산업현장의 트렌드 무선 솔루션 기술,하니웰이 주도한다

ISA100 WCI가 지난 6월 23일, 중국 북경에서 기술세미나를 개최했다. 산업용 무선기술의 보급을 목적으로 개최된 이번 행사는 100명이 넘는 엔드유저 및 기기 벤더가 참석해 성황을 이루었으며, 하니웰을 비롯한 요꼬가와, 아즈빌, General Electric 등의 공급업체가 기술 데모를 통해 ISA100의 상호호환성 및 기술적 이점을 홍보하는데 주력했다. 특히, ISA100 기술을 주도해 나가고 있는 하니웰은 이번 행사기간 동안 자사의 무선 솔루션인 OneWireless 솔루션이 구축되어 있는 중국 PetroChina 시구(Xigu) 공장 견학 및 기자간담회 개최 등의 미디어 행사를 진행, 전 세계 무선 기술을 리드해 나가고 있는 행보를 재확인했다. 취재 │ 최교식 기자cks@engnews.co.kr

Ⅰ. ISA100 Wireless Compliance Institute(WCI) 북경 기술 세미나

이번 세미나에서는 WCI 멤버에 의해 ISA100.11a 기술에 관한 설명 및 ISA100.11a 표준제품의 인증과 제품인증 프로세스, WCI 조직에 관한 최신정보가 소개됐다. ISA100.11a 산업용 무선통신규격은 ISA100 표준규격 패밀리의 최초의 규격으로, 이 메시(Mesh) 형상의 무선 네트워크 표준 프로토콜은 필드기기 메이커가 타사 기기와 호환성이 있는 무선 필드기기를 용이하게 제공할 수 있도록 한다. 그 결과, 생산 공장 및 가공 공장에서 무선 네트워크를 신속하고 비용 대비 좋은 효율로 유연하게 구축하고, 개선하고, 최적화하고, 규격을 확대할 수 있게 한다.

ISA100 WCI는 이번 세미나를 통해 플렉시블한 토폴로지, 직접확산 방식(DSSS), 다양한 호핑 메커니즘, 채널 블랙리스트, 보안, 시각동기, IPv6 대응, 기존 필드버스 수용이라는 ISA100.11a의 특징을 강조했다. 한편, WCI는ISA100.11a 인증을 통해 ISA100.11a에 등록된 기기가 상호운용이 가능하고, 필요한 조건을 준수한다는 것을 엔드유저에게 보증한다. 하니웰과 요꼬가와 등 이미 몇 개의 메이커가 ISA100.11a 인증을 취득한 제품을 발표했다. 이미 시장에 전개되고 있는 인증취득 제품의 펌웨어는 벤더에 의해 제공되는 간단한 무선통신에 의해 그 적합성을 계속해서 유지할 수 있으며, 이것은 ISA100 표준이 지닌 여러 가지 이점 가운데 하나인 ‘Futureproof’라고 하는 이점을 명확하게 해준다.

ISA100 표준규격 패밀리에는 향후 백홀(Backhaul) 기능, Factory Automation 및 타 주요 Use Case에 대한 지원 등의 개발이 계획되어 있다. ISA100 WCI는 ISA100, 산업용 무선표준규격 패밀리를 위해 유저와 개발자에 대해 시장인식, 교육정보, 기술지원 제공, 규격적합에의 준수를 추진하는 ISA(국제계측제어학회) 산하의 비영리 목적의 산업 컨소시엄. WCI는 개방되어 있는 무선 어플리케이션용의 업계표준의 신속한 개량과 개발을 추진하기 위해, ISA 표준화 위원회에 대해 ISA100에 준거한 디바이스 및 시스템의 설치 시점으로부터 현실적인 피드백을 제공한다. WCI 멤버는 사용자, 생산자, 대학ㆍ연구기관 및 산업 컨소시엄과 표준화 단체로 구성된다.

Ⅱ. PetroChina 시구공장 OneWireless 솔루션 현장 취재

세계 최대의 석유 회사 PetroChina, Xigu Tank Farm에 OneWireless 솔루션 구축해 경비절감 및 플랜트 운전의 효율성 실현

PetroChina는 지난 1959년에 설립되어1963년부터 석유와 가스를 생산 및 판매하고 있는 세계 최대의 석유회사 가운데 하나로 알려져 있다. 원유와 천연가스의 탐사 개발 및 생산, 석유제품의 정제ㆍ 정련ㆍ 운송ㆍ 보관ㆍ 마케팅을 사업내용으로 하는 이 회사는 2개의 공장에 탱크 31개를 운영하고 있으며, 철도를 통해 360만 톤 및 780만톤의 정제된 오일을 상하이와 청두, 충칭 등의 3개 지역으로 운송함으로써, 중국 내 석유 수급의 중요한 역할을 담당하고 있다.

