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기후 테스트 윈드 터널의 안전

기후 테스트 윈드 터널에서 아이스로 덮힌 버스(Rail Tec Arsenal)

필츠 안전 자동화 시스템 PSS 4000 적용 사례

철로 및 도로용 차량이 본격 생산에 들어가기 전에 제조업체들은 제품의 편안성, 안전성, 기능성, 효율성에 대한 테스트를 실시합니다. 오스트리아 빈의 Rail Tec Arsenal사는 세계에서 가장 큰 두 개의 기후 테스트 윈드 터널을 보유하고 있으며, 최적의 테스트 조건을 제공합니다. 이 기후 테스트 윈드 터널은 최대 300 km/h의 풍속을 생성할 수 있으며, 버튼 작동만으로 일광, 눈, 비, 얼음 등의 조건을 만들 수 있습니다. Pilz의 Industrie 4.0-호환 자동화 시스템 PSS 4000은 시뮬레이션된 자연의 힘이 통제를 벗어나지 않도록 보장해 줍니다.

Rail Tec Arsenal (RTA)사는 전세계적으로 활동하는 독립적인 연구 및 테스트 기관으로, 극한의 기후 조건에서 사용되는 철로 및 도로용 차량, 새로운 운송 시스템 및 기타 모든 기술적 설비를 테스트합니다. RTA사는 오스트리아 빈의 플랜트에서 두 개의 기후 테스트 윈드 터널(Climatic Wind Tunnel, CWT)을 운영하며, 이들 두 터널은 서로 독립적으로 운영하여 별개의 측정 데이터를 확보할 수 있습니다. 둘 중 더 큰 터널의 경우 그 크기(100 m 길이) 덕분에 대형 화물차(Heavy Goods Vehicle, HGV) 또는 버스를 수용할 수 있으며, 더 작은 터널(33.8 m 길이)의 경우 화물칸을 포함한 전체 기관차를 수용할 수 있습니다. CWT는 테스트를 최적화하여 극한의 기후 및 공기역학적 조건 하에서 수행될 수 있도록 합니다. 기후 조건은 모듈식으로 되어 있어 개별적으로 선택 가능한 풍속 및 습도와 제우/제설 장비부터 최대 1,000 W/m²까지 무한 조정 가능한 일광 조건까지 다양한 조건을 선택할 수 있습니다.

모든 기후 조건을 위한 터널
빈 기후 테스트 윈드 터널은 대상 차량에 대해 세 가지 주요 분야의 데이터를 측정하며, 그 세 가지 분야는 승객의 편안함, 비, 눈, 아이스 생성 조건에서 개별 전자 부품과 기계 부품의 기능성, 그리고 에너지 효율성입니다. 이 터널에서는 차량의 에너지 밸런스를 다양한 조건 하에서 기록하고 검사합니다. 차량이 필요로 하는 총 에너지 소모량은 개별 시스템 부품과 함께 측정되며, 이러한 부품으로 변압기, 변류기, 출력 측정기 등이 설치되어 차량 내의 에너지 흐름을 평가합니다. 다른 측정값으로는 공조기의 압력, 개별 차량 구획의 차압 등이 포함됩니다. ”우리는 다양한 측정값을 기록합니다. 승객의 편안함을 평가하기 위해서는 특정 지점에서의 온도나 습도, 그리고 차량 내부의 표면 온도와 풍량 등을 측정하는 것이 중요합니다. 그 결과, 약 200 ~ 250개의 측정 센서가 철도 차량의 탑승칸 내에 설치됩니다.”라고 RTA사의 설비 관리 이사인 Manfred Kreitmayer 씨는 말합니다. 이로 인해 CWT의 차량에 대한 기술적 구성은 종종 어마어마하다.

바람, 비 그리고 눈이 안전하게 제어되다
Pilz의 자동화 시스템 PSS 4000은 RTA사에서 안전을 보장합니다. 기후 테스트 윈드 터널의 완벽한 안전 관련 제어는 자동화 시스템의 PSSuniversal PLC 제어 시스템에 의해 실현됩니다. 각각의 개별 E-STOP 푸시버튼과 모든 풍속 신호가 유선으로 제어 시스템에 연결됩니다. 또한 제어 시스템은 50 km/h 이상의 풍속에서도 도어가 닫혀있도록 보장하기 위해 풍속 신호도 모니터링합니다. 총 60개 정도의 I/O가 PSSuniversal PLC에 의해 작동됩니다. ”신뢰도는 중요합니다. 우리는 Pilz와 오랜 기간 동안 함께 일해왔으며 그들의 제어 기술은 한 마디로 매우 신뢰성이 있습니다. 빈 기후 테스트 윈드 터널과 같은 국제적인 테스트 센터에서는 상시로 국내외의 다양한 고객을 받아들입니다. 따라서 플랜트 신뢰성이 필수적일 뿐만 아니라 안전 관련 부품도 백퍼센트 호환되어야 합니다.”라고 Kreitmayer 씨는 말합니다.

