SNoK AB, Logix 기반의 PlantPAx 솔루션 구현 통해 공조 시스템의 에너지 사용 절감

도전과제

제약업계에서는 환경 조절이 매우 중요하기 때문에 공조 시스템은 대부분 전세계적으로 구현되어 이미 검증된 블랙박스 중심의 솔루션에 의존합니다.

문제는 이러한 솔루션들이 환경 조절에 매우 구시대적인 접근방식을 사용한다는 것입니다. 이러한 접근방식은 제어와 조절이 힘들 뿐 아니라 가동 비용도 많이 듭니다.

공조 시스템들은 에너지를 많이 소비하며 제약 애플리케이션을 위한 통제된 매체를 제공합니다.

대부분의 공조 시스템들은 사전 설정된 제어 시스템들과 함께 공급되기 때문에, 에너지 효율성이나 각 애플리케이션에 맞는 성능을 기대하기 어렵습니다.

SNoK AB의 공동 창립자이자 제어 시스템 관리자인 리암 케네디(Liam Kennedy)는 "많은 솔루션들이 에너지 집약적인 냉각 및 재 가열과 관련이 있기 때문에, 제약 공장에서의 온도와 습도 제어는 대단히 중요하다"며, "많은 고객들이 전체 공정과 파라미터에 액세스하면서 에너지 효율성을 극대화하길 원하지만, 기존 솔루션으로는 만족할 만한 수준에 도달할 수가 없다"고 설명합니다.

제약 공장의 일반적인 공조 솔루션은 외부 온도가 낮으면 유입되는 공기를 가열하고, 외부 온도가 높으면, 유입되는 공기를 냉각 시킨 후 다시 가열하여 습기를 제거합니다.

대단히 에너지 집약적인 과정이지만, 업계는 이러한 접근방식을 선호합니다. 공기의 유입과 유출이 지속적으로 일어나기 때문입니다.

물론 공장에서 배출되는 공기의 일부를 재사용해 순환시키는 것이 가능합니다. 이 경우 에너지 소비가 현격하게 줄어들 수 있지만 압력 제어가 어렵고 멸균 제조 영역에서 요구되는 정압 차이를 유지하기가 힘듭니다.

케네디는 "우리 솔루션은 이 두 가지를 모두 가능하게 해준다"고 설명합니다. "재순환된 공기를 외부에서 공급되는 공기와 결합할 수 있도록 해주는 동시에 압력을 유지시켜 제조에 문제가 발생하지 않도록 한다"고 그는 말합니다.

그는 "빌딩을 냉난방하는 가장 경제적인 방법은 공기를 재활용하는 것"이라며, "그러나 습도 때문에 사용량에 변화를 줄 필요가 있으며, 외부 공기와 내부 공기의 혼합해 사용해야 한다"고 덧붙혔습니다.

에너지 절약장치는 일반적으로 외부 공기를 측정하고 그 습도와 온도에 기반하여 결정을 내립니다.

습도나 온도가 너무 높으면, 공장은 완전한 내부 공기 재순환 모드로 가동됩니다. 너무 건조하거나 온도가 낮으면, 외부 공기를 유입시켜 가열합니다. 이 때 에너지가 많이 소모됩니다.

내부 공기만 순환하거나 외부 공기만 유입하는 것, 둘 중 하나만 선택할 수 있습니다.

케네디는 "이러한 기존 접근방식이 가진 또 다른 문제는 습도 센서가 90% 습도 이상에서 제대로 작동하지 않는 것"이라며 "이렇게 안정적이지 못하기 때문에 외부 공기 유입에서 내부 공기 재순환으로 전환을 하게 된다. 센서를 신뢰할 수 없기 때문에 운전자들이 '전부 아니면 무'의 방식을 선택해야 하는 것이다"라고 말합니다.

솔루션

케네디는 "공기를 공급하는 경우 온도와 습도가 맞아야 한다는 걸 알지만, 외부 공기의 온도만 본다"면서, "귀환되는 공기의 습도를 알면 기본적인 공기/온도/습도 관계를 사용해 외부 공기의 습도 문제를 해결할 수 있다. 이 때문에 신뢰할 수 없는 외부 센서에 대해 의존할 필요가 없게 된다.

"SNoK AB는 공장 내로 유입되는 공기의 습도와 귀환 공기에 기반하여 시스템을 제어한다"고 그는 말을 이었습니다.

"귀환 공기와 외부 공기의 혼합률을 지속적으로 조절함으로써, 우리는 적정 온도와 습도 요건을 충족하여 에너지 소비를 절감하고 압력이 저하되지 않도록 할 수 있다.

간단히 말해서, 공장으로 들어오는 공기에는 약간의 습기가 존재하는데, 원하는 상태를 얻기 위해 점진적으로 더 많은 귀환 공기나 외부 공기를 유입시킨다. 최대한의 귀환 공기가 사용되도록 하기 때문에 에너지를 소모가 훨씬 더 적어진다."

