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더 강력한 기능으로 무장한 차세대 HMI 솔루션 대거 출격
IT-OT, 하위-상위 시스템 디지털 커뮤니케이션 구심점 역할 강화

[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 흔히 터치모니터라고 불리는 HMI(Human-Machine Interface)이 초연결 스마트팩토리 시대 주력으로 존재감이 부상하고 있다. 제조 현장에서 문제가 발생했을 때 그 문제를 식별하고, 조치를 단행하는데 있어 중요한 역할을 하는 HMI를 통해 IT-OT 시스템을 유기적으로 통합하고 전체적인 운영 효율을 높일 수 있다. 문제 해결이 빨라지고 모니터링 등을 통한 가시성을 확보하게 되면, 운영비용을 절감할 수 있고 생산량 개선 및 수익성 증대라는 성과를 도출할 수 있다.

HMI는 OT와 IT를 한꺼번에 관리하는 엣지 컨트롤의 개념으로, 산업 현장의 이상 유무를 눈으로 확인할 수 있는 장치이다. 감시·제어 요소가 커지면 SCADA 솔루션 단계로 넘어간다. 시장 조사 기관 ‘PrecisionReport’에 따르면 글로벌 HMI 시장은 2020년에 4억9,612만 달러 규모에 달했으며 2020년에서 2027년까지 4.74%의 CAGR로 성장할 것으로 예상된다.

최신 HMI는 다양한 산업 현장으로 영역을 넓혀가고 있다. 사진은 선박해양플랜트 현장에서 쓰이는 HMI 솔루션. [사진=영국선급]

HMI를 통해 장비에 명령을 주고 현재 상태를 모니터링하는 것으로도 어느 정도 스마트팩토리를 체감할 수 있다. 기본적인 기능만 하는 HMI야 적은 비용으로 도입할 수 있지만, 데이터가 많거나, 공정이 복잡하고 스위치나 램프 등 변동사항이 잦다면 고급형 HMI을 적용해야 한다. 

최근 생산 현장은 광대한 규모에 너무 많은 장비와 설비들이 들어섰다. 계속해서 기계가 도입되고 복잡다단해지더라도 HMI의 정보 전달 및 다양한 인사이트 제공이라는 가치가 퇴행돼서는 안 되기에 HMI도 제조 현장의 니즈에 촉각을 곤두세우며 스마트함을 과시하고 있다. 기존에는 버튼, 램프, 표시기, 알람, 로깅, 멀티 터치 등이 시장의 주된 니즈였다면, 최근에는 데이터분석, 리포팅, 3자 서비스 등을 일괄 처리할 수 있는 HMI로 업체들이 경도되고 있다. 

HMI는 생산현장 엔지니어 및 운영자가 자주 사용하므로, 사용자 편의성도 중요시된다. 익숙한 사용자 인터페이스인 HTML, 자바스크립트, C++, SVG 등 쉬운 언어가 바탕이 돼야 하며, 화면이 커지거나 작아져도 뭉개지거나 깨지지 않아야 한다. 최근에는 터치방식도 스마트폰 다루듯 부드럽게 넘어가며, 한 번에 여러 손가락으로 터치할 수도 있는 기능도 고객 수준에 맞춰 보편화되는 추세이다. 대체적으로 색감, 속도 등 기능도 우수하다.

HMI는 단순한 운영 터미널을 넘어 상위 시스템으로 데이터를 보내기 위한 OT와 IT의 게이트웨이 역할을 강화하고 있다. 제조 현장에서는 통상 PLC가 스마트팩토리를 제어한다. 이 가운데 컨트롤러, 로봇, 비전, 인버터 등의 장치 데이터 전체 아키텍처 정보를 한 곳에 담아 모니터 기능을 하는 것도 HMI이 맡는다. PLC가 두뇌라면 HMI는 눈 역할을 하는 것이다.

시장에서는 대부분 PLC를 만드는 공급업체들이 HMI도 만든다. PLC 브랜드의 HMI를 선택하면 호환성 확장성 그리고 A/S 측면에서 두말할 나위 없이 좋다. 주요 공급사들은 지멘스, 로크웰오토메이션, 슈나이더일렉트릭, 미쓰비시전기, GE, Honeywell 등이며, 국내에서도 LS일렉트릭, 싸이몬, 오토베이스 등이 시장을 밀고 들어가는 모양새이다. 스마트 장비의 중심(Centric)으로 자리잡아 가고 있는데 어떤 기기를 사용하든, 어느 장소에서 든 접근할 수 있는 형태로 방향을 잡고 있다. PC 기반이 주력으로 부상하고 있으며 IoT 기술 또한 빠르게 접목되고 있다.

다양한 산업 현장으로 영역을 넓혀가고 있는 선도기업 HMI 솔루션의 특장점을 조망해 봤다.

