효과적인 루프 조정 전략 구현

효과적인 루프 조정 전략 구현

제시된 루프 조정 지침을 이용해, 공정 제어를 향상하고 제품 균일성을 강화할 수 있다

Tim Olsen & Norman Ito
에머슨 프로세스 매니지먼트

다수의 화학 공학 학부 과정에서는 1940년대 John G. Ziegler와 Nathaniel B. Nichols가 개발한 Ziegler-Nichols 조정법을 가르치고 있다. 본 조정 방법은 제어기 획득값(gain)이 크고, 적분 시간은 짧으며, 때로 공정 진동을 일으켜, 대부분의 화학 공학 분야에는 적합하지 않다. 결과적으로, 많은 공정 제어 엔지니어들이 감에 의존하는 수동 조정 기법(tune-by-feel)으로 돌아가고 있다.
수동 조정 기법에서, 개별 제어 루프는 업스트림 및 다운 스트림 제어 루프를 방해하지 않고 최대한 빨리 조정되지만, 개별 루프만을 조정하기 때문에, 전체 공정 성능 및 외란(disturbance) 복구 능력은 감소하게 된다. 한 공정이 수동 조정 기법으로 조정될 시, 콘솔 조작자는 많은 경우 현저한 공정 외란 이후에는 공정 정상화를 위해 제어기를 수동으로 변경할 필요성이 생겨난다.
자동 공정 제어는 외란을 감쇄시키고 원하는 설정 값에 일치하게 공정 변수 제어를 유지하는데, 적합한 조정법이 이러한 제어 기능을 활성화할 수 있다. 본 글에서는 공정 제어기의 기초를 설명하고, 제어 루프 조정을 위한 단계별 과정을 자세히 고찰하려고 한다.

공정 제어 기초
제어 루프에서, 제어기는 하나 이상의 공정 변수(PVs)에 대한 변경 정보를 기반으로 설정값(SP)의 조건을 유지할 수 있도록 공정을 조작한다(그림1). 이 때, 해당 공정은 빈번하게 업스트림 및 다운스트림 외란의 영향을 받게 된다.
조정을 시도하기 이전에, 공정 역학을 이해하는 것이 중요하다. 공정 역학은 단계 시험 수행을 통해 확인할 수 있다. 조정 변수를 산정하는 PID(비례, 적분, 미분) 방정식은 공정 역학 및 제어기 조건 양자를 통합한다. PID 방정식은 다음과 같이 해석할 수 있다.
ㆍ 비례(P) 항은 설정값과 공정 변수값 간의 격차(통칭, 설정값 오차)에 비례하게 제어기 출력을 조정한다. 비례 이득값을 증가시키면 루프 응답 역시 증가하지만, 증가 폭이 과도할 경우 해당 루프의 진동을 야기할 수 있다.
ㆍ 적분(I) 항은 설정값 오차 초과 시간을 구하여, 잔류 편차가 0이 될 때까지 제어기 출력을 서서히 조정한다. 적분 동작은 모든 설정값 오차를 제거하는 것에 목적이 있지만, 과도한 적분 동작은 적분항을 공정 변수에 비해 너무 급속하게 작동하게 하는데(windup: 적분 누적), 이는 진동 루프 반응을 유발할 수 있다.
ㆍ 미분(D) 항은 공정 변수 변화율이 급속히 증가할(혹은 급속히 감소) 시, 제어기 출력을 가감한다. 미분 항은 안정성을 부가하지만, 소음에 민감하다는 단점이 있다. 만일 과도한 미분 동작이 부적합한 상황(예시: 소음이 많은 공정 변수, 느린 제어기 실행 속도, 순수 부동 시간 처리 등)에 사용될 시, 루프의 불안정성을 초래할 수 있다.

