연결하고 통합하면 또 다른 가치가 보인다, Smart Green Platform

지난 연재 2편을 통해서 B2B 플랫폼의 중요성과 SGP의 탄생 배경에 대해서 설명드렸는데요. 오늘 이 시간에는 'SGP(Smart Green Platform)'의 구조와 동작 방식, 적용 사례들에 대해 자세히 알아보겠습니다. 

최근 다양한 센서 디바이스의 활용 증가에 따라 IoT, 에너지 관리, 안전 관리, 환경 감시, 설비 제어 등의 시스템 도입이 늘어나고 있는데요. 이에 따라 해당 디바이스를 잘 관리하고 통제하는 관제에 대한 중요성도 증가되고 있습니다. 

 

관제 시스템은 센서나 설비 등(이하 ‘디바이스’)을 관리•모니터링하고 제어하는 시스템인데요. 센서를 통해 현재 온도를 모니터링하고 설정한 온도의 범위를 벗어날 경우 동작하도록 제어하는 것도 소규모의 관제 시스템입니다.^[각주:1] 

그렇다면, 관제 시스템을 도입하면 어떤 장점이 있을까요? 

원격지에서 발생하는 오류를 모니터링이 가능하도록 합니다. 따라서 현장에 관리자가 없는 경우에도 빠르게 대응할 수 있도록 하는 것이지요. 즉, 분산 관리되던 디바이스들을 중앙 집중적으로 관리하여 시스템 운영 인력을 효율화 하는 것이 가능합니다. 

예를 들어, 경보가 알려주는 정보 외에도 경보 발생 지역 주변의 데이터들을 활용해 상황을 종합적으로 판단합니다. 그리고 이를 토대로 현장에 도착하기 전에 대응책을 좀 더 면밀히 검토할 수 있도록 합니다. 

특정 상황 발생 시의 대응책을 사전에 등록하여 이벤트 발생 시 다수의 디바이스를 동시에, 자동적으로 제어할 수 있도록 합니다. 이를 통해 이상 상황에 대하여 수동 처리 대비 빠르고 정확한 대응이 가능하도록 해 줍니다. 

이러한 관제 시스템을 구현하는데 있어 핵심 요소는 무엇일까요? 

먼저 다양한 디바이스들로부터 데이터를 획득해야 하겠지요. 그리고 획득한 데이터들로부터 현재의 상태를 파악하여 관제 화면에 표출하고, 파악된 상태에 따라 다시 디바이스에 제어 명령을 하달할 수 있도록 하는 체계를 구축하는 것이 필수적인데요.

[표 1] 관제 시스템 핵심 요소를 최적으로 반영한 Smart Green Platform (SGP)

모니터링 및 제어 대상인 디바이스, 이를 관제 시스템과 연결할 통신 프로토콜, 디바이스로부터 수집한 상태 데이터 및 제어를 위한 데이터, 사용자가 시스템의 상태를 파악하고 적절한 작업을 수행할 수 있도록 하기 위한 UI(User Interface)가 반드시 필요합니다. 

관제 시스템을 구현할 때, 이러한 핵심 요소들과 관련하여 고려해야 할 사항들을 살펴보도록 하겠습니다.

예를 들어 0.1V 단위의 전압을 측정해야 하는데 전압 센서가 1V 단위로 전압을 측정할 때(data resolution), 데이터 오차 범위가 기준 보다 클 때, 화재 감지 센서가 온도와 연기를 모두 측정해야 하는데 온도만 측정이 가능할 때 등 이와 같은 경우 원하는 관제 시스템을 구성할 수 없게 되는데요. 

만약 비용적 또는 기타 이슈로 인하여 물리적인 센서, 설비 등을 보유하기 어려운 경우, 가상 디바이스(virtual device)를 구성하여 사용하는 것이 가능합니다. 

예를 들어, 외부 온도의 측정이 필요하지만 비용이나 공간적 이슈로 온도 센서의 설치가 어려울 경우, 기상 정보를 활용하여 외부 온도 정보를 제공하도록 하는 가상 디바이스(가상 센서)를 구성하는 것 또한 가능합니다. 

