원격감시제어설비

1. 중앙감시제어장치
(1) 변전소 등의 제어 및 감시는 전기관제실에서 이루어지도록 한다.
(2) SCADA설비는 CTC, 정보통신설비와 호환되도록 구성한다.
(3) 전기관제실과 변전소나 구분소 또는 그 밖에 관제 업무에 필요한 장소에는 상호 연락할 수 있는 통신 설비를 시설하고 전기관제실에는 전철전력설비 운영과 관련된 원격감시제어설비 등을 설치하여야 한다.
(4) 전철설비 및 전력설비를 분리하여 설계하되, 운용의 효율성, 경제성 검토 등을 통해 동일설비로 운영할 수 있다.

 

 

2. 중앙감시제어장치 일반적인 구성

현대 SCADA 시스템들은 다른 시스템들과 상호 연결을 지원하는 개방형 구조를 가지고 있는것이 특징이며 개방형 시스템 표준들은 또한 다른 공급자의 제품과 인터페이스를 지원한다. 개방형을 위해서는 POSIX 또는 Microsoft Windows, X Window와 같은
산업표준을 준수하여야 하고 컴퓨터 응용을 위한 관련된 산업 표준을 준수하여야 한다. ; 다른 제어 센터와 통신을 위한 IEC 60870-6(TASE.2) ; RTU 통신을 위한 IEEE Std 1379 대부분의 공급자들이 개방형 시스템을 제공하고 있음에도 불구하고 SCADA 

SYSTEM 제작사는 자사의 응용 프로그램 인터페이스(API)를 개발하여 사용하고 있다. 이러한 API는 공통 오브젝트들 및 데이타 교환 체계를 사용하는 것에 의해 소프트웨어 모듈이 서로 통신하는 것을 가능하게 한다. IEEE 및 IEC는 API 레벨에서 내부 운용성을 보장하기 위하여 적절한 표준을 개발하고 있는 중이다.

(1) Human Machine Interface(HMI)
이 인터페이스는 MMI(Man Machine Interface)로 표현하기도 하며, 컴퓨터와 모니터로 구성되어 화면을 통해 원격감시제어장치를 운영할 수 있도록 하는 설비를 말한다.

(2) 계통반장치
맵보드 또는 스크린 디스플레이(프로젝션 시스템, 큰 스케일 LCD 시스템, 플라즈마 시스템 등)를 선택하여 운영할 수 있으며. 시스템 소프트웨어는 디스플레이되는 그림을 맵보드 콘트롤러 또는 스크린 디스플레이에 보내서 전체적인 계통을 한눈에 볼수 있게 보여준다. 모자익 타입 맵보드는 타일에 전력공급계통의 도면을 간락하게 그린 모자익 타일을 사용하며 LED(light emitting diodes)램프로 각 장치의 투입, 개방상태를 표시할 수 있도록 구성되어 있다. 과거에는 모자익 타입 맵보드를 주로 사용하였으나, 현재는 컴퓨터 기술의 발달로 프로젝션 시스템이나 LCD 디스플레이를 주로 사용하고 있다.

 

(3) 멀티 VDU 인터페이스
전력시스템 장치의 상태를 더욱 자세히 보여주기 위하여 사용되는 워크스테이션이다.
현대의 SCADA 시스템에서 멀티 VDU(Visual Display Unit) 워크스테이션들은 운용자가 다양한 어플리케이션과 제어 기능을 쉽게 접근할 수 있도록 해준다. 이런 워크스테이션은 네개 또는 그 이상의 물리적 또는 가상 VDU들을 지원할 수 있고 팬, 줌, 풀업/풀다운
메뉴 및 드래그 및 드롭과 같은 멀티 윈도우 기술을 가진 풀 그래픽 능력을 제공한다.

(4) 어플리케이션 서버 : SCADA 시스템들은 다음과 같은 여러 종류의 서버로 구성된다.
① 주컴퓨터 시스템 : 데이타 처리 기능 및 실시간 운용 프로세스 제어를 위하여 사용된다.
② 데이타베이스 서브시스템 : 이 서버는 히스토리칼 데이타베이스 및 이외의 시스템 데이타베이스를 지원한다.
③ Advanced 어플리케이션 서버 : 특별한 어플리케이션을 지원한다.
④ 히스토리칼 데이타베이스 : 모든 히스토리칼 데이타를 포함하는 데이타베이스를 지원한다. 이 서버는 또한 시스템 연구나 운용자의 훈련을 위해 사용될 수 있다.
⑤ 구성 및 관리 서버 : 전체 시스템의 제어, 관리 및 유지보수를 위해 사용된다. 이 서버로 부터 각 서버의 운용 모드가 제어될 수 있고 시스템 백업 기능들을 명령할 수 있다.