사용 중인 호스트 DCS에 따라 구현될 수 있는 PID 방정식에는 세 개의 형태가 있다. 직렬 형태(고전적 방식)는 공압 및 전자 제어기에서 광범위하게 이용되었으나, 현재의 많은 현대적 디지털 제어 시스템은 표준 형태를 사용하거나 이를 옵션으로 포함하는 방식을 취한다.
· 표준 PID 방정식: 표준(때로는 이상적 PID 혹은 ISA) 형태는 적분 항과 미분 항이 서로 영향을 주지 않기 때문에, 많은 경우 비상호적 방정식으로 간주된다. 표준 형태는 여타 형태에 비해 다소 이해하기에 복잡하지만, 진동 개방 루프 역학을 상쇄할 수 있다는 점에서 상대적으로 유연성이 뛰어나다.
· 직렬 PID 방정식: 직렬(고전적, 상호적) 형태에서, 적분항과 미분항은 서로 상호작용을 하게 된다. 상대적으로 큰 시간 상수가 적분 시간을 설정하고, 반대로 작은 시간이 미분 시간을 결정하기 때문에, 2차 시스템의 조정은 간단하게 시행된다. 만일, 미분 항이 사용되지 않는다면, 직렬 및 표준 방정식 형태는 동일하다고 할 수 있다.
· 병렬 PID 방정식: 병렬 형태의 구조는 세 개의 매개 변수가 모두 독립적이기 때문에, 수학적으로 이해하기 가장 수월한 방정식이다. 이는 많은 경우 학술적 제어 과정에서 제시되는 형태지만, 조정 매개 변수는 보다 이론적인 수학적 해석을 수반하여, 각 항을 가시화(혹은 해석)하는 것은 상대적으로 어렵다고 할 수 있다.
설정값 변화 혹은 외란에 대한 원하는 제어기 응답을 얻기 위해서는 PID 방정식의 형태에 따라 상이한 조정 상수의 설정이 필요할 수 있다. 본 글에서 1차 및 부동 시간 처리에 대해 제시한 PI 조정 규칙은, PID 알고리즘의 표준 혹은 직렬 형태를 기반으로 했다.

1 단계: 공정 및 운영 목표의 이해
조정을 시작하기 이전에, 공정 및 이의 운영 목표에 대한 완전한 이해는 필수적이다.
<그림2>와 같은 간단한 공정 구성도에서, 150 psig의 플래쉬 드럼(flash drum: 증기 액체 분리기)은 16인치의 배관을 통해 2 psig 미만의 대형 증류탑으로 증기를 공급하며, 양측 베슬은 모두 압력 제어기를 장착하고 있다.
본 시설에서 각 압력 제어기는 개별적으로 조정되어, 증류탑의 공정 불안정성과 제품 품질 감소를 야기했다. 플래쉬 드럼은 150-psig 설정값에서 0.1 psi의 표준 편차로 매우 적극적으로 조정되어, 플래쉬 드럼 증기의 유량은 증류탑의 성능을 현저히 저하시켰다. 이 시나리오의 경우, 150-psig 설정값에 편차를 유발하는 모든 외란은 신속하게 설정값으로 재조정되는데 이는 공급 드럼의 외란이 곧바로 증류탑으로 직결되는 것을 의미한다.
본 공정의 전반 목표는 원하는 제품 품질을 산출하기 위해 효과적으로 증류탑을 제어하는 데 있다. 본 목표는 하류 증류 성능에 부정적 영향을 미치는 플래쉬 드럼 압력에 대한 엄격한 제어가 아니다. 따라서, 증류탑의 압력 제어기는 플래쉬 드럼의 압력 제어기 보다 더 능동적으로 조정이 가해져야 한다.
<그림3>에서 설명된 또 다른 예시에서, 피드 서지 드럼(feed surge drum: 기액 분리기)은 반응기에 대한 공급자 역할을 한다. 만일 루프가 개별적으로 조정된다면 피드 서지 드럼의 레벨은 반응기 유입구 유량과 동일한 중요도를 갖게 될 것이다. 이 후, 피드 서지 드럼 유량에 대한 모든 외란은 드럼의 레벨(설정값으로 유지를 위해)을 급속히 조정하여 반응기 유량에 급격한 변화를 야기하게 된다. 각 루프의 개별정 조정은 드럼 레벨 및 반응기 유입구 유량 양자에 동등한 중요도를 부여하는 것이다. 하지만, 개별 제어 루프의 중요도를 동일하게 하는 것이 반드시 최상의 공정 성과를 발현하지는 않는다.

