메이저급 프로세스 업체들, 새로운 마샬링 기술로 승부한다

“IS Barrier가 내장된 IS CHARM 출시한데 이어,

SIS용 CHARM 내년 경에 소개할 예정”

- 에머슨은 마샬링 캐비닛을 줄이는 새로운 마샬링 기술을 적극적으로 드라이브하고 있는 대표적인 업체 가운데 하나다. 에머슨이 제공하고 있는 전자 마샬링의 개요에 대한 설명을 부탁한다.

▲ 에머슨의 전자 마샬링 개념은 제어장치의 엔지니어링과 구현을 단순화하는 것에 초점을 맞춘다. 전자 마샬링은 CHARMS(Characterization Module)를 기반으로 단일지점 유연성을 가진 분산형 입출력 시스템을 의미한다. CHARMS는 백플레인을 통해 이중 통신 프로세서(CIOC)로 통신하는 단일지점 입출력 모듈이다. CIOC는 에머슨의 PlantWeb 이더넷을 통해 DeltaV 프로세서와 통신하며, 이것은 DeltaV S 시리즈 플랫폼의 일부다. 에머슨의 DCS인 DeltaV 시스템의 독특한 필드 아키텍처는 I/O on Demand를 실현하는데, 이 I/O on Demand란 원하는 I/O를 원하는 곳에 그리고 원하는 때에 제공하는 것을 의미한다.

따라서 I/O on Demand는 공정설계를 I/O 기본설계로부터 자유롭게 하여 최종단계에서의 공정 변경사항을 자동화 시스템에 용이하게 수용할 수 있도록 해준다.전자 마샬링(DeltaV Electronic Marshalling)은 신호타입이나 제어 전략에 관계없이 현장 케이블을 어디든지 배선할 수 있도록 해준다. 각각의 단자대는 채널 특성모듈(Characterization Module) 즉 CHARM을 가지고 있으며, 이 CHARM은 A/D 변환기와 다양한 아날로그 및 디지털 신호타입에 따른 관련 특성 신호를 가지고 있다. 신호 타입에 관계없이 현장배선은 어디서나 배선될 수 있으며, 다양한 CHARM에 의해 특성화된다. 계기 신호정보를 상단의 이중화 CHARM I/O 카드로 보내기 위해 디지털 통신 버스가 터미널 스트립을 통해 이루어지고, 이 카드에서 I/O Conditioning이 완성된다.

- 전자 마샬링이 고객에게 줄 수 있는 이점은 무엇인가.

▲ 전자 마샬링은 배선의 위치에 관계없이 어떤 입력 값이라도 모든 DeltaV 컨트롤러가 읽을 수 있기 때문에 설계를 보다 용이하고 간단하게 하며, 제어 시스템 내의 현장 배선의 마샬링에 관련된 복잡성을 제거한다.
전기기술자들은 이전과 같은 방법으로 단자 스트립 내의 모든 현장배선을 연결할 수 있다. 그러나 마샬링 패널에서 I/O 카드 사이의 교차 배선이 더 이상 필요 없게 됨으로써, 시스템 캐비닛 설계 및 설치와 유지보수를 대폭 단순화한다.
특히 모든 프로젝트에는 비용과 스케줄에 상당한 영향을 끼치는 늦은 변경요구가 존재하는데, 전자 마샬링은 시스템 아키텍처에 영향을 미치지 않고 언제든지 새로운 현장배선을 캐비닛에 추가할 수 있기 때문에 이러한 늦은 변경에도 스케줄에 영향을 주지 않고 쉽게 공정 설계 변경을 할 수 있다.

- 전자마샬링은 에머슨이 최근 몇 년 동안 주창해오고 있는 HCD(Human Centered Design)와 어떤 관계가 있나.

▲ 전자 마샬링은 인간중심 디자인에 대한 에머슨의 노력의 결과물이다. I/O on Demand의 핵심은 최소한의 노력과 위험부담으로 I/O 결정에 있어 최상의 유연성을 제공하는 것으로, 전자 마샬링은 사용자가 프로젝트를 아주 빠르게 수행하도록 함으로써, 최후순간 불가피한 변경이 필요할 때에 적절하게 수용하고, 생산가동시간까지의 준비시간을 줄여준다.