(5) 통신제어장치(FEP - Front End Processor)
이 시스템은 RTU나 CU 등 현장 장치에서 통신선로를 통하여 전송되는 데이타를 처리하기 위하여 통신전용으로 사용된다. 프로토콜 변환, 보안 체크, 아날로그 및 디지탈 데이타의 임시 저장 및 아날로그 및 디지탈 상태 변화의 검지를 수집하는 것과 같은 기능을 지원한다.

(6) 외부 통신 서버
다른 제어 센터와 데이타를 상호 교환하기 위하여 사용된다. IEC 60870-6(TASE.2) 와 같은 표준 프로토콜이 실시간 및 기록 데이타를 교환하기 위하여 사용되어야 한다. 외부 통신 서버에 연결시 접근권한제어 등을 통하여 보안에 유의하여야 한다.

 

3. 철도 중앙감시제어장치
철도교통관제센터의 컴퓨터설비는 전국 1300여개소(2012년 3월)의 현장설비를 원격감시제어하기 위한 시스템으로 124,000포인트의 감시, 계측 및 적산 데이타를 실시간으로 감시제어하며, 각종 취득데이타를 가공하여 정보로 활용하기 위한 데이타베이스,
디스플레이, 보고서 기능 등의 SCADA 기능을 원할히 운용할 수 있도록 구성하여 운용하고 있다.

 

(1) 주 컴퓨터 장치
주 컴퓨터 장치는 중앙 처리장치, 대용량 기억장치, 백업 장치, 시스템 콘솔, 시스템 프린터, 고속 데이타 통신장치 등으로 구성되며 컴퓨터 장치 상호간에는 전용 테이타 링크를 이중화하여 대기상태 없이 즉시 고속으로 데이타 통신을 할수 있다. 또한 근거리통신망을 사용하여 컴퓨터 장치와 인간/기계 연락장치인 사령 조작반과 연결되고 프린터와 계통반등 주변기기는 고속 데이타 통신장치를 통하여 통신제어 모듈과 연결하여 대기상태 없이 데이타를 송,수신 할수 있다.
① 중앙 처리장치 (C.P.U)

가. 중앙 처리 장치는 최신 CPU를 탑재하고 개방형 운영체제(UNIX 또는 윈도우 등) 를 사용한다.
나. 각종 주변기기를 연결할수 있는 세계적으로 공인된 표준버스 접속기능 및 각종 입출력 인터페이스(RS232C, LAN등)를 내장하고 있다.
다. 시스템 콘솔을 연결하여 본 시스템과 관련된 하드웨어나 소프트웨어를 관리한다.
② 대용량 기억장치 (Hard Disk Driver)
가. 중앙처리 장치마다 전용으로 구성하여 데이터가 변화될 때 즉시 자동으로 데이터를 상호 백업한다.
나. 각종 기본 소프트웨어(운영체제, 화면제어 프로그램, 데이터베이스 프로그램, 네트워크 관리 프로그램 등)와 감시제어용 소프트웨어가 저장, 실행된다.
③ 백업 장치
중앙 처리장치의 임시 또는 영구보관용 대용량 백업장치로 중앙 처리장치의 프로그램, 보고서 내용 및 상황 발생내용을 주기적으로 백업하고 시스템의 이상 또는 확장 시 중앙 처리장치로 복사하여 간단한 조치로 복구가 가능하다.
④ 시스템 콘솔
중앙 처리장치에 직접 접속되어 시스템(하드웨어, 소프트웨어) 을 관리하기 위한 것으로 데이터베이스 소프트웨어 수정 및 하드웨어를 관리하기 위하여 각 중앙 처리 장치 단위로 모니터와 프린터로 구성되어 있다.
⑤ 고속 데이터 통신장치
가. 컴퓨터장치와 통신제어장치는 네트워크를 통하여 고속통신을 할 수 있다.
나. 근거리 통신망으로 주 컴퓨터와 MMI와 영상장치간의 데이터 통신을 할 수 있다.

