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프로세스

인더스트리 수트를 통한 생산성 향상과 통합 자동화 구현 방안

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클라우스 부허러(Klaus Wucherer), 씨멘스 AP 총괄 회장

클라우스 부허러(Klaus Wucherer), 씨멘스 AP 총괄 회장

부허러 회장은 지난 4월 11일부터 15일까지 열린 세계 최대의 산업 자동화 박람회인 하노버 박람회(Hannover Mess)에서 씨멘스에 의해 선보인 새로운 기술들은 급변하는 환경에서의 수익성과 경쟁력 유지를 기대하는 많은 제조 업체에 중요한 의미를 갖고 있다고 밝혔다.

하노버 산업 박람회 첫날에 열린 기자 회견에서 씨멘스 AG의 아시아 태평양 총괄 회장인 클라우스 부허러(Klaus Wucherer)는 씨멘스의 혁신으로 고객들이 시장에서의 성공과 수익률을 얻게 될 때 이는 비로서 의미를 가진다고 말했다. 그는 특히 ‘연속성과 변화(Continuity and Change)’라는 화두를 던지고 씨멘스가 자동화의 측면에서 어떻게 이 두가지를 결합시켜 나가고 있는지를 설명했다. 또한 씨멘스 혁신 원동력(Siemens’ Power of Innovation)으로 하이브리드 자동화, 산업용 네트워크 및 RFID에서의 기술 개발 등을 부허러 회장은 제시했다.

클라우스 부허러(Klaus Wucherer), 씨멘스 AP 총괄 회장

클라우스 부허러(Klaus Wucherer), 씨멘스 AP 총괄 회장 (사진. 아이씨엔)

미래의 공장

미래 공장에서의 생산은 제품이 실제 현장으로 전해지기 전에 가상적으로 디스플레이와 시뮬레이션 되어지는 디지털 공장 안에서 미리 설계되어 질 것이다. 제품들은 생산 설계와 공정에 대한 최적 옵션을 적용하고 디지털 가상 공장을 통하여 성공적인 가동 여부를 확인 한 후에 공개될 것이다. 설계자와 공장 엔지니어는 자동 내장된 디자인 변경이 가능한 멀티미디어 스크린을 통해 처음으로 가상의 제품들을 디자인할 것이다. 제조업체, 인증기관, 대리점 그리고 사용자들의 요구사항이 공장 설계 단계 만큼 일찍 조정되고 속도와 가용성은 공장의 환경을 결정짓게 된다. 유지보수와 서비스 또한 이 기술 발전으로부터 많은 이익을 기대할 수 있다. 여기에는 예견에 의한 상태 중심의 유지보수가 규칙으로 자리잡고, 가상을 토대로 한 공장들의 건설과 개선도 포함된다. 전문 서비스 제공업체들이 각 지역별로 설치된 본부에서 작업하므로, 24시간 내내 고객들은 이들에 의한 기술 지원 서비스를 이용할 수 있게 된다. 부허러 회장은 “”저는 여전히 이것이 실현 가능한 시나리오라고 생각한다. 그러나 우리가 제조업자와 사용자들이 협력한 연구 성과와 꾸준한 개발 작업의 결과로 이 비전을 완수할 것이다””고 언급했다.

시장 혁신과 RFID

‘혁신(Innovation)’이 씨멘스의 우선 과제라고 밝힌 부허러 회장은 RFID(Radio Frequency Identification)가 기존의 기본 기술들로부터 세상이 놀랄 만한 혁신들을 어떻게 이끌어 낼 수 있는지를 보여주는 좋은 본보기 라면서, 씨멘스가 추진하고 있는 RFID의 전략과 트렌드를 제시했다. “RFID는 자동화에 대한 새로운 개념이 아니다. 지난 20년 동안 씨멘스는 생산과 로지스틱스, 배전분야에서의 여러 가지 애플리케이션들을 위한 RFID 시스템들을 공급했다”고 밝히고, 다음과 같이 RFID 사업의 중요성을 강조했다.

“그러나 현재 우리는 RFID가 로지스틱스와 데이터 관리를 합리화, 가속화하는 중요한 공헌을 한다는 인식을 한 후 이 기술이 아주 새로운 도전이라는 것을 깨닫고 있다. SIEMENS는 선박업과 창고업, 생산 제공업자에서부터 소매업자와 최종 소비자들 범위까지의 다양한 고객들을 위한 통합된 RFID 솔루션을 위해 협력하고 있다.”

