College Station Water Services 수처리 시설의 고장시간 및 에너지 사용량 절감

로크웰오토메이션 프로세스 솔루션 적용으로 많은 이익 창출

프로세스 제어 시스템을 개선해 비용을 절감하고 지속 가능성을 높이는 한편, 확장성과 감시 능력, 준법 수준을 크게 높인 텍사스 소재의 한 폐수처리 업체 사례를 소개한다.

편집자 주

미국의 City of College Station은 텍사스 주 브라즈로스 카운티에서 지하수 생산 및 이송 시스템과 폐수처리 시설을 운영하는 업체로, 성수기에는 최대 2,300만갤런을 8만3,000여명에게 공급한다. CSWS는 카운티 곳곳에 위치한 관정에서 지하수를 뽑아 올려 운반한 다음 저장한다. 또한 275마일이 넘는 폐수 집수 라인을 통해 폐수를 모아 폐수처리 시설 두 곳 중 한 곳으로 보낸다.

CSWS는 제어 시스템의 수명이 막바지에 다다르자 시스템에 문제가 생기기 전에 업그레이드가 필요하다고 판단했다. 그러나 접촉한 벤더마다 이렇다 할 문제 해결책을 내놓지 못하자 기술지원 부서는 장비를 계속 가동시키느라 스트레스가 이만저만이 아니었다.

CSWS의 경영진은 전 플랜트를 아울러 제어 장비를 표준화하고 광범위한 통신 네트워크로 제어와 통신, 확장성, 유연성을 개선하고자 했다. 또한 유지보수와 교육이 쉽고 초과 근무가 적으며, 과태료와 행정 비용이 적게 드는 새 제어 시스템을 원했다. 새 시스템은 공통의 프로그래밍 환경을 제공하고 미래 확장까지 가능해야 했다.

복잡한 시스템

CSWS는 지역 급전업체와 함께 로크웰오토메이션에 장기 지원과 서비스를 맡겼다. 로크웰오토메이션의 솔루션에는 PlantPAx 프로세스 자동화 시스템과 모터 컨트롤러, 가변 주파수 드라이브(Variable-Frequency Drive : VFD), 설치·검사·교정·시운전·시운전 현장서비스, 전화 및 온라인 지원이 포함됐다.

PlantPAx는 운전과 모터 제어를 한 시스템으로 통합해 EtherNet/IP과 DeviceNet, ControlNet을 통해 로크웰 오토메이션의 핵심 통합 아키텍처(Integrated Architecture) 기술을 활용한다. EtherNet은 각 I/O의 도관과 선을 대체해 배선 및 설치 비용을 낮추고 신뢰도를 높이는 한편, 점대점(Point-to-Point) 관리와 문제 해결을 실현한다.

ControlNet 네트워크는 전기 정보와 버스 전압, 권선 온도와 같은 모터 데이터, 네트워크 보안이 검증된 공통 산업용 프로토콜(CIP)을 이용해 작업자에게 전달한다. 이 시스템은 I/O의 기능과 P2P 네트워크를 결합해 고속 성능을 실현한다.

CSWS는 또 처리 시설 전체를 대상으로 Allen-Bradley Control-Logix PAC를 표준화했다. 이 PAC는 수처리 프로세스를 관장하고 작업자에게 의사결정 개선과 생산성 최적화에 필요한 플랜트 정보를 제공한다. 이를 통해 작업자는 감시, 데이터 수집, 자동 보고 현황을 실시간으로 볼 수 있다.

업그레이드 후 현격한 비용 절감

CSWS는 업그레이드 후 연간 약 6만5,000달러의 에너지 비용을 절감하게 됐다.

IntelliCENTER 기술이 가미된 Allen-Bradley CENTERLINE 2100 모터 컨트롤 센터(MCC)는 원격 접속과 실시간 진단, 전자문서 작성 등의 기능으로 고장시간 최소화와 장비성능 개선에 일조한다.

CSWS는 또 기존 2단 펌프를 Allen-Bradley PowerFlex 700 VFD로 교체했다. 이 드라이브는 모터 속도를 조절해 에너지 절감과 모터 및 관련 장비의 수명 연장에 기여한다. 또 드라이브 수준에서 추가 프로세스 데이터를 모아 통합 아키텍처를 통해 시설 전역으로 자동 전달한다.

