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한국수자원공사의 수처리분야 필드버스(Fieldbus) 기술 실용화

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글_ 김한경, 한국수자원공사 수도기술처 kimdwh@kwater.or.kr
곽준근, 한국수자원공사 수도기술처 jkkwak@kwater.or.kr
한국수자원공사(K Water)에서는 수처리분야에 국내 최초로 국제표준의 필드버스(Fieldbus) 기술을 도입하여 핵심기술을 실용화 하였다.
본 필드버스 기술의 도입은 다양한 국제표준의 필드버스들에 대한 특성 및 하부 디바이스의 지원규모와 제어분야에서 범용성이 우수하고 현장기기의 필드버스 기술지원 범위가 넓은 프로피버스(PROFIBUS)를 시범 도입하였고, 이를 정수장 여과지에 적용하여 약 30% 정도의 원가절감 효과를 거두었다.
아울러, 원격감시제어설비(RCS: DCS, PLC)의 이상시나 여과지 현장조작반(FCC: Filter Control Console)을 제거하는 경우에 그 기능을 대체할 수 있는 필드버스 기술인 “현장제어를 우선으로 하는 프로피버스 시스템”을 개발하였다.
이러한 수처리 설비에 대한 필드버스 기술은 기존의 여과지에서 취수장, 가압장, 전체 정수장, 분기점, 배수지 등으로 적용범위를 넓히고 있다.
수처리 설비 필드버스 도입 배경 및 목적
최근 들어 세계 물시장의 개방화, 표준화에 대비한 글로벌 경쟁력 강화가 필요한 시점으로 수처리분야에서 원가절감이 중요하게 여겨지고 있지만 수돗물 생산공정에 필요한 수처리 설비를 원격에서 감시제어하기 위한 기존 I/O방식의 시스템은 그 특성상 시스템 구축시 복잡성과 비효율성을 피할 수가 없기에 매년 구축비용이 증가되는 추세이다.
현재의 필드버스 시스템은 안정성과 신뢰성이 급속도로 향상되어 다양한 분야의 생산 공정에 폭넓게 운영되고 있다. 필드버스는 여러가닥의 케이블로 접속된 하부기기들을 하나의 통신선으로 연결하여 수처리설비의 기능과 성능을 그대로 보장하면서도 자동화 여건에 적합하도록 네트워크를 구성하는 산업통신망 국제표준 기술을 말한다.
한국수자원공사에서는 정수장 여과지에 국제표준의 필드버스 기술을 적용하여 기존의 복잡하고 비효율적이었던 설비들을 슬림화 또는 완전 제거하였다.
본 자료에서는 수처리 설비에 적합한 국제표준의 필드버스 기술, 정수장 여과지 필드버스 적용, 핵심 실용기술의 개발 및 향후계획 등을 다루기로 한다.
수처리분야에 적합한 국제표준의 필드버스 기술
기존의 특정 제어기기(DCS, PLC등) 제조업체가 독자적으로 구축한 “Closed System” 에서는 사용자가 원하는 모든 기능을 맞추기가 어려운 경우가 발생하거나 다른 제조업체에서 생산된 제품의 추가 설치가 필요한 경우에는 별도의 데이터 변환장치 등을 사용해야 하는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 “Closed System”과는 반대 개념인 ”Open System”이 생기게 되었다.
“Open System”은 대개 특정단체(조합, 협회, Club 형태) 중심으로 제조업체와 사용자가 그룹성격을 가지고 관련정보 공유 및 공동마케팅을 그 목적으로 한다. 그러나 어느 특정업체가 각종 산업현장에 필요한 모든 제품을 생산하는 것이 불가능하므로 이러한 단체를 통해 공통된 표준을 제정하여 제조업체간 공동으로 공유하여 관련 제품들이 서로간의 호환성을 유지하는 것이 필요하게 되면서 90년대 이후 필드버스가 본격적으로 현장에 적용되기 시작하였다.
