새로운 자동화 시스템이 가져다줄 공정 제어의 변화
로크웰오토메이션 코리아
아직도 다수의 공정 플랜트에서 구식의 분산제어시스템(DCS)을 사용 중이다. 그러나 DCS가 사용 수명을 다함에 따라 새로운 자동화 시스템으로의 업데이트가 필요한 실정이다.
로크웰 오토메이션의 공정 기술 컨설턴트 Michael Vernak은 새로운 자동화 시스템이 공정에 한층 강화된 성능을 가져다준다고 말한다. 기존의 DCS와는 달리, 최첨단 공정제어 역량을 다양하게 구현하면서도 성능, 통합, 비용 절감 등 많은 장점을 발휘하기 때문이다.
수행 준비 완료
새로운 자동화 시스템은 성능, 통합 그리고 비용과 같은 핵심 측면에서 기존의 구형 DCS보다 월등하다. 예를 들어, 사용자는 새로운 자동화 시스템을 통해 여러 가지 방법으로 더욱 강화된 공정 제어의 수행을 할 수 있게 되는데, 특히, 기본 PID 제어 알고리즘이 기존 시스템의 것보다 훨씬 정교해져서 반응 속도가 빨라졌으며 모든 표준형 PID 루프의 제어 성능까지 향상되었다. PID 루프용 오토-튜닝 기능이 내장되어 있어 튜닝 파라미터의 초깃값이 개선되었으며 연속적인 조정과 개선도 가능해졌다.
기본 PID 알고리즘 이외에도, 새로워진 자동화 시스템에는 PID Enhanced나 추가 지시사항과 같은 규제적 제어 옵션들이 포함된다. PID Enhanced는 PID 방정식의 속도 알고리즘을 사용하므로 루프는 오류가 발생한 변경치에 작용하여 출력을 변경한다. 추가 지시사항(사용자가 작성한 맞춤형 지시사항)에서는 공통적으로 사용되는 기능이나 장치 제어를 요약한다.
새로운 자동화 시스템에는 모델 기반 기능 블록과 퍼지 로직과 같은 고급 공정제어(APC) 기능이 내장되어 있어, 사용자가 나만의 APC 애플리케이션을 만들 수 있다. 이러한 툴의 핵심 구성품은 표준형과 맞춤형 기능 블록이며 APC 애플리케이션 개발을 위하여 다양한 방식의 상호 연결이 가능하다.
표준형과 맞춤형 기능 블록을 통합하게 되면 사용자는 간단한 PID나 PID Enhanced 혹은 추가 지시사항과 같은 규제적 제어 방법을 통해서 수용 가능한 수준으로 규제할 수 없었던 루프를 제어할 수 있는 능력을 확보하게 된다.
새로운 자동화 시스템은 구형 DCS와 비교 시, 보다 개선된 알람 및 이벤트 처리 기능을 제공하므로, 운전자 성능은 향상되고, 플랜트 운전 분석 및 성능 향상을 담당하는 플랜트 엔지니어에게는 양질의 데이터를 제공하게 된다.
알람 처리 개선에는 알람의 우선순위를 결정하는 기능이 포함되어 알람이 폭주하는 상황을 감소시킬 뿐만 아니라 근본 원인의 파악이 더욱 쉬워졌다. 시간 기록까지 포함된 알람 및 이벤트 상세 내역은 플랜트 직원들이 공정 장애나 기타 비정상적 상황을 분석하는 데 사용할 수도 있으며, 이러한 유형의 분석은 근본 원인을 더욱 신속하게 파악하는 데 유용하고 유지보수 직원이 해당 소스에서 문제를 해결하도록 도와준다.
새로운 자동화 시스템은 프로그래머가 아닌 직원들도 다양한 보고서를 생성하도록 도와주어 데이터를 이해하기 쉬운 포맷으로 제공한다. 양질의 보고서는 플랜트 성능에 대한 가시성을 향상시켜 주고 운전을 개선시킬 수 있는 더 많은 기회를 창출한다. 기존의 구식 DCS로는 보고서를 생성하는 것조차 매우 어려운 경우가 많다.
성능 면에서도 새로운 자동화 시스템은 기존 DCS보다 장애가 덜 발생함은 물론, 공급업체들은 자사의 최신 자동화 시스템에 새로운 기능과 성능을 계속 추가하고 있으며, 특히 소프트웨어 관련 업그레이드를 위한 추가 비용은 저렴하거나 아예 발생하지 않는 경우가 많다.
이와는 대조적으로 구형 DCS의 경우 공급업체의 지원이 꼭 필요한데 이마저도 피상적인 수준으로 이루어진다. 레거시 DCS는 구형 하드웨어나 소프트웨어를 기반으로 하는 경우가 잦아서 지원인력을 찾기도 쉽지 않다.
통합 준비 완료
새로운 자동화 시스템은 EtherNet/IP와 OPC 같은 업계 표준 데이터 교환 프로토콜과 인터페이스를 사용하기 때문에 APC와 같은 제3의 애플리케이션과의 통합을 손쉽게 할 수 있다. 구형의 DCS에서의 통합은 맞춤형 코딩을 비롯해 고가의 하드웨어 통신 게이트웨이를 구매하여 실행해야 하는 경우가 종종 발생하기도 한다.