씨멘스는 또한 2006년 말까지 미국과 유럽의 무선 주파수 범위를 식별하는 RFID 소프트웨어와 판독 장치를 위한 통합된 솔루션을 제공할 예정이다. 이는 창고 비용 절감, 생산에서부터 소비자까지의 효과적인 공급, 유통경로가 더 투명하고 능률적이게 하는 것을 목표로 한다. EPC(Electronic Product Code) 글로벌 그룹의 멤버로서, 씨멘스는 오랜 기간동안 산업과 업계를 위한 RFID 표준의 개발에 주도하고 있는 중이다.

특히 씨멘스는 현재 860~956 MHz UHF 범위에서 태그라고 불리는 데이터 전송자와 판독 기록 장치 사이의 장거리 통신을 포함하는 시스템을 개발하고 있다. 첫 UHIF 시스템 제품은 이번 하노버 박람회에서 처음으로 소개되었고, 판매는 올해 중순부터 시작될 예정이다.

또한 같은 기간에 EPC Global Gen 2 태그에 대한 상용화도 이루어질 전망이다. 특히 RFID는 여러 경험과 자본, 넓은 범위의 애플리케이션과 끊임없는 개발을 통해 기술적인 선두주자로 만들게 된다. 부허러 회장은 “씨멘스는 전 세계적으로 많은 산업 현장의 전문 지식과 자동화 산업에 대한 경험을 가지고 있다””며,” “우리는 초기 개발 단계에서 이 모든 노하우를 공개함으로써, 추가적인 기능들의 효력 발생과 우리의 고객들에게 시너지 효과를 제공하기 위함”이라고 피력했다.

산업 생산의 트렌드 고객들이 시장에서의 성공과 수익률을 얻을 수 있을 때, 혁신은 비로소 본래의 의미를 갖는다. 자동화 공급업자의 이익만을 위해서 혁신하는 것이 아니라 항상 시장과 고객의 요구를 중심에 두는 것이 필요하다. 국제 경쟁에서 최대의 트렌드는 ‘생산성’이다.

이 경향은 높은 효율을 위한 연속적인 탐구를 하는 모든 제조 산업에 걸쳐 발견되고 실적과 플랫폼 전략을 확장시킨다. 자동화는 이런 요구를 야기하게 된다. 결국은 넓은 범위에 걸쳐 현장 검증을 받은 최고 수준 제품들의 혁신적인 자동화 솔루션만이 경쟁적인 시장 가격에 맞춰 제작될 수 있게 될 것이다. 오직 그러한 제품들만이 급변하는 환경에서 수익률과 경쟁력을 유지할 수 있다.

많은 회사들이 글로벌 가격 경쟁에 맞서기 위해 하나의 큰 집단으로 합병하고 글로벌 생산 계획안의 플랫폼 전략에 더욱 더 의존하고 있다. 자동차 산업은 항상 자동화 산업 분야의 선두에 있는 동시에 공급자들은 더욱 더 특정 핵심 능력을 전문화하게 된다.

완벽한 모듈과 시스템을 구축하면 무엇이든 저가격 고품질로 생산하고 개발될 수 있다는 것이 하나의 트렌드로 자리하고 있는 것이다. 특히 완제품의 품질 보증을 위하여, 구성요소 간의 복잡하고 밀접한 상호 관계를 가진 생산 공정은 모든 생산 과정에 걸친 완벽한 통합을 요구한다.

산업 생산에 있어서의 또 다른 트렌드는 생산 공장의 운영자가 규정 단체와 협회 등으로부터 다수의 인증을 받는 것이다. 모든 공정과 생산 과정의 문서화에 대한 법적인 요구는 제약과 식음료 산업에서 가장 뚜렷이 나타나고 있다.

소비자 뿐만 아니라 입법자들이 제작 품질 허가를 한 후, 기술적인 구현은 OEM과 자동화 산업의 제공자와 파트너 간의 협력과 결부되어진 최적의 산업 정보 기술 사용을 요구하게 된다. 특히 위에서 언급된 제약과 식음료 산업은 또한 빠른 수정과 제품 변경을 고려한 고품질의 제품을 생산하도록 설계된 생산 라인의 중요성에 대해 말해준다.

이 분야에서 성공을 원하는 제조자와 공급자는 장기간의 중단 없이 갱신되고 수정될 수 있는 유연한 모듈 자동화 시스템을 제공해야만 한다. 이 때 생산 안전과 가용성은 가장 우선적인 사항이 된다. 또한 자동화에서의 IT 기술 애플리케이션이 어느 정도 발전 단계에 있다는 추세는 높은 생산성을 가져오는 주된 요인으로 작용한다. 하드웨어와 소프트웨어의 혁신주기는 점점 더 짧아지고 현대화와 갱신에 대한 지출은 높아지고 있다.

