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제어 플랫폼 개방과 산업용 이더넷을 통한 지속적인 원유 생산

Austral Pacific Energy사는 뉴질랜드 그린필드 생산기지에서 첫 원유생산에 박차를 가하기 위해 로크웰 오토메이션의 최첨단 제어시스템을 채택했다. 개방화된 ControlLogix PAC과 산업용 이더넷을 통해 최신의 완벽한 제어 시스템을 구성할 수 있었다.

뉴질랜드 서부의 기복이 심한 언덕 1마일 밑에는 단단한 밀랍 형태의 오일이 대량 매장되어 있다. 일반적인 땅에서 분출되는 검은 액체 형태의 오일과는 달리, 이곳에서처럼 응결된 오일은 고온의 온수로 열을 가하여 부드럽게 해야만 추출할 수 있다.

Austral Pacific Energy사는 Cheal 유전이라고 하는 이지역 유전을 소유하고 있어, [첫 원유 생산]을 신속히 추진하기 위해서 생산 기지를 세우려 했다. 이를 위해서는 엄격한 규정 요건을 충족시켜 줄 데이터 확보가 필요하고, 원유 온도에서 장비 성능에 이르기까지 모든 것을 제어하고 모니터링 할 수 있는 자동화된 시스템이 필요했다.

가열 공정

생산 기지 설계와 건설을 위해 계약한 Independent Technology(ITL)의 장비, 전자 엔지니어인 Alan Hooker씨는 Cheal 유전 지역의 복잡한 생산, 정보 측면의 특성으로 인해 기계 가동 시간을 최대화할 수 있는 신뢰할 만한 시스템이 필요하다고 한다. “이곳 작업 현장은 작업 중단 시간을 열이 식기 시작하기 전인 약 5시간 이내로해야만 한다.”라고 설명한다. 만약 열이 식게 되어 원하는 온도까지 온도를 높이려 열을 가열하기 위해서는 2주일이라는 시간이 소요된다.

열을 가함으로써, 복잡한 오일 시추 작업과 생산 공정이 Cheal 지역에서 시작된다. 정격 350 KW 모터가 장착된 2대의 원심 펌프가 지표면 아래 1마일에 115C의 온수를 투입하여 오일을 부드럽게 만든다. 오일이 다시 응고되는 것을 방지하기 위해 지속적으로 열을 가한다. 유체는 현장에 있는 4개의 유정으로 배출된 다음, 물질 고유의 밀도에 따라 오일, 물, 천연 가스로 분리되어 – 가스는 공기 중에 뜨고 오일은 물 위에 뜨는 것과 같이 – 각각 분리된 드럼으로 흘러 들어간다.

분리된 물은 펌프에 의해 우물로 보내지고, 분리된 가스는 이후의 공정을 위해 수송관을 통해 다른 생산 기지로 보내진다. 이 오일은 호주로 수출되어 정제 작업을 거친 다음 전 세계에 있는 공급망을 통해 유통된다.

다양한 전문 기술

Austral Pacific은 광범위하고 유연한 운용성과 지리적으로 멀리 떨어져 있는 여러 작업 현장들을 전체적으로 관리하기 위해 작업 상황을 종합적으로 살펴보고 확인할 수 있고, 분산제어 시스템(DCS)을 갖춘 제어 시스템을 설치하고자 했다. Cheal 지역의 System Integrator로서 Engineering Control Limited (ECL)의 이사인 Guy Heaysman씨는 기존의 DCS 시스템은 다른 장비와 시스템을 통합하기에는 복잡하고 유연하지 못하다고 말한다. 그러나, 모니터링과 정보 추적은 Austral Pacific 의 공정 작업 중 핵심적인 부분이다. 생산 기지는 온실가스 배출량, 사용한 물의 양 그리고 기타 구성요소에 대한 상세한 데이터를 요구하는 환경 규정을 반드시 준수해야 한다. 또한 유량, 압력, 온도 및 작동 시 내부 진동 등은 반드시 지속적으로 감시하고 측정해야 한다.