제3의 애플리케이션과 통합하면 여러 가지 혜택을 얻을 수 있다. 통합은 엔터프라이즈 수준에서의 즉각적으로 데이터를 활용할 수 있도록 해준다. 예를 들어, 가장 인기 있는 통합 방식은 브라우저 기반 액세스이며, 이때 자동화 시스템은 웹서버의 역할을 하게 된다. 사용자는 모든 브라우저를 통해 자동화 시스템의 데이터에 액세스할 수 있으며 사용자의 PC나 모바일 기기에 따로 소프트웨어를 설치하지 않아도 된다.
또한, 데이터를 관련 당사자들과 함께 공유할 수 있는데 사용자 그룹별로 액세스 수준을 다르게 설정할 수도 있다. 고위 경영진은 특정 상위 레벨의 운전 파라미터만을 보고자 할 수도 있으나, 플랜트 엔지니어는 자동화 시스템 설정 변경 권한을 포함한 전체 액세스 권한을 원할 수도 있기 때문이다.
제3의 애플리케이션과 신규 자동화 시스템의 통합이 가져다주는 또 하나의 이점은 데이터를 수동으로 입력할 필요가 없어졌다는 점이다. 기존의 DCS에서 애플리케이션 간의 통합은 너무나 어렵고 비용이 많이 들었기 때문에 데이터를 제삼자 애플리케이션에서 DCS로 이동시키는 방법으로써 데이터를 일일이 입력하는 방식을 택하기도 했었다. 수동 입력에서 전자식 입력으로 바뀌면서 인건비는 절감되고 정확성은 향상되었으며 데이터 교환 속도 역시 신속해졌다.
새로운 자동화 시스템은 MES 소프트웨어와도 통합되어 있기 때문에 HMI, 데이터베이스, 히스토리언 프로그램을 비롯한 자산 관리, 알람 및 이벤트 처리, 데이터 분석, 시뮬레이션, 비선형 루프 튜닝, 플랜트 성능 모니터링 및 버티컬 마켓 공정 제어와 같은 다양한 패키지가 포함되어 있다.
이처럼 전문화된 패키지는 자동화 시스템과 고속으로 데이터 통신을 해야 한다. 패키지가 PC 기반이므로 신규 자동화 시스템의 HMI도 PC 기반이 될 것이나, 시스템의 컨트롤러는 PC 기반이 아닐 수도 있다. 하지만 PC 기반 애플리케이션과 통신하도록 최적화될 것이다.
Vernak은 새로운 자동화 시스템이 최신식 커뮤니케이션 하드웨어와 소프트웨어 표준을 위한 지원 기능을 내장하고 있다고 말했다. 다중 Ethernet 포트가 제공되며 EtherNet/IP와 Modbus TCP/IP 같은 프로토콜의 지원도 가능하다. DCS에서 Ethernet 통신 포트 없이 구형의 저속 시리얼 인터페이스에 의존했던 것과는 대조적이라 할 수 있겠다.
이와 같이 다양한 통신 프로토콜을 지원하므로 사용자는 스마트 기기, 분석장치, 밸브, 모터 스타터 그리고 드라이브를 활용할 수 있다. 스마트 장치에는 EtherNet/IP와 같은 고속의 양방향 디지털 데이터 링크가 포함되는데, 이를 통해 스마트 장치는 자동화 시스템과 다수의 데이터 포인트를 교환할 수 있으며, 공정 변수는 물론 보안, 진단 및 교정 정보까지 전송할 수 있다. 이에 대해 자동화 시스템은 교정이나 스마트 밸브 개폐와 같은 기타 동작을 위한 명령어를 장치에 전송한다.
구형 DCS는 여러 종류의 스마트 장치 특히, 통신 프로토콜이 동일하지 않은 경우에 이러한 장치들과의 인터페이스 기능을 제공하지 못할 수 있기 때문에, 통신 게이트웨이가 필요한 경우가 대부분이고, 이는 솔루션의 비용 증가로 이어지게 된다.
비용 절감 설정
일반적으로 DCS는 현대화된 공정 플랜트를 최적의 수준으로 가동할 수 있는 역량을 갖추지 못했다. 이 같은 차선의 성능은 과도한 가동 중단 시간과 같이 플랜트에 큰 비용을 발생시키는 명백한 결과는 물론 결국 비용 발생으로 이어지는 다양한 상황을 초래한다.
숨겨진 비용의 예로는 최댓값 이하로 설정된 처리량, 저품질 그리고 과도한 에너지 소비가 있다. 알람이나 사건 발생대해 길어진 대응시간이나 플랜트 운전 및 유지 보수 인력에 대한 과도한 수요 역시 숨은 비용이다.
현대화된 자동화 시스템이 이러한 비용을 없애는 것만으로도 필요한 투자를 충당하는 것 이상의 역할을 할 뿐만 아니라, 보안의 개선, 원격 액세스의 향상 그리고 예측 가능한 유지보수와 같은 이점까지 추가로 가져다준다.