이후 각 국별로 표준화한 제안을 받아들여 2003년도에 국제표준(IEC 61784-1, ISO 15745)을 지정하게 되었고 2006년 이후에는 Ethernet 기반의 필드버스 국제표준(IEC 61784-2, ISO 15745)을 추가로 지정하였다.
필드버스는 전 세계적으로 널리 운영되고 있다. 특히 유럽시장에서는 PROFIBUS, 북미시장에서는 Foundation Fieldbus가 주류를 이루고 있으며, 아시아 시장은 전세계 필드버스 시장의 40% 정도를 차지하고 있지만 아직까지도 혼재된 양상을 보이고 있다.
한국수자원공사에서는 국제표준의 필드버스들 중에 PROFIBUS를 선정하여 적용하였다.
정수장 여과지내 필드버스 적용을 통한 슬림화 개선
필드버스 적용대상 사업장인 정수장 여과지는 전체 5개 여과지로 되어 있으며, 각 여과지에는 밸브 전동조작기(유입밸브, 유출밸브, 역세척밸브, 표면세척밸브, 퇴수밸브, 사수밸브) 및 현장계측기류(수위계, 탁도계 등)가 설치되어 있다.
여과지에 대한 필드버스 기술을 적용하기 위한 구성개념은 다음(그림 2)과 같다.
위 그림(그림 2)은 I/O 모듈 대형화로 인하여 복잡성과 비효율성이 포함된 원격감시제어시스템(RCS)을 슬림화된 시스템으로 개선, 다량의 데이터를 처리하기 위하여 반복 결선한 아날로그신호 전송방식의 케이블을 하나의 필드버스 전용케이블로 변경, RCS내 I/O module의 완전 제거 및 사용빈도에 비해 구축비용이 고가인 여과지조작반(FCC)의 기능을 휴대용 단말장치로 대체를 통하여 여과지 조작반(FCC)을 완전 제거하는 것을 보여주고 있다.
여과지내 필드버스(PROFIBUS DP) 시스템은 이중화 마스터를 통하여 필드버스 통신을 할 수가 있으며 각 마스터의 출력단에는 프로피버스 이중절체스위치(PRS)를 두어서 하나의 마스터가 이상시에도 자동으로 절체되어 지속적인 통신이 이루어 진다.
여과지내 LOS는 상위와 연결된 이더넷 포트를 통하여 평상시에는 “Water-K”에서 여과지 제어를 하고 상위 마스터 또는 네트워크 이상시에는 현장에서 개별 원격제어가 가능하도록 필드버스 통신망과도 별도로 연결하였다.
필드버스 통신망은 하나의 프로피버스 전용 케이블로 여과지별 밸브류(유입, 유출, 역세, 표세, 퇴수, 사수) 및 수위계 등을 직렬 연결하였으며 리피터를 사용하여 단위 네트워크(세그먼트)를 확장하였다. 기존 시리얼 방식(RS-485)의 지별 탁도계는 신호변환기(RS-485 To PROFIBUS DP)를 통하여 필드버스 통신망과 연결하였다. 마스터부에 탑재되는 소프트웨어내의 셋업 작업은 여과지내 하부 디바이스별 ID 부여, GSD 파일 등록, 파라메터 설정 및 다운로드 등의 절차를 수행하였다.
전체 필드버스 시스템에 대한 기능시험은 전체적인 유지관리용 툴킷 소프트웨어 등을 활용하여 구축에 따른 점검 및 시험을 수행하였다. 필드버스 구성시 하나의 통신선으로 모든 기기와 시스템을 연결하기 때문에 노이즈 차단을 위해 실드차폐 전선관내에 필드버스 전용케이블을 인입하고 전선관내 실드선은 새들을 이용하여 양단 접지처리를 하였다. 정수장 여과지에 대한 필드버스 적용을 통한 슬림화 개선결과는 아래 그림(그림 4, 5)과 같다.
