테크다스, AI를 이용한 연소설비 배기가스 측정 가상센서 개발
  • 최종윤 기자
  • 승인 2020.11.23 13:26
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고가 하드웨어 분석 기술 대체 가능

[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 가상물리시스템을 기반으로 다양한 제조공정에서 최적화 솔루션을 제공하고 있는 테크다스(대표 고홍철)가 연소설비의 배기가스를 측정할 수 있는 AI 머신러닝 기술의 가상센서(Virtual Sensor) 솔루션 PTOP Vsensor를 개발했다.

테크다스가 연소설비의 배기가스를 측정할 수 있는 AI 머신러닝 기술의 가상센서 솔루션 PTOP Vsensor를 개발했다. [사진=테크다스]

가상센서란 공장에서 온도, 유량, 압력과 같은 물리적 센서가 만들어낸 데이터를 머신러닝 알고리즘과 결합해 제품의 품질이나 환경오염물질 농도와 같은 이차적인 성질을 예측하는 소프트웨어 센서기술을 말한다. 테크다스는 이를 배기가스에 적합하도록 개발했다.

보일러, 가열로, 소각로, 열풍로, 고로, 분해로 등의 산업용 연소설비는 우리나라에서 전체 에너지 사용량의 30%를 차지해, 미세먼지 배출 등 환경오염의 영향도가 크다. 산업현장에서도 이를 줄이기 위해 연소효율 최대화를 위해 노력하고 있지만, 이에 필요한 배기가스 함량 분석기의 가격이 높아 실제 현장에서 연소효율 최적화를 달성하고 있는 곳은 많지 않다.

테크다스가 이번에 개발한 가상센서 솔루션 PTOP Vsensor는 고가의 배기가스 함량 분석기를 대체해, 산업현장에서 연소효율 최적화 적용률을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

PTOP Vsensor는 배기가스의 O2, CO, NOx, SOx, CO, 먼지의 함량을 예측한다. 배기가스 가상센서는 이미 여러 나라에서 TMS(굴뚝원격감시체계)의 분석기 대용으로 인정할 정도로 정확성이 입증된 기술이다.

미국은 환경보호국(EPA) 성능표준 40 CFR Part 60의 PS-16조에 배기가스 가상센서의 인증 규격을 제정했고, 유럽에서는 네덜란드가 기술규격 NTA7379에 배기가스 가상센서의 가이드라인을 제시하고 있다.

또 PTOP Vsensor는 하드웨어 분석기의 대체용외에도 고장이 잦은 하드웨어 분석기를 보조하는데도 사용할 수 있다. 하드웨어 분석기 측정값과 가상센서 예측값의 차이가 일정 기준치보다 크면 분석기에 고장이 있음을 감지하고, 고장 경보의 발행과 동시에 가상센서가 분석기를 대신해 연소효율 저하를 방지할 수 있다.

아울러 PTOP Vsensor는 자가진단 기능을 갖춰 가상센서의 정확성을 사전에 예측할 수 있다. 테크다스 관계자는 “아무리 잘 만들어진 가상센서라 하더라도, 머신러닝의 학습에 사용했던 데이터와 상이한 데이터가 입력되면 정확성이 보장되지 않는다”면서, “이러한 사실에 착안해 자가진단 기능을 구현했다”고 설명했다.

배기가스 함량에 가장 영향을 많이 미치면서 실시간으로 측정하고 있는 온도나 공기 유량으로 구성된 파라미터에 대해 별도의 가상센서를 만들고, 이를 사전에 예측해 봄으로써 현재의 운전 상태가 가상센서의 학습에 사용된 상태와 같은지 사전에 평가한다.

파라미터에 대한 가상센서의 예측값이 실제 측정값과 같다면, 이를 이용하는 배기가스 가상센서도 정확할 것이고, 그렇지 않다면 배기가스 가상센서도 오차가 있을 것이라고 판단하는 것이다.

가상센서 적용만으로 에너지 절감 효과 극대화

우리나라는 산업용 연소설비의 97%(1~3종 약 50,000기)가 배기가스 분석기를 설치하지 않은 상태로 블라인드 운전하고 있다. 가상센서를 이용해 단 1%만 절감하더라도, 지금까지 실시한 어떤 기술보다도 에너지 절감 효과가 크다.

미국이나 유럽처럼 우리나라도 ‘굴뚝자동측정기기(TMS)’에 적용이 허용된다면, 배기가스 가상센서의 활용도는 획기적으로 증가할 것으로 예상된다. [자료=테크다스]

아울러 미국이나 유럽처럼 우리나라도 ‘굴뚝자동측정기기(TMS)’에 적용이 허용된다면, 배기가스 가상센서의 활용도는 획기적으로 증가할 것으로 예상된다. 현재 제조업에서 ‘굴뚝자동측정기기’를 설치할 때 정부와 지자체가 도입비용의 50% 이상을 지원하고 있으나, 중소 및 중견기업 입장에서는 여전히 부담이 큰 것이 사실이다.

이에 가상센서는 기업의 부담을 줄이고, 정부는 예산을 절감할 수 있는 대안으로도 주목받고 있다. 특히 현재 ‘굴뚝자동측정기기’용 분석기를 거의 전량 외국에서 수입하고 있는 것을 고려해 보면 가상센서 실용화로 이중 효과를 볼 수 있다.

테크다스 고홍철 대표는 “일년에 단 한두번 정도 검사하는 하드웨어 분석기는 언제 고장 날지 모르고 또한 센서 신호에 노이즈가 많아서 불편한 점이 많다”면서, “이에 비해 가상센서는 실시간으로 정확성을 검사하고, 노이즈 제거 필터링이 기본적으로 제공되기 때문에 하드웨어 분석기보다 훨씬 현장 친화적”이라고 말했다.

이어 고홍철 대표는 “또한 이동식 연소측정 방식의 하드웨어 분석기로 1개월 정도 학습용 데이터를 수집하면, 반영구적인 배기가스 가상센서 개발이 가능하다”면서 “가격이 저렴하고, 유지보수도 간단하므로 에너지 절감과 대기오염물질 저감에 가장 경제적인 수단”이라고 강조했다.

마지막으로 고 대표는 “현재는 제철소, 발전소, 석유화학 공장 등의 대기업 공장에 설치했지만, 배기가스 가상센서는 가격적인 부담이 덜하므로 중견 및 중소기업 공장에도 확대 적용이 가능하다”고 밝혔다.


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