결론적으로 공정의 상호 작용 및 제어 목표를 이해하는 것은 효율적인 루프 조정에 첫 번째 단계이며, 다음 단계를 이행할 수 있는 초석이 될 수 있다.

2 단계: 제어 루프의 우선순위 결정
1 단계에서 수집된 정보를 바탕으로 신속히 실행될 제어 루프와 천천히 진행해도 되는 제어 루프의 우선순위를 결정할 수 있다. 강력한 상호 작용을 나타내는 복수의 공정 제어 루프에 대해 동일한 조정 우선순위를 결정할 경우, 해당 제어 루프들은 서로 충돌할 가능성이 높다.
<그림2>에서 제시된 플래쉬 드럼 및 증류탑 예시에서 150 psig로 플래쉬 드럼을 유지하는 것은 최우선 사안이 아니며, 이 드럼은 반응기로부터 외란을 흡수하는 가변적 완충 장치로 사용할 수 있다. 즉, 드럼 압력 제어 루프의 우선순위를 낮추는 것을 통해 증류탑에 대한 외란을 최소화하는 것이 가능하다는 뜻이다.
<그림3>의 피드 서지 드럼 및 반응기 예시의 경우, 반응기의 유량이 우선적으로 선택되고 피드 서지 드럼의 레벨은 업스트림 외란을 흡수할 수 있도록 유동적이어야 한다. 이 때, 드럼 레벨은 반응기 공급 유량 제어와 비교해 상대적으로 느린 반응 속도를 갖게 될 것이다. 또한, 서지 드럼의 과 충전이나 완전 건조 상태를 막기 위해 반응기 유량은 여전히 가감이 가능하지만, 반응기의 유량에 급격한 변화 및 산출량의 잠재적 감소를 막기 위해 점진적인 가감이 진행되게 된다.
또 다른 예시를 들자면, 공정 유체 온도 설정값을 가진 캐스케이드(cascade) 제어기는 증기 유량을 제어하는 내부 루프와 공정 유체 온도를 제어하는 외부 루프를 수반한다(그림4). 해당 제어기에 대한 권장 실행 방안은 직접적 상호 충돌을 방지하도록 할 때, 내부 제어 루프를 외부 제어 루프 보다 5~10배 빠르게 반응하도록 조정하는 것이다. 이는 Ziegler-Nichols 조정법이나 수동 조정 기법을 사용할 경우에는 얻어내기 어려운 속도라고 할 수 있다.
본 딜레마에 대한 해결책은, 제어 루프의 반응 속도를 조정 매개 변수로 선택할 수 있는 람다 조정법(lambda tuning)과 같은 조정 방법을 구현하는 것이다.
이와 같은 조정법의 사용 시, 내부 조정 루프는 외부 조정 루프 보다 5~10배 신속하게 조정되어, 증기 유량의 변화를 빠르게 보상할 수 있다. 이 때, 내부 루프의 설정값이 외부 루프의 함수이기 때문에, 양자는 항시 상호 작용하게 된다. 만일 내부 및 외부 루프에 동일한 우선순위가 있다면, 내부 루프는 외부 루프의 설정값을 추적할 수 없기 때문에, 조정 시 불안정성이나 진동을 야기하게 된다.
대부분의 서지 베슬은 업스트림 외란을 흡수하는 가변적 완충 장치로서 기능을 활용할 수 있으므로, 다운스트림 공정에 대한 영향력을 최소화할 수 있다. 이는, 예를 들어 엄격한 제어의 유지를 위해 적극적인 조정을 시행하는 것과 같이, 설정값에 일치하는 일련의 공정 변수를 확보하길 원하는 콘솔 조작자들에게는 이것은 엄청난 일일 수 있다. 서지 드럼, 증류탑 하단, 오버헤드 드럼(overhead drum)의 레벨은, 공정 유량과 유사한 수준으로 점진적으로 변화하여 안정적인 다운스트림 유량을 유지하기 위해, 40~60%까지(대략 설정값의50% 전후)로 변동될 수 있다. 그렇지만, 일부 경우 이들 베슬은 최소의 가변성을 반드시 확보해야만 하기 때문에, 조정 이전 1단계에서 관련 제약 조건을 규명하는 것이 중요하다.