또한 업체들이 다른 몇몇의 공급자들로부터 자동화 요구사항을 만족시킨다는 사실은 더욱더 복잡하고 비싼 상이한 기술들에 대한 통합을 야기한다. 그리고 공급자가 짧은 수명의 기계와 플랜트들을 제공한다면 사용자는 즉시 위기사항에 직면하게 될 것이다.

나아가, 그런 공급자로부터 제공받은 통합 공정 시스템은 사용자에게 또 다른 비용부담을 요구할 수 있다. 부허러 회장은 “”여러 해에 걸쳐 우리는 꾸준히 제품의 통합이 보다 용이하도록 개발하였다. 이것은 개발의 의미 뿐만이 아니라 시장의 요구였다””면서, 이것이 “”개별적인 제품 개발과 판매에 치중하지 않고 시스템 개발을 추진하게 된 이유””라고 말했다. 이러한 시스템적 요구에 적합한 솔루션들이 80년대 초에 처음으로 개발되었으며, 90년대 중반부터는 Simatic S7, 저전압 스위치 제어장치인 Sirius , Sinamics와 Simotion과 같은 완벽한 시스템 제품군을 제공할 수 있게 되었다고 밝혔다.

결정적으로 1996년에 완벽하게 통합된 자동화 포트폴리오인 전 통합 자동화(TIA; Totally Integrated Automation)가 발표됨으로써 고객들에게 기술 혁신과 유연한 통합 자동화를 제공하게 되었다.

생산성과 지속적인 자동화

씨멘스는 전 통합 자동화(TIA)가 한 편으로는 혁신을, 또 다른 면에서는 투자 수익의 보호를 원하는 사용자들을 위한 기준 및 견고한 주춧돌 역할을 하고 있다고 밝혔다.

궁극적으로, TIA는 사용자의 생산 공장에는 긴 서비스 수명을 보장할 뿐만 아니라, 전환 및 확장 시 시간 및 효율성 획득으로 얻어지는 상당한 비용절감을 담보한다는 것이다. 오늘날, TIA는 특별히 하이브리드 자동화, 즉 생산 과정의 제작과 공정 단계들을 고려한 테크놀러지를 요구하는 분야들을 위한 이점을 제반 산업들에 제공하게 되었다고 전한다.

“TIA는 생산 및 공정 자동화의 수렴으로부터 하이브리드 자동화의 형태를 이루어내는 생산 잠재력의 개발을 위한 견고한 솔루션을 제공하는 것이 필요하다는 기초를 우리에게 보여준다. 바로 이러한 유형의 솔루션을 제공할 수 있는 단 하나의 공급업체가 씨멘스”라고 강조했다.

이러한 성공 스토리의 특별한 이정표는 Simatic PCS7 공정 제어 시스템이었으며, 이는 PLC 테크놀러지의 핵심기술이기도 하다. 주로 공정 산업에서 그 당시 많은 고객들에 의해 회의적인 시선으로 보여졌던 이들 테크놀러지 접근은 오늘날 폭 넓게 수용되고 있다.

지난해 씨멘스는 전세계적으로 PCS7 공정 제어 시스템을 포괄하는 2,150개의 프로젝트를 수주했으며, 현재 프로젝트의 수는 3,200 건을 넘어섰다. 이들 프로젝트는 주로 하이브리드 자동화가 활용되는 산업뿐만 아니라, 발전소와 같은 순수 공정 자동화를 사용하는 경우도 포함된다.

이러한 활발한 수요는 일차 공정 내 주요 컴포넌트인 PCS7이 마켓에서 제반 애플리케이션들을 위한 현대적이고 강력한 공정 제어 시스템으로서 보여진다는 것을 나타낸다. 산업용 네트워크와 IRT 산업용 네트워크는 수평적이고 수직적인 통합 자동화의 가장 핵심부에 위치하고 있음으로써, 모든 백본에 필드버스에서 고속 이더넷에 이르기까지, 무선 기술 WLAN에서 Real-Time 이더넷에 이르기까지 모든 면의 기초를 제공한다.