SNoK AB가 개발한 솔루션의 중심에는 로크웰 오토메이션의 Allen-Bradley ControlLogix와 CompactLogix 자동화 컨트롤러가 있습니다.

PAC들은 Allen-Bradley Point I/O를 통해 시스템의 나머지 요소들과 결합됩니다. 팬 모터를 위한 주요 드라이브는 Allen-Bradley PowerFlex 753 인버터로 제공되고, 로컬 HMI는 Allen-Bradley PanelView Plus로 제공되며, SCADA by FactoryTalk View SE는 쉽게 프로그래밍이 가능한 PlantPAx control 모듈과 페이스플레이트에 기반하여 완전히 가시적인 제어 프로세스를 제공합니다.

마지막으로 프로세스 네트워크와의 인터페이스에는 Stratix 8000 스위치가 사용됩니다. 케네디는 "Stratix 스위치를 사용하면 굉장한 혜택을 얻을 수 있다"며,

"일부 작업에서는 Ethernet 스위치를 설정하느라 많은 시간이 낭비된다.

자동화 솔루션은 Ethernet 네트워크에 '정상적이 아닌' 많은 부담을 주게 되는데, 스위치가 이러한 요구사항에 맞게 구성되어 있지 않으면 프로토콜을 변경해야 한다.

그런데 Stratix 스위치는 연결 유형을 지정(선호도 높은 트래픽 자동화 등)할 수가 있고, 스위치는 자동으로 필요한 대역폭에 할당된다.

스위치를 설정하면 모든 게 해결된다. 정말 대단하다. 이제껏 아무런 문제도 발생하지 않았다. 플러그만 꽂으면 모든 게 올바르게 작동할 것이라는 걸 안다. 또한 표준 Ethernet 케이블을 사용하기 때문에 모든 것이 간단하다."

결과

케네디는 "우리가 개발한 솔루션은 잠재적으로 에너지 소비를 20~25% 감소시켜 줄 수 있다"며, "그러나 정확한 수치는 환경 조건에 따라 차이가 있다.

그렇지만 연간 적어도 15%를 절약해준다고 자신 있게 말할 수 있다. 습도가 높은 여름에는 최대 25%까지도 절약이 가능하다. 또한 2년 이내에 시스템 투자 비용을 회수할 수 있을 거라고 확신한다"고 말합니다.

솔루션은 사용자들에게 폐쇄적인 블랙 박스 접근 방식의 제거 등 다양한 혜택을 제공합니다.

"전체 공조 솔루션이 사용자들에게 노출되어 있다"고 케네디는 설명합니다. "우리는 이 프로세스 제어 시스템을 개발하는데 로크웰 오토메이션 PlantPAx 프로세스 제어 솔루션의 모듈들을 활용했다.

폐쇄형 기술을 사용해 솔루션을 숨기려고 하지 않았다. 개방형의 비 블랙 박스 솔루션이라서 아무것도 감춰진 것이 없고 고객이 모든 것을 볼 수 있다. 또한 코드와 표준 모듈도 공유한다.

사용자가 공급업체를 바꾸기로 한 경우, 외부의 어느 컨설턴트를 사용해도 되고 로크웰 오토메이션에 직접 연락해서 지원을 받을 수도 있다."

이 시스템의 다른 혜택으로는 경고 레벨이나 고장에 대한 즉각적인 파악을 가능하게 해주는 완전하고 세부적인 알람 감시 솔루션이 포함되어 있다는 것입니다.

시스템은 또한 각 애플리케이션의 요구사항에 따라 조율이 가능하기 때문에 엄격한 품질 규제가 이루어지는 GxP 환경에 적합합니다. SNoK AB는 또한 고품질 산업용 제어 장비를 사용하며, 예비 부품에 대해 전세계적으로 20년간 보증을 제공합니다.

SNoK AB는 또한 약품 저장을 위한 환경 모니터링 솔루션과 냉각/냉동 시스템을 개발하였습니다.

이 세 가지 솔루션들은 모두 로크웰 오토메이션에 기반한 공통 기술을 사용하며 FactoryTalk Historian SE를 사용해 모니터링이 가능합니다. FactoryTalk Historian SE는 의사결정을 지원하는 추세와 이력 데이터에 대한 액세스를 제공하며, FactoryTalk VantagePoint EMI는 이 데이터를 사용자에게 전달하고 이해하기 쉬운 포맷으로 디스플레이하여 세부적인 분석을 가능하게 해줍니다.

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VantagePoint는 Rockwell Automation, Inc.의 등록상표입니다.
로크웰 오토메이션의 소유가 아닌 상표는 각 해당 기업의 재산입니다.

위에서 언급한 결과는 SNoK AB가 로크웰 오토메이션의 제품과 서비스를 타 제품과 함께 사용하여 얻은 결과입니다. 다른 고객의 환경에서 얻어진 결과와는 다를 수 있습니다.