3단계: 단계별 시험 수행
각 제어 루프는 반드시 단계별 시험을 거쳐야 한다. 단계별 시험에는 하드웨어적 쟁점(예시: 끈적이는 제어 밸브)을 식별하고, 공정 역학을 이해한다는 두 가지 목표가 존재한다.
단계별 시험의 수행을 위해서는, 제어기를 수동 모드로 전환하고, 작은 비율로 출력을 변경해야한다. 출력 단계의 규모는 공정 변수 반응(소음 존재 여부 포함)을 관찰할 수 있을 만큼 충분히 커야 하지만, 공정 혼란을 최소화할 수 있을 정도로 조절되어야 한다(그림5). 우수한 단계별 시험에서 출력은 즉각적이며, 부동 시간 및 시간 상수는 확정이 가능하지만, 반대로 불량한 단계별 시험의 경우, 불규칙한 출력을 생성하고, 공정 반응은 조정 매개 변수 산정에 필요한 진정한 공정 역학을 제시하지 않게 된다.
단계별 시험을 실행하기 이전, 원치 않는 공정 혼란을 예방할 수 있도록 반드시 공정 및 예상되는 변화를 이해할 필요가 있다. 예를 들어, 정유 시설에서 단계별 시험을 수행할 시에는 유량 정지용 수소(hydrogen quench flow)를 감소시키지 말아야 하는데, 이를 통해 수소 첨가 분해로 반응기의 온도가 폭주할 수 있기 때문이다. 최선책은, 수소 유량을 증가시키는 것으로 시작하여, 표준 비율로 점진적으로 다시 감소시키는 것이라 할 수 있다.
공정 민감성에 의거하여, 0.25%, 0.50%, 1%와 같이 소규모 단계로 시작하고, 만일 공정 변수에 변화가 나타나지 않는 다면, 반응이 확연하게 나타날 때까지 단계적인 변화를 지속할 것이 권고된다. 부동 시간, 공정 소음, 액추에이터(actuator) 비선형성을 포함한 공정 반응이, 개별 단계 규모 및 단계 사이의 시간 조정을 결정하게 될 것이다. 특정 제어 루프의 경우, 제어 밸브에서 반응을 보이기 전까지 2% 이상의 출력 변화가 필요한 것도 드문 일은 아니다.

성능이 저조한 현장 장치는 고급 공정 제어로, 조정이나 보상이 불가능한 공정 제약 조건을 부가할 수 있다. 단계별 시험 기간 동안, 제어 밸브의 유형과 이의 일반적 작동 지점을 유념해야만 한다. 완전 개방/완전 폐쇄 위치 혹은 이와 근접하게 작동하는 밸브는 제어가 어려우며, 조정 매개 변수와 상관없이 밸브의 성능은 저조할 것이다. 이 경우, 밸브가 정상 작동 범위를 벗어나도록 하는 원인이 무엇인지 규명할 수 있도록, 밸브의 최초 설계에서 변경된 사항을 조사할 필요가 있다. 더불어, 단계별 시험 수행 시 공정 획득값 (% 유량/% 출력) 역시 반드시 주지해야 한다. 예를 들어, 구형 밸브(globe valve)는 나비형 밸브(butterfly valve)와 비교해 보다 넓은 범위의 권장 공정 획득값을 갖는다(그림 - 6). 만일 제어기 출력에 1%의 변화가 발생할 경우, 밸브의 위치 역시 1% 변화하게 되지만, 유량의 경우 1%로 국한되어 변화하지 않는다. 상기 두 유형의 밸브가 38% 정도 개방되어 있을 시, 출력 상 1%의 변화는 나비형 밸브의 경우 0.5%의 유량 변화를 초래하지만, 구형 밸브의 경우 1.5%의 유량 변화를 야기한다. 권장되는 0.5~2.0% 출력 변화를 벗어날 경우, 설정되는 공정 획득값은 루프의 조정을 한층 어렵게 할 것이다. 따라서 시스템의 작동 유량에 적합하도록 제어 밸브의 크기와 유형을 선택하는 것이 필수적이다. 이는 또한, 어째서 상이한 운영 조건(예시: 일시적 유량 범위 변화 조건)이 자동 제어의 불안정성을 촉발하는 원인이 되는 지를 설명한다고 할 수 있다.