“현장제어를 우선으로 하는 프로피버스 시스템”기술 개발
기존의 아날로그 신호전송 방식의 시스템에서는 여과지 현장운전을 위한 여과지조작반(FCC: Filter Control Console)은 사용 빈도수에 비해 구축비용의 고가, 잦은 고장발생 등으로 인하여 여과지내 필드버스를 적용하여 여과지조작반(FCC)을 제거하게 되었고 그 기능을 대체할 수 있는 별도의 수단을 강구하게 되었다.
최근 한국수자원공사에서 개발한 “현장제어를 우선으로 하는 프로피버스 시스템”은 현장에서 여과지조작반(FCC) 기능을 대체할 수 있는 최적의 방법이라고 본다.
평소에는 여과지 운전을 위한 HMI(Water-K)를 LOS내에 설치하여 운영하고 원격감시제어시스템(RCS) 이상시나 여과지내에서 현장운전이 필요한 경우에 사용할 수 있도록 LOS내에 프로피버스 전용 소프트웨어를 설치한다.
여과지 프로피버스 통신망에서부터 LOS간에는 프로피코아를 이용하여 프로피버스 전용 케이블로 연결하여 여과지내의 하부디바이스(밸브 액츄에이터, 수위계 등)에 대한 감시 및 제어가 가능하도록 하였다. 또한 현장여건상 필요시에는 원격접속제어장치(UMPC)를 활용하여 여과지 주요설비에 대한 개별감시 및 제어를 현장에서 직접할 수 있도록 하였다.
원격접속제어장치는 LOS에 대한 원격접속을 통하여 LOS상의 모든 소프트웨어에 대한 원격감시 및 제어가 가능토록 하며 이때 통신방식은 무선이더넷 방식을 사용하였다.
앞에서 기술한 “현장제어를 우선으로 하는 프로피버스 시스템”은 휴대용 원격접속제어장치를 이용하여 기존의 여과지조작반(FCC)을 대체하여 경제적으로 구성할 수 있는 방안으로서 상위의 감시제어시스템의 이상 발생시에도 여과지 바로 앞에서 설비에 대한 현장운전을 할 수 있도록 하였으며 이는 상․하수도 설비를 포함한 모든 산업플랜트 설비 등에 효과적으로 적용할 수가 있다.
수도사업장내 필드버스 적용 확대
위와 같이 정수장 여과지 설비를 대상으로 국제표준의 필드버스 기술을 적용하여 실용화 하였을 뿐만 아니라 여과지조작반(FCC) 제거에 따른 기능 대체수단을 개발하여 필드버스 핵심기술을 확보하였다.
금년(2008년) 부터는 취수장, 가압장, 전체정수장, 분기점, 배수지 등으로 적용범위를 확대하고 있다. 또한 2009년 이후부터 하나의 필드버스 통신케이블이 이상시에도 안정적으로 설비를 운영하기 위해 이중화 구성개념의 필드버스 통신망으로 발전시켜 운영상의 안정도 향상을 기할 예정이다.
항후 수처리분야 필드버스 적용방향 제시
현재 수처리분야에 적용되는 필드버스 기술은 마스터를 중심으로 하부디바이스(밸브 액추에이터, 계측기기 등)을 필드버스 전용케이블로 직렬연결하는 방식으로 구성한다.
데이터 통신기술의 발전에 힘입어 이더넷(Ethernet) 기반의 필드버스 기술은 여러 응용분야에서 실용화가 가능한 수준으로 급속도로 발전하고 있으나 수처리분야에서 활용가능한 하부디바이스의 기술지원 수준이 낮으므로 현시점에서 이더넷 기반의 필드버스 기술을 바로 적용하기에는 아직은 이르다고 여겨지지만 향후 이더넷 기반의 필드버스 기술을 지원하는 하부 디바이스가 점차 늘어나게 되면 이를 수처리분야에 적용하여 약 40% 이상의 원가절감 효과를 거둘 수 있다고 본다.
아이씨엔 매거진 2008년 10월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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