디바이스를 구매하여 관제 시스템과 연결하려고 할 경우 디바이스가 정보를 주고받는 방식인 프로토콜을 구현하는 프로그램의 작성이 필요한데요.

관제 시스템에 사용되는 디바이스의 종류는 매우 다양합니다. 디바이스를 연결할 때마다 프로토콜을 직접 구현해야 한다면 시스템 구성 시 많은 비용이 들겠지요.

따라서, 프로토콜을 직접 구현하지 않고, 사전에 구현된 드라이버나 어댑터를 재사용하여 디바이스를 시스템에 연결할 수 있도록 하는 것이 효율적 입니다. 

사용자는 프로그래밍에 대한 전문적인 지식 없이도 다양한 디바이스들로부터 수집되는 데이터 중에 원하는 데이터를 쉽게 선별할 수 있어야 합니다. 또한 수집된 데이터들을 바탕으로 시스템이 사용자가 원하는 동작을 하도록 구성할 수 있어야 합니다. 물론, 설정에 의한 동작 만으로 구현하기 어려운 경우, 스크립트 등을 활용하여 좀 더 세밀한 제어가 가능하도록 할 수도 있습니다. 

관제 시스템의 목적은 사용자 혹은 관리자가 관리하는 대상들의 상태를 한눈에 파악하고 문제가 발생하였을 경우 빠르고 쉽게 대응할 수 있도록 도움을 주는 것인데요. 따라서, 관제 UI는 사용자의 요구사항을 충분히 반영할 수 있도록 유연하게 구성될 수 있어야 합니다.

사용자가 원하는 바를 직접 수정/적용하여 사용할 수 있도록 한다면 더욱 좋은 효과를 발휘할 수 있겠지요.

주차관리, CCTV 관리 등의 외부 또는 기존 시스템과의 연결을 통한 관제 시스템의 활용성 증대와 성능 및 안정성도 중요하겠지요.

뿐만 아니라, 이벤트 발생 시점의 상황을 다방면에서 파악할 수 있도록 다양한 디바이스들로부터 수집되는 대용량의 데이터들을 관리하는 것 또한 관제 시스템의 중요한 기능입니다. 

우리가 PC나 스마트 폰 등을 사용할 때, 반드시 설치해야 하는 소프트웨어가 있는데요. 바로 OS(Operating System)입니다. 

OS는 마우스나 키보드, 모니터, 저장장치 등의 주변기기들을 연결하여 사용할 수 있도록 하는데요. 메모장, 계산기, 그림판 등의 기본적인 어플리케이션을 제공하기도 하며, 마이크로소프트 오피스, 메신저, 인터넷 브라우저, 게임 등의 응용 프로그램이 동작할 수 있도록 하는 기반을 제공하기도 합니다.

이러한 OS와 마찬가지로, LG CNS의 SGP는 빌딩, 공장, IoT, 안전, 환경 등의 관제 시스템을 필요로 하는 다양한 분야에서 OS와 같은 역할을 수행하는데요. 

마이크로소프트 오피스나 메신저, 게임 등과 같은 응용 프로그램 대신 EMS(Energy Management System), BMS(Building Management System), 빌딩 群 관리 등과 같은 응용 서비스들이 동작할 수 있도록 하는 기반과 응용 서비스를 LG CNS에서 제공하고 있습니다.  

LG CNS의 SGP(Smart Green Platform)는 관제 시스템의 기능을 경제적으로 구현할 수 있도록 하는 플랫폼인데요. 

사전에 구현된 프로토콜의 선택을 통한 손쉬운 디바이스 연결이 가능하고, HMI 화면 및 제어 로직 구성을 드래그 앤 드롭(drag & drop) 또는 설정을 통하여 손쉽게 구성할 수 있도록 지원합니다. 

또한, 외부 시스템과의 연결 지원을 통한 확장성을 제공하고 있습니다. 이미 다수의 사이트에 설치되어 사용되며 나날이 그 성능 및 안정성도 입증된 바 있습니다. 

