초임계 유체 추출은 시스템의 50대의 제어밸브와 300개의 아날로그 센서로부터의 프로세스 데이터의 정확한 감시와 제어를 필요로 한다. Natex 솔루션은 2개 POWERLINK 네트워크 노드에 걸쳐 분산된 4대의 X20 컨트롤러와 450 개의 X20 입출력 모듈을 특징으로한다. (자료제공 DiamBouchage)
코르크 마개는 그의 오랜 전통 낭만적 특징 및 기능적 장점에도 불구하고, 한 가지 불유쾌한 부작용으로 인해 명성에 상처를 받아왔다. 병에서의 발생 퍼센티지는 높지 않지만, 코르크 오염(cork taint)이라고 알려진 현상은 오염된 코르크에 의해 와인 애주가에게 좋지 않은 맛이 전달되고 그 결과, 합성물질 마개와 나사뚜껑이 점점 더 많이 사용되고 있다. 와인 마개 가운데 코르크가 제자리를 찾을 수 있도록 DiamBouchage는 현장레벨로부터 감독 제어와 통합안전에 이르기까지 B&R 자동화기술을 이용하여 세계최초로 초임계 유체 추출 기술을 기반으로 하는 코르크 정화 프로세스를 개발했다.
불쾌한 쓴맛이 나는 포도주 곰팡이 슨 골판지 악취, 혹은 할머니의 오래된 지하실 냄새 등으로 불려온- 숨길 수 없는 코르크 오염 냄새는 와인의 맛을 변질시키고 마실 수 없는 상태로 만든다. 병입된 와인에 영향을 미치는 가장 일반적인 문제 중 하나인 코르크 오염은 와인 업체들이 대체 마개나 뚜껑에 의존하는 추세를 만들어 내는데 큰 역할을 해왔다. 그러나 와인 애호가들이 선호하는 와인병에 나사뚜껑이 씌워 있음을 발견하고 충격을 받는 것 이외에도, 대체마개와 뚜껑이 다른 방식으로 향에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 장기적 숙성이 요구되는 와인에 기능적으로 적합하지 않다는 문제점도 제기되었다.
정통와인 맛을 위한 첨단기술
불유쾌한 부작용의 위험부담 없이 코르크의 기능적 및 미학적 장점을 유지하기 위해 프랑스의 선도적인 코르크 마개 제조사인 DiamBouchage는 다른 150가지의 바람직하지 않은 냄새 분자들과 함께 코르크 오염의 주요 발생원인 트리클로로아니솔 (trichloroanisole: TCA)을 추출하는 방법을 찾아냈다. 그 해답은 이산화탄소를 이용하는 초임계 유체추출(supercritical fluid extraction: SFE)을 기반으로 하는 혁신적 프로세스 디아망(Diamant)이다. 초임계 이산화탄소는 또한 커피에서 카페인을 제거하고 향수나 방향유(芳香油: essential oil)를 추출하는데도 이용되지만, 디아망 프로세스는 사상최초로 코르크 정화를 위해 SFE를 적용하는 기술이다.
이러한 혁신의 성공은 DiamBouchage를 극적인 생산 확장으로 이끌었으며, 스페인에 있는 기존 2개 공장 이외에도, Ceret 본사에 새로운 코르크 정화공장을 추가 건설하게 되었다. 이 공장은 디아망 프로세스를 이용하여 추가로 3,600 톤의 코르크 과립을 정화하여 DiamBouchage의 전체적 용량을 연간 20억 개의 코르크 마개 또는 전 세계 코르크 마개 생산량의 약 10%까지 증대시켰다. 정화공장을 개발하게 된 중요한 측면은 주형과 성형으로부터 표시 코팅 및 마감처리에 이르기까지 현장에서 수행되는 이후의 단계들을 완벽하게 통합하도록 하였다는 점이다. 그의 솔루션을 위해 DiamBouchage는 오랜 기술 동반자인 오스트리아의 시스템 통합업체이자 SFE 프로세스 구현을 전문으로 하는 공장 건설업체 Natex를 불러 들였다.
4대의 X20 PLC는 링 토폴로지로 32개의 POWERLINK 노드를 제어하는 반면에 X20 안전 PLC들은 SIL2에 적합한 안전기능을 실행한다.(자료제공 B&R)
APROL을 이용하는 유연한 공장 자동화
APROL 프로세스 제어 소프트웨어로부터 X20 현장 레벨 제어시스템에 이르기까지 Natex는 전체공장을 B&R 기술로 자동화했다. 고도로 전문화된 기업으로서 Natex는 그의 고객을 위해 고속 프로세스 구현을 허용하는 유연성 있는 자동화 솔루션을 필요로 했다. “우리 회사는 과거에 APROL을 두 개의 작은 규모의 파일럿 플랜트에 설치한 바가 있었기 때문에 B&R 시스템이 대규모 프로젝트에 대한 당사의 유연성과 신뢰성 요구를 충족시키리라는 것을 알고 있었습니다.” Natex의 전기 계장 및 제어시스템 수석 기술 책임자인 Harald Huber는 설명한다.
