스몰 폼팩터 HMI의 장점
Written by Hector Lin, Advantech Corporation, Industrial Automation Group
임베디드 컴퓨터를 어디서나 볼 수 있게 되었듯, HMI(human machine interface)의 필요도 증가하게 되었다. 제련소와 기타 다른 공정 플랜트에 있는 분산 제어 시스템과 같은 복합 컨트롤 시스템 내에서만 사용되었던 HMI 시스템은 현재 게임기에서부터 산업용 장비 및 툴링 시스템에 이르기까지 다양한 외관으로 많은 장소에서 사용되고 있다. HMI는 새로운 요구조건들로 인해 변화하고 있으며, 점점 더 유연해지는 동시에 성능도 좋아지고 있다. 그리고 그 크기는 점점 더 작아지고 있어, 보다 더 실용적으로 되었다.
HMI는 무엇인가?
엄격히 말해서, 인간의 편의를 위해 장비에 ‘인터페이스로 접속하는 것(Human machine interface)’이 HMI이다. 전자레인지에 부착되어 있는 터치 패널이 HMI이고, 세탁기에 있는 다이얼, TV상에 소프트웨어 선택 가이드가 원격으로 조정되는 케이블도 일종의 HMI이다.
송신기와 센서에는 원래 HMI가 없으며, 많은 수가 디스플레이와 같은 간단한 HMI조차 없는 장비들이다. 다수가 출력 신호만 있는 블라인드 형태였다. 일부 장비는 프로그래밍을 위한 한 쌍의 바늘이 달린 싱글 또는 듀얼 라인 ASCII 디스플레이나 키패드와 같은 기본적인 HMI를 가지고 있다. 극소수의 필드장비, 센서와 분석기는 선명한 그래픽을 제공할 수 있고, 데이터와 명령을 입력하기 위한 방식이 간단하고 쉬우며, 고해상도 창을 제공할 수 있는 HMI 패널이 부착되어 있다.
컴퓨터와 디스플레이 스크린이 사용되는 HMI는 초기 컴퓨터 회로, 스크린 및 디스크 드라이브의 취약성 때문에 제어하는데 한계가 있었다. 현장에 설치가 가능한 컴퓨터 기반의 HMI를 허용하는 밀봉기술이 개발되었지만, 크기가 너무 컸고, 열·습기·세척 및 기타 공장현장에서 발생할 수 있는 위험요인으로부터 오류가 발생하기 쉬웠다. 초기의 컴퓨터 기반의 HMI는 구동시 열의 발생이 있었고, 전력소모도 상당했다.
오퍼레이터의 작업을 도움
플랜트 공정이 점점 자동화되면서, 오퍼레이터는 공정에 관한 좀 더 많은 정보를 바로 바로 이용하고자 했으며, 로컬 디스플레이와 컨트롤에 대한 요구도 점점 더 복잡해졌다. 이에 가장 큰 역할은 초기의 터치스크린 디스플레이였다. 오퍼레이터는 행동이나 레시피를 명령하기 위해서 ‘가상의 버튼’을 갖고 있는 디스플레이 부분을 단순히 터치하는 것만으로도 작동이 가능해졌으며, 이를 통해 가동 중단시 생기는 특별하고 복잡한 프로그래밍을 제외하고는 키보드, 마우스 및 조이스틱이 더 이상 필요하지 않게 되었다.
또 하나는 LCD 디스플레이인데, 이를 통해 공간 차지가 상당히 적어졌고, CRT 디스플레이가 가지고 있던 취약점을 커버할 수 있게 되었다.
가장 큰 진전으로는 스몰 폼팩터 임베디드 컴퓨터라 할 수 있다. 오퍼레이터는 현장의 매우 제한적인 공간에서 작업을 하기 때문에, 때때로 오퍼레이터, 툴, 부품 및 라지 폼 HMI를 위한 공간이 없는 경우도 있다. 때로는 완전하게 이동할 수 있는 HMI가 필요하다.
스몰 폼팩터 HMI
스몰 폼팩터 임베디드 컴퓨터와 결부되는 스몰 폼팩터 HMI는 현장에서 HMI의 사용에 급격한 변화를 가져오고 있다. HMI가 가져야 할 특징들은 무엇일까?
제한된 공간에서 사용될 수 있는가?
점점 더 많은 PC와 임베디드 PC가 네트워크를 위한 제조 어플리케이션, 상점이나 공장 현장에서의 제어를 위한 어플리케이션에서 사용되고 있다. 이러한 디바이스들의 다수는 어떠한 종류이든 HMI가 수반되지 않는다면 그 활용에 제한적이다. 스몰 폼팩터 HMI는 레시피 관리, 알람 관리 및 조작 제어를 위한 오퍼레이터 인터페이스에 대한 성능이 추가되었으며, 다양한 종류의 디바이스 및 툴에 설치될 수 있고, 기존의 컨트롤 데스크나 패널 마운팅도 가능하다.
사실상, HMI는 현재 매우 소형화되어, 전형적인 Hand-Off-Auto 스테이션보다 더 적은 공간이 필요하다. 오퍼레이터는 누름 버튼과 표시기의 무한한 수가 있는 완벽한 특징들을 갖춘 스몰 폼팩터 HMI를 가질 수 있게 되었으며, 현재의 스몰 폼팩터 HMI는 일반적인 프로그래밍 언어와 오퍼레이팅 시스템을 갖는다.
씬 클라이언트 또는 임베디드 PC
덤 터미널에 상응하는 요즘의 씬 클라이언트는 프로그램과 운용 시스템이 네트워크 서버로부터 로드되거나, 특정 목적의 컴퓨팅 시스템을 위해서 플래시 메모리 내에 제공되는 Windows CE 또는 Windows XP-Embedded와 같은 많은 분산 네트워크 어플리케이션에서 사용된다.
