어 기존 기업망을 공유하는 방향으로 옮겨 가는 추세도 있다.

3. 등장 배경과 필요성

초기 원격 제어는 제어 대상 가까이에 중앙 콘솔을 두고, 콘솔의 램프로 설비 상태를 확인하고 스위치로 설비를 조작하는 방식이었다. 이 방식은 데이터 수집과 감시 제어가 패널에 묶여 있어 감시 범위가 설비 근처로 한정됐다. 이후 전기기계식 원격제어 장비를 거쳐, 현재는 마이크로프로세서 기반 SCADA가 그 역할을 대신하고 있다.

SCADA가 등장한 배경은 텔레미터링 설비에 컴퓨터가 결합된 데 있다. 텔레미터링 체계는 원격 측 RTU와 중앙 측 MTU로 나뉘었는데, 중앙 측 기능이 소프트웨어로 옮겨 가고 RTU도 PLC로 많이 대체됐다. 이 과정에서 한 대의 중앙 컴퓨터가 많은 원격지 값을 한꺼번에 처리하는 구조가 자리 잡았다. 상용 제품이 보급되면서 기계나 전기 기술자가 프로그램 개발자 없이도 화면 환경을 직접 설정할 수 있게 됐다.

필요성은 전철 전력 설비의 구조에서 나온다. 전철변전소와 급전 구분소, 전차선 구간은 넓게 흩어져 있어 현장에서 상시 감시하기 어렵다. 전철 급전 계통은 교류 25kV로 구성되며, 전압, 전류, 차단기 상태 같은 값을 실시간으로 파악하고 고장 구간을 빠르게 분리해야 무정전 급전을 유지할 수 있다. 이런 요구를 급전소 한곳에서 충족하는 수단이 SCADA이다.

원격 조작이 가능해지면 현장 출동 없이 차단기를 조작할 수 있고, 이력 데이터는 고장 원인 분석과 추세 관리에 쓰인다. 다만 원격 조작이 가능한 만큼 통신망과 제어 시스템을 노린 사이버 공격의 위험도 커졌다. 실제로 SCADA 대상 사이버 공격으로 전력 계통에 혼란이 생겼다는 보고가 있다. 따라서 SCADA 설계는 통신 기능만큼 보안 기능을 함께 고려해야 한다.