수처리 시설의 고장 시간, 에너지 사용량 절감 사례

 [월간 무인화기술 2월호]

수처리 시설의 고장 시간, 에너지 사용량 절감 사례

텍사스 소재 폐수 처리업체  

 

 

 

프로세스 제어 시스템을 개선하여 비용을 절감하고 지속가능성을 높이는 한편, 확장성과 감시능력, 준법 수준을 크게 높인 텍사스 소재 폐수 처리업체

 

로크웰 오토메이션

 

City of College Station은 텍사스 주 브라즈로스 카운티에서 지하수 생산 및 이송 시스템과 폐수 처리시설을 운영하는 업체로, 성수기에는 최대 2300만 갤런을 83,000 여명에게 공급한다.

CSWS(College Station Water Services)는 카운티 곳곳에 위치한 관정에서 지하수를 뽑아 올려 운반한 다음 저장한다. 또한 275 마일이 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. 접촉한 밴더마다 이렇다 할 문제 해결책을 내놓지 못하자 기술 지원 부서는 장비를 계속 가동시키느라 스트레스가 이만 저만이 아니었다.

CSWS의 경영진은 전 플랜트를 아울러 제어 장비를 표준화하고 광범위한 통신 네트워크로 제어와 통신, 확장성, 유연성을 개선하고자 하였다. 또한 유지보수와 교육이 쉽고 초과근무가 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 로크웰 오토메이션에게 장기 지원과 서비스를 맡겼다. 로크웰 오토메이션의 솔루션에는 PlantPAx 프로세스 자동화 시스템과 모터 컨트롤러, 가변 주파수 드라이브(variable-frequency drive: VFD), 설치/검사/교정/시운전/시운전 현장 서비스, 전화 및 온라인 지원이 포함됐다.

PlantPAx(www.rockwellautomation.com/go/prps)는 운전과 모터 제어를 한 시스템으로 통합하여 EtherNet/IP와 DeviceNet, ControlNet을 통해 로크웰 오토메이션의 핵심 통합 아키텍처(Integrated Architecture™)(www.rockwellautomation.com/go/tj10ia) 기술을 활용한다.

EtherNet은 각 I/O의 도관과 선을 대체하여 배선 및 설치비용을 낮추고 신뢰도를 높이는 한편, 점대점(point-to-point) 관리와 문제해결을 실현한다.

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

CSWS는 또 처리 시설 전체를 대상으로 Allen-Bradley ControlLogix (www.rockwellautomation.com/go/tjcontrollogix) PAC를 표준화하였다. 이 PAC는 수처리 프로세스를 관장하고 작업자에게 의사 결정 개선과 생산성 최적화에 필요한 플랜트 정보를 제공한다. 이를 통해 작업자는 감시, 데이터 수집, 자동 보고 현황을 실시간으로 볼 수 있다.

CSWS는 업그레이드 후 연간 에너지 비용을 약 $65,000 절감했다.

IntelliCENTER 기술이 가미된 Allen-Bradley CENTERLINE 2100 모터 컨트롤 센터(MCC) (www.rockwellautomation. com/go/tjmcc)는 원격 접속과 실시간 진단, 전자 문서 작성 같은 기능으로 고장시간 최소화와 장비 성능 개선에 일조한다.

CSWS는 또 기존 2단 펌프를 Allen-Bradley PowerFlex 700 VFD(www.rockwellautomation.com/go/tjpf700)로 교체하였다. 이 드라이브는 모터 속도를 조절하여 에너지 절감과 모터 및 관련 장비의 수명 연장에 기여한다. 또 드라이브 수준에서 추가 프로세스 데이터를 모아 통합 아키텍처를 통해 시설 전역으로 자동 전달한다.

CSWS는 로크웰 오토메이션의 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.

“태그 기반 프로그래밍은 우리 회사에게 중요했다. 그것 덕분에 우리의 표준과 명명법을 지키고 작업자에게는 연속성을 보장할 수 있었다. 태그 첫 부분이 장비명을 표시하기 때문에 (예컨대 ‘TFP01’은 Thickener Feed Pump 01) 작업자가 쓰기 쉬웠고 그래서 귀중한 프로그래밍 시간이 절약되었다”고 말했다.

새 제어장치의 효과

스타트업과 시운전은 2009년 5월에 시작되었다. CSWS는 이제 일평균 1,180만 갤런의 물을 흘려보낸다. 전에는 일평균 810만 갤론이었다. 연간 에너지 비용으로 약 $65,000 달러를 절감하였다.

PowerFlex VFD로 교체한 후 팬과 펌프의 전기 사용량도 약 13-15% 줄어들었다.

시설 자동화로 소요 인력이 11명에서 5명으로 줄어 핵심 영역으로 인력을 재배치하는 효과도 누렸다. 전에는 일주일 내내 24시간 교대 근무를 하였으나, 이제는 월요일부터 금요일까지 오전 7시에서 오후 3시 30분까지만 근무를 한다.

Kellogg는 “근무 시간 변경으로 운영 인력의 사기가 높아지고 근무 일정이 간소화돼 집에서 보내는 시간과 여가가 늘어나는 효과가 나타났다”고 말했다.
이제는 작업자가 설정 지점(set point)을 조정하면 제어 시스템이 자동으로 의사 결정을 하므로 작업자의 오류도 줄어들었다. 네트워크 통신 덕분에 작업자가 원격으로 접속 할 수도 있다.

Kellogg는 “이더넷 통신 덕분에 카운티 북쪽 끝 상수원부터 남쪽 끝 저장 탱크까지 시설을 다 볼 수 있다. 이제는 카운티 전역이 우리 시설”이라고 말했다.
작업자가 실시간 제어를 통해 문제가 발생하기 전에 대응하므로 고장시간이 줄어든다. 또 ControlLogix 체제에서 사용자 정의 태그와 애드온 명령어(AOI)를 이용해 I/O와 드라이브, 관정을 프로그래밍하므로 시간이 추가로 절약된다.

Kellogg는 “전에는 관정 하나를 프로그램 하려면 3일이 걸렸다. 이제는 하루나 하루 반이면 충분하다”고 말했다.

미리 구성된 소프트웨어 마법사 덕분에 모터 컨트롤러와 VFD, 스위치의 설치도 수월하다. 켈로그 애널리스트는 “소프트웨어 마법사가 있어 IT의 도움을 받지 않아도 된다. 전에는 일주일이나 걸리던 스위치 설치가 이제는 15분밖에 걸리지 않는다”고 말했다.

CSWS는 로크웰 오토메이션 서비스 계약도 십분 활용했다. 이를 통해 현장 서비스 전문가에게 정기적으로 유지보수나 문제해결의 도움을 받고 있다. 또 유지보수 비용을 미리 계획하고 더 낮은 단가에 이용하고 있다.

이 밖에 College Station은 로크웰 오토메이션 부품 관리 계약을 이용해 23만 달러에 달하는 부품 재고와 현장 면적을 절감하였다.

 

로크웰 오토메이션 프로세스 솔루션
www.rockwellautomation.com/go/prps