씨멘스의 Profinet은 자동화 중심 기능들을 IT 세계와 연동되도록 제공함과 동시에, 필드버스 통신을 이더넷 테크놀러지와 조합시킨다. Profinet은 자동화 분야의 통신 전반을 포괄하고 있는 것이다. 이는 표준 TCP/IP 통신에서부터, Profinet I/O에서의 소프트웨어 기반 리얼 타임 통신을 통한 제어 레벨은 물론, 모션 제어와 고난이도 제어 작업을 위한 등시성 리얼 타임(IRT) 네트워크에 이르기까지를 의미한다. 이와 관련하여 부허러 회장은 이번 하노버 박람회에서 등시성 리얼타임 이더넷을 위해 특별히 개발된 ASIC Ertec 400 제품을 소개했다. “”고도의 통합은 통합된 스위치 및 프로세서 기능성들이 비용의 절감을 지원함과 동시에, 작은 변화로도 프로피넷 테크놀러지가 구현될 수 있게 한다””고 밝혔다. ASIC은 씨멘스가 개발하고, 제작은 NEC 일렉트로닉스가 담당할 예정이다.

다수의 축들이 높은 정밀도로 동기화될 때, 등시성 리얼타임 이더넷은 다양한 수요와 복합 모션 제어 작업에 대해 상당한 혜택을 준다. ASIC을 기반으로 함으로써, 프로피넷은 1 밀리세컨드 미만의 결정적 전보 주기 시간과 1 마이크로세컨드 이하의 지터값을 갖는 실시간 통신을 제공할 수 있다.

이들 모두는 TCP/IP, http 또는 ftp와 같은 표준 IT 데이터 전송과 함께 동일한 버스에서 동시에 발생된다. 즉 시간 결정적인 모션 제어 작업은 운전 및 모니터링, 서비스 또는 진단 기능들을 위한 데이터 전송에 전혀 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다. Profinet IRT는 이미 고도로 생산적인 작업을 보장하도록 31개의 축들이 조화롭게 배치된, 아우구스부르크(Augsburg) 소재 MAN Roland의 웹 오프셋 인쇄 압착기에 이미 적용되고 있다.

인더스트리 수트와 고객 지원

씨멘스는 컨피던스 센터와 인터스트리 수트(Industry Suites)에서 다양한 씨멘스 그룹간에 산업 중심의 협력으로 업계 사용자들에게 부가적 기능과 시너지를 제공할 예정이다. 부허러 회장은 “”우리는 기술 발전과 우리의 지역적 포지셔닝을 위해 자동화에 있어 전반적인 시스템과 서비스 포트폴리오를 확장, 보충하기 위해 모든 기회를 지속적으로 사용할 것”이라고 말했다.

인더스트리 수트는 씨멘스가 산업분야 고객들의 작업, 테크놀러지 및 공정들에 대한 더 깊은 통찰을 얻도록 도우며, 이러한 경험을 바탕으로 부가적으로 테크놀러지의 진보를 추진하도록 돕겠다는 것이다.

“우리의 연구 및 개발 가능성과 결합된 이러한 기초적인 작업은 보다 생산적인 자동화 솔루션을 이루어낸다. 우리 직원들의 능력은 우리 고객에게 자동화 전반과 전력 시스템 분야를 통틀어 특별히 통합 모듈형 제품, 시스템 및 서비스들을 포함하는 Cross-Group산업 조합과 온라인 산업 포털을 제공할 수 있게 한다.”

씨멘스의 서비스 포트폴리오에는 지속적으로 공장 현대화를 통한 공장 구성 엔지니어링에서부터 공장의 수명주기 전반에 걸쳐 지원하는 것까지 모두가 포함될 예정이다. 뿐만 아니라, 씨멘스는 지속적으로 기계적 엔지니어, 시스템 통합업체 및 솔루션 제공업체들과의 관계를 지속적으로 강화할 예정이다.

오승모 기자

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칼럼

[칼럼] 과충진(overfill) 방지 어플리케이션을 위한 올바른 레벨 측정

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에머슨 플랜트

위험 물질을 저장하는 기업들은 강력한 과충진 방지 시스템(overfill prevention system, OPS)에 투자하고 현재의 안전 규정을 준수하는 것이 필수적이다. 실제로 플랜트내 탱크와 베셀의 과충진은 오래전부터 심각한 사건의 주요 원인이며 여전히 매일 수백 건의 과충진이 사고가 발생하고 있다. 과충진이 발생한다는 것은 작업자의 부상 및 사망 위험성, 막대한 자산 손실은 물론 환경 문제로까지 확산될 우려가 크기 때문에 그만큼 과충진 방지 기술이 중요하다. [편집자 주]