Natex에 의해 구현된 APROL 시스템은 약 2,500 입출력점으로 구성된 전체 SFE 플랜트를 커버한다. 시스템은 4개 화면 1개의 엔지니어링 스테이션 및 2개의 이중화된 런타임 서버를 갖춘 3개의 주 운전 스테이션으로 구성된다. 그밖에도 DiamBouchage의 로컬 네트워크를 통해 5대까지의 원격운전 스테이션이 연결될 수 있다 “사용자 친화성에 관한 공장 운전원들로부터의 피드백은 대단히 긍정적이었습니다”라고 Huber는 전한다 “그들은 특히 몇 가지만 예를 들더라도 트렌드뷰어 (TrendViewer), 감사추적(AuditTrail ) 및 근무교대 로그(ShiftLog)와 같이 APROL에 의해 제공되는 모든 프로세스 분석 및 로깅기능을 좋아합니다.”
B&R로부터 공급된 11대의 오퍼레이터 터미널이 DiamBouchage의 시스템 통합 동반자 겸 초임계 유체 추출 프로세스 전문업체인 Natex에 의한 코르크 정화 플랜트 전체에 분포되어 있다. (자료제공 DiamBouchage)
450개의 X20 모듈을 사용하는 제어하의 초임계CO₂
액체가 그의 임계온도를 초과하여 가열되고 임계압력을 초과하여 압축되는 경우에, 액체는 독특하고 매우 유용한 특성을 갖는 초임계 상태에 들어간다. 완전한 기체도 아니고, 완전한 액체도 아닌 이 상태에서 그것은 용해되고 선택적으로 불필요한 물질을 추출할 수 있게 된다. 디아망 프로세스를 위한 초임계 유체로서 화학적으로 불활성이 고무 독성인 이산화탄소는 또한 잔류물을 남기지 않는 환경 친화적 용제로서 이상적인 물질임이 입증되었다. 고압 배치(batch) 프로세스로서 디아망 정화는 플랜트의 각부분에서의 압력 온도 및 유량과 같은 프로세스 변수의 정확한 감시와 제어가 요구된다. 공장에는 총 50 대의 제어밸브와 대략 300개의 아날로그 센서가 포함되어 있다. 프로세스 데이터를 수집하기 위해 Natex는 라인 당 하나 씩 4대의 X20 컨트롤러와 32 개의 POWERLINK 네트워크 노드에 걸쳐 분산된 450개의 X20 입출력 모듈을 통합했다.
거의 모든 센서 신호는 X20 HART 입력모듈에 의해 처리된다. 온도신호는 자체의 X20 PT100 온도모듈을 갖추고 있다. X20 HART 출력모듈과 연결되고 전기 공압식 포지션을 갖춘 제어밸브는 작업 압력을 정밀하게 제어하여 필요한 정화 사이클에 이산화탄소를 추가하거나 제거한다. HART 데이터는 실시간 POWERLINK 네트워크를 통해 X20 컨트롤러에 전송되고 APROL 운전스테이션에 전달된다. 어플리케이션의 복잡성에도 불구하고 프로젝트 구현은 기분 좋을 정도로 복잡하지 않았다. Huber는 전한다, “우리는 언제나 B&R의 개발 및 지원팀과 밀접한 관계를 맺어 왔습니다. 그밖에도 다른 공급자와 비교하여 중요한 장점인 스페어 파트 공급에 대해 B&R과 신속하고 직접적인 접근을 유지해왔습니다.”
중앙집중식과 분산식-제어가 필요한 곳에서 제어한다
X20 컨트롤러의 DTM 서버는 플랜트에서 사용되는 모든 HART 필드장치에 대한 용이하고 완전한 접근을 제공하여, 보다 우수한 진단과 용이한 설정을 가능하게 한다. 이것은 고도로 동적인 서보 어플리케이션에서 높은 위치결정 정밀도를 가능하게 한다. POWERLINK를 통해 제어되는 기기들 이외에도, APROL 시스템은 PROFIBUS를 기반으로 하고 펌프와 컴프레서에 이용되는 가변속도 드라이브들도 또한 통합한다.
현장운전과 유지보수 작업을 위해 B&R의 11대의 Power Panel T30 오퍼레이터 터미널은 플랜트 각지에 위치해 있다. 분산 감독기능을 제공하는 것 이외에도, 이들은 플랜트 운전원들이 고압의 신속응답 폐쇄장치를 열고 닫는 것으로부터 각 추출기를 코르크로 채우고 추출기로부터 코르크를 제거하는 서브시스템을 가동하는 것까지 일련의 중요한 작업을 수행할 수 있도록 한다.
Harald Huber
Natex의 전기 계장 및 제어시스템 수석기술 책임자
“우리는 언제나 B&R의 개발 및 지원팀과 밀접한 관계를 맺어 왔습니다. 그밖에도 다른 공급자와 비교하여 중요한 장점인 스페어파트 공급에 대해 B&R과 신속하고 직접적인 접근을 유지해 왔습니다”
분산 감시 기능을 제공하는 것 이외에도, B&R오퍼레이터 터미널은 플랜트 운전원들이 고압의 신속 응답 폐쇄장치를 열고 닫는 것으로부터 각 추출기를 코르크로 채우고 추출기로부터 코르크를 제거하는 서브시스템을 가동하는 것까지 일련의 중요한 작업을 수행할 수 있도록 한다. (자료제공 DiamBouchage)
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