또한, 생산에서 수입에 이르기까지 실제적 재산에 대한 내용을 모두 장부에 기록하고 보관해야 한다. 여러 옵션을 평가한 후, Cheal 유전 지역 사업 전체를 통합하는 시스템으로 로크웰 오토메이션 통합 아키텍처에 기반한 제어 시스템이 선정되었다. 이 솔루션에는 전체 생산 공정에 대한 정보를 제어하고 수집하는 소프트웨어인 Allen-Bradley ControlLogix L62 Programmable Automation Controllers (PACs)와 FactoryTalk가 포함되어 있다.

ControlLogix PAC는 기존의 DCS 시스템의 성능을 제공할 뿐만 아니라 단일 플랫폼을 사용하는 공정 및 안전 I/O 시점 그리고 수많은 이산적인 시점을 관리할 수 있다. 기존의 DCS시스템은 Cheal 유전 지역에서 최소로 필요로 하는 공정만을 처리할 수 있었다.

ITL의 Hooker씨는 이와 관련하여 다음과 같이 말한다.

“ControlLogix 컨트롤러를 사용하면 소유 비용이 절약되고, 유연성이 향상되며 기존의 DCS 시스템에 비해 확장성도 증가된다. 컨트롤러, 소프트웨어 그리고 기타 자동화 장비의 개방형 구조 역시 Cheal 유전 지역에서 다른업체들의 제품인 현장 계기,장비들도 통합할 수 있는 유연성을 제공한다.”

Heaysman씨는 엔지니어링 기지에서 RSLogix 5000 구성 툴을 사용함으로써, ECL이 내장형 공정 제어 명령 라이브러리를 향상시켰다고 하며 다음과 같이 덧붙인다.

“소프트웨어의 정교하게 설계된 프로그래밍 코드는 사용자가 손쉽게 문제점을 진단하여 이후의 대처를 쉽게 할 수 있도록 해준다. 시스템은 태그 기반의 메모리를 사용하는데, 이는 모든 실제 어드레스가 기업 내 모든 직원들이 이해할 수 있는 ‘Well 3 sensor’와 같이 실제로 사용하는 용어임을 의미한다.”

시각화의 다용도성

FactoryTalk의 통합 생산 능력과 성능은 Cheal 지역에서 정보 처리 기능 업무를 다루는 핵심 현장에 적합하다. 이 소프트웨어는 성능, 가시성, 관리 기능을 제공하여 운전자가 Cheal 생산 기지에서 쉽게 작업할 수 있도록 해준다.

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제어 시스템과 장치를 모니터링하고 추적하는데 사용되는 Cheal 지역의 산업용 컴퓨터는 FactoryTalk View Site Edition (SE) 소프트웨어를 탑재하여, Cheal 유전 지역 전체를 볼 수 있다. 최고 관리자 수준의 모니터링과 제어 애플리케이션을 위해 설계된 이 소프트웨어의 확장 가능성 구조는 분산-서버/다중-사용자 애플리케이션을 지원한다. 또한, 무선 호출기를 지참한 현장 운전자들이 원거리에 있는 제어 시스템, 장비 및 계기에 접속할 수 있도록 해준다.

운전자들이 현장과 관련된 사업의 의사결정을 하는데 필요한 정보를 제공하기 위해, FactoryTalk Transaction Manager는 컨트롤러를 통해 생성된 데이터를 저장하고 이를 스프레드시트로 변환한다. 뉴질랜드 Austral Pacific의 Wellington 사무소는 매일 가스 물, 화학물질들의 사용량, 생산량, 수출량에 관한 정보가 들어있는 자동으로 생성된 보고서를 받는다.