- 에머슨의 전자 마샬링은 I/O 카드를 스위치에 연결해야 하기 때문에 네트워크 케이블 량이 많아진다는 지적이 있다.

▲ 마샬링이 필드에 적용될 때와 컨트롤 룸에 적용될 때 이렇게 두 가지의 상황을 고려할 수 있다. 컨트롤 룸에 적용할 때는 케이블 길이가 길어봐야 몇 십 미터밖에 안 된다. 또 플랜트 내에서 보통 I/O 포인트가 몇 천점 이상이면 세그리게이션(Segrigation)을 한다. 따라서 네트워크 케이블의 양은 문제가 안 되며, 에머슨이 카드 당 96 이하의 채널을 핸들링하는 것이 적정한 수준이라고 본다.

또 필드에 설치된다고 하면 보통 I/O 포인트가 적게는 수백에서 몇 천, 몇 만 포인트까지 이르게 되는데, 이럴 때는 프로세스에 따라 Unit/Area/Substation 등 여러 개로 나뉘어 자연스럽게 세그리게이션이 되면서, 네트워크도 나뉜다. 에머슨은 정션박스가 48 포인트와 96포인트 이렇게 두 가지 타입이 있고, 정션박스 사이즈에 맞게 디자인이 된다.

필드에 CHARM을 놓게 되면 전통적인 타입의 정션박스를 쓸 때 네트워크 스위치나 네트워크 로드에는 영향이 없다. 단, 네트워크의 노드 수가 일부 많아질 수 있는데, 가장 많이 사용되는 24 포트 스마트 스위치의 경우, 개당 2000 포인트이상 커버할 수 있고 이의 경우 네트워크의 로드(Load)가 10% 이상 넘지 않는다. 또한 스마트 스위치는 적은 비용으로 업링크(UPLINK)를 통해 수백 개의 노드까지 쉽게 확장 가능하다.

최신의 IT 기술을 이용하여, DCS 본연의 분산제어를 강화하고, 기존의 전기 신호 케이블의 거리 제한, 간섭 등의 고민을 해결할 수 있다. 극히 적은 양의 네트워크 케이블로 수많은 필드 멀티 케이블과 이와 관련된 작업인력, 서류작업을 90%까지 줄이고자 하는 것이 Charm의 개발 사상이다. I/O 포인트가 많아지면 네트워크 노드와 케이블 량의 증가로 이어져 전제 프로젝트에 부담을 줄 수 있다는 의견은 수긍하기 어렵다.

- 카드 하나로 96개의 I/O 포인트를 사용한다고 할 때 랙 파워 등에 파워를 모두 공급하는 것이 가능한가.

▲ 에머슨에는 I/O에서 파워를 실어주는 형태와 외부에서 파워를 넣어주는 두 가지의 파워 노드가 있다.
예를 들어 대형 밸브나 F&G 시스템의 Fire Fighting Device의 경우, 큰 파워를 실어줘야 하는데 이럴 경우, 에머슨의 I/O가 이것을 처리하지 못할 것으로 보는 시각이 있을 수 있다. 그러나 에머슨은 외부전원을 쓰는 파워 서플라이를 사용해 일부는 I/O에서, 일부는 외부 파워를 사용해서 전원을 공급하기 때문에 파워에 대한 염려가 없으며, 또 이 외부 파워 서플라이는 거의 모든 DCS 메이커가 일반적으로 사용하고 있다. 이처럼 에머슨은 듀얼 파워를 사용하며, 외부 로드를 통해 디바이스를 구성하는 것을 인젝티드 파워라고 하는데, 필요하면 이 인젝티드 파워를 사용해 전원을 공급한다.
또 에머슨은 터미널 블록이 4개가 있는데 2개일 때는 시스템에서 파워를 공급하고, 4개일 때는 외부에서 파워를 주든지 필드에서 파워를 끌어온다. 즉, 필드에서 파워를 주던, 별도의 파워 서플라이에서 파워를 주던 과거와 동일한 방법을 사용하기 때문에 파워 공급에는 문제가 없다.

- 에머슨의 전자 마샬링은 시그널 타입을 변경할 때 I/O를 바꿔야 하기 때문에 메인터넌스가 복잡해진다는 지적이 있는데.