(2) 인간/기계 연락장치(HMI 또는 MMI)
조작반, 프린터 장치(흑백 및 컬러프린터), 운용자용 데스크 등으로 구성되어 있으며 운용자가 계통의 정상시와 비정상시 또는 회복시에 전기설비를 컴퓨터 시스템을 이용하여 최적으로 감시, 제어할 수 있다.
① 조작반
컬러 모니터 및 키보드 및 마우스로 구성되고 철도 변전설비, 고압배전설비 및 전차선 설비의 전체 동작 상태를 파악하고 현장에 설치된 장비를 제어하기 위하여 R.T.U 또는 CU로 부터 수집한 각종 자료를 그래픽을 통하여 운용자에게 제공하여 주는 장치로써 다음과 같은 기능이 있다.
가. 지역 호출 방식
나. 메뉴 및 동작키를 통한 조작
다. 한글 입,출력 처리
라. 경보의 금지 및 해제

마. 아날로그치 설정 및 해제
바. 태깅(T.A.G) 설정
사. 피제어소의 각요소 제어
아. 프린터 출력
자. 페이지 설정 및 이동
차. 천연색 화면 복사기능
카. 윈도우 기능에 의한 4개 이상의 기능별 분할표시
② 프린터장치
가. 컬러프린터
그래픽자료 및 컬러자료룰 출력하기 위하여 설치되는 프린터이다.
나. 흑백프린터
이벤트 및 경보와 각종 보고서 등 SCADA SYSTEM에서 필요한 자료를 출력하기 위한 프린터로서 경보 및 이벤트는 도트릭스 프린터로 기타 정보는 레이저 프린터로 출력한다. 유지보수비, 데이터 출력량 등을 고려하여 도트 프린터대신에 레이저프린터 등을 사용할 수 있다.
③ 계통반장치
맵보드나 LCD등의 형식으로 전력계통을 전체적으로 볼 수 있도록 하는 시스템이다.

(3) 통신제어장치(FEP - Front End Processor)
주컴퓨터의 부하를 줄이기 위하여 통신관련 데이터를 처리하는 컴퓨터를 말하며 주컴퓨터에서 통신관련 데이터베이스 및 프로그램을 로드하여 원격소장치와 통신하는 기능을 한다. 원격소장치에서 통신선로를 통하여 전송되는 데이터는 모뎀을 통하여 디지털데이터로 변환되어 통신제어장치에 전달되면 통신제어장치는 네트워크를 통하여 데이터를 주컴퓨터장치에 전달한다. 현재까지는 시리얼방식(모뎀)을 통한 데이터전송을 하고 있으나, 향후 TCP/IP 방식의 운용도 고려할 수 있다.

(4) 네트워크장치
중앙감시제어장치는 네트워크로 연결되며 이중화로 구성한다. 각 설비들은 Hub, Router, Switch와 같은 네트워크장치에 연결되어 고속데이터를 처리한다.

(5) 이중화장치
① 시스템 이중화 장치는 중앙 처리장치의 상태를 감시하여 이상을 발견하면 모든 프린터, 원격소장치, 통신채널 등의 동작중인 주변기기를 예비 컴퓨터로 무순단 절체시킨다.
② 주/예비 중앙 처리장치는 전용 링크를 통해 고속으로 실시간 데이타와 주요 시스템 버퍼를 상호 백업하는 기능이 있다.
③ 사령자가 수동으로 고장 복구 또는 주/예비 중앙처리장치의 역할을 변경할 수 있다.

 

 

4. 소규모 SCADA SYSTEM
소규모제어장치는 변전소, 구분소 및 보조구분소, 전기실 및 전차선설비에 설치된 전자식배전반 또는 원격소장치(RTU 또는 CU)부터 전송되는 정보를 취득하여 철도교통관제센터의 고장 및 원격감시제어 권한위임시 감시, 제어를 대신 수행할 수 있는 설비이며 소규모제어장치 및 전자식제어반의 주요설비는 다음의 기능을 가지고 있다.

(1) 컴퓨터장치
시스템 콘솔을 연결하여 본 시스템과 관련된 하드웨어나 소프트웨어를 관리할 수 있는 설비이다.
① 대용량 기억장치(Hard Disk Driver)
컴퓨터 장치에 포함되어 데이터 변환 시 즉시 자동으로 데이터를 상호 백업할 수 있으며 각종 기본 소프트웨어(운영체계, 화면제어 프로그램, 데이터베이스 관리 프로그램, 네트워크 관리 프로그램 등)와 감시제어용 소프트웨어가 저장, 실행된다.
② 백업장치(Back-up Tape Driver)
컴퓨터 장치의 입, 출력장치의 하나로 임시 또는 영구적으로 데이터를 저장할 수 있으며 시스템 운영상의 보고서 내용 및 상황발생 내용을 주기적으로 저장하여 보관 할 수 있으며 프로그램 및 데이터의 백업이 자동 또는 운영자의 요구에 의해 일괄
처리 될 수 있다.
③ 시스템 콘솔(System Console)
컴퓨터 장치에 직접 접속되어 시스템(하드웨어, 소프트웨어)을 관리하기 위한 것으로 데이터베이스, 소프트웨어 수정 및 하드웨어를 관리하기 위하여 천연색 영상 표시장치로 구성된다. 감시제어장치용 모니터는 시중에서 구입이 용이한 디스플레이 모니터 1대를 설치하고 설치위치는 현장 여건에 따라 데스크 또는 벽걸이형을 선택한다