에머슨 플랜트

(이미지. emerson)

탱크와 베셀(Vessel)의 과충진은 오래전부터 공정 및 대용량 액체 화물 저장 산업에서 심각한 사건의 주요 원인으로, 우려스럽게도 여전히 매일 수백 건의 과충진이 발생하고 있습니다(미국 환경보호국, 2014년). 관련 물질이 주로 위험하고 가연성이며 폭발성을 띠는 경우마저 있기에, 과충진이 발생한다는 것은 부상 및 사망 위험성, 막대한 자산 손실, 환경 문제를 의미합니다. 이러한 사건으로 소요되는 비용은 때때로 수십억 달러로 환산될 정도이며, 이어지는 역풍과 법적 분쟁으로 기업의 명성이 심각하게 훼손될 수 있습니다.

위험 물질을 저장하는 기업들은 강력한 과충진 방지 시스템(overfill prevention system, OPS)에 투자하고 현재의 안전 규정을 준수하는 것이 필수입니다. IEC 61511은 공정 업계에서 현대적인 OPS를 시행하기 위한 최선의 모범 사례를 제시합니다. 또한, API 2350표준은 비가압식 육상 대용량 석유 저장 탱크의 특정 용도에서 현대식 모범 사례를 준수하는 최소 요구 사항을 제공합니다.

독립 방호 계층
과충진 위험을 최소화하려면 다수의 독립 방호 계층을 구축해야 합니다. 1차 계층은 기본 공정제어시스템(Basic Process Control System, BPCS)으로, 생산 공정을 모니터링하고 제어합니다. BPCS가 정상적으로 작동하면 다른 계층들이 활성화되지 않습니다. 두 번째 계층은 안전 계층(일반적으로 OPS)인데, BPCS와 분리, 독립적으로 운용되어 이중화를 제공합니다. 안전 계층은 BPCS가 오작동하거나 문제가 발생한 경우, 과충진 사고의 발생을 방지하는 안전 시스템입니다. 다음 계층은 수동 방호 계층으로, 다이크 또는 콘크리트 벽과 같은 2차 봉쇄입니다. 마지막으로 비상 대응 계층은 응급 서비스에 알리는 역할을 합니다.

과충진 방지 또는 완화에 사용하는 다양한 방호 계층 (이미지. emerson)

과충진 방지 또는 완화에 사용하는 다양한 방호 계층 (이미지. emerson)

수동 및 자동 방지시스템
안전계층내에는 두 가지 기본 유형이 있습니다. 바로, 수동 과충진 방지시스템(Manual Overfill Prevention Systems, MOPS)과 자동 과충진 방지시스템(Automatic Overfill Prevention Systems, AOPS)입니다. MOPS는 구현하기 쉽고 덜 복잡하며 초기 비용이 낮습니다. 일반적으로 시청각 알람을 운영자에게 전송하는 레벨 센서 또는 스위치로 구성되어, 해당 알람을 받은 운영자가 직접 과충진 방지를 위한 밸브의 수동 개방 또는 차단과 같은 적절한 조치를 취합니다.

사람이 하는 일이라 신뢰성이 떨어지기 때문에 MOPS의 위험성 완화 요소는 제한적이며, 상당한 이점을 지닌 AOPS로 교체하는 경향이 있습니다. AOPS의 장점으로는 높은 위험성 완화요소, 짧은 응답시간, 운영자의 업무량 감소 등이 있습니다. AOPS는 일반적으로 레벨 센서, logic solver, 자동화 밸브 기술 형태의 최종 제어 요소로 구성되어 있습니다.

과충진 방지 솔루션들 중에도 ‘어디에나 꼭 맞는 전천후’ 레벨 측정 기술과 시스템은 존재하지 않습니다. 어플리케이션은 고유의 문제점과 기준이 있으므로 아래 소개하는 기술 중에서 적절한 기술을 선택하는 것이 중요합니다.

전자 기계식 플로트(float) 및 디스플레이서(displacer) 스위치
포인트 레벨, 인터페이스, 밀도 어플리케이션에 사용되며 유체의 디스플레이서 부력이 주요 측정 원리입니다. 디스플레이서의 유동적인 부품들은 자주 세정 및 교체해야 합니다. 기계적인 진동과 난류의 영향을 받아 기계 부품들이 잘못된 리딩을 나타낼 수 있고 유지보수 비용이 높을 수 있습니다. 디스플레이서는 더 정확한 진단 기술을 제공하고 신뢰성 높으며 유지보수 비용이 낮은 현대적인 전자 기술로 점차 대체되고 있습니다.

