PLC에 의한 폐수처리설비의 원격감시
1. 개 요
□ IT 기술의 발전에 따라 전산업에 이를 활용하여 산업경쟁력을 높이려는 움직임이 활발해지고 있다.
□ 이미 신뢰성이 입증된 PLC 계장기술에 최신의 PC 관련기술을 접목시켜서 폐수처리 설비에 원격감시를 도입하여 최적화를 이룬 사례를 소개한다.
2. 내 용
□ 배 경
○ 후지(FUJI)제지는 1898년 조업을 개시하여 식품용기 원지와 캐스트 지를 생산하고 있는바, 지하수를 초지 원수로 이용하고 강물에서 취수하여 자체 수력발전기에서 최대 1,500㎾의 전기를 얻고, 공장설비로는 초지기 2대, 오프코더 3대, 엠보스 머신 1대가 가동되고 있다.
○ 제지공정에서 배출되는 폐수처리설비에 원격감시 제어시스템으로 PLC 계장시스템을 신규 도입하였는데, 이로서 기존보다 DCS를 많은 설비에 활용하게 되었고, 최신 IT기기(PC, PLC)를 이용하였다.
○ 제조메이커로서는 제조코스트, 품질은 물론 환경 대응에까지 나서야 하므로, 인력정예화도 거의 한계에 도달하여 스탭의 부담은 커지고 있어서, 생산시스템마다 플랜트설비의 최적화를 기하고 이들을 유기적으로 연결시켜서 전체 설비최적화를 실현할 필요가 있게 되었다.
○ 공장설비 중 폐수처리시설, 슬러지 소각로설비, 스크류 탈수처리설비, 도료처리설비의 일부는 이미 30년 전에 도입되어, 설비감시장치는 현장의 Annunciator표시/경보 혹은 전기실, 보일러실의 전체경보 뿐 이어서 한정된 범위만 현장상황 파악이 될 뿐으로, 이의 감시를 위해 3교대의 운전원이 정기적으로 현장을 순회하는 방법을 써 왔다.
○ 그래서 기존설비는 그대로 두고 먼저 원격보수 감시기능을 추가하는 방침으로 설비도입을 하였던바, DCS와 PLC 가운데에서 초기 코스트와 운용경비가 저렴하고 감시를 주로하는 설비이므로, 범용성이 높은 PC+PLC 계장설비를 도입했으며, 기대 도입효과는 다음과 같다.
- 보일러실, 전기실, 공무사무실 등 현장정보의 파악
기존 제어반을 네트워크로 연결시킨 HMI기기를 각 개소에 설치하여, 어디에서도 현장상태를 감시조작이 가능해졌고, 이상 시에 즉시 대처가 가능하며, 원격으로 소포제의 투입지시가 가능하게 되었다.
- 상세한 이상내용표시나 ITV(감시카메라)에 의한 감시
전에는 방류구에만 카메라로 모니터링하고 있었으나, 폐수처리설비, 도료처리설비, 응집조, 최종 방류구의 3개소에 카메라를 추가하여 현장에 가지 않고 상태를 모니터링 해서 폐수의 SS와 pH치(기준치)등을 감시 가능하였다.
- 주간근무 운전원 삭감
현재까지는 경보는 일괄경보, 각 기기의 지시치는 현장계기 뿐이어서 상세확인은 현장에 가서 확인해야 했으나, 이를 모두 원격감시가 가능해져서 폐수처리설비의 운전안정화와 운전원 삭감이 되었다.
□ 시스템 개요
○ 시스템의 구성
현장에 분산되어 있는 기존 제어반에서의 정보를 DeviceNet를 경유하여 모아서, 각종 데이터를 PLC("SYSMAC CS 시리즈“)에 보내어 각종 판정처리를 하며, 이더넷으로 3대의 범용PC를 연결시켜서 각종 데이터를 감시, 모니터링 하도록 되어 있다. PC용 패키지소프트웨어에는, PLC-PC간의 데이터 연결에 SYSMAC OPC 서버를, PC상의 HMI 구축에는 SCADA를 채용함으로서,
- 감시 데이터 수집에 DeviceNet를 사용하여 배선을 줄였고
- 시판의 SCADA를 활용하여 HMI 화면 작성의 효율화를 기함으로서 도입코스트를 최소화하였다.