PetroChina 북서 세일즈 센터 시구(Xigu) 오일 Tank Farm은 지난 2010년 기존의 컨트롤 시스템을 현대적이고 효율적으로 성능을 개선하기로 결정하고, 재고관리 및 오일의 생산 추적, 주문관리, CCTV 모니터링, Access Control, 성능관리를 위해 하니웰의 무선기기와 소프트웨어, Experion Process Knowledge System(PKS)을 도입했다. 이 PetroChina Xigu Tank Farm의 OneWireless 구축 프로젝트는 오일 파이프라인의 압력을 측정하고 밸브 포지션 상태를 수집하는 어플리케이션과 모바일 스테이션을 사용한 로딩 시스템, 이 두 가지 어플리케이션에 하니웰의 통합 무선 솔루션인 OneWireless Solution이 적용됐다.

파이프의 압력 측정을 위해 하니웰의 무선 압력 트랜스미터를 설치하고, 측정된 데이터를 컨트롤러로 전송해Experion PKS로 통합 관리하는 것과 모바일 스테이션을 이용한 로딩시스템을 통해 자산관리를 효율적으로 하고자 한 것이 이번 무선 프로젝트의 목적. 이 프로젝트는 하니웰의 무선 센서 네트워크와 무선 인포메이션 네트워크 솔루션이 모두 적용된 사례로서, 무선 인포메이션 네트워크 솔루션으로서는 현장운전을 지원하는 모바일 스테이션과 무선 산업보안 솔루션이, 무선 센서 네트워크 솔루션으로는 무선 압력 트랜스미터가 각각 공급이 됐으며, 이러한 솔루션들은 중계기(Multinode)를 통해 단일구조로 통합되어 플랜트 전반의 무선 인프라를 구현하고 있다.

PetroChina는 하니웰의 무선 솔루션 구축을 통해 설치 및 유지보수에 소요되는 비용과 시간을 절감하는 한편, 실시간 데이터와 컨트롤 시스템 정보에 원격으로 무선 Access가 가능해졌으며, 미래에 무선 네트워크를 쉽게 확장할 수 있는 기반을 구축하는 등의 효과를 얻었다고 밝히고 있다. 또한 무선 트랜스미터와 모바일 스테이션, 무선 밸브 포지션 센서 등의 무선 아키텍처를 단일 아키텍처로 구축할 수 있는 기반을 마련하는 한편, 컨트롤 시스템의 성능개선과 함께 무선 시스템의 매끄러운 통합이라는 효과를 얻은 것도 이번 프로젝트의 성과로 꼽고 있다.

<현장 1>
밸브 포지션 센서의 데이터가 ISA100.11a 통신 프로토콜을 통해 멀티노드로 전송되고, 이것이 상위의 컨트롤 시스템으로 전송되며, 모든 데이터가 Experion PKS에서 통합 관리된다. 무선 트랜스미터를 설치함으로써 파워와 통신 케이블을 따로 설치하지 않아도 됐기 때문에 경비가 절감되는 효과를 얻었으며, 기존의 지멘스 컨트롤 시스템을 하니웰의 MasterLogic 컨트롤과 통합해 시스템을 운영함으로써, 기존의 하드웨어를 재사용하는 이점을 얻을 수 있었다. Experion PKS 외에도 상위에 인포메이션 데이터베이스를 더 얹어서 MES까지 구축할 수 있도록 시스템이 구축됐다. 기존의 하드웨어를 재사용하면서 하니웰의 솔루션과 통합하고자 하는 것이 이 프로젝트의 목적 가운데 하나.

<철도 로딩 시스템>
경유나 휘발유 등 종류가 다양한 석유를 지정된 용량만큼 지정된 탱크에 자동으로 적재해서 철도로 이송하는 시스템. 과거에는 톱 매니저가 제품이 생산된 후에 어떤 탱크에 얼마만큼 적재해서 어떤 파이프를 타고 어느 회사로 운송할 것인지를 수동으로 작업했었는데, 현재 자동화를 통해 어떤 제품이 어느 회사로 얼마나 판매가 될 것인가를 이 로딩시스템과 연결해서 자산관리를 하고 있다. 심지어 차량에 이상이 생겼을 때 수리, 교체해야 하는 내용까지 이 로딩시스템을 통해 체크가 된다.

HMI 하나로 27대까지 한 번에 로딩할 수 있어서 어떤 탱크에 어떤 제품이 얼마나 적재가 되고 있는지, 로딩이 시작됐는지 등의 로딩 상황을 알 수 있다. 즉, 체크해서 입력하는 것 외에도 로딩 프로세스가 시작되면 현재 제품이 얼마만큼 들어가고 있는지 등의 로딩 진행상황을 볼 수 있는 것이 이 철도 로딩 시스템의 또 하나의 기능이다. 특히, 과거에는 차량종류와 차량번호, 제품종류 등을 배치 컴퓨터에 입력해서 로딩하는 방식이었는데, 이러한 정보를 모바일 스테이션에 바로 입력해서 수작업 시에 발생할 수 있는 오버플로우 등의 문제점을 개선했다.