비상 상황이 발생하는 경우, Cheal 유전 지역에 있는 컨트롤러는 사용자가 정의하여 입력한 상황에서 무선 호출기를 통해 아날로그 또는 디지털 경보를 자동으로 전송할 수 있다. 이 소프트웨어는 경보 상태를 관리, 추적할 뿐만 아니라, 자동으로 타임스탬프 정보도 저장한다.

Cheal 유전 지역의 KEPserverEX 서버 기술과 로크웰 오토메이션 시스템을 결합하면, 현장 계측 정보가 ControlLogix 컨트롤러로 전송된다. 이러한 현장 장치는 유량, 온도 및 기타 공정 변수를 측정한 다음, 4-20 mA 연결을 통해 컨트롤러로 데이터를 전송한다.

현장의 시스템 모니터링을 용이하게 하기 위해, EtherNet/IP 네트워크는 5개의 원격 현장 파이프라인에서 Allen-Bradley PanelView HMI으로 정보를 전송하여, 사용자가 전체 현장을 볼 수 있도록 해준다. Cheal 유전 지역의 3개의 네트워크는 엔지니어들간의 상호 운용성과 교환성을 제공하여 회사 전체의 생산 장비를 원활하게 연결해 주는 공통 언어인 공통 산업 프로토콜(CIP, Common Industrial Protocol)을 지원한다.

첫 원유 생산 단계

Cheal 유전 지역의 복잡한 생산 공정에도 불구하고, 기존에는 일반적으로 첫 원유 생산까지 12개월이 소요되었지만, 로크웰 오토메이션과 계약을 체결한 후에는 이보다 빠른10개월이 되는 시점에서 원유 생산을 할 수 있었다.

Cheal 유전 지역의 특수성에 맞는 시스템을 구성하는 작업이 원활히 진행되었다. 통합 아키텍처의 공통 엔지니어링 환경을 적용하여, Austral Pacific은 안전, 공정 및 제어분야에 동시에 중점을 두어 구성 프로세스를 단순화했다.

현재 원유 생산이 진행되고 있으며, 완전 자동화된 시스템으로 현장마다 한 두 명의 운전자만이 필요하다. 신뢰성 있는 생산 기지 시스템은 작업 중단 시간을 단축시키고, 현장 온도를 항상 고온으로 유지할 수 있는 중요한 성과를 도출하는데 사용되었다.

Austral Pacific은 기존의 DCS 시스템보다 더욱 낮은 소유비용을 가능하게 했는데, 이는 컨트롤러, 엔지니어링 및 시각화 툴, 네트워크 성능 및 현장 계측간의 원활한 상호작용의 결과이다. Austral Pacific은 제어 시스템이 프로그래밍된 직후, 지질학자들이 인근에 있는 유전을 발견했을 때 시스템 고유의 장점인 유연성을 십분 활용했다.

통합 아키텍처의 확장성으로 인해, Austral Pacific은 “Cheal B” 현장을 기존의 제어 시스템에 즉시 통합시켰다. 유전 지역인 Cheal B 현장은 Cheal A 현장과의 컨트롤러간에 Ethernet 연결이 되어있고 다양한 판매업체들을 통해 구입한 장치가 DeviceNet을 통해 의사소통을 할 수 있기 때문에, Cheal A와 B 현장간의 제어 시스템이 원활하게 연결되어 작동되고 있다.

이와 관련하여, Hooker씨는 다음과 같이 말한다. “Cheal 지역에서 새로운 유전 개발을 통해 그 사업이 확장함에 따라, 우리는 로크웰 오토메이션의 제품과 서비스를 지속적으로 사용할 계획을 갖고 있다. 시스템의 신뢰성, 유연성 그리고 지원적 측면에서 그 동안 우리가 이루었던 성공을 생각해 볼 때, 로크웰 오토메이션이 우리 사업에 많은 도움이 될 수 있다는 것은 틀림없는 사실이다.”

아이씨엔 매거진 2009년 07~08월호

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