제어 기술 측면에서 두 터널은 거의 동일합니다. 이들은 완전히 동일한 하드웨어를 사용합니다. 이전에 사용된 제어 시스템도 Pilz의 것이었으므로, 약간의 수정과 함께 프로그램을 이전 시스템으로부터 직접 이전하는 것이 가능했습니다. ”RTA사와 같은 업그레이드의 경우 새로운 위험 평가가 필요하지 않습니다. 플랜트에 변경 사항이 없었고 안전 표준도 일치하였으므로 필요한 것은 최신 시스템의 하드웨어로 교환하는 것 뿐이었습니다.

안전 및 자동화 모두를 위한 자동화 시스템
제어 시스템 PSSuniversal PLC은 자동화 시스템 PSS 4000에서 다양한 역할을 수행합니다. CWT에서처럼 안전을 위한 전통적인 중앙 집중식 제어 시스템으로 사용되거나 자동화를 위한 분산형 시스템으로 사용되기도 합니다. 이 자동화 시스템은 다양한 편집기를 제공하므로 이들을 사용하여 안전 및 자동화 기능을 위한 프로그램을 작성할 수 있습니다. 그래픽 프로그램 편집기인 PASmulti를 사용하면 제어 시스템 PSSuniversal에 대한 간단한 구성 및 프로그래밍이 가능합니다. EN/IEC 61131-3 기준에 따른 PAS STL(구조화된 텍스트), PAS LD(래더 다이어그램) 및 PAS IL(명령어 목록) 기능을 제어 시스템 PSSuniversal PLC를 위한 프로그래밍을 하는데 사용합니다. 광범위한 안전 및 비안전 관련 소프트웨어 블록 라이브러리가 있어 높은 수준의 표준화 및 재사용성을 보장합니다.

자동화 시스템 PSS 4000은 안전 관련 작업 및 자동화 작업을 간편하고 경제적으로 구현하는데 사용할 수 있습니다. PSS 4000을 사용하여 플랜트 또는 기계류를 기계전자공학적 단위로 세분할 수 있습니다. 그 결과 이 자동화 시스템은 유연하게 CWT의 변경된 요구사항 또는 생산 사이클에 맞춰 조정이 가능합니다. 이는 분산형 플랜트의 경우 특히 유용합니다. 또한 정비 및 진단이 간단하기 때문에 기계의 가동률이 높아집니다.

필츠 PSS 4000

빈의 비상 기후 조건 브레이크는 문제 없이 작동 중
비상 정지 푸시버튼을 사용해야 하는 상황들이 이미 발생했었습니다. 각각의 비상 상황에서 자동화 시스템 PSS 4000의 제어 시스템이 항상 문제없이 작동했다고 Kreitmayer 씨는 말합니다. 플랜트는 항상 정의된 절차에 따라 정확하게 셧다운되었습니다. ”CWT에는 68개에 이르는 시스템을 적절히 조정해야 한다는 점을 상기해야 합니다. 어떤 시점에 이르면 그들을 단순히 모두 꺼버릴 수가 없습니다. 이것이 바로 올바른 셧다운을 위해 문서로 작성된 프로세스가 있는 이유입니다. 이 프로세스도 Pilz의 자동화 시스템이 수행합니다.”라고 Kreitmayer 씨는 덧붙입니다.

그때그때의 상황에 따라 실제 수행되는 셧다운 프로세스는 달라집니다. 예를 들어 컨버터의 전원을 제거할 수도 있고, 풍속을 줄이기 위해 컨버터를 그대로 켜둘 수도 있습니다. RTA사는 변압기 하위 스테이션과 직접 연결되어 있습니다. 10 MW에 이르는 높은 연결 로드 덕분에 비상 발전기는 없습니다. 그렇지만 소형 UPS 유닛이 있어서 안전 제어 시스템과 중요 컴퓨터 시스템에 무정전 전류를 공급합니다.

고객으로는 철도 차량 제조업체, 자동차 제조업체, 그리고 다소 비일반적인 경우로는 오스트리아의 스키 점프 선수들이 포함됩니다. 스키 점프 선수들은 일년에 한 번 공기 역학 테스트를 위해 빈 기후 테스트 윈드 터널을 사용합니다. ”기후 테스트 윈드 터널의 이점은 지구상의 모든 기후 조건을 버튼 작동만으로 구현할 수 있다는 점입니다. 자동차 산업의 경우도 이 기술로 돌아오고 있습니다. 북쪽 끝에서 원하는 날씨가 찾아오길 기다리는 것보다는 이 기술이 훨씬 편리하기 때문입니다.”라고 Kreitmayer 씨는 설명합니다.

비용 효율적이고 안전하며 편리한 데이터 확보라는 목표는 최신 자동화 기술 덕분에 빈의 플랜트에서 성공적으로 달성되었습니다.

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