씬클라이언트는 임베디드 컴퓨팅 어플리케이션을 위해서 PC 대신에 종종 사용할 수 있으며, 씬클라이언트는 종종 HMI와 결합되어, HMI가 스몰 폼팩터를 가졌을 때, 전체 제품, HMI, 씬클라이언트 프로세서는 외형적으로 HMI 디스플레이 자체만큼의 크기가 된다. 이로서 기존의 HMI PC가 적용 불가하거나, 협소한 공간에서는 통합된 씬 클라이언트/스몰 폼팩터 HMI를 사용하는 것이 가능하다.
기존의 PLC 오퍼레이터 스테이션은 독점의 운용 시스템을 활용하는 반면, Windows CE, Windows XP-embedded 또는 Linux의 사용은 별도의 오퍼레이터 교육 필요하지 않음을 의미해, 전통적인 오퍼레이터 스테이션에서 보다 임베디드 PC HMI를 더 쉽게 사용할 수 있게 되었다. 이는 즉 사용 비용이 적어지면서 일반적인 상업 환경에서 작업할 수 있는 활용 가능한 프로그래머들의 수는 더 많아질 수 있음을 의미한다.
더 낮은 전력소모 ? 그린에너지
전 세계적으로 전력 사용량이 증가하고, 에너지의 고갈 및 환경오염이 심화됨에 따라 저 전력소모 요구사항을 충족하는 컴퓨팅 디바이스의 요구가 증기하고 있다. CRT 디스플레이와 LCD 디스플레이까지 포함해서 쿨링팬, 하드 드라이브 및 기타 이동 부품들과 함께 전형적인 기존의 HMI 제품들은 전력에 집중하고 있는 것으로 알려져 있다.
팬리스 임베디드 PC나 씬 클라이언트와 함께 사용될 스몰 폼팩터 HMI 조립은 기존의 HMI/PC 조합보다 상당히 낮은 전력을 필요로 한다. 예를 들어, 어드밴텍의 새로 출시된 3.5”” QVGA TFT LCD Xscale PXA270 터치 패널 컴퓨터의 전력소모는 8W에 불과하다.
저전력 소모의 HMI, 임베디드 PC, 씬 클라이언트의 사용은 동일한 전력 로드로 더 많은 디바이스의 사용이 가능해지거나, 반대로, 제공된 HMI와 컴퓨터 이전 세대보다 전체적인 저전력 소모와 더 낮은 비용이 가능함을 의미한다. 저 전력 소모의 스몰 폼팩터 HMI와 임베디드 컴퓨터는 사용되는 곳 어디에서나 제조 기술의 ‘녹색화’에 공헌하고 있다.
뛰어난 이동성
스몰 폼팩터 HMI 구동을 위한 저 전력 소모의 가장 큰 장점 중의 하나는 소형 배터리로도 작동할 수 있다는 것이다. 스몰 폼팩터 HMI는 소형화와 더불어, 상용의 랩탑과 터치 패드보다 훨씬 뛰어난 산업용 휴대용 HMI 디바이스의 생산을 가능하게 해주었다.
경우에 따라, 오퍼레이터가 원하는 어느 곳이나 공장 내에서 필요에 따라 이동할 수 있는 HMI는 이동 중에도 컴퓨팅 성능에 변화 없이 데이터 수집 기능 등을 제공하며, 이 휴대용 디바이스는 무선이 될 수도 있다.
높아진 신뢰성
스몰 폼팩터 HMI와 같은 저 전력 디바이스는 매우 높은 수준의 부품 집적과 VLSI 회로 보드로 설계되는 것이 일반적이며, 더 적은 수의 부품사용과 더 낮은 전력 요구사항이 컴퓨터의 전반적인 신뢰성을 개선한다. 더 낮은 전력 레벨에서 작동하는 더 낮은 부품 수의 조합이 스몰 폼팩터 HMI로 확대되었을 때 MTBF가 길어진다.
비용절감
스몰 폼팩터는 더 높아진 신뢰성으로 구형 설계보다 더 낮은 총비용(TCOS)을 갖는다. 오늘날의 스몰 폼팩터 HMI는 누름 버튼과 표시등 1 다스의 구매 비용과 거의 동일한 비용으로 구매할 수 있으면서, 동일한 비용으로 더 나은 컨트롤, 더 쉬운 오퍼레이터 상호작용, 더 용이한 유지보수 및 지원 그리고 더 뛰어난 조작성을 제공해 준다.
Vertical Markets의 광범위한 적합성
스몰 폼팩터 HMI는 산업 자동화에서뿐만 아니라 다양한 Vertical Markets의 다방면에 걸친 어플리케이션에서 볼 수 있다. 구역 제어기(zone controllers)와 데이터 수집 시스템과 같은 HVAC 어플리케이션, 머신 컨트롤 어플리케이션, 환경 모니터링 어플리케이션, 전기 통신 어플리케이션, 자동차 어플리케이션 등의 산업용 어플리케이션에서 볼 수 있다. PLC 오퍼레이터 터미널이 아닌, 스몰 폼팩터 HMI는 완전한 기능을 갖춘 PC이기 때문에, 이 제품의 고유한 유연성과 보편성은 다양한 수직시장에서 스몰 폼팩터 HMI의 적용성을 크게 높여준다.
현재 스몰 폼팩터 HMI는 의료용 디바이스에서부터 산업 자동화에 이르기까지 인류가 존재하는 거의 모든 부분에 포함되어 있다고 볼 수 있다.