키보드, 모니터 등의 주변기기 대신 센서나 설비 등을 연결하며, 메모장, 그림판과 같은 기본 어플리케이션 대신 디바이스의 모니터링, 제어 및 데이터 수집 기능을 제공합니다.

[그림 1] PC OS(Operating System)와 SGP의 비교 

[그림 1]에서는 PC 환경의 OS와 다양한 환경에서 활용되는 SGP의 Layer를 비교하여 표현하고 있는데요. OS에 포함되는 디바이스 드라이버와 SGP의 Smart Connect가 유사한 수준에서 역할을 수행하고 있습니다.

OS의 핵심인 커널(kernel) 부분의 역할은 SGP의 Smart Enterprise, Smart Builder, Smart ESB(Enterprise Sevice Bus)가 담당하고 있는데요. 또한, PC 환경의 응용 프로그램들과 같이, SGP와 함께 다양한 영역에서 사용될 수 있는 서비스들이 있는 것을 알 수 있습니다.

SGP는 크게 Smart Enterprise, Smart Builder, Smart Connect, Smart ESB 로 구성됩니다. 

실시간 데이터 수집, 판단, 처리, 전파 기능을 수행하는 Enterprise 영역과 스케줄 등에 의한 주기적 동작의 처리를 담당하는 배치(Batch) 서버, 경보 등의 실시간 처리를 위한 푸시(Push) 서버 등으로 구성됩니다.

모니터링, 제어하고자 하는 데이터의 설정 및 관리, 관제 화면을 제작 할 수 있도록 하는 화면제작 툴을 제공합니다. 

디바이스와의 통신 프로토콜을 사전에 구현하여 탑재하고 있고, 사용자가 연결을 원하는 디바이스에 해당하는 프로토콜을 선택함으로써 디바이스의 연결을 별도의 개발 없이 가능하도록 하는 역할을 수행하고 있습니다. 

SGP와 다른 시스템을 연결할 수 있도록 하는 인터페이스를 제공합니다. 

예를 들어, 빌딩 관리 시스템을 SGP를 통하여 구현하고, 엘리베이터의 관리 시스템을 별도로 구성하여 SGP와 연동하도록 하고자 할 때, SGP와 엘리베이터 관리 시스템을 연결할 수 있도록 하는 역할을 Smart ESB가 담당하게 되는 것이지요. 

[그림 2] SGP의 구조

앞서 관제시스템의 핵심 요소로 디바이스, 통신 프로토콜, 데이터 및 관제 UI(User Interface)를 언급 했는데요. SGP를 사용하여 관제시스템을 구현할 경우, 다양한 디바이스에 대한 프로토콜을 사전에 구현하여 탑재하고 있는 Smart Connect를 사용합니다.

 

[그림 3] SGP 도입 시 추가 장점

별도의 개발과정 없이 디바이스를 연결하는 것이 가능하고, Smart Connect가 사전에 구현하여 탑재하지 않은 프로토콜을 사용하여야 하는 때에는 직접 프로토콜을 구현하여 시스템과 연결할 수 있도록 지원하고 있습니다. 

또한, Smart Builder를 통해 수집/제어하는 데이터를 GUI(Graphical User Interface) 기반으로 손쉽게 관리할 수 있는데요. 관제화면 및 제어 로직을 스크립트나 프로그래밍이 아닌 드래그 앤 드롭, 클릭, 더블 클릭 등의 간단한 조작으로 구성할 수 있도록 합니다.^[각주:2] 

뿐만 아니라, 여러 데이터들을 조합하여 새로운 데이터를 생성하거나, 외부의 시스템과 연계 하여 가상의 디바이스를 생성하여 사용할 수 있도록 하는데요.

외부의 주차관리, 엘리베이터 관리, CCTV 관리 시스템 등의 외부 시스템들과의 연동을 가능하도록 하는 Smart ESB를 통해 시스템의 기능을 확장하는 것이 가능합니다.

철저한 테스트 및 50개 이상의 사이트에서 SGP를 적용해 운영한 경험을 바탕으로 성능 및 안정성을 확보하였는데요.