또, HMI 화면에는
- 각종 설비의 운전상황을 한꺼번에 볼 수 있는 그래픽 화면
- 운전 경향을 확인하는 트랜드 화면
- 경보 발생을 통지하는 경보 화면
- 과거 발생된 경보(이상) 상황의 일람화면 등으로 DCS와 같은 HMI화면을 구성하여 조작성을 좋게 하였다.
○ 도입시스템의 효과
- 계장제어용으로는 LCB(Loop Control Board)를 채용하고 HMI소프트웨어로는 RSView32를 도입하여, DCS와 같은 시스템을 구축하였다.
- 운용면에서 현장정보의 파악과 생력화가 실현되었는데, 전에는 알람통지도 기존설비에 있는 일괄경보만으로 되어 있어 운전원이나 순찰인원이 상세내용을 알려면 현장의 판넬, 설비 조작반, 기기 등을 확인해야 했다.
- 따라서 설비위치단위의 일괄 경보 발생표시와 판넬 운전시대의 Annunciator 박스의 내용을 포함하여 보다 상세한 내용(관리기준치, 레벨이상, 기기고장)의 화면을 만들어서, 기존의 편리함을 남겨 두면서, 이상경보의 발생내용을 한눈에 파악되도록 하였다.
- 경보이력을 일람화 시켜서 이상경보 시의 해석과 경보보고서의 작성이 용이하게 되었으며, 대용량의 추세 기능에 의해 기록계에서 치환이 가능해져서 장기간에 걸쳐 수집된 데이터를 기록보전이 가능하여 데이터해석, 장표화가 용이해졌다.
□ PLC의 평가와 요망
- 시스템도입 후, 경미한 이상의 발생은 조기에 신속대응하게 되었고 중대한 이상을 미연에 방지할 수 있어서 운전의 안정화를 가져왔다.
- 인원의 생력화가 진행되면서 이러한 설비의 안정조업을 위한 감시/모니터의 용도도 커지고 있는데, PLC는 저렴해서 DCS 대신 사용 기회가 많아지고 있으나, 이 용도로는 아날로그가 여러 곳에 분산되어 있어 아날로그 유닛의 바리에이션이 보다 충실해졌으면 한다.
- 또, 소포제의 원격제어도 가능하면 좋은데, 현재는 ITV로 상태를 모니터링 하면서 일정량 투입하도록 운전 지시만 하고 있는바, 상황을 감시하면서 첨가량의 증가감을 전기실, 보일러실에서 현장에 가지 않고 원격운전이 된다면 시간손실을 막을 수 있을 것이며, 이후에는 현장계기도 바꾸어서 제어 조작도 본 시스템에서 수행할 예정이다.
□ PLC 계장의 미래
○ PLC는 시장변화와 고객요구에 따라 진화되어 왔는데, PLC에 PID 제어를 중심으로 하는 본격적인 프로세스 제어기능을 강화시킨 PLC 계장도 그러하며, 생산설비 장치에는 이미 FA라던가 PA라던가 하는 시장의 구분은 무의미해지고 설비 어프리케이션에서 요구하는 기능과 성능의 레벨에 따라 기기가 선택된다.
