C# 기반 오픈소스 SharpSCADA: 산업용 HMI 설계 및 시스템 구축 프로세스 분석

SharpSCADA 프로젝트 개요

SharpSCADA는 C# 및 .NET Framework를 기반으로 하는 오픈소스 산업용 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 플랫폼입니다. 이 프로젝트는 공장 자동화 현장에서 필요한 데이터 수집, 모니터링, 알람 관리 및 이력 데이터 저장을 위한 경량 솔루션을 제공합니다. 특히 Visual Studio와의 긴밀한 통합을 통해 엔지니어가 드래그 앤 드롭 방식으로 직관적인 HMI(Human-Machine Interface)를 설계할 수 있도록 지원하는 것이 특징입니다.

시스템 아키텍처 및 주요 계층

SharpSCADA의 구조는 안정적인 데이터 흐름과 확장성을 위해 세 가지 핵심 레이어로 구분됩니다.

  • 데이터 수집 레이어(Data Acquisition): Siemens(Profinet), Rockwell(EtherNet/IP), Schneider(Modbus), OPC 등 다양한 산업용 통신 프로토콜 드라이버를 지원하여 현장 장비와의 연결을 담당합니다.
  • 데이터 처리 레이어(Data Processing): 수집된 실시간 데이터를 가공하고, SQL Server를 통해 이력을 아카이빙하며, 설정된 임계값에 따라 이벤트를 발생시킵니다.
  • HMI 가시화 레이어(Visualization): 설계된 그래픽 인터페이스를 통해 현장의 상태를 실시간으로 출력하고 사용자의 제어 명령을 하부 장치로 전달합니다.

Visual Studio 통합 설계 환경

SharpSCADA의 강력한 점은 별도의 전용 툴 없이 Microsoft Visual Studio를 설계 도구로 활용한다는 것입니다. SCADA/Program/HMIControl/ 디렉토리에 포함된 다양한 WPF 기반 컨트롤러를 활용하여 복잡한 공정 화면을 구성할 수 있습니다.

HMI 컨트롤 라이브러리 구성

  • 기본 클래스: HMIControlBase.cs는 모든 위젯의 공통 속성(위치, 크기, 태그 바인딩)을 정의합니다.
  • 장치 컨트롤: 컨베이어 벨트, 엘리베이터, 저장 탱크(BufferBin), 밸브 등 산업 현장의 핵심 장치들이 컴포넌트화되어 있습니다.
  • 연결 요소: LinkLine과 LinkPin을 사용하여 장치 간의 논리적 흐름과 배관을 시각적으로 연결합니다.

HMI 화면 설계 및 데이터 바인딩

SharpSCADA는 XAML 형식을 사용하여 선언적으로 인터페이스를 정의합니다. 아래는 저장 탱크와 컨베이어를 연결하는 인터페이스 구성의 예시입니다. TagReadText 속성을 통해 PLC 내부 주소나 가상 변수와 직접 매핑됩니다.

<!-- 장치 배치 및 실시간 태그 바인딩 예시 -->
<hmi:StorageTank x:Name="mainSilo" 
                 Canvas.Left="150" 
                 Canvas.Top="200" 
                 TagReadText="Machine:Silo01\Level:HighAlarm\" />

<hmi:FlowLine OriginInfo="{Binding Path=ExitPoint, ElementName=mainSilo}" 
              TargetInfo="{Binding Path=EntryPoint, ElementName=conveyorBelt}" 
              TagReadText="Status:Line01_Running\" />

이러한 방식은 UI 디자인과 비즈니스 로직을 완벽하게 분리하여, 유지보수가 용이하고 대규모 프로젝트에서도 일관성을 유지할 수 있게 해줍니다.

태그 설정 및 관리 도구

TagConfig 유틸리티는 시스템의 데이터 소스를 관리하는 핵심 도구입니다. SCADA/Program/TagConfig/에서 실행 가능한 이 도구를 통해 다음 작업을 수행할 수 있습니다.

  • 드라이버 파라미터 설정: 통신 포트, IP 주소, 스테이션 번호 등 하드웨어 연결 정보 정의
  • 변수 그룹화: 공정 단위별로 태그를 그룹화하여 관리 효율성 증대
  • 알람 조건 설정: 상한/하한 임계값 및 상태 변화에 따른 경보 로직 구성
  • 데이터 스케일링: 현장의 원시 데이터(Raw Data)를 사용자 단위(EU)로 변환

런타임 배포 및 시스템 환경

설계가 완료된 프로젝트는 컴파일 과정을 거쳐 런타임 환경으로 배포됩니다. 시스템 작동을 위해 필요한 구성 요소는 다음과 같습니다.

데이터베이스 연동

실시간 데이터 트렌드와 알람 이력을 저장하기 위해 SQL Server(2008 또는 2014 이상)를 사용합니다. SCADA/Database/ 폴더의 백업 파일을 복원하여 초기 환경을 구축할 수 있습니다.

실행 파일 구성

  • 서버(Gateway): BatchCoreTest.exe는 백그라운드에서 데이터 통신 및 로직 처리를 담당합니다.
  • 클라이언트(HMI): CoreTest.exe는 사용자에게 시각적인 모니터링 환경을 제공합니다.

사용자 정의 컨트롤 확장

표준 라이브러리 외에 특수한 장치를 표현해야 할 경우 HMIControlBase를 상속받아 새로운 컨트롤을 생성할 수 있습니다.

public class AdvancedPumpController : HMIControlBase
{
    // 장치 특유의 애니메이션 및 상태 로직 구현
    protected override void OnRender(DrawingContext dc)
    {
        base.OnRender(dc);
        // 사용자 정의 렌더링 코드
    }

    public void UpdatePumpStatus(double pressure)
    {
        // 실시간 압력 데이터에 따른 색상 변화 로직
    }
}

시스템 성능 최적화 전략

  1. 비동기 데이터 갱신: UI 스레드 차단을 방지하기 위해 데이터 수집은 비동기 방식으로 수행됩니다.
  2. 가상화 및 캐싱: 대량의 태그 데이터를 처리할 때 CacheReader를 활용하여 데이터베이스 및 네트워크 부하를 최소화합니다.
  3. 계층적 렌더링: WPF의 캔버스 구조 내에서 Z-Index를 최적화하여 렌더링 성능을 확보합니다.

SharpSCADA는 강력한 사용자 정의 능력과 오픈소스의 유연성을 결합하여, 비용 효율적인 산업용 모니터링 시스템을 구축하고자 하는 엔지니어에게 최적의 선택지를 제공합니다.

태그: SharpSCADA C# .NET Framework SCADA HMI

8월 6일 22:54에 게시됨

인기 태그

©2026 괴물 클럽