4 단계: 하드웨어 쟁점 해결
끈적이는 제어 밸브와 같은 하드웨어 문제를 식별할 시에는, 제어 밸브를 분리하거나 수리를 시행하고, 차기 턴어라운드(turnaround) 기간 동안 보수를 계획하도록 해야 한다. 만일 필요한 하드웨어 개선이 불가능하다면, 조정에 대한 결과가 보장되지 않기 때문에, 조정은 더욱 어려워질 수 있다.
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과거 수십 년 동안 스마트 포지셔너는 현저하게 발전했으며, 이로 인해, 반응 및 위치 조정 측면에서 제어 밸브 성능은 대단히 향상하게 되었다(그림7). 포지셔너는 공정 매개 변수(예시: 유량, 압력, 온도)가 원하는 값에 유지되도록 제어 밸브를 특정한 위치로 이동시킬 시 가장 일반적으로 사용되고 있으며, 이동 및 변화의 규모가 작을 시 보다 적합한 대책을 제공한다.

5 단계: 하드웨어 수정 후 루프의 단계별 시험 반복
제어 밸브가 완전한 기능성을 발휘하는 시점에 도달하면, 공정 역학을 검증할 수 있도록 3단계와 동일한 단계별 시험 절차를 수행하도록 해야 한다.
<그림8>은 상이한 공정이 단계별 시험에 대해 다르게 반응하는 것을 나타낸다. 유량 및 압력 제어기는 가장 일반적 유형의 반응(1차 및 부동 시간)을 갖는 반면, 레벨 제어기는 적분형의 반응을 제시한다. 관찰되는 반응은 몇 가지 유형으로 분류될 수 있으며, 1차 및 부동 시간, 적분형, 2차, 역비례 반응 등이 여기에 포함된다.
1차 및 부동 시간 반응 예시: 공정에 대한 단계별 시험 시 1차 및 부동 시간 반응 유형으로 수집되는 공정 역학 정보에는, 유동 시간, 정상 상태 공정 획득값, 시간 상수가 포함된다. 일반적으로, 이들 매개 변수는 정상 작동 범위에서 여러 단계별 시험에 대한 평균이라 할 수 있다.
<그림9>에서, 정상 상태 획득값은 출력 변화에 따라 단계별 시험 전후에 측정된 공정 변수의 차이를 나누어 계산이 가능하다. 대부분의 제어기가 엔지니어링 단위가 아닌 스팬 단위(span unit)의 설정값 오차 비율에 근거하여 조정 매개 변수를 산정하기 때문에, 해당 획득값은 % PV/% 출력 단위로 변환되며, 이는 무차원 단위의 제어기 출력을 유발하게 된다. 시간 상수 타우(tau, t)의 경우, 최종 공정 변화 63.2%에 도달하는데 요구되는 시간이며, 부동 시간(Td)은 공정이 반응하기 시작할 때까지 단계별 시험이 소요되는 시간의 분량이다.

