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성공 사례

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타코마시, 현대적인 DCS로 명확한 시각 도입

PlantPAx DCS로 에너지 절감 및 공정 가시성 개선

과제

  • 전통 방식의 시스템은 폐수처리 발전소의 효율성 감소시켰고, 노후화를 막기 위한 업데이트가 필요했습니다
  • 타코마 시는 효율성을 높이고 에너지를 절감하며 운영의 가시성을 향상하기 위한 확장성과 유연성을 갖춘 시스템이 필요했습니다.

솔루션

결과

  • 표준화된 제어 - 운영자의 사용 편의성 향상, 엔지니어링 구현 시간 단축, 수정된 맞춤형 그래픽 허용
  • 에너지 절감 - DCS의 에너지 데이터를 에너이 관리 부서로 전달해 운영 효율성을 식별하여 연간 $34K의 에너지 비용 절감

 폐수처리는 단순히 변기 물을 내리거나 욕조의 물을 빼는 것을 의미하는 것이 아닙니다. 폐수에는 폭풍우로 떨어지는 빗물을 포함해 사전 폐수처리 공정 없이 사용하면 해로울 수 있는 화학물 및 기타 물질 등 여러 종류가 있습니다.

 1년 내내 많은 비가 내리는 것으로 알려진 시애틀 남부 도시 타코마는 208,000명 이상의 주민들의 안전과 서비스를 위해 적절한 수처리 및 폐수처리가 필요했습니다.

 타코마시의 환경청은 중앙과 북쪽에 2개의 폐수처리 플랜트를 운영하고 있었는데, 2개 시설이 합쳐져 650 마일의 회수 시스템을 따라 48개의 펌프 스테이션을 관리하고 있었습니다.

 중앙의 수처리 플랜트는 1965년에 세워져 1988년에는 환경 보호국 (Environmental Protection Agency, EPA)의 새로운 폐수 표준을 따르기 위해 2차 처리 업그레이드를 거쳤습니다. 2006년에는 추가 업그레이드를 거쳐 플랜트의 용량을 1 3,300 만 갤런 (MGD)으로 늘렸습니다.

 1968년에 건설된 북쪽 플랜트의 용량은 30만 갤런입니다. EPA 규정을 위해 80 년대 후반에 주요 업그레이드가 완료되었으며, 1997 년에 추가적인 2 차 처리 업그레이드를 완료했습니다. 다른 폐수처리 시설과는 달리 공간이 협소한 북쪽 플랜트는 물리적/화학적인 처리를 위한 플랜트로, 고형물 처리는 중앙 플랜트로 이전하였습니다.

 2개의 플랜트 모두 수 십 년 간 운영되고 있었고, 업그레이드가 필요했습니다.

타코마시 환경청, 타코마 자동화 지원  부서의 크리스 로버트(Chris Robert)는 “우리는 그동안 운영에 적합하지 않거나 지원하지 않는 레거시 시스템을 사용하고 있었다” 며 “중앙과 북쪽 플랜트 모두를 보다 원활하고 효율적인 공정이 가능하도록  하는 새로운 솔루션을 찾는 것은 ‘원하는 것’이 아니라 ‘필요한 것’이었다”고 말했습니다.

준비 작업

시에서는 수처리 및 폐수처리 시설의 계획과 설계, 건설에 특화된 환경 엔지니어링 업체인카를로 엔지니어(Carollo Engineers)와 협업하여, 기술 선정 과정의 도움을 받았습니다. 협업팀은 서로 다른 솔루션들의 기능과, 지원 서비스, 관련 비용 등에 대해 평가했습니다. 치열한 과정을 거쳐, 로크웰 오토메이션의 PlantPAx 분산 제어 시스템(DCS)이 선정되었습니다.

 기술 선정 과정이 완료된 후에도 카롤로 엔지니어와 함께 계속해서 시스템 구현을 준비하였습니다. 여기에는 시스템 표준 구축, 노화 시스템에 잠재된 알지 못하는 문제들에 대한 이해, 모든 새로운 P & ID 및 제어 설명과 함께 2개의 플랜트 모두에서 구현할 수 있는 설계를 위한 정확한 기술 검증(the proof of concept)방법도 포함되었습니다.

 3년간의 준비기간을 거쳐, 도시는 공장 효율성을 높이고 에너지를 절약하며 운영 가시성을 개선하기 위해 완전 표준화된 PlantPAx DCS와 생산 인텔리전스 솔루션을 구현할 준비를 마쳤습니다.

