최적화된 시퀀스 기반 컨트롤 전략

에머슨 자동공정 시스템 및 솔루션 사업부 마케팅 커뮤니케이션 매니저 짐 캐힐

필자는 보일러 운전 기능을 개선해 주는 순차 제어에 대한 글로 이번 주 블로그 포스팅(www.emersonexperts.com)을 마감하려 한다. 에머슨 공정 시스템 및 솔루션(Process Systems and Solutions)팀의 공정 자동화 엔지니어인 Shawn Zadeh로부터 이와 관련된 보고서의 초안을 최근 전해 받았다.

특정 보일러 제어 프로젝트 기간 중, Shawn과 그의 동료는 DeltaV(에머슨의 프로세스 제어 시스템) 컨트롤러 프로세서 유휴시간 통계(Free Time Statistic) 기능이 현재 프로젝트에 사용 중인 2대의 컨트롤러에 매우 적합하다는 것을 깨달았다. 그 프로젝트는 모터 컨트롤 모듈(CM), 컨트롤 루프 CM, 그리고 이산 입력 CM 등 이전의 다른 프로젝트들과 거의 유사했다. 다만 주목할만한 점은 시퀀스를 완료하기 위해 그들이 선택한 방법이었다.

SFC를 Function Block으로 교체

시퀀스 작업은 종종 IEC 848 SFC (Sequential Function Chart)를 사용해 처리된다. 보고서에서 Shawn은 SFC 실행 중 컨트롤러 스캔 속도와 컨트롤러 유휴시간의 밸런스가 확인된 프로젝트가 이전에 있었다고 언급했다. (장비 모듈에서 종종 사용되는) SFC를 실행하는 모듈 단계에서 ISA-88 (S88) 모델을 따를 때, 로직이 굉장히 어려워질 수 있다. Shawn은 SFC가 프로세스 단계를 분명하면서도 간단히 표시하기 때문에 이해하기 쉬웠다고 설명한다. 또한, SFC는 컨트롤 시퀀스의 고급 프로그래밍에 적합하다. SFC는 IEC 61131-3에 정의된 언어 중 하나이고, PLC 프로그램 작성에 자주 사용되기 때문에 많은 사람들이 익숙해져 있다. 그리고 SFC는 Self-Documenting 방식이며 장애 해결 및 디버그가 용이하다.

SFC에 정통하지 않은 사람들을 위해, SFC는 링크된 일련의 단계로 구성된다. 한 단계는 본질적으로 시스템의 상태고, 활성 또는 비활성(대기상태) 상태가 될 수 있다. 최초 단계는 시작할 때 활성 상태가 된다. 몇몇 단계들은 활성 상태인 경우에만 실행되는 동작 기능(예 : 밸브 열기, 게이트 닫기)을 갖추고 있다. 선행 단계가 활성이고, 전환을 위한 논리 조건이 만족되었을 때 전환이 가능하게 된다. 전환이 가능하게 되었을 때 선행 단계는 대기상태로 전환되고, 후속 단계는 활성 상태로 변하게 된다.

Shawn과 그의 팀은, 보일러 제어 표준 관례와 일치하는 Function Block으로 SFC를 교체하되, 컨트롤러 프로세싱 시간이 최소한으로 소요되는 최적화된 보일러 제어를 위한 DeltaV 시스템의 프로그래밍 기술을 개발했다. IEC 61499에 의해 정의된 Function Block은 광범위한 애플리케이션에 적용된다. 이러한 Function Block은 전통적으로 연속 제어를 위해 사용되지만, 이산 제어(Discrete Control)에서도 잘 운영된다. Function Block은 쓰기 쉽고, 훈련의 필요성이 적고, 프로그래밍 요소의 재사용이 가능하며, 또한 SFC와 비교해 프로세서 로딩을 축소시켜 준다.

시퀀스 로직 통해 두 컨트롤 영역 조합

시퀀스 컨트롤 전략을 위해, 컨트롤 모듈은 시퀀스 컨트롤 개시(Sequence Control Initiation) 영역과 컨트롤 시퀀스 동작 및 종료(Control Sequence Operation and Shutdown) 영역의 두 가지 메인 섹션으로 분할돼 있다. 장애 해결을 용이하게 하기 위해 시퀀스 설정지점(Setpoint)과 시퀀스 동작 및 확인이 이뤄지는 지점의 순차적 기술이 요구됐다. Shawn은 표준 인터페이스를 사용해 고장 감지 기능을 처리할 수 있었고, 읽기 쉬운 하향식 포맷에 포함된 시퀀스 로직을 통해 두 영역을 조합했다.

이런 접근 방식을 사용해 프로젝트 컨트롤러는 200ms의 스캔 속도로 완전한 유닛 오퍼레이션 컨트롤(예 : 시퀀스와 연속 제어)을 수행할 수 있었고, 모든 Non-SIS 프로세스를 비롯해 생산 제어상의 요구 사항을 거의 만족시킬 수 있었다. 운전시간을 통해 본 접근 방법이 이런 종류의 보일러 프로젝트에서 발견되는 시퀀싱 요구 사항을 충족시키기에 가장 적합한 방법이라는 것도 증명됐다. Shawn은 하나의 컨트롤러에서 실행되는 복합 유닛 및 독립 시퀀스의 고속 스캔 시간을 필요로 하는 모듈에 이런 접근방법이 재차 사용되는 것을 확인하기도 했다.

향후 보고서가 완성되고, www.Emerson Process.com 웹 사이트에서 이용할 수 있게 되면 다시 관련 내용에 대해 언급하도록 하겠다.