Keysights ad
Home » 테크뉴스 » 적용사례 » [IIoT 성공사례] 디트로이트시의 최신 수도 유틸리티 제어

[IIoT 성공사례] 디트로이트시의 최신 수도 유틸리티 제어

Detroit Updates Water Utility Controls

Detroit Updates Water Utility Controls

배경

디트로이트 폐수 처리장은 미국 내에서도 최대 규모에 속하며 미시간 인구 3분의 1 이상의 폐수를 처리합니다. 이 처리장의 큰 규모와 높은 복잡도는 산업, 물, 날씨라는 3가지 주요 요소의 결합에 기인합니다.

디트로이트의 인구는 1920년대에 자동차 제조업이 들어서면서 폭발적으로 늘어났습니다. 새로 탄생한 ’모터 시티’는 20세기가 끝날 때까지 미국의 주요 10대 도시에 머물면서 성장을 계속했습니다.

이 도시는 물과 아주 밀접한 관계를 갖고 있기도 합니다. 그 이름은 이 도시를 가로지르며, 프랑스 탐험가들이 ’해협의 강’이라는 뜻에서 리비에르 듀 드트와(Rivière du Détroit)라고 불렀던 강 이름에서 나왔습니다. 이 해협이 현재의 디트로이트 강으로 이리호와 다른 오대호로 흘러갑니다.

디트로이트 강과 그 지류는 미국의 대다수 도시 수로와 마찬가지로 한때 미처리 하수와 빗물 유출로 인해 심각하게 오염되었습니다.
1939년 처리장을 건설하고 이후 50 년간 일련의 확장 및 개선을 통해 폐수의 수질이 크게 향상되었습니다.

그러나 큰 문제가 남아 있었습니다. 호우와 눈 녹은 물이 처리장의 용량을 초과하는 경우, 오염된 빗물이 디트로이트 강과 그에 이어진 루즈 강까지 유입되었습니다. 디트로이트 광역권의 대규모 유역 한 가운데 위치한 루즈는 화학 성분이 많은 유출수로 오염이 너무 심해 1969년에는 강물이 불길에 휩싸이기도 했습니다.

유출수로부터 강을 보호하기 위해, 디트로이트 시는 25년 전 합류식 하수도 월류수 계류지 네트워크를 구축하기 시작했습니다. 현재 해당 부서는 이러한 계류지를 8개소에 운영하고 있으며, 각각은 호우 유출수가 강으로 유입될 가능성이 있는 지역에 전략적으로 배치되어 있습니다. 빗물을 집수해 충분히 처리하므로, 계류지는 유역 주변 환경과 사람, 야생 동물의 보호에 중요한 역할을 합니다.
예를 들어, 2011년 최초 3개월만에 계류지에는 50억 갤런 이상의 유출수가 집수되었으며, 이는 계류지가 없었더라면 강으로 유입되었을 것입니다. 그 중 3분의 1은 주요 플랜트로 보내 처리하고, 나머지는 계류지 내에서 처리되었습니다.

도전 과제

각각의 합류식 하수도 월류수 설비는 크기와 설계가 조금씩 다르지만, 기본적으로 모두 동일한 처리 프로세스를 적용합니다. 월류수 보류, 고형물의 기계적 차단, 차아 염소산 나트륨(표백제)을 사용한 소독으로 이루어집니다. 또한 계류지는 유속 및 유량 모니터링, 샘플 채취, 계류지 잔류수 배출, 우천 시 세척에 필요한 장비도 갖추고 있습니다.

계류지에 있는 프로세스 제어 장치들은 그 기능은 유사하지만 종류는 아주 다양합니다. 한 가지 이유는 자동화 제어 기술이 빠르게 진화한 지난 30년 동안 계류지는 점진적으로 세워졌기 때문입니다. 또 다른 이유는 공공 사업의 비교적 느린 속도로 진행된 데 있습니다. 엄격한 시정 규칙 상 공공 계획, 공개 입찰, 공적 감독이 필요하기 때문에 각 계류지마다 개념부터 시운전까지 완료하는 데 몇 년이 걸렸습니다. 한편, 연방 정부와 주 정부의 수질 기준이 점점 강화되면서 복잡도가 가중되었습니다.

디트로이트 상하수도부(DWSD)의 프로세스 제어 시스템 관리자 아닐 고신(Anil Gosine)은 ”수년 동안, 변화하는 규제를 준수하기 위해 여러 계류지의 프로세스 제어 시스템을 업데이트해야 했습니다.”라며, 그 결과 ”여러 위치에 다양한 공정 제어 시스템이 수없이 많이 생겼습니다. 어떤 계류지에는 4개의 서로 다른 업체가 공급한 프로세스 제어 장치가 있습니다.”라고 설명합니다.