지멘스, ‘Simatic WinCC Unified’ 개념도 [자료=지멘스]

지멘스, ‘Simatic WinCC Unified’

지멘스는 산업 현장의 제어 및 모니터링을 위한 새로운 시각화 시스템 ‘Simatic WinCC Unified’를 출시했다.

네이티브 웹 기반 시각화 시스템인 Simatic WinCC Unified는 시각화 소프트웨어와 차세대 HMI 패널인 Simatic HMI Unified Comfort를 통해 사용자들에게 최적의 HMI 및 SCADA 솔루션을 제공한다. 전통적인 시각화 애플리케이션 이외에도 미래의 자동화 환경을 위한 엣지시스템, 클라우드, AR 솔루션 연동 과정을 밟고 있다. WinCC Unified는 패널 및 PC 기반에서 사용할 수 있다.

Simatic HMI Unified Comfort Panels은 7에서 22인치의 디스플레이 크기로 제공된다. 멀티 터치 기술로 높은 수준의 스마트폰 또는 태블릿의 작동과 유사한 사용성을 제공한다. 색상이 밝음 대비는 가독성과 조작성을 향상시킨다. 

Simatic WinCC Unified를 기반으로 구현된 장치 시각화는 장치에 많은 새로운 가능성을 제공한다. 다이내믹 SVG(Scalable Vector Graphics), 광범위한 UI 컨트롤, ‘협업(WinCC Unified 스테이션 간 데이터 교환을 위한 편리한 메커니즘)’이 대표적인 기능이다.

앱을 통한 기능 확장 가능성은 SIMATIC HMI 제품 포트폴리오의 패러다임 전환을 나타낸다. 과거의 지멘스 HMI는 지멘스에서 제공하는 시각화 소프트웨어만으로 시각화를 구성해야 했지만 이제는 통합된 Edge 기능을 고객들에게 제공함으로써 시각화와 앳지 앱을 동시에 구현할 수 있게 됐다.

로크웰오토메이션의 HMI는 FactoryTalk View라는 명칭으로 사용이 되고 있으며, 용도에 따라 터치스크린으로 사용될 경우 Machine Edition, 확장 가능한 PC 기반의 HMI는 Site Edition, 웹 기반으로 HMI를 사용할 경우 ViewPoint으로 불린다. [사진=로크웰오토메이션]

로크웰오토메이션, ‘FactoryTalk View’

로크웰오토메이션의 HMI는 FactoryTalk View(이하 FT View)라는 명칭으로 사용이 되고 있으며, 용도에 따라 터치스크린으로 사용될 경우 Machine Edition, 확장 가능한 PC 기반의 HMI는 Site Edition, 웹 기반으로 HMI를 사용할 경우 ViewPoint으로 불린다.

Machine Edition의 경우 구성한 프로그램을 Panel View라는 고해상도 터치스크린에 설치해 사용하게 된다. 4인치에서 19인치까지 다양한 크기의 제품과 기기가 제공된다. Site Edition은 PC 기반의 HMI로 다른 소프트웨어 제품과 함께 사용되는 경우 주로 쓰인다. 

Machine Edition과 달리 서버와 PC를 이중화 할 수 있어서 HMI의 연속적인 제어와 모니터링 작업도 가능하다. 

ViewPoint의 경우 웹 브라우저 상에서 안전하게 데이터에 접근하고 HMI를 응용하고자 할 경우 유용하다. ViewPoint는 iOS, Android, Windows 기반의 모바일 기기에서도 사용이 가능하기 때문에 공장 관리자, 감독자, 유지보수 엔지니어 및 시스템 공급 업체에서도 널리 사용이 된다. 

슈나이더일렉트릭, ‘HMI Centric Architecture’

슈나이더일렉트릭은 작업자의 능률을 최대한 끌어올릴 수 있는 HMI 신제품 프로페이스(Pro-face) ‘HMI 센트릭(Centric)’를 선보였다. 글로벌 HMI 시장에서 가장 큰 점유율(전세계 40% 이상)을 차지하고 있는 브랜드가 바로 ‘프로페이스(Pro-face)’이다. 국내외의 가장 폭넓은 시장을 보유하고 있는 만큼, 수많은 적용 사례를 기반으로 축적된 전문성을 바탕으로 새로운 기술을 개발하는 속도도 가장 빠르다. 이러한 프로페이스에서 최근에 시장에 선보인 새로운 개념의 HMI 컨셉이 바로 ‘HMI Centric Architecture(HMI 센트릭 아키텍처)이다. 프로페이스의 최근 기술 변화와 혁신을 살펴보면, HMI의 현재와 미래를 확인할 수 있는 것도 바로 그러한 이유이다. HMI Centric 아키텍처는 다음과 같이 7가지 솔루션을 제안한다.  

