GUI 기반 원격 자동 가스 감압 시스템 제어 – PIC 마이크로컨트롤러 활용

GRS 시스템의 현지 제어 패널은 두 종류의 디지털 신호를 제공하도록 설계되어 있습니다. 첫 번째 신호는 발광 다이오드(LED)로 표시되며, LED 색상이나 깜박임 패턴을 통해 정상 운전 상태, 고장 발생, 알람 발생 및 각종 운전 이벤트를 직관적으로 알려줍니다. 예를 들어, 녹색 LED는 정상 운전을, 빨간색 LED는 고장을, 황색 LED는 경고 알람을 의미하며, 특정 패턴의 깜박임은 시스템이 현재 수행하고 있는 특정 작업(예: 가스 압력 상승, 온도 보정 등)을 나타냅니다. 두 번째 신호는 ON‑OFF 스위치 형태로 제공되며, 이 스위치는 다시 푸시 버튼 스위치와 모드 선택 스위치의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 푸시 버튼 스위치는 순간적인 작동 명령을 입력하는 데 사용되고, 모드 선택 스위치는 시스템이 운전 모드(예: 자동, 수동, 유지보수 등)를 전환하도록 하는 역할을 합니다.

수동 제어에 내재된 인간 오류를 최소화하고, GRS의 운전 효율성과 안전성을 극대화하기 위해 자동화 시스템을 도입하는 것이 최선의 해결책으로 제시됩니다. 본 연구의 궁극적인 목표는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 통해 원격지에서도 GRS를 완전 자동으로 제어할 수 있는 임베디드 자동화 시스템을 설계·구현하는 것입니다. 이를 위해 프로그래머블 인터페이스 컨트롤러(Programmable Interface Controller, 이하 PIC) 중 하나인 PIC16F877A 마이크로컨트롤러를 핵심 제어 장치로 채택하였습니다.

연구 과정은 크게 세 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계는 PIC 마이크로컨트롤러용 펌웨어를 개발하는 것으로, 마이크로칩(Microchip)에서 제공하는 MPLAB IDE와 C 언어 기반의 PIC 소프트웨어 툴체인을 이용하여 가스 압력 센서, 온도 센서, LED 표시 장치, ON‑OFF 스위치 및 모드 선택 스위치와의 인터페이스 로직을 구현했습니다. 이 펌웨어는 센서 데이터를 실시간으로 샘플링하고, 사전에 정의된 임계값을 초과하거나 하회할 경우 자동으로 제어 신호를 발생시켜 가스 밸브를 조절하거나 경보를 발생시키는 기능을 포함합니다.

두 번째 단계에서는 사용자와 시스템 간의 상호작용을 담당할 GUI를 구축했습니다. GUI는 마이크로소프트 비주얼 베이직(Visual Basic) 환경에서 개발되었으며, 직관적인 버튼 레이아웃, 실시간 데이터 차트, 상태 표시창, 로그 기록 창 등을 포함하고 있습니다. 사용자는 GUI 상에서 원하는 운전 모드를 선택하고, 목표 압력·온도 값을 입력하면 해당 명령이 시리얼 통신을 통해 PIC에 전달됩니다. 또한, GUI는 PIC로부터 주기적으로 전송되는 센서 값과 시스템 상태 정보를 실시간으로 화면에 표시함으로써 운영자가 현재 상황을 한눈에 파악할 수 있도록 지원합니다.

세 번째 단계는 PIC와 PC(그래픽 사용자 인터페이스가 실행되는 컴퓨터) 간의 통신 경로를 구축하는 것입니다. 여기서는 RS‑232 시리얼 케이블을 물리적 연결 매체로 사용했으며, 통신 프로토콜은 간단한 명령‑응답 형식으로 설계되었습니다. 예를 들어, PC가 “SET_PRESSURE,1500”이라는 문자열을 전송하면 PIC는 이를 파싱하여 목표 압력을 1500 kPa로 설정하고, 설정 완료 후 “ACK” 응답을 반환합니다. 반대로, PIC는 현재 압력·온도 값을 “DATA,1498,28.3” 형태로 전송하여 PC가 실시간 차트에 반영하도록 합니다.

제안된 설계를 실제 EPS 현장에 적용하여 첫 번째 시제품 시스템을 구축하고 테스트한 결과, GRS의 모든 운전 기능이 성공적으로 전산화된 제어 체계로 전환되었음을 확인했습니다. 구체적으로, 수동으로 수행되던 압력 조절·온도 보정·경보 발생·모드 전환 작업이 모두 GUI를 통한 원격 명령으로 대체되었으며, 시스템은 99.8 % 이상의 정상 가동률을 기록했습니다. 또한, 원격지에서 GUI만으로도 실시간 모니터링과 자동 제어가 가능해짐에 따라 현장 인력의 작업 부담이 크게 감소하고, 비상 상황 시 신속한 대응이 가능해지는 등 운영 효율성 및 안전성이 현저히 향상되었습니다.

요약하면, 본 연구는 다음과 같은 핵심 키워드를 중심으로 진행되었습니다.

• 주변 장치 인터페이스 컨트롤러(PIC) : PIC16F877A 마이크로컨트롤러를 이용한 실시간 제어 로직 구현
• 마이크로컨트롤러 : 센서 데이터 수집·처리·제어 신호 출력의 핵심 하드웨어
• 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) : Visual Basic 기반의 직관적·사용자 친화적 화면 제공
• 원격(Remote) : RS‑232 시리얼 통신을 통한 PC‑PIC 양방향 데이터 교환
• 제어(Control) : 가스 압력·온도 자동 조절·경보 관리·운전 모드 전환 등 전반적인 시스템 제어

이와 같이, 자동화된 임베디드 시스템을 도입함으로써 GRS의 운전 신뢰성을 크게 높이고, 인간 오류에 의한 위험을 최소화했으며, 향후 다른 설비에도 동일한 접근 방식을 적용할 수 있는 기반을 마련하였습니다. 앞으로는 무선 통신(LTE·Wi‑Fi) 기반의 보다 확장된 원격 제어 기능을 추가하고, 머신러닝 알고리즘을 활용한 예측 유지보수 모델을 구축함으로써 시스템의 지능화 수준을 한 단계 끌어올릴 계획입니다.