이렇게 뒤죽박죽 결합된 기존 장비로는 통합이 곤란하거나 불가능합니다. 아닐 고신은 ”표준 플랫폼이 없기 때문에 문제 해결과 유지 보수도 어려웠습니다.”라면서, ”재고 또한 문제였습니다. 왜냐하면 수많은 종류의 부품을 보유하고 있어야 하기 때문입니다.”라고 전합니다.

솔루션

2004 년 DWSD는 2 개의 기존 하수 오버플로우 시설을 통합하고 새로운 더 효과적이고 효율적인 제어 시스템을 설계하는 컨설턴트를 고용했습니다. DWSD 엔지니어들은 수명주기 비용 분석을 실시한 후 프로세스 제어 시스템 공급 업체로 로크웰 오토메이션을 지정했습니다.

아닐 고신은 ”자본 비용과 수명 주기 비용을 검토해 DWSD 표준화 기술들을 신중하게 비교한 결과, 로크웰 오토메이션의 솔루션이 가장 나았습니다.”라며, ”이미 수백개의 로크웰 제품을 사용하고 있기 때문에, 그 기술 품질과 유지 보수 작업, 문제 해결 기술, 탁월한 기술 지원에 대해 잘 알고 있습니다.”라고 말합니다.

새로운 시스템은 로크웰 오토메이션의 통합 제어 및 정보 솔루션인 PlantPAx™ 프로세스 자동화 시스템을 활용해, DCS 기능과 프로세스 정보에 대한 광범위한 접근을 통합하여 전체 플랜트 최적화를 구현해 줍니다. 이 확장형 종합 플랫폼은 총소유비용(TCO)을 절감하고 플랜트 전체 가시성을 확보하기 위해 프로세스 제어 및 순차 제어가 모두 필요한 사용자에게 유용합니다.

시스템 통합사 프로세스 제어 및 계측(PCI) LLC가 2개 DWSD CSO 계류지의 비기능 제어 시스템 장비 교체 계약을 수주했습니다. 디트로이트에 사무실을 둔 제어 엔지니어링 회사 PCI는 최근 다른 프로젝트에서 DWSD와 함께 일했기 때문에, PCI 엔지니어들은 DWSD의 전반적인 SCADA 시스템을 잘 이해하고 있었습니다.

hilscher

그런데, PCI는 계류지 재정비 계약을 수주하고 나서 딜레마에 빠졌습니다. 회사는 DWSD 프로젝트를 수주하기 위해 전략적으로 최저 입찰가를 제출했으며, 처음으로 로크웰 오토메이션과 제휴했습니다. 그러나 PCI 엔지니어는 노후된 제어 시스템 교체 비용이 합의된 계약 금액을 초과할 것이라는 우려를 안고 있었습니다.

로크웰 오토메이션의 엔지니어는 프로젝트 예산 범위를 유지할 수 있는 솔루션으로 PlantPAx Process Library 및 상하수도 액셀러레이터(Water Wastewater Accelerator) 툴키트를 추천했습니다. 이 프로세스 라이브러리는 Logix Control Platform을 위한 혁신적 소프트웨어 애플리케이션으로, 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있도록 사전에 설계된 일련의 코드가 포함되어 있습니다. 또한 특정 플랜트 역할, 풍부한 정보가 담긴 아이콘, 전체 문서를 기준으로 맞춤형 화면을 편집합니다.

상하수도 액셀러레이터 툴키트를 사용하면 이러한 요소를 사용자 지정할 수 있으므로, 폐수 프로젝트의 설계, 설치, 운영, 유지보수에 소요되는 시간이 크게 단축됩니다. 툴키트에는 설정 파일, 선택 도구, EtherNet/IP™ 및 DeviceNet™ 네트워크에서 Allen-Bradley® ControlLogix® 컨트롤러와 설비 HMI 하드웨어 및 기타 장치를 연결하는 실례가 포함되어 있습니다. 또한, 툴키트는 새 디트로이트 계류지에서 사용하는 로크웰 오토메이션 FactoryTalk®View Site Edition HMI 소프트웨어에 대한 시스템 아키텍처 구성도, 기본 상태, 제어 및 진단 로직 및 화면을 제공합니다.

