덴마크의 새로운 수처리 공장에 PlantPAx DCS 구현

배경

처음 시도된 수처리 프로젝트를 통해, 덴마크의 시스템 통합업체 AB 일렉트릭 A/S(AB Electric A/S)는 몇 킬로미터 간격으로 분산되어 있는 4곳의 수처리장에 포괄적인 제어 및 모니터링 솔루션을 개발 및 설치했습니다.

상용 공정 자동화 제품들을 제어하는 로크웰 오토메이션의 PlantPAx® 분산제어시스템을 구현하여, AB 일렉트릭은 향후 유사 설치 프로젝트를 위한 기준을 정립했습니다. PlantPAx가 제공하는 확장성과 유연성, 안전 및 접근 제어, 무료 공정 라이브러리 등의 보다 광범위하고 심도 있는 통합 덕분입니다.

해결 과제

1980년 일반적인 전기 공사업체로 설립된 AB 일렉트릭(AB Electric)은 완전한 전기, 자동화 및 공정 제어 솔루션 공급업체로 진화하였으며, 덴마크는 물론 전 세계에 다수의 개인 및 기업 고객들을 보유하고 있습니다.

고객의 새로운 수처리 프로젝트는 참조할만한 기존 레퍼런스가 존재하지 않았기 때문에 전체 제어 전략과 시스템을 처음부터 설계해야 했습니다. 또한 고객은 여러 다른 현장들 간에 실시간 보안 통신, 완전한 접근 제어, 모든 기능을 갖춘 모니터링 및 제어 센터, 모바일 장치에서 사용할 수 있는 알람 시스템을 요청했습니다. 솔루션은 또한 다수의 제3자 장치와 연동이 되어야 해서, 관제센터로 데이터를 전송하기 위해 다양한 통신 프로토콜이 필요했습니다.

공장은 2,400명의 소비자에게 용수를 공급하고 있었으며, 일일 소비량은 700m³였습니다. 가동 시, 주요 처리장은 7~12미터 깊이에서 펌프된 원수를 필터 시스템에 통과시켜 불순물을 여과합니다. 이 필터 시스템은 4개의 스테인리스 강 탱크로 구성되며, 탱크의 내부에는 원하는 수질에 맞게 조합된 자갈과 특수 모래 혼합물이 들어 있습니다. 이러한 필터링 공정에서는 아질산염, 염화물, 불소, 철, 망간, 암모니아 등의 오염 물질이 여과됩니다.

필터링 공정 후에는 산소를 추가하여 화학 반응을 야기하고 이렇게 처리된 물을 두 개의 공급 라인을 통해 소비자용 탱크 2개로 이동합니다. 각 탱크마다 펌프 5대가 장착되어 있으며, 이 펌프들은 관제센터의 작업자 워크스테이션에 설정된 압력 파라미터에 기반해 작동됩니다. 주요 처리장 이외에 세 곳의 처리장에 시스템을 설치할 필요가 있었습니다. 두 곳에는 소비자 탱크를 갖춘 소비자용 펌프 시스템을, 다른 한 곳에는 원수 및 오픈 필터 시스템을 설치해야 했습니다.

4곳의 처리장 모두가 연결이 되어야 하지만, 각 처리장이 위치한 곳의 지형 높이가 달라서 비용과 요구되는 용수량에 기반해 하루 중 어떤 처리장을 이용하는 것이 가장 효율적인지를 계산할 필요가 있었습니다. 주요 처리장만으로도 모든 소비자에게 용수를 공급할 수는 있지만, 일부 수요 기간 동안에 이 처리장만 사용하는 것은 가장 효율적인 방법이 아니었습니다. 시스템은 높은 공급 안정성을 보장하도록 설계되었으며, 태양광 패널을 설치하여 지속 가능한 에너지를 사용함으로써 환경 보호 효과도 얻을 수 있었습니다.

솔루션

주요 처리장에는 분산 I/O 모듈과 로크웰 오토메이션 프로세스 객체 라이브러리를 사용하여 공정 전반에 대한 제어를 제공하는 PlantPAx 분산제어시스템이 설치되었습니다. 이 솔루션에는 또한 Allen-Bradley® PowerFlex® 가변 주파수 드라이브가 포함되어EtherNet/IP™를 통해 펌프 간 통신을 지원합니다. 세 곳의 다른 처리장에는 분산 I/O 모듈 이외에 제3자 인버터로 가동되는 다른 펌프들의 제어를 위해 컨트롤러들을 구현했습니다.