<탱크팜1>
8개의 무선 트랜스미터의 데이터를 멀티노드를 통해서 컨트롤 룸으로 전송한다. 압력 트랜스미터의 전송주기는 5초로 설정됐다. 이 시구 탱크팜의 파이프는 원유가 정제되지 않은 상태로 그대로 정유 공장으로 운송되거나, 완성된 제품을 로딩 시스템을 통해 다른 지역으로 운송하거나 하는 길목이 되기 때문에 대단히 중요한 위치에 있으며, ISA100.11a 외에도 WiFi가 구축이 되어 있어서 추가로 모니터링을 하거나 제어를 하고자 할 때, 추가시설 없이 모바일 디바이스만 있으면 모니터링이나 제어가 가능하다. 역시 무선 트랜스미터를 설치함으로써 케이블 포설비용을 절약하고, 공사기간을 단축하는 효과를 얻었으며, 특히 상위 컨트롤 시스템과의 통합을 통해 석유화학 공정 특성 상 공정이 멈추는 일 없이 연속운전이 되어야 하는 조건을 충족시켰다.

<탱크팜2>
이 탱크팜은 탱크와 파이프 등이 무선과 Experion PKS로 연결이 돼서 ERP와 연동이 되도록 시스템이 구축이 됐다.
6개의 밸브 포지션 센서와 2개의 모바일 스테이션, 5개의 멀티노드, 22개의 무선 트랜스미터, 하나의 방화벽으로 시스템이 구성이 됐다. 데이터를 전송할 때 우선순위가 있어서 어떤 데이터가 늦게 전송이 돼도 다른 데이터에 영향을 주지 않는다는 것이 ISA100.11a의 콘셉트. 이 탱크팜은 특히, 암호화된 무선 트랜스미터의 정보가 중계기로 가서 암호화를 풀도록 보안이 구축되어 있는 것이 특징이다. 최근, 미 국방성의 모 산하기관에서 실시한 암호관련 테스트에서 ISA100.11a의 암호화를 깰 수 없었다는 것이 증명이 되면서, ISA100.11a의 보안의 신뢰성이 입증되기도 했다. 다른 회사의 게이지 데이터를 무선으로 넘겨서 볼 수도 있다. 현재 이 탱크 게이지는 무선이 아니지만, 신규 프로젝트에서는 무선으로 구축될 예정.

<컨트롤 룸>
● 철도 로딩 오토메이션 시스템의 HMI
컨트롤과 비디오 모니터링 시스템이 별도의 HMI를 가지고 있는 일반적인 시스템과는 달리, 이 둘을 하나로 통합해서 보기가 편하게 구축이 되어 있다. 디지털 비디오 파일을 하드디스크에 저장해서 현재 55대의 카메라를 사용해 중요 지점에 HMI를 꾸며서 사용하고 있다. 녹화 옵션의 경우, 미리 정해진 스케쥴에 따라 녹화가 되거나, 매뉴얼로 녹화를 하거나, 알람이 뜨면 자동으로 녹화가 되거나, 모션 디텍션에 의해 녹화가 되거나 하는 등의 여러 가지가 있는데, ExperionPKS를 도입해서 중요한 각각의 별도 시스템을 하나로 통합해 한 화면에서 전체 알람을 볼 수 있고, SCADA 등 말단에서 일어나는 상황을 쉽게 처리할 수 있다.

중국에는 북동지역과 북서지역에 유전이 많은데, 시구는 북서지역인 란저우에 위치해 있어서 충칭이나 청두 같은 서부의 대도시는 물론 상하이 같은 도시까지 석유를 공급하는 중요한 곳이다. 즉, 이 시구 공장의 컨트롤 룸이 셧다운이 되면 중국의 오일 수급에 지장이 발생한다. 이러한 중요한 컨트롤 룸에 하니웰의 Experion PKS 및 HMI 등의 솔루션이 도입이 되어 24시간 운전이 되고 있다.

● 캐비닛 룸
EPKS 및 PLC, MES 등의 서버가 모두 탑재되어 있다. 특히 컨트롤 시스템의 경우, 그동안 지멘스의 S7 PLC를 사용해오다 사이즈가 콤팩트해서 공간을 절감할 수 있는 이점을 지닌 하니웰의 MasterLogic PLC를 추가로 도입, 이 두 가지 컨트롤 시스템을 통합해서 운용하고 있다. 하드웨어 재사용이라는 PetroChina 측의 요구사항을 충족시킨 부분.

● OneWireless Firewall
방화벽이 구축되어 있는 것도 이 PetroChina OneWirel ess 프로젝트의 특징 가운데 하나다.

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