Miraka의 모델 예측 제어 솔루션 활용 방식

Miraka는 가공 공정의 최적화에 착수하면서 로크웰 오토메이션의 전문 공정 제어 기술을 요청했습니다. Miraka는 수십 년에 걸쳐 낙농 산업 솔루션을 제공한 경험을 바탕으로 로크웰 오토메이션의 Pavilion8® MPC(Model Predictive Control) 소프트웨어 플랫폼을 활용했습니다. 이에 따라 로크웰 오토메이션 엔지니어들과 긴밀히 협력하여 자사의 분유 생산 시설을 최적화할 수 있는 시스템을 구체화하고 구축했습니다.

“모든 주요 이해 관계자가 적극적으로 참여한 덕분에 구현 과정은 빠르게 진행되어 성공적으로 완료되었습니다.”라고 로크웰 오토메이션의 Pavilion 현지 기술 관리자인 린 메디치(Lynn Medich)는 말합니다.

“우리는 전문 기술로 유제품 표준화, 증발 건조기 및 분무 건조에 모델 예측 제어 솔루션을 구축했고 이 과정에서 Miraka와 긴밀히 협력했습니다. 그 결과 운영을 개선하고 비즈니스 가치를 창출하는 솔루션을 제작할 수 있었습니다.”

모델 예측 제어

모든 제조 공정에는 다양한 요인에 의해 변동성이 따르기 마련입니다. Rockwell Automation MPC 솔루션의 기본적인 목표는 주요 공정 매개 변수의 변동성을 줄이고 원하는 목표를 이루기 위한 최적의 제어를 구현하여 공정 단위에서 안정성을 강화하는 것입니다.

Rockwell Automation Pavillion8 시스템에는 각종 정보와 공정을 제어, 분석, 모니터링, 시각화 및 통합하기 위한 모듈이 포함되어 있습니다. 이 시스템은 매분 단위로 발생하는 역동적인 변화와 급변하는 문제점을 포용하여 적절히 관리합니다.

이렇게 하면 공정은 크게 안정화되므로 기존에 정의된 제어 목표를 손쉽게 달성할 수 있습니다. 분유 생산 공정에서 주요 매개 변수의 변동성을 줄임으로써 생산 시설의 가공 처리 및 사양의 한계를 모두 끌어내 산출량과 처리 능력을 최적화할 수 있습니다.

총체적 접근법을 통한 분유 생산의 최적화

Miraka의 Pavilion8 솔루션은 기존 가치를 그대로 생산하면서도 작업자들에게 모델 예측 제어 기술을 효과적으로 소개할 수 있도록 단계별로 구현되었습니다. 각 부분이 실행될 때마다 산출되는 가치를 정량화하도록 실시간 KPI(Key Performance Indicator: 주요실적지표)도 배포되었습니다.

증발 건조기 공정은 첫 번째 단계에서 최적화되었습니다. 변동성은 줄어들었고 총 고형물 표적화도 개선되었습니다. 증발 건조기의 총 고형물 표적은 증대하여 증발 및 건조 단계 전체에서 열효율이 개선되었고 처리 능력이 향상되었습니다.

두 번째 단계에서는 분무 건조기의 모델 예측 제어가 수행되었습니다.

“Miraka의 분무 건조기에 모델 예측 제어를 구현한 결과, 분말 수분 증가에 대한 표적화를 기반으로 한 폐루프 수분 제어를 통해 산출량이 증가했습니다.”라고 로크웰 오토메이션의 Pavilion 수석 응용 엔지니어인 케린 사코(Kerryn Sakko)는 설명합니다. 가공 공정 통제를 안전하게 추진함으로써 생산 능력은 더욱 최대화되었습니다.

솔루션의 최종 단계에서는 표준화 가공 공정에 다변량 모델 예측 제어를 구현했습니다. 건조 공정 전반에 대한 혼합물 추적을 위해 액상 혼합물 제어에 추론 모델과 함께 다변량 모델을 활용했습니다. 그 결과, 마지막 공정을 거친 분말에서 단백질 및 지방 함유량의 변동성이 줄어들었습니다. 

또한 저비용의 표준화용 재료를 최대로 활용하기 위한 목적 함수가 액상 혼합물 제어 장치에 추가되었습니다.

Pavilion8 시스템의 고급 분석 기능이 응용된 교육 과정을 통해 작업자들은 최적의 시스템 활용법을 빠르게 익힐 수 있었고 현장 검수도 능률화될 수 있었습니다.

가공 공정 개선도의 측정 방안

Miraka와의 상담을 거치면서 공정 개선 효과에 대한 정보를 제공할 매개 변수 집합이 확정되었습니다.

확정된 매개 변수는 다음과 같습니다.

• 품질(분말 수분 산출량)
• 증발 건조기 고형물(시설의 처리량 개선도)
• 건조기 열효율(건조기 처리 능력 개선도)
• 제품 톤(t)당 에너지 소비량 감소율(절감 비용)
• 단백질 및 지방 최적화(산출량)

Miraka는 Pavilion8 솔루션을 통해 매우 이례적인 성과를 얻을 수 있었습니다. 성수기의 처리 능력이 4% 이상 향상됐고 수분 표적은 0.04% 증가하기에 이르렀습니다. 또한 단백질 및 지방 제어 방식이 개선되어 지방 및 단백질 누출을 한 해에 100t 이상 감소시킬 수 있는 가능성이 제시되었습니다.

이 밖에도, 증발 건조기 고형물 및 건조기 프로필의 최적화가 이루어져 성수기 생산 기간 동안 분유 톤(t)당 1% 이상의 에너지 절감율을 보일 것으로 전망되었습니다.

Miraka의 조업 책임자 폴 트레윈(Paul Trewin)은 다음과 같이 말합니다. “로크웰 오토메이션과 함께 이 프로젝트를 진행한 Miraka 분유 가공 시설팀이 보여준 탁월하고 혁신적인 결과는 기대한 것 이상으로 훨씬 더 눈부신 성과를 가져올 수 있었습니다.”

로크웰 오토메이션(Rockwell Automation, Inc. NYSE:ROK)은 산업 자동화와 정보 솔루션을 제공하여 고객이 더 생산적이고 세계가 더 지속 가능(sustainable)할 수 있도록 하는 세계적인 기업이다. 미국 위스콘신 주 밀워키에 본사를 두고 있으며, 22,000여명의 직원이 전세계 80여 개국에서 고객을 위해 일하고 있다.

Allen-Bradley, FactoryTalk, Pavillion 및 Rockwell Software는 로크웰 오토메이션의 등록 상표입니다.