DWSD 계류지 프로젝트를 담당하는 PCI 제어 엔지니어는 ”로크웰 오토메이션의 액셀러레이터 툴키트는 프로그래머가 작업하기에 정말 좋습니다”라며, ”그동안은 HMI와 컨트롤러를 따로 프로그래밍한 다음 둘을 연동시켜야 했습니다. 툴키트는 사전 정의되어 공장 테스트를 거친 필수 코드가 80% 포함되어 나옵니다. 그래서 장비 제어를 고객에게 맞춤화하는 데만 충분히 집중할 수 있습니다.”라고 말합니다.

이 프로젝트를 담당했던 로크웰 오토메이션 팀은 PCI 엔지니어와의 긴밀한 협력 하에 프로세스 라이브러리 및 액셀러레이트 툴키트를 사용하여 디트로이트 계류지에 맞게 시스템을 맞춤 구성하는 방안을 마련했습니다.

PCI 엔지니어는 ”DWSD 운영자에게 익숙한 방식으로 프로세스 데이터를 표시하기 위해 툴키트를 변경해야 했습니다.”라면서, ”일부 그래픽 화면 요소가 DWSD의 색상 및 명명 규칙과 일치하지 않았습니다. 예를 들어, 장비 전원을 켰을 때 빨간불이 보여야 하는데, 프로세스 라이브러리에서는 녹색불이 들어오는 경우입니다. 그래서 디트로이트를 위해 그런 점을 변경하고 특수 표준 툴키트를 만들었습니다.”라고 전합니다.

결과

PCI 엔지니어는 프로세스 라이브러리 및 툴키트로 두 계류지에서 작업량이 절반으로 줄었으며, 프로그래밍 및 시스템 통합 시간 측면에서 약 12만 달러가 절감된 것으로 추정합니다. 공장 인수 시험 및 시작/시운전에서도 9만 달러를 절감했습니다.

”첫 번째 모터를 프로그래밍하는 데는 2시간이 걸렸지만, 그 다음부터는 코드를 복사해 붙여넣기만 하면 됐습니다.”라고 PCI 엔지니어는 말합니다. 그는 현재 프로세스 라이브러리와 툴키트를 사용해 4번째 프로젝트를 진행하고 있습니다. 그는 ”로크웰 오토메이션과은 훌륭하게 협조해 주었습니다. 필요할 때는 툴키트의 원래 프로그래머와 함께 변경해 나갔습니다.

이 툴키트를 담당한 수석 엔지니어는 디트로이트에 와서 시스템의 장점을 설명해 주었던 로크웰 오토메이션 전문가 중 한 사람이며, 이후 시청 엔지니어와 폐수 관리자를 대상으로 프로젝트 워크샵을 진행하기도 했습니다.

DWSD 직원은 로크웰 오토메이션의 새 툴로 설계 시간 50% 감소, 계약 관리, 계약 완료 후 문서 및 지원이 이루어지고 있다고 추산합니다.

DWSD 프로젝트를 감독한 고신은 ”PlantPAx 시스템을 사용하는 운영자는 학습 곡선이 훨씬 짧습니다.”라며, ”또한, 이 두 계류지에서는 통합된 형식의 더 많은 데이터에 액세스 할 수 있습니다. 이로 인해 진단 기능이 크게 향상되어 예방 및 예측성 유지 보수가 늘어났습니다.

DWSD는 로크웰 오토메이션 하드웨어 및 소프트웨어를 사용해 추가로 두 계류지의 표준화를 진행 중이라고 고신은 전했습니다. 향후, DWSD는 프로세스 라이브러리를 사용해 새 계류지 컨트롤러로 업그레이드할 수 있으며, 이 때는 엔지니어가 프로세스 표준과 코드를 처음부터 다시 만들 필요가 없어 시간과 비용이 절약됩니다.

추천 기술기고문


추천 뉴스

Hospital Saves Energy with Integrated Architecture

[IIoT 성공사례] 통합 아키텍처로 에너지를 절감한 병원

배경 York Teaching Hospital NHS Foundation Trust는 1960년대에 설계되어 1970년대에 건설되었기 때문에 에너지 인프라의 대부분이 ...

Solutions in Action Profile: Delkor Systems

[기계장비 성공사례] Delkor Systems 식음료 포장기계

식음료(F&B) 산업의 경우 잘게 썬 치즈부터 전자 레인지용 식품에 이르기까지 다양한 제품에서 연성 파우치 포장에 ...

답글 남기기

이메일은 공개되지 않습니다. 필수 입력창은 * 로 표시되어 있습니다.

hilscher