CSWS는 로크웰오토메이션의 Premier Integration을 이용해 드라이브 시스템 구성과 운전, 관리를 단일 통합 환경 및 위치로 일원화할 수 있었다. 이를 통해, 프로그래밍 시간이 최대 70% 줄어들고 개별 파라미터와 태그 프로그래밍이 사라져 오류 가능성이 크게 낮아졌다.

CSWS SCADA 시스템 애널리스트 마이클 켈로그(Michael Kellogg)는 “태그 기반 프로그래밍은 우리에게 중요했다. 그것 덕분에 우리의 표준과 명명법을 지키고 작업자에게는 연속성을 보장할 수 있었다”면서, “태그 첫 부분이 장비명을 표시하기 때문에(예를 들어, ‘TFP01’은 Thickener Feed Pump 01라는 의미) 작업자가 사용하기 쉬웠고, 그래서 귀중한 프로그래밍 시간을 절약할 수 있었다”고 덧붙였다.

새 제어장치의 효과

스타트업과 시운전은 2009년 5월에 시작됐다. CSWS는 이제 일 평균 1,180만갤런의 물을 흘려보낸다. 이전에는 일 평균 810만갤론이었다. 또한, 연간 에너지 비용으로 약 6만5,000달러를 절감하게 됐다.

PowerFlex VFD로 교체한 후 팬과 펌프의 전기 사용량이 약 13~15% 정도 줄었으며, 시설 자동화로 인해 소요 인력도 11명에서 5명으로 줄어 핵심 영역으로 인력을 재배치하는 효과도 누릴 수 있었다. 전에는 일주일 내내 24시간 교대 근무를 해야만 했으나, 이제는 월요일부터 금요일까지 오전 7시에서 오후 3시 30분까지만 근무를 한다. 켈로그는 “근무 시간 변경으로 운영 인력의 사기가 높아지고 근무 일정이 간소화돼 집에서 보내는 시간과 여가가 늘어나는 효과가 나타났다”고 말했다.

또한, 작업자가 설정 지점(Set Point)을 조정하면 제어 시스템이 자동으로 의사 결정을 하므로 작업자의 오류가 줄었을뿐더러, 네트워크 통신 덕분에 작업자가 원격으로 접속할 수도 있게 됐다. 켈로그는 “이더넷 통신 덕분에 카운티 북쪽 끝 상수원부터 남쪽 끝 저장 탱크까지 시설을 다 볼 수 있다”면서, “이제는 카운티 전역이 우리 시설”이라고 덧붙였다.

더욱이, 작업자가 실시간 제어를 통해 문제가 발생하기 전에 대응하므로 고장시간도 줄일 수 있게 됐으며, Control Logix 체제에서 사용자 정의 태그와 애드온 명령어(AOI)를 이용해 I/O와 드라이브, 관정을 프로그래밍하므로 시간이 추가적으로 절약된다. 이에 대해, 켈로그는 “전에는 관정 하나를 프로그래밍하려면 3일이 걸렸지만, 지금은 하루나 하루 반나절이면 충분하다”고 말했다.

미리 구성된 소프트웨어 마법사 덕분에 모터 컨트롤러와 VFD, 스위치의 설치도 수월해졌는데, 이에 대해 켈로그 애널리스트는 “소프트웨어 마법사가 있어 IT의 도움을 받지 않아도 되므로, 일주일이나 걸리던 스위치 설치가 이제는 15분밖에 걸리지 않는다”고 설명했다.

CSWS는 로크웰오토메이션 서비스 계약도 십분 활용했다. 이를 통해 현장 서비스 전문가에게 정기적으로 유지보수나 문제 해결의 도움을 받고 있으며, 또 유지보수 비용을 미리 계획하고 더 낮은 단가에 이용하고 있다. 이밖에도 College Station은 로크웰오토메이션 부품 관리 계약을 이용해 23만달러에 달하는 부품 재고와 현장 면적을 절감하는 등 다양한 이점을 얻게 됐다.

본 기사는 로크웰오토메이션 (TEL. 02-2188-4400)에서 제공한 것입니다.

월간 FA저널 다른기사 보기