진동 포크 스위치
음차(tuning fork) 개념을 사용하는 포인트 레벨 기술입니다. 포크 모양의 소리굽쇠(prong) 두 개를 공정 베셀에 담그면 내부 압전 크리스탈 오실레이트는 고유 주파수대로 진동하게 합니다. 소리굽쇠를 중간 매체(medium)에 담그면 이 주파수가 다양하게 나타납니다. 변화가 나타나면 전자적으로 감지하여 효과적으로 유체의 유무를 감지할 수 있습니다. 움직이는 부품이 마모되거나 엉겨붙을 위험이 없으므로, 진동 포크 기술은 다른 기술에 비해 고장을 일으킬 가능성이 낮습니다. 유체, 난류, 기포, 거품, 진동 및 밀도 변화 등에 거의 영향을 받지 않으므로 신뢰성이 높습니다.

유도파 레이다(GWR)
이 기술에서는, 저에너지 마이크로파 펄스가 공정 매질 안에 잠긴 프로브(probe)를 따라갑니다. 마이크로파가 제품 표면에서 트랜스미터로 반사되면 레벨이 계측됩니다. 방출된 펄스의 일정 비율은 계속 프로브를 따라가므로 계면(interface) 또한 감지됩니다. 유도파 레이다 트랜스미터는 설치가 간단하고 매체의 밀도나 절연성, 전도성 변화에 따른 보상이 필요하지 않습니다. 압력, 온도, 그리고 대부분의 증기 공간 조건 변화는 측정 정확도에 영향을 주지 않습니다. 이 기술은 심한 난류나 진동에 영향을 받지 않고 빌드업(build-up) 역시 영향을 끼치지 않으므로 재보정이 필요하지 않습니다. 움직이는 부품이 없으므로 유지보수 필요성도 매우 적습니다.

비접촉식 레이다(NCR)
NCR 레벨 게이지는 펄스 레이다 또는 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) 기술로 계측을 합니다. 펄스 레이다는 마이크로파를 공정 매질 방향으로 방출하여 센서로 반사되게 하는데, 레벨은 마이크로파 신호 송신과 수신 사이에 걸린 시간에 정비례합니다. FMCW를 이용하면, 레이다가 계속해서 바뀌는 주파수로 연속적인 신호 소인(sweep)을 전송합니다. 반사된 신호의 주파수는 전송한 신호의 주파수와 비교합니다. 송신과 수신의 주파수 사이의 차이는 레이다에서 표면까지 거리에 비례하므로, 레벨이 측정됩니다. 이 기술은 밀도, 점도, 전도도와 같은 공정 조건에 영향을 받지 않고 코팅과 증기에도 거의 영향을 받지 않습니다. 설치와 시운전이 쉽고 매질과 접촉하지 않고 레이다에 움직이는 부품이 없어 유지보수가 거의 필요 없습니다.

투인원 기술
투인원 기술을 탑재한 비접촉식 레이다 레벨 게이지는 BPCS와 OPS에서 동시에 사용될 수 있습니다. 이 기술은 에머슨의 Rosemount™ 5900S 투인원 레이다 레벨 게이지에 적용되었는데, 두 개의 분리되고 독립된 전자 유닛과 공통의 안테나로 구성되어 있습니다. 각각의 케이블 트레이에 케이블로 연결하면 레벨 측정 및 OPS에도 하나의 게이지를 사용할 수 있으며 IEC 61511과 API 2350 두 가지 기준에 모두 부합합니다. 이 솔루션을 이용하면 하나의 BPCS 또는 AOPS 센서를 두 개의 연속적 레벨 측정기로 대체해 기존 탱크의 안전성을 비용 효율적으로 개선할 수 있으며, 하나의 오프닝만 필요하기 때문에 탱크 수정(modification)도 거의 필요하지 않습니다.

진단 및 검증 시험(proof-testing)
진동 포크 스위치, 유도파 레이다, 비접촉식 레이다들은 모두 막강한 자체 진단 기술을 탑재하고 원격으로 부분적인 검증 시험(proof-testing)을 수행 가능하기 때문에 기존의 오래된 기계식 기술에 비해 큰 장점이 있습니다. 장비 상태를 모니터링하면 과충진 발생 시 제대로 작동할 것임이 보장되고 부분적인 검증 시험을 원격으로 시행하면 시간을 아끼고 작업 효율을 증진할 수 있습니다.

