SCADA는 오랜 기간 산업 자동화를 이끌어온 대표적인 시스템입니다. 하지만 4차 산업혁명의 도래와 함께 사이버 물리 시스템(CPS: Cyber-Physical Systems)이 등장하며, 산업 제어 기술은 전환점을 맞이하고 있습니다. 두 시스템은 모두 물리 세계와 디지털 세계를 연결한다는 공통점을 가지고 있지만, 기술 구조, 데이터 흐름, 제어 방식, 확장성 측면에서 본질적으로 큰 차이를 보입니다. 이 글에서는 SCADA와 CPS의 개념, 기술 구성 요소, 적용 방식 등을 비교하여 미래형 스마트팩토리 구현을 위한 방향성을 제시합니다. 특히 SCADA 기반 시스템을 운영하고 있는 기업이라면 CPS 도입 전 반드시 숙지해야 할 핵심 내용을 확인할 수 있습니다.
SCADA 시스템이란? – 산업 자동화의 시작점
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)는 중앙에서 원격지의 기기들을 모니터링하고 제어하는 시스템입니다. 발전소, 정유공장, 상수도, 가스, 철도 등 국가 기반 시설에서 오랫동안 사용되어 온 핵심 인프라 제어 기술입니다.
SCADA의 핵심 구성 요소:
- PLC/RTU: 현장에서 센서 데이터를 수집하고 제어 신호를 전달
- HMI(Human Machine Interface): 사용자가 시스템 상태를 모니터링할 수 있는 인터페이스
- SCADA 서버: 데이터 저장 및 시각화, 알람 처리 등
- 통신 네트워크: 보통 전용 회선, 무선, TCP/IP 기반 네트워크 활용
SCADA는 정해진 조건에 따라 동작을 반복하는 제어 시스템입니다. 예를 들어, 탱크의 수위가 일정 수준 이하로 떨어지면 밸브를 열어 물을 공급하는 방식입니다. 제어 로직은 대부분 PLC 내부에 고정되어 있으며, 유연한 변경이나 실시간 학습은 어렵습니다.
또한, SCADA는 데이터 분석보다는 실시간 모니터링과 경보에 초점을 맞추고 있어, 빅데이터 분석이나 AI 기반 의사결정에는 한계가 있습니다.
사이버 물리 시스템(CPS)이란? – 실시간 제어에서 지능형 판단으로
사이버 물리 시스템(Cyber-Physical Systems)은 물리적 세계(기계, 설비, 센서 등)와 사이버 세계(네트워크, 데이터, 알고리즘)를 실시간으로 융합하는 지능형 시스템입니다.
CPS는 단순한 감지-제어 구조를 넘어서, 수집된 데이터를 분석하고, 스스로 판단하고, 최적의 결과를 도출해 설비에 다시 명령을 내리는 자율적 제어 구조를 갖습니다.
CPS의 주요 구성 요소:
- 센서 및 엣지 디바이스: 물리 세계의 정보를 실시간 수집
- IoT 네트워크: 데이터 전송 및 통신 기반
- 디지털 트윈: 실제 설비의 가상 복제본을 통해 시뮬레이션 수행
- AI 알고리즘: 실시간 분석, 예측, 최적화 수행
- 피드백 제어 시스템: 판단 결과를 실제 설비에 반영
CPS는 ‘관측 – 분석 – 판단 – 실행’이라는 자율 피드백 루프를 실시간으로 수행할 수 있어, 예지보전, 품질 개선, 생산 계획 최적화 등 지능화된 공장 운영에 필수적인 구조입니다.
SCADA vs CPS – 기술적 차이점 비교
| 구분 | SCADA | CPS |
|---|---|---|
| 정의 | 중앙제어 기반 원격 감시 및 제어 시스템 | 물리·사이버 융합 기반 자율제어 시스템 |
| 데이터 흐름 | 단방향, 주기적 수집 (센서 → 서버) | 양방향, 실시간 동기화 |
| 제어 구조 | 고정된 로직, 수동 제어 | AI 기반 자동 판단 및 실행 |
| 통신 방식 | 제한된 프로토콜, 전용망 선호 | IoT 기반 유연한 연결 |
| 확장성 | 제한적, 프로젝트 단위 | 모듈형, 클라우드 기반 확장 가능 |
| 지능 수준 | 단순 상태 감지 및 경보 | 예측, 최적화, 자율 제어 |
| 응용 분야 | 발전소, 상수도, 정유 등 | 스마트팩토리, 자율주행, 에너지 최적화 등 |
SCADA는 ‘보고-조치’ 중심, CPS는 ‘판단-실행’ 중심으로 작동합니다. 즉, SCADA는 사람이 판단하고 시스템이 실행하는 구조인 반면, CPS는 시스템이 스스로 판단하고 실행까지 수행하는 구조입니다.
산업 현장에서의 적용 차이 – 스마트팩토리에서의 SCADA와 CPS
① 설비 모니터링과 예지보전
SCADA는 온도, 진동, 압력 등을 단순 모니터링하고, 일정 수치를 넘으면 경보를 발생시킵니다. CPS는 수집된 데이터를 AI로 분석해, 고장 가능성을 예측하고, 정비 시점을 자동 추천합니다.
② 생산 라인 제어
SCADA는 사전에 프로그래밍된 공정 순서를 반복합니다. CPS는 작업자, 재고 상황, 주문 변경 등 실시간 정보를 반영해 공정을 유연하게 변경합니다.
③ 운영 효율화
SCADA는 현장 중심의 단순 제어에 적합합니다. CPS는 ERP, MES, SCM과 연동해 기업 전체의 운영 최적화를 수행할 수 있습니다.
CPS가 SCADA를 대체할 수 있는가?
현재로서는 SCADA와 CPS는 경쟁 기술이라기보다는 상호 보완 기술에 가깝습니다. 기존 SCADA 시스템을 완전히 제거하고 CPS만으로 대체하기엔 기술적, 비용적 부담이 큽니다.
따라서, 기존 SCADA 시스템 위에 CPS 기술을 통합하거나, 신규 설비부터 CPS 기반으로 구축하는 방식이 일반적입니다.
특히 중소 제조기업의 경우, SCADA를 기반으로 기본적인 제어를 유지하면서, 점진적으로 CPS 모듈(예지보전, 디지털 트윈 등)을 확장하는 하이브리드 접근 방식이 권장됩니다.
결론: CPS는 SCADA의 진화형, 전환은 필수적
SCADA는 산업 자동화의 초석이었고, CPS는 그 진화의 정점입니다. 두 시스템은 모두 제어 기술이지만, 접근 방식, 데이터 처리 구조, 지능 수준에서 확연히 다릅니다.
앞으로의 스마트팩토리, 자율 운영 공장, 지속가능한 제조를 구현하기 위해서는 CPS 기반의 운영 체계가 필수적입니다. 하지만 SCADA를 전면 폐기할 것이 아니라, 기존 자산을 기반으로 CPS를 점진적으로 도입하는 전략적 판단이 필요합니다.
기업은 이제 SCADA의 한계를 인정하고, CPS의 가능성을 현실화하는 디지털 전환 계획을 세워야 합니다. SCADA는 기반, CPS는 미래, 이 둘의 연결고리를 어떻게 구성할지가 제조 경쟁력을 좌우할 것입니다.