이처럼 IoT, 에너지 관리, 안전 관리, 환경 감시, 설비 제어 등 다양한 분야에서 활용되는 관제 시스템을 SGP를 통해 구현해 비용 감소, 확장성 제고, 안정성 증대 등의 이점을 확보할 수 있습니다.

SGP를 사용할 경우 [그림 3]에 나타낸 바와 같이 단일 서버로 30만개의 관제점 사용을 지원해 여러 개의 관제 서버를 별도로 구성할 필요가 없는데요.

 

EMS나 BMS 등의 서비스들을 별도로 구성할 경우, 각각에 사용되는 서버가 별도로 존재해야 하지만, SGP를 사용할 경우 단일 서버로 여러 개의 서비스를 구성할 수 있습니다.

지금까지 SGP의 구조와 SGP를 사용함으로써 얻을 수 있는 이점을 살펴 보았는데요. SGP는 빌딩이나 공장 등의 관제 시스템뿐만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS), 마이크로 그리드(Micro Grid) 등의 에너지 관련 시스템에 적용되어 구현 효율 및 운영 성능을 향상시키는데 기여할 수 있습니다. 

앞으로 연재할 글에서는 에너지 관련 최신 이슈 및 경향과 관련해 SGP가 어떻게 활용될 수 있고, LG CNS의 스마트그린솔루션(SGS)^[각주:3]  이 어떻게 적용 되고 있는지 살펴 보겠습니다. 

글 ㅣ LG CNS 스마트그린솔루션팀

['B2B플랫폼, IoT에서 에너지까지' 연재 현황 및 향후 계획]

●1편 B2B 소프트웨어 플랫폼, 신사업을 이끌다 : http://blog.lgcns.com/826

●2편 정보 기술과 제조 산업이 이루는 4차 산업 혁명, Industry 4.0(Smart Factory):

 http://blog.lgcns.com/850

●3편 연결하고 통합하면 또 다른 가치가 보인다, Smart Green Platform:

  http://blog.lgcns.com/877

●4편 에너지 효율적 활용의 한계와 소프트웨어를 통한 극복방안 : http://blog.lgcns.com/909

●5편 효율적 에너지 활용의 지휘자, Energy Management System: http://blog.lgcns.com/935

●6편 전력 자급자족(自給自足), 마이크로 그리드 : http://blog.lgcns.com/957

1. 관제 시스템의 정의를 단순 모니터링을 수행하는 시스템으로 보는 견해도 있고, 관리하는 디바이스의 개수에 따라 분류하는 경우도 있습니다. 현재는 다수의 디바이스를 연결하여 통합적으로 관리하고 제어하는 시스템을 관제 시스템이라 일컫는 경향이 있으므로 이 글의 나머지 부분에서는 다수의 디바이스를 연결하여 관리하고 제어하는 시스템을 관제 시스템이라 하도록 하겠습니다. [본문으로]
2. Smart Builder는 디바이스로부터 수집하는 raw 데이터를 의미를 가지는 최소 단위로 분리한 “태그(tag)”를 사용하여 엔지니어링 합니다. (ex. Raw 데이터 0x06의 1번째 비트와 2번째 비트가 각각 스위치의 close/open 상태, 과열 경보의 발생/해제 상태를 나타낼 경우, 각 비트에 해당하는 정보는 “스위치 상태” 태그와 “과열 경보 상태” 태그로 분리 됩니다.) 코딩을 통한 관제 시스템의 구현이 아닌, 태그를 이용한 엔지니어링을 통하여 관제 시스템을 구현하기 때문에, 코딩 과정에서 발생할 수 있는 오류들을 사전에 방지할 수 있습니다. 뿐만 아니라, Smart Builder는 태그를 사용한 엔지니어링만으로 작업이 어려운 경우, 스크립트를 사용하여 시스템을 구현할 수 있도록 하는 기능 또한 지원합니다. [본문으로]
3. LG CNS가 제공하며 빌딩, 에너지, HW 등의 분야에서 활용될 수 있는 서비스들과 SGP를 통합하여 SGS(Smart Green Solution)이라 합니다. [본문으로]