▲ 앞서 설명한대로 CHARM 기술의 근본을 이루는 HCD가 탄생하게 된 배경 가운데 하나가 바로 메인터넌스를 줄이고자 하는 것이다. 프로세스에서 불필요한 작업을 제거하는 엔지니어링을 통해 작업을 쉽게 만들고, 제거될 수 없는 작업의 경우 최대한 작업을 단순화하고 기술이 사람을 수행하기 어려운 부분을 처리하도록 하여 복잡성을 제거하며, 아직 퇴직하지 않은 숙련된 경력자들 또는 회사 내 부재한 경험자들의 풍부한 지식을 기술에 접목하는 것, 이 세 가지가 HCD가 추구하는 목표다.

국내의 여수나 울산공단 지역에는 숙련된 작업자들이 아직 충분하게 있지만, 상당수의 인력이 은퇴를 앞두고 있고, 향후에는 유지 보수할 사람들이 부족해질 것이다. 특히 중동이나 신흥국의 경우, 전문 인력이 없거나 태부족으로 플랜트가 지어질 때마다 인도, 필리핀, 방글라데시 등지의 인력에 절대 의존하고 있는 것이 현실이다.

따라서 처음부터 마샬링 디자인을 바꿔버리면 케이블과 캐비닛을 줄여서 돈과 인력은 물론 향후의 메인터넌스를 줄이고, 스케줄을 단축할 수 있다. 따라서 우리 에머슨에서는 경력자들의 은퇴 후의 메인터넌스의 문제점을 해결할 수 있는 전자 마샬링 기술을 비즈니스 확대 기회 가운데 하나로 보고 있다.

메인터넌스뿐만 아니라 프로젝트를 진행하다가도 설계가 바뀌는 경우가 있는데, 이럴 경우 하드웨어가 변경이 돼서 설계를 다시 해야 되고, 오더를 다시 내야 되고, 곧 스케줄이 지연이 된다. 그러나 CHARM은 베이스 플레이트에 CHARM을 바로 장착하여 시스템에서 바로 엔지니어링 작업만 해주기 때문에, CHARM만 타입 별로 적절하게 가지고 있으면 된다. 신속한 유지보수를 위해 시스템의 주요 품인 I/O 카드의 재고가 반드시 필요한데, 이는 고객과 공급업체에게 항상 큰 부담이 된다. CHARM은 I/O를 멀티채널 카드 형태와 개별 채널 형태이기 때문에 적어도 10분의 1이상의 재고 감소 효과와 유지 보수 시간, 비용의 최소화를 가능하게 해준다.

- 에머슨의 전자 마샬링은 하나의 HART I/O 모듈로 인해 I/O 모듈 전체가 영향을 받는다는 의견이 있는데.

▲ 전혀 맞지 않는 지적이다. 유니버설 I/O의 경우 채널별로 분리(Isolation 또는 Segregation)가 되어있지 않지만, CHARM은 채널 별로 전기적 분리가 되어 있다. 유니버설 I/O의 경우, I/O 채널 하나의 불량으로 전체 시스템이 영향을 받을 수 있지만, 전자 마샬링의 CHARM의 경우는 각 I/O 채널간의 전기적 분리로 전체에 시스템에 영향을 주지 않는다. 따라서 우리 에머슨의 전자 마샬링은 하나의 HART I/O 때문에 I/O 전체가 영향을 받는 일이 없다. 특히 채널 별로 실질적 전기적 분리가 가능한 메이커는 우리 에머슨 외에는 없는 걸로 알고 있다.

- 마샬링을 없애는 데 대해 현장에서 거부감이 있을 수 있는데.

▲ 석유화학, 정밀화학 같은 업계는 보수적인 성향이 강해서 새로운 기술이 도입되는 것에 대해 거부감이 있는 것이 사실이다. 그러나 패널은 작업인력 및 관련 서류 작업을 아주 많이 필요로 하고, 이것은 유지보수와 돈으로 연결이 되기 때문에 이런 것들을 없애주는 기술은 고객을 포함해 모두에게 이득이 된다. 아직까지 현장에서 케이블 및 패널을 줄이는 기술에 대해 거부감을 가지고 있는 것은 사실이지만, 시장흐름이 이러한 방향으로 진행되는 것은 피할 수 없는 사실이다.
향후 업계를 지배하게 될 베이직 EPC나 라이센서, PMC 등이 계속적으로 사업주를 설득해가고 있고 연구소, 저널 등이 적극 소개를 하면서 점점 낙관적 전망이 많아지고 있다. 이러한 기술을 채택하면 인력을 줄일 수 있고, 다큐멘테이션 작업의 70~80% 이상이 없어지기 때문이다.