오래된 것은 버리고, 새로운 것과 함께

유연성을 갖춘 현대적인 DCS는 운전자의 사용 편의성을 높이는 사전 정의된 코드와 페이스 플레이트를 갖춘 솔루션을 플랜트 전체에 제공하였습니다. 애드온 명령어가 포함된 자세한 공정 객체 라이브러리(Library of Process Objects)표준 운영 방법이 가능해지고, 엔지니어링 배치 시간이 단축되어 로크웰 오토메이션 이외 장치와도 간단히 통합됩니다.

 로버트는 “우리 운영팀은 grayscale 표준에 더 잘 맞도록 수정된 맞춤형 그래픽과 플랜트의 기존 색 구성표와 일치하는 더 많은 색상이 가능하길 원했는데, PlantPAx 시스템과 공정 객체 라이브러리(Library of Process Objects)의 유연성으로 손쉽게 할 수 있게 되었다.” 고 말했습니다.

 히스토리안과 생산 인테리전스 소프트웨어는 주요 공정 및 성능 데이터에 대한 운전자의 시각을 향상시켰습니다. 히스토리안은 각각의 플랜트 설비와 계기로부터 가치 있는 데이터를 수집하고 저장하는데, 운전자로 이로써 자동화 보고 기능과 함께 펌프 지표 같은 것은 물론, 모든 공정 운영의 이력 및 실시간 공정 트렌드를 제어실에서 쉽게 확인할 수 있게 됩니다.

 솔루션의 일부로써, 서버 공간을 줄이고 인프라의 신뢰성을 높일 수 22개의 신규 PLC (Programmable Logic Controllers)를 로크웰 오토메이션의 산업용 데이터 센터(Industrial Data Center)와 함께 구현할 수 있었습니다. 산업용 데이터 센터는 표준형 사전 구성 인프라로 생산에 영향을 주지 않으면서 시험 구성 및 소프트웨어 변경이 가능한 가상 환경을 제공합니다. 이는 타코마 시를 위해 꼭 필요한 것이었습니다.

전체 솔루션의 구현 프로세스는 2015 년 4 월에 시작되었으며 2017 년에 컷 오버가 완료되었고 펌프 스테이션에 대한 몇 가지 추가 업그레이드만 계획되었습니다.

명확하고 편하게 확인

타코마시는 현대적 DCS로 전체적으로 공정을 보다 명확하게 확인할 수 있게 되었습니다.

 타코마시는 신규 시스템으로 반응적이 아니라 예지보전(PDM, predictive maintenance) 전략을 시행하여 일하게 되었습니다. 전통적 시스템에서는 문제가 발생하거나 경보가 울리면 작업자는 실제로 발생한 상황을 검사해야 합니다. 그러나 이제는 중앙 제어실의 공정 소프트웨어를 통해 데이터의 맥락과 상황을 파악하여, 운영 지연과 관련된 문제 해결 시간과 비용을 줄입니다.

우리는 항상 플랜트 운영을 위해 보다 나은, 효율적인 방법의 확인을 목표로 한다. 이제 우리가 보유하게 된 현대적 DCS가 그 일을 할 수 있도록 지원하고 있다

신규 시스템을 통해 사소한 것부터 위험 수준에 이르는 심각도의 알람 수를 개선할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 모든 것이 올바르게 실행되고 작업자는 잠재적인 문제를 사전에 해결할 수 있습니다.

 로버트는 “작업자들은 이제 관찰할 수 있는 데이터가 더 많아졌으며, 또한 데이터는 공정의 각 단계 별로 어떤 일이 일어나고 있는지 이해할 수 있게 구성되어 있습니다. 뿐만 아니라 표준화된 언어와 그래픽으로 공정 및 주요 데이터 지점에 대한 문서화도 쉬워졌습니다.” 라고 언급했습니다.

 현대적 DCS의 에너지 데이터 정보는 에너지 관리 부서로 전달되어 전력 절감 방안을 찾을 수 있도록 합니다. 현재 해당 부서는 매년 3만4천달러 이상의 절감 효과를 확인했습니다. 이는 에너지 관리 부서가 보다 공정을 잘 분석하고 압력 설정 포인트를 낮춰 필요 펌프 수를 줄이는 등의 드러나지 않는 잠재적 효율성을 찾게 하며, 결국 에너지를 줄이는 전력 절감 목표를 달성할 수 있게 합니다.

 로버트는 “우리는 항상 플랜트 운영을 위해 보다 나은, 효율적인 방법의 확인을 목표로 한다. 이제 우리가 보유하게 된 현대적 DCS가 그 일을 할 수 있도록 지원하고 있다. “ 라고 요약했습니다.

위에서 언급한 결과는 로크웰 오토메이션 제품과 서비스를 다른 제품과 함께 사용하는 타코마시 환경청(the City of Tacoma Environmental Services )에만 적용됩니다. 특정 결과는 다른 고객에 따라 달라질 수 있습니다.

 PlantPAx는 Rockwell Automation Inc.의 상표입니다.

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