첫 번째는 네트워크 카메라가 내장된 HMI 솔루션이다. 카메라가 HMI에 내장돼 육안이나 데이터 분석만으로 판단할 수 없는 오류 원인을 비디오로 확인해, 가시성이 떨어지는 구역의 오작동 및 실수를 줄이고 가동 중지의 원인을 정확하게 분석한다.

슈나이더일렉트릭 PS6000 제품군 [사진=슈나이더일렉트릭]

두 번째는 보안 강화를 위한 ID카드 (NFC)리더 기반 HMI 솔루션이다. NFC 기반의 ID카드를 HMI에 도입해 안전하고 간편한 접속을 가능하게 한다. 편의성은 높이고, 누가 무엇을 했는지 모든 내역을 추적할 수 있고, 권한 관리도 가능해 사용자 관리 역량을 보장하는 동시에 보안은 강화했다. 

세 번째는 로봇 컨트롤러에 최적화된 HMI 솔루션이다. 과거에는 로봇 기술자가 특수한 티칭 펜던트를 사용해 로봇의 상태를 확인하고 오류를 수정했으나, HMI Centric을 도입하면 로봇 전용 샘플 화면을 통해 별도의 작업없이 로봇 정보를 쉽게 확인하고 수정할 수 있다. 

네 번째는 WiFi 라우터 기반 스마트폰 원격 HMI 모니터링이다. 예를 들어 국내에서 해외의 현장을 관리한다고 가정하면, 원격 접속을 위한 인터넷망이 필요하다. HMI Centric은 네트워크를 구축할 수 없는 환경에서도 스마트폰을 액세스 포인트로 활용해 와이파이에 접속해 안전한 원격 유지 보수를 가능하게 한다. 

다섯 번째는 원격 유지보수를 위한 4G라우터를 활용한 HMI 솔루션이다. SIM 카드가 있는 USB 모뎀을 라우터에 삽입해 인터넷 제한된 환경에서도 원격 접속이 가능하게 하는 개념이다. 국내에서 해외 현장을 관리할 때 Pro-face connect를 사용해 HMI에 원격으로 액세스하고 Pro-face Remote HMI를 통해 HMI 화면을 원격으로 모니터링하고, 유지보수가 필요할 때에도 원격으로 작업이 가능하다.

여섯 번째는 클라우드 연결성에 중점을 둔 솔루션이다. 통신 기능을 기반으로 현장의 데이터를 클라우드로 보내준다. 여러 컨트롤러와 동시에 통신할 수 있다.

일곱 번째는 증강현실 기술을 활용한 첨단 비접촉 유지보수 기술과의 통합이다. Augmented Operator Advisor(AOA)라는 디지털 플랫폼을 활용하면 태블릿에서 증강 현실 애플리케이션을 설치해 현장에서 장비의 상태 확인이나 메뉴얼 등의 정보 확인이 가능하다. 

코파데이타의 제약 애플리케이션 HMI시스템 자료화면 [사진=코파데이타]

코파데이타, ’zenon‘

코파데이타는 30여 년 동안 HMI/SCADA에 천착한 정통기업이다. 오스트리아 잘츠부르크를 거점으로 전 세계 50개국에 진출해 특히, 지난해 말 기준 5,000개 이상 고객사에 19만 개가 넘는 HMI/SCADA 소프트웨어 ‘zenon’을 공급해 왔다.

zenon의 가장 큰 장점은 뛰어난 범용성이다. zenon은 350여개의 프로토콜을 직접 개발한 통신 드라이버를 제공해 다양한 하위 디바이스와의 데이터 통신을 가능케 한다. 장비의 모니터링·제어 및 데이터 수집뿐만 아니라 상위 시스템과 인터페이스가 가능한 OPC UA Server, Modbus Slave, IEC 61850 Server, IEC 60870-5-101/-104 Server, DNP3 Server 등의 게이트웨이도 일괄 제공한다. 나아가 MES 연동에 주로 사용되는 상용 데이터베이스와 Read/Write가 가능하도록 ODBC 커넥션과 더불어, SAP ERP와도 직접 연동 가능한 모듈을 제공하고 있다.

최근 들어 언제, 어디서나 서버에 액세스가 가능한 Web Server 기능의 수요가 더 많아지고 있다. 이에 코파데이타는 zenon Runtime과 동일한 퍼포먼스를 자랑하는 Web Server·Client 옵션과의 사용자 편의에 맞춰 커스터마이징이 가능한 Web Engine(HTML5) 옵션으로 고객 만족에 나서고 있다.

최근 zenon은 클라우드 연동을 위한 Service Grid를 출시했다. Azure와 AWS는 물론, 기업 전용의 프라이빗 클라우드에도 연동이 가능한 솔루션이다. 

[최정훈 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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