○ 프로세스제어에 PLC 기반 시스템을 도입하는 데는,
- PLC가 가진 코스트퍼포먼스의 높이(기능과 가격의 균형)에서 시스템의 코스트다운이 된다(경제성)
- 일반PC나 시판 소프트웨어와의 조합으로 사용할 수 있어서, IT 기술 등 최신의 기술을 신속히 활용할 수 있다(개방성)
- 교환품에서 언제 어디서나 값싸게 구입할 수 있어서 벤더, 유저에 의한 메인티넌스성이 향상된다(메인티넌스성)
등의 장점이 있어서 향후 적용범위가 넓어질 것이며, 특히 프로세스 제어에서는 다품종 소량생산이나 제품 라이프사이클 단명화 등의 시장변화에 의한 생산설비의 최적화가 필요하여 과제가 남아 있다.
○ PLC 기술을 기반으로 온도 조절 콤퍼넌트 기술을 융합시켜서 고객의 요구에 맞춘 PLC 계장이 계속 발전되고 있는바, 그 하나인 “SMART PROCESS"의 컨셉 을 소개한다.
- 다운사이징
DCS가 가진 계장제어 기능이나 제어에 필요한 채널절연형 아날로그 유닛을 PLC에 집약시키고, 고객 요구에 따라 다점분산에 적합하도록 소형화 시켜서 보다 유연하게 적용시킨다.
- 이지 엔지니어링
계장제어는 PID등의 연산기능을 블록화 시키고 이 블록을 조합시켜 프로그램을 구축하는 계기블록 방식을 채용하고 있는데, 시퀀스제어 테이블 방식도 지원하고 있다. HMI기기로서는 PC 기반으로 한 범용 SCADA인 RSView32나 전용 소프트웨어, 터치판넬 로서 NS시리즈를 이용하여 사용하기 쉽고 효율이 좋으며 개방성을 가진 엔지니어링 환경을 추구하고 있다.
- 높은 신뢰성
범용 제어기기로서 많은 가동 실적이 있는 PLC는 이미 높은 신뢰성과 함께, 리스크를 더욱 낮추기 위해 이중화 시스템(CPU, 전원, 통신유닛)이나 가동 중의 유닛교환도 가능한 상품이 개발되고 있다.
3. 결 론
□ 시장변화와 고객요구에 대응하기 위해서는 제조사의 유아독존 논리는 통용되지 않으며, 사용자는 제조사에 솔루션을 포함한 과제해결형 시스템의 제안을 필요로 하고 있다.
□ 사용자와 파트너인 기업의 연대가 불가결하며, 고객의 소리를 상품에 반영시켜서 사용자 본위의 PLC 계장이 개발되어야 한다.
◃전문가 제언▹
□ 우리나라도 공장자동화 추세로 80년대와 90년대에 걸쳐서 PLC를 주축으로 많이 보급되어, 운영의 합리화와 무인화 운전에 많은 기여를 하고 있다.
□ PLC(Programmable Logic Controller)는 시퀀스 제어와 수치연산 기능으로 프로그램 제어가 가능한 장치인데 메모리가 한정된 전용화기기로서, 경제성, 신뢰성과 보수용이성으로 애용되며, 국내 유수 메이커들이 국산화된 성능 좋은 제품을 생산하고 있다.
□ 기존의 PLC는 전용 프로그램에 의해 제조메이커가 표준 제작한 기기를 다양한 생산현장에 적용시키다 보니, PLC의 기능을 100% 유효활용하기 어려웠고, 전용기기로서 가격적인 부담도 있으며, 전문가가 아니면 프로그램 입력이 난해한 점 등의 문제가 있었다.
□ 그러나, PLC는 기존 Ladder 작성방식에서 최근엔 C언어 등 고급언어로 프로그램제어가 가능해지고 고성능화의 추세로 PC기술과 접목되면서 DCS의 많은 기능을 저렴하게 대체해 나가고 있어 중소규모 공장의 자동화에 많은 기여가 기대되고 있다.
□ 사례와 같이, 거창한 전사적인 공장 및 사무자동화는 아니더라도, 전국에 산재한 중소규모 공장의 현장감시 모니터링 부분을 PLC 원격 감시로 대체한다면, 인력확보 난으로 어려움을 겪고 있는 중소기업에 많은 도움이 될 것으로 보인다.