- 전자 마샬링은 소규모 프로젝트에 적합한 기술인가.

▲ 그렇지 않다. 소규모 플랜트의 경우, 케이블 양이 많지 않지만, I/O 포인트가 1만 점이 넘어가는 대형 플랜트의 경우, 케이블 양이 어마어마하기 때문에 케이블 양을 줄여주고 작업인력을 90% 가량 감소시켜주는 전자 마샬링 기술이 최적이다. 예를 들어 오일 & 가스 분야의 웰과 같이 I/O 포인트가 많고, 플랜트 반경이 1킬로미터를 넘어가는 넓은 지역의 경우, 케이블을 랙 룸으로 끌어온다는 것은 상당한 부담이기 때문에 CHARM이 적합한 해답을 줄 수 있다.

- 앞으로 전자 마샬링에 추가될 기술로는 어떤 것들이 있나.

▲ 우리 에머슨에서는 최근 IS Barrier가 내장된 IS CHARM을 출시한 데 이어, 전자 마샬링 기술을 DeltaV SIS에 접목시킨 SIS용 CHARM을 내년 경에 소개할 예정이다. 이 SIS용 CHARM은 CSLS 당 96 Safety 채널이 지원이 되며, Local Safety Network(LSN) 당 1536 Safety I/O가 지원된다. 모든 CSLS는 LSN 상의 어떠한 채널도 읽을 수 있으며, 온도 및 RTD, 3A, 릴레이, 120/240 VAC 등의 새로운 타입의 I/O가 제공된다.

또 IS CHARM은 전자 마샬링에서 기대되는 시스템 설계, 설치비용 유지보수 용이성에 관련된 상당한 절약을 가능하게 하며, Zone 1, Zone 0 또는 Class 1, Div l을 포함한 위험구역으로의 현장배선을 위한 본질 안전형 회로가 추가된다.
SIS용 CHARM, MHM용 CHARM이 우리 에머슨이 지향하는 CHARM의 방향으로, 이것들이 완성이 되면 에머슨의 CHARM 기술은 완성이 된다.

- 국내에서는 바이오 업체 2개 사에서 에머슨의 전자 마샬링을 채택해서 적용한 것으로 알고 있다. 글로벌 시장에서의 레퍼런스로는 어떤 것들이 있나.

▲ 우리 에머슨에서는 주요 프로젝트별로 슬라이드를 만드는데, 전자 마샬링과 관련해서 이미 4~50개 정도의 메이저 프로젝트가 슬라이드로 정리가 되어있다. Shell, BP, Exxon Mobil, Total 등 대형 에너지 업체가 전자 마샬링을 채택하고 있는 대표적인 고객이다. 국내에서는 지금 얘기한대로 S사 및 H사 등에 지난해 공급이 됐고, 현재 EPC를 통해 사우디아라비아의 모 케미컬 업체에의 공급을 진행 중에 있다.

- 어느 정도의 시간이 경과하면 전자 마샬링 기술이 보편화될 것으로 보나.

▲ 일부 PMC나 Basic EPC 등이 이미 이러한 기술로 디자인을 시작했다. Shell이나 Flour 같은 업체에 이미 적용이 되어 있고, 전자 마샬링 기술이 도입된 이러한 플랜트들이 3~4년 정도가 지나면 시장에서 검증이 될 것이다. 따라서 빠르면 2~3년, 늦어도 3~4년 안에 보급이 확산될 것으로 본다. 한국 에머슨의 국내고객 2개사도 얼리 어답터라고하기 보다는 보수적인 성향이 있는 대기업인데, 전자 마샬링 기술을 도입했다. 이 업체들로부터 검증이 끝나면 국내에서도 2~3년 안에 전자 마샬링 기술이 확산되기 시작할 것으로 예상하고 있다.

- 전자 마샬링 기술의 시장 확대 전략은 어떻게 가져가나.

▲ 사업주를 설득하는 것도 당연하지만, 베이직 및 디테일 EPC, PMC 등 기술을 선도하는 업체들을 이해시켜서 전자 마샬링 기술을 제안하고 공조해 나가는 방안을 모색해나갈 방침이다.

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