6단계: 조정 매개 변수 계산
일단 공정 역학 및 제어 루프 우선순위를 이해하고 나면, 람다 조정법과 같은 모델 기반 조정법을 사용하여, 운영 목표 및 우선순위를 근거로 각 제어기에 대한 반응 속도를 설정할 수 있다.
람다 조정법: 본 글의 조정 예시는 람다 조정법을 활용한 것이다. 람다 조정법은 제어 루프의 반응 속도가 조정 매개 변수로 선택될 수 있는 모든 조정 방법을 의미하며, 폐루프 시간 상수가 람다(λ)로 참조된다.
람다 조정법은 제지 균일성과 제조 효율성이 밀접한 관계가 있으며, 폐루프가 업스트림 유압에 강력한 상호 작용이 있는 펄프 및 제지 산업에서 널리 사용되고 있다. 제지는 물리적 특성에 따라 판단될 수 있으므로, 모든 업스트림 가변성이 최종 제품에 반영된다. 1968년 Dahlin이 본 조정법을 소개할 당시, 람다 조정법은 제지 공장 루프를 조정하여 균일한 제품 및 공정 안정성 향상을 확보할 수 있는 신규 방안을 제시했다. 여타 업계의 경우 이 조정법은 상대적으로 생소한 것으로 간주되고 있다.
람다값의 권장 시작점은 타우나 부동 시간 보다 세 배 더 크며, 이로 인해, 설정값에 루프가 도달하는 시간은 람다의 선택값 보다 약 4배에 달한다.
정상 작동을 위해 설정된 매개 변수의 조정은 턴다운 기간 동안의 경우 효과성이 감소될 수 있다. 만일 턴다운이 오랜 시간 지속될 경우, 새로운 운영 조건을 위한 필요 조정 매개 변수를 다시 구할 것이 권고된다.
자체 조정 과정 예시: 본 예시에서, 단계별 시험은 1차 및 부동 시간 반응과 표준 PI 제어기를 갖춘 시스템에서 수행되었다. 시험 결과는 2% 스팬/% 출력의 공정 획득값, 1.5 s의 부동 시간, 4 s의 시간 상수로 나타났다. 표준 PI 제어기 방정식은 다음과 같다.

위 방정식에서, Tr는 적분 시간(시간 상수인 τ와 동등한 값)이며, Kc는 제어기 이득값, Td는 부동 시간, Kp는 정상 상태 공정 획득값, λ는 사용자 정의 폐루프 시간 상수이다.
이 예시에서, λ의 초기 값은 시간 상수의 세 배 혹은 12 s로 선택되었다. 더불어, Eq.1을 사용하여 산정된 Kc의 초기 값은 0.148로 나타났다. 이후, <표1>과 같이, 보다 빠른 반응 시간을 얻기 위해 λ의 값은 감소시키게 되었다.
<그림10>의 그래프는 설정값의 변경 이후에, 해당 조정이 얼마나 빨리 공정 변수를 이의 설정값으로 이동시키는지 보여준다. 주황색 곡선은 람다 값이 너무 낮을 경우(즉, 부동시간 값보다 빠른 경우) 대체적으로 발생하는 진동을 나타내고 있다.

반응기 비율 조정 예시: <그림11>에서 묘사된 바와 같이, 한 시설에서 DCS에 대한 비율 제어를 구현할 시, 비율이 일관되게 유지될 것으로 가정된다. 하지만, 밸브의 유형에 따라 제어 밸브의 특성에는 본질적인 차이점이 존재한다(예시: 구형 밸브는 나비형 밸브와 비교해 보다 넓은 범위의 공정 획득값을 갖습니다). 제어 밸브의 작동 위치에 의거해, 설정값의 변경 시 각 밸브의 초기 반응은 매우 상이할 수 있다.

<그림12>에서는, 비율 제어가 가해진 두 개의 유량 루프에 Ziegler-Nichols 조정법이 시행되었다. 구성 요소 A의 루프는 2인치 등비 제어 밸브를 사용했고, 구성 요소 B의 루프는 3인치 선형 제어 밸브를 가지고 있다. 전체 공정 흐름이 변화할 시, 비율의 변화는 최대 10%까지 변동할 수 있으며, 이는 원하는 제품의 산출 감소 및 원치 않는 부 반응의 증가를 유발할 가능성이 높다.
만일 양 제어기가 동일한 람다 값으로 조정되었다면, 요구 유량의 변화가 가해질 시, 양측의 업스트림쪽 시약의 유량이 동시에 신규 설정값에 도달하게 될 것이다(그림 - 13). 결과적으로, 구성 요소의 비율은 공정 요구 유량 변화와 상관없이 동일하게 유지되게 된다.