Petroleum Storage Tanks

Petroleum Storage Tanks on Petrochemical Plant (image. emerson)

일반적인 어플리케이션
과충진 방지 계측이 도입된 공정 및 대량 액체 화물 저장 업계에는 일반적으로 세 가지 어플리케이션 형태가 있습니다. 공정 어플리케이션 내의 공정 베셀과 저장 탱크, 그리고 대량 유체 취급 업계에서 사용하는 저장 탱크입니다. 각각 서로 다른 문제점을 직면하고 있으며, 가장 적합한 과충진 방지 기술 역시 저마다 다릅니다.

1) 공정 베셀(process vessels)
공정 베셀은 유체의 준비, 혼합, 분리, 증류, 반응, 냉각 및 정제 등을 포함하여 특정 산업공정 또는 전체공정의 일부가 이루어지는 장소입니다. AOPS에 어떤 기술을 사용할 것인지는 베셀의 모양, 크기, 설계에 따라 달라집니다. 예를 들어, 원뿔형 탱크 레벨 센서는 꼭대기에 설치하는데, 유도파 레이다 트랜스미터나 비접촉식 레이다 게이지, 진동 포크 스위치 중에 선택할 수 있습니다. 교반기(agitator), 열교환기 및 챔버를 이용하는 다른 내부 구조물들의 경우, 레벨 측정 면에서 제한적입니다. 이러한 어플리케이션에는 유도파 레이다 트랜스미터를 추천합니다. 측면에 설치하는 솔루션을 이용해야 한다면 진동 포크 스위치가 이상적입니다.

고온의 증기가 탑을 통해 솟아오르는 증류탑의 경우 각기 다른 온도에서 여러 가지 성분이 응축하고 축적물을 회수해야 합니다. 여러 개의 챔버가 필요하며 AOPS에는 유도파 레이다 트랜스미터가 흔히 쓰입니다. 블렌딩(혼합) 탱크에는 교반기가 있으며, 탱크 내에 삽입하는 센서에 제약을 가합니다. 이 경우, 상단에 장착하는 NCR이 일반적으로 AOPS 센서를 위한 적절한 솔루션입니다. 이런 어플리케이션에서는 유체가 튀고 레벨이 빠르게 변하며 볼텍스와 거품이 흔히 일어나기 때문에, 현대적인 고성능의 레이다 장비를 선택하는 것이 중요합니다. 일반적으로 3단계 중복성을 갖춘(triple redundancy) 보일러 드럼 어플리케이션에서는 AOPS에 SIL 3 유도파 레이다 트랜스미터(공정 상태 변화에 영향을 받지 않음)가 요구됩니다.

2) 탱크 모니터링 시스템
탱크 모니터링 시스템 어플리케이션에는 다수의 소형 또는 중형 베셀로 구성된 어플리케이션이나 5~20개의 탱크가 있는 소형 탱크팜이 포함되며, 레벨 모니터링을 위한 자동화 시스템이 필요하지만 자동화 제어 시스템까지 필요하지는 않습니다. 이러한 시스템들은 수동 계측을 없애서 업무량을 줄여주고 작업자가 탱크에 직접 갈 필요성도 줄여 작업자의 안전성을 증진합니다. 탱크 모니터링은 일반적으로 총 부피 계산을 포함하지만 재정적 측정(fiscal measurement)은 들어가지 않습니다. 이러한 어플리케이션을 위해 추천되는 과충진 센서는 단독 베셀 어플리케이션에 쓰이는 센서와 같은 것입니다. 알맞은 센서를 선택하려면 탱크와 오프닝, 저장된 유체 등에 따라 결정해야 합니다.

3) 대용량 유체 보관
대용량 유체 보관 어플리케이션에서는 레벨을 측정하고 재고를 측량하는 목적으로 자동 탱크 게이지(Automatic Tank Gauging, ATG) 시스템이 BPCS로 많이 사용됩니다. 이 시스템들은 측정되는 유체의 가치 때문에 이례적으로 정확한 레벨 계측을 위해 레이다 기술을 사용합니다. 레벨에 작은 오차만 있어도 유체의 양에서 수천 갤런의 오차가 생기게 됩니다. 대용량 유체 저장 탱크를 위한 AOPS는 대체로 비접촉식 레이다 게이지와 logic solver, 액추에이터로 구성되어 있습니다. 비접촉식 레이다 대신 진동 포크 스위치 또는 유도파 레이다 트랜스미터를 사용할 수도 있습니다. 대용량 저장 탱크들 중에는 플로팅 루프(floating roof) 탱크가 많은데, 이에 따라 레벨 측정과 과충진 방지 솔루션에 특정한 기준이 생기게 됩니다. 최선의 방법은 높은 정확도를 요구하는 스틸(still) 파이프를 통해 계측하는 것으로 정확성을 위해 비접촉식 레이다를 사용하는 것입니다. 탱크에 스틸 파이프가 없다면 지붕 관통(shoot the roof) 옵션을 사용하는데, 루프 꼭대기에 반사 금속 타깃을 설치하여 레이다 빔을 포착하는 것입니다.