1차적인 현장 간 통신과 현장과 관제실 간 통신은 Stratix® Ethernet 스위치로 처리되며, Stratix 서비스 라우터가 인터넷을 통해 원격으로 다른 두 처리장을 연결합니다. 세 번째 처리장은 광섬유로 연결됩니다.

핵심 데이터를 스마트폰과 문자 서비스로 보안 전송하기 위해 원격 알람 기능이 통합되었습니다. 이 기능은 로크웰 오토메이션의 Encompass 파트너인 WIN-911이 공급한 알람 통보 플랫폼을 사용합니다.

고급 진단을 갖춘 PlantPAx 작업자 인터페이스를 사용해, 관제실에 위치한 55인치 모니터의 모든 정보는 작업자 워크스테이션에 시각화됩니다. 세 곳의 처리장에는 스테인리스 강으로 된 19인치 산업용 디스플레이가 통합된 컴퓨터가 설치되었습니다. 모든 처리장은 관제실에서 제어할 수 있습니다.

AB 일렉트릭은 PlantPAx DCS를 통합 제어 솔루션으로 구현한 것뿐만 아니라, 로크웰 오토메이션 통합 아키텍처 빌더에 포함된 PlantPAx System Estimator를 사용해 시스템을 설계했습니다. PlantPAx System Estimator는 하드웨어를 선정해주고 컨트롤러, I/O, 네트워크, 드라이브, 케이블 & 배선 및 기타 장치로 구성된 자재명세서를 생성해주어 프로젝트의 초기 단계에서 위험을 감소시켜 주었습니다. PlantPAx Alarms Builder 툴은 알람 및 이벤트 데이터베이스 유형의 알람을 XML 파일 형식으로 생성해줍니다. 이러한 알람은 작업자 워크스테이션에서 시각화될 수 있으며, 현장에 대한 접근 제어 역시 로크웰 오토메이션이 공급하는 고주파수 RFID EtherNet/IP 인터페이스 블록으로 지원됩니다.

결과

AB 일렉트릭의 공동 소유자이며 프로젝트 관리자인 프랭크 요르겐센(Frank Jørgensen)은 “프로젝트의 계획과 설계는 실제 구축이 있기 거의 1년 전에 시작되었다. 이는 우리 분야의 타 프로젝트들과 비교해 드림 시나리오라고 할 수 있었으며, 로크웰 오토메이션은 엔드 고객과의 미팅에 거의 처음부터 참여했다. 로크웰 오토메이션과 함께, 고객에게 완전히 통합된 PlantPAx 솔루션의 역량들을 시연해보일 수 있었으며 고객은 '완전한 패키지'를 원한다고 하며 모든 안을 수용했다”고 설명했습니다.

그는 “이후, AB 일렉트릭과 로크웰 오토메이션 간의 대단히 효과적인 협력을 통해 개발 과정이 원활하게 진행되었다. PlantPAx 통합을 지원해준 로크웰 오토메이션 글로벌 프로세스 기술 컨설턴트(GPTC)의 서비스 등 전체 프로젝트 기간 중에 제공된 전폭적 지원 덕분에, AB 일렉트릭은 공급, 성능 및 비용이라는 측면에서 엔드 고객의 모든 요구사항을 충족할 수 있었다"고 말을 이었습니다.

그는 또한 “우리 고객은 이제 견고하고 안정적인 제어 시스템을 확보할 수 있게 되었다. 이 시스템은 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라, 오픈 소프트웨어의 확장 가능성과 상용 하드웨어의 손쉬운 통합 덕분에 미래의 확장과 도입의 가능성이 무궁무진하다"며, “AB 일렉트릭는 이제 효과적으로 설계된 플랫폼을 확보하게 되었고, 이 플랫폼을 향후 다른 수처리 시설에 사용할 수 있게 되었다. 플랫폼이 컴포넌트의 양과 수처리 공장의 규모에 따라 규모를 아주 간단하게 조정할 수 있도록 설계되었기 때문이다. 개인적으로, 다른 솔루션 말고 로크웰 오토메이션 솔루션을 고객들에게 판매하고 싶다. 로크웰 오토메이션은 우리의 모든 프로젝트를 효과적으로 지원할 수 있음을 입증해주었기 때문에, 이제 정말 필요한 경우 지원을 받는 것에 대해 걱정이 되지 않는다”고 말했습니다.