7 단계: 새로운 조정 매개 변수 입력 및 관찰
이 단계에서 시간, 일자, 변경 주체를 포함한 조정 매개 변수의 변화에 대한 로그를 작성할 것을 권장한다. 현대적 시스템 중에는 전산으로 로그의 변화와 이를 시행한 사용자를 기록하는 경우도 있다. 전산화된 조정 로그를 보유했더라도, 물리적 백업을 확보하여 꾸준히 업데이트 하는 것이 좋다. 또한, 해당 로그에는 선택한 람다 및 람다 값 선택 이유(예시: 상호 작용 최소화, 설정값 오버슈트 방지, 외란 반응 개선 등)를 포함시키는 것도 잊어서는 안 된다.
조정에 변화를 가할 경우에는, 전반 운영 목표를 유지하면서 외란을 최소화할 수 있는지를 판단하기 위해 제어기의 성능을 관찰할 필요가 있다. 반응 시간을 시험하는 일반적인 방법은, 새로운 조정 매개 변수를 설정하고, 설정값을 작게 변화시켜, 예상한 바와 그 반응이 동일한지 확인하는 것이다.

8 단계: 필요에 따라, 원하는 결과 성능이 보장되도록 조정에 대한 후속 조치 수행
제어 밸브는 가동부를 가지고 있으며, 시간의 경과에 따라 저하되고, 제어 요소의 성능은 조정 성능에 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 과거 문제 없이 기능하던 제어 루프가 하드웨어 문제나 운영 매개 변수의 변화로 더 이상 작동하지 않을 수 있다. 만일 작동 조건이 변화되었으며 한동안 변화가 지속될 상황이라면, 공정 및 운영 목표, 매개 변수에 대한 재평가가 필요하다.

 

마무리 고찰
현대적 루프 조정법은, 제어 루프 성능 문제를 점검하고, 전체 공정 운영을 향상할 수 있는 간편하고 비용 효율적인 방안이다. 많은 공급 업체들에서는 공정 역학 검토와 조정 매개 변수 계산이 용이하도록 단계별 시험 기간 동안 공정 반응을 포착할 수 있는 도구를 제공하고 있다. 이처럼 편리한 도구는, 시설에서 수시로 조정이 실행되거나, 주의를 요하는 루프의 숫자가 많을 시 특별히 유용하다.

 

[참고 문헌]
1. Bennett, S., "A History of Control Engineering 1930-1955,"Peter Peregrinus Ltd., London, U.K. (1993).
2. Dahlin, E. B., "Designing and Tuning Digital Controllers," Instruments and Control Systems, 41 (6), p.77 (1968).
3. Morari, M., and E. Zafiriou, "Robust Process Control," Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ (1989).
4. Chien, I. L., and P.S. Fruehauf, "Consider IMC Tuning to Improve Controller Performance," Chem. Eng. Progress, 86 (10), pp. 35?41 (Oct. 1990).
5. Martin, J., et. al., "How to Select Controller Modes and Tuning Parameters from Simple Process Models," ISA Transactions, 15, pp. 314-319 (Apr. 1976).

[저자 소개]
TIM OLSEN
   에머슨 프로세스 매니지먼트에서 15년간 근속 중인 그는 PlantWeb 글로벌 정유 산업 솔루션 팀에서 정유 부문 컨설턴트로 재직하며, 에머슨 사의 기술 및 사업 전략을 지원하는 업무를 담당하고 있다. 또, 그는 AIChE(미국 화학 엔지니어 협회) 산하 연료 및 석유 화학 부문 의장을 역임 중이다.

NORMAN ITO
   에머슨 프로세스 매니지먼트의 수석 컨설팅 엔지니어로 재직 중인 그는, 공정 제어 설계, 공정 감사, 공정 시뮬레이션, 교육 훈련 분야에서 25년 간의 경험을 축적해 왔다. 공정 감사와 관련하여, 그는 펄프 및 제지 산업, 철강 산업(순산소 전로 제어), 제약 산업(회분식 반응기 제어), 전력 산업(보일러 제어 및 열병합 발전 시뮬레이션), 중유 운영, 액화 석유 파이프라인 제어 등의 공정 분야에서 활약해왔다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 효과적인 루프 조정 전략 구현