(2) 네트워크장치
100 Mbps이상 이중화된 근거리 통신망(랜 : LAN)을 이용하여 컴퓨터 장치와 통신제어 장치 모듈간의 고속통신이 되며 근거리 통신망 각 노드에 설치되어 랜신호를 컴퓨터 논리회로로 변복조하며 충돌의 발생을 감지하여 이를 상위에 통지하는 기능 및 랜선로상의 신호 방향을 감지하고 이에 따라서 수신 여부를 판단하며, 선로의 결함에 의하여 통신이 불가능한 경우 이를 기계적으로 감지하여 사령원에게 경보하는 기능을 갖는다.

(3) 통신제어장치
현장설비로부터 전송되어 오는 정보(상태, 전류, 전압 등)를 소규모제어장치와 통신 연계하는 장치로서 소규모제어장치의 운영 메시지를 현장설비로 전송하고 이에 따른 현장설비의 송신데이터를 소규모제어장치로 전송하는 통신중계역할을 담당하는 장치로 통신방식은 Point-to-Point방식으로 통신한다.

① 통신 제어모듈
실시간처리 운영체제 소프트웨어가 내장되어 전력계통의 감시/제어기능을 주 컴퓨터와 분산처리 하면서 원격소장치와 실시간으로 통신하고 그 데이터를 신속하게 처리하여 중앙 처리장치로 송신하고 운용자의 제어 명령을 수신하여 안전하게 원격소장치로 전송할수 있다.
② 입출력 제어장치
입출력 제어장치는 모뎀을 통신제어 모듈에 접속 시키는 기능을 갖고 있으며 타 기종의 원격소장치와 프로토콜 변환을 하는 기능이 있다.
③ 변복조 장치
가. 입출력 장치로 부터의 디지탈 신호를 아날로그 신호로 변환하여 R.T.U에 송신하고 R.T.U로부터의 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 입출력 제어장치로 송신한다.
나. 전 계통의 그룹별로 이중화된 통신 회선에 2대의 변복조기(Modem)가 할당되며 사용중인 선로 또는 모뎀의 고장 시에는 즉시 예비 통신선로와 모뎀으로 자동 절체된다.
④ 통신선로 보안기
통신제어장치와 원격소장치의 통신선로에서 발생될 수 있는 낙뢰, 서어지(SURGE) 등으로 부터 시스템과 인축을 보호하기 위하여 과전압, 과전류를 흡수하는 기능을 한다.
⑤ 중계기
통신제어장치 및 R.T.U간의 거리가 길어짐에 따른 신호 감쇄와 멀티드롭에 의한 파형왜곡으로 부터의 신호를 원래의 형태로 재생시켜 안정된 통신을 보장할 수 있도록 필요시 설치한다.(단, 본 설비는 선로 사정상 통신할 수 없을 때 사용하는 장비임)

 

5. 원격소장치
원격소 장치는 피제어소에 설치되어 변전설비로부터의 현장정보를 취득, 분석하여 제어소의 통신제어장치로 송신하고 통신 제어장치로 부터의 제어명령을 수신하여 처리한다. 원격소장치로는 RTU형과 CU형으로 구분된다. RTU형은 CPU, 기능보드
(Digital Input, Digital Output, Analog Input), 통신장치, Transducer, 전원장치로 구성되며, 제어 및 감시를 위하여 제어케이블을 직접 배전반 단자 또는 전철제어반의 단자대에서 결선하고 계측을 위해서는 CT, PT값을 Transducer로 입력을 받아 Analog Input 