마치며
효과적인 과충진 방지 시스템은 리스크를 확실히 줄이고 안전 규정 준수를 보장하지만 ‘어디에나 꼭 맞는 전천후’ 레벨 측정 기술은 없으므로 어플리케이션과 고유의 문제점을 이해하는 것이 필수적입니다. 광범위한 레벨 측정 솔루션을 제공하는 자동화 솔루션 공급자들은 사용자가 알맞은 기술을 선택, 설치 및 시행하는 것을 돕기 위해 기다리고 있습니다.

글_ 크리스토퍼 비달(Christoffer Widahl), 에머슨(Emerson) 시니어 전략 제품 매너저

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[테마] 에머슨, 아스펜테크와 제조업 자산 최적화 솔루션 만든다

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에머슨(Emerson)과 아스펜테크(AspenTech)가 글로벌 자동화 기술 및 운영 컨설팅 서비스와 함께 자산 최적화 소프트웨어 솔루션을 제공하기 위해 협력할 것을 발표했다. 이를 통해, 업계 선두주자인 두 회사는 고객들이 생산 최적화와 운영 효율성을 달성할 수 있도록 도울 계획이다.

아스펜테크의 광범위한 자산 최적화 소프트웨어 제품군은 자본집약적이고 복잡한 프로젝트 및 운영에서 자산의 라이프사이클 모든 단계(설계, 운영 및 유지)의 가치를 창출, 에머슨의 프로젝트 확실성 및 운영 확실성 계획을 지원한다. 에머슨의 국제적인 입지, 자동화 엔지니어링 서비스 및 소프트웨어, 광범위한 대규모 프로젝트 수행 및 컨설팅 능력 등은 아스펜테크의 기술적 입지를 상호 보완할 것으로 보인다. 종합적으로, 이런 능력들은 기존 아키텍처와 클라우드 기반 아키텍처 모두에서 솔루션으로 활용될 수 있다.

David N. Farr 에머슨 회장 겸 CEO는 “에머슨과 아스펜테크(AspenTech)는 궁극적으로 고객들에게 측정가능한 향상과 가치를 가져올 수 있는 디지털 기술 및 서비스에 집중하고 있다”며, “우리는 함께 고객들이 디지털 혁신 속에서 최적의 길을 찾고 최상의 성과(Top Quartile performance)를 낼 수 있도록 가이드할 것”이라고 덧붙였다. 최상의 운영 성과는 경쟁사 대비 상위 25%의 운영 및 자본 성과를 달성하는 것을 말한다.

이번 협력에서 두 회사는, 프로젝트 설계를 검증하고 오퍼레이터 교육을 도울 수 있는 하이파이(high-fidelity) 시뮬레이션 포함의 엔지니어링 소프트웨어와 고도의 복잡한 활동을 위해 설계된 고급 제어 소프트웨어를 포함하는 공급망 소프트웨어, 그리고 플랜트 신뢰성 향상을 위한 자산성능관리 소프트웨어라는 세 가지 핵심 영역에 먼저 초점을 맞출 계획이다.

Antonio Pietri 아스펜테크 사장 겸 CEO는 “에머슨과의 협력을 통해 우리는 더 많은 조직들이 더 큰 주주수익을 내고 운영 효율성에 집중하도록 도울 수 있을 것”이라며, “소프트웨어와 통찰력을 활용하여 설계, 운영 및 유지보수 라이프사이클을 최적화하는 것으로 기업들이 자산을 보다 빠르고 안전하게, 그리고 더 오래 친환경적인 방식으로 운영할 수 있도록 할 것”이라고 했다.

두 회사는 실시간 데이터, 머신러닝을 통한 고급분석 및 방대한 프로세스 지식을 기반으로 하는 전체적인 최적화 전략을 제공하여 생산뿐만 아니라 신뢰성, 안전성 및 에너지 관리 영역에서 측정 가능한 업무 개선을 가져올 수 있을 것으로 기대하고 있다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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