보드에 입력할 수 있는 값으로 변환 (0∼1mA 또는 4∼20mA 등)하고 중앙감시장치에서 이값을 다시 변환하여 처리하는 방법을 사용한다. 전자식 보호계전기가 기술 및 통신기술이 발달하기 전에는 RTU(Remote Control Unit) 장치가 광범위하게 사용되었으나 전기 설비의 Intelligent화, 보호계전기의 디지털화, 전자화기술의 발달로 인하여 현장장치의 다양한 데이터(CT 및 PT를 통해 취득할 수 있는 모든 데이터)를 통신을 통하여 중계하는 방식으로 CU(Communication Unit) 장치가 채택되어 사용되고 있다.
RTU형은 전차선 부하개폐기의 조작 등에 사용되고 있다. CU장치는 전철제어반 및 배전반 등에서 각종 제어, 감시 및 계측정보를 통신을 통해 전송받아서 이 데이터를 SCADA SYSTEM으로 전송하는 기능을 가진 장치이다. CU장치는 PC Type과
VME Type이 사용되고 있다. RTU와 CU는 SCADA SYSTEM에 데이터를 전송하는 역할을 하는것에 있어서 거의 동일한 기능을 가지고 있으나 현장 설비여건, 안전성, 신뢰성 등을 검토하여 선정하여야 한다.

(1) 통신제어방식
중앙장치와 원격소장치의 통신은 다양한 통신회로의 구성이 가능하므로 사용 기기를 효율적으로 이용할 수 있다. 또한 원격소장치의 데이타량이 많은 경우에는 가능한 회선수에 따라서 직렬방식으로 구성하거나 혹은 다중방식이 가능하다. 철도에서는 1:1방식을 대부분 채택하고 있다. 그러나 소규모로 원격제어를 하고자 할 경우에 직렬방식으로 시스템을 구성하여 운영할 수 있다.
① 단독 방식 (Dedicated Line 또는 1:1 방식)

② 직렬 방식(Party Line 또는 1:N 방식)

③ 다중 방식(Multiplexing 또는 방사선 회로 방식)

 

변전소 연결회선 수량의 예

회 선 내 역	수 량	접속위치	비 고 (전송 설비 수용)	통신속도 [Kbps]	비 고
급전제어용회선	2P+2P	CC,SP,SSP	4W E&M × 2 (사용)	9.6
철도구내전화	3P	-	사용3	9.6	KR
일 반 전 화	2P	전화국	사용1, 예비1	-	KT
급전사령전화	2P+1P	CC,SP,SSP	4W (사용2, 예비1)	-
급전직통전화	1P	급전사령실	-	-
한전직통전화	1P	한전변전소	-	-
소규모제어회선	12P+12P	SP, SSP	4W E&M × 2(사용1,예비1) × 6개소	9.6
CCTV회선	6P+6P	SP, SSP	2048Kbps	2048
원격방송 및 감시회선	6P+6P	SP, SSP	2Port × 6개소 (사용)	각 9.6
LOCATOR회선	12P+12P	SP, SSP	4W E&M × 2 (사용,예비) × 6개소	1.2	모뎀사용시 64Kbps (Max)
무인온라인 진단장치회선	12P+12P	SP, SSP	4W E&M × 2 (사용,예비) × 6개소	9.6
전력진단	2P+2P	CC	4W E&M × 2 (사용1)	2048
전력품질보상 장치	2P+2P	CC, SS	4W E&M×2(사용1)	2048	필요시
기 타	2P+2P	-	LAN, FAX(사용)	-	전력용제외

 

 

급전구분소, 보조급전구분소 연결회선 수량의 예

회 선 내 역	수 량	접속위치	비 고 (전송 설비 수용)	통신속도 [Kbps]	비 고
급전제어용회선	2P+2P	CC,S/S,SP,SSP	4W E&M × 2 (사용)	9.6
철도구내전화	1P+1P	-	사용, 예비	9.6	KR
급전사령전화	2P+1P	CC,S/S,SP,SSP	4W (사용, 예비)	-
소규모제어회선	2P+2P	인근 전철 S/S	4W E&M × 2 (사용, 예비)	9.6
CCTV회선	2P	인근 전철 S/S	2048Kbps	2048
원격방송 및 감시회선	2P	인근 전철 S/S	2Port (사용)	각 9.6
LOCATOR회선	2P+2P	인근 전철 S/S	4W E&M × 2 (사용, 예비)	1.2	모뎀사용시 64Kbps (Max)
무인온라인 진단장치회선	2P+2P	인근 전철 S/S	4W E&M × 2 (사용, 예비)	9.6
전력품질보상 장치	2P+2P	SP	4W E&M×2(사용1)	2048	필요시

 

* S/S : 전철변전소, SP : 급전구분소, SSP : 보조급전구분소, E : 경보회선, M : 제어회선, CC : 통합 사령실

 

철도설계지침 및 편람 KR E-05010