노후된 DCS를 교체하는 가스 연료형 열병합 발전소

배경
Veresen 지주 회사의 자회사인 Ripon Cogeneration은 전국 최대의 공공설비 업체 중 한 곳에 전력을 판매하여 북부 및 중부 캘리포니아 전역의 가정과 기업에 에너지를 공급할 수 있도록 합니다. 산 호아킨 밸리에 위치한 50메가와트급 발전소의 터빈에서 증기를 만들고, 인접한 프로세스 제조업체에서는 이 증기로 증류수를 생산합니다.

2012년에 창립 25주년을 맞은 이 발전소의 사장은 노후된 분산제어시스템(DCS)을 폐기하기로 결정했습니다.

"노후 시스템은 더 이상 성능을 유지할 수 없고 너무 비싸서 수리할 수도 없다"고 Ripon Cogeneration의 운영 및 유지보수 관리자인 Brett Weber는 말합니다. "또한 구형 시스템을 잘 알고 있는 사람도 드물고 공급업체의 지원도 제한적입니다. 따라서 우린 뭐라도 해야 했습니다."

과제
주요 문제점: 다양한 안전 장치가 DCS에 하드코딩되어 있었기 때문에 프로세스 변수(예: 온도)가 약간만 달라져도 시스템 전체를 오프라인으로 전환하고 발전소를 가동 중단해야 했습니다. 작업자와 기술자만 안전 장치를 조작할 수 있지만, 조작이 필요한 상황이 너무 자주 발생합니다.

가스 터빈과 가스 터빈을 지원하는 중요 서브시스템(냉각기, 역삼투압 및 증류수 시설 등)을 재시작하려면 약 1시간이 걸리고 그 때마다 발전소를 가동 중단해야 하므로 생산량이 줄어듭니다.

또한 여러 번 시작할 경우 발전소에서 배기가스 배출 제한을 초과할 위험이 있습니다. 자동차가 엔진 시동을 걸 때 많은 배기가스를 배출하는 것처럼 발전소도 시동 중에 더 많은 가연성 물질을 배출합니다. 캘리포니아에서는 발전소 배기가스 배출과 기타 잠재적으로 환경에 미치는 영향을 세부적으로 규제합니다. Ripon은 12개 규제 기관의 허가를 받아서 운영되고 있으며, 각 규제 기관이 발전소 주변에서 지하수 수질부터 암모니아 수준까지 모든 사항을 모니터링하고 있습니다.

수리 또는 전문가 유지보수를 위한 현지의 지원 부족으로 구식 DCS를 운영하려면 복잡합니다.

"시스템에 주요 문제가 발생할 때마다 지원을 기다려야 했고, 심할 경우 3주 동안 기다리는 경우도 있었다"고 Weber는 말합니다. 유지보수 및 수리 문제가 점점 더 자주 발생할수록 더 많은 비용과 시간이 들었습니다.

마지막으로 2012년에 Ripon은 발전소 서버가 가동을 멈추면서 프로세스 히스토리언을 완전히 상실했습니다. DCS 시스템 고장 외에도 Ripon은 모든 데이터를 잃었습니다. 서버와 히스토리언을 수리하는 데만 2만 달러가 들지만 데이터 복구는 보장되지도 않습니다.

또한 일일 생산 보고서를 수동으로 작성하고 있습니다. 발전소 작업자가 제어 시스템 계측기 데이터와 웹 페이지 데이터를 수동으로 기록하고 데이터를 생산 보고서에 삽입한 다음 보고서를 원격 사무소에 있는 부사장에게 전송합니다. 수동 보고서를 작성하는 데 매일 2시간이 걸립니다.

"우리 신임 COO가 발전소를 방문하여 작업 방식을 확인한 것이 결정적으로 작용했다"고 Weber는 말합니다. "그가 결정을 내리고 통합 정보 솔루션을 갖춘 새로운 제어 시스템 설치를 요청하는 발전소의 권고안을 승인하기까지 30분도 걸리지 않았습니다."

솔루션
이 새로운 시스템에는 프로세스 및 안전 제어를 통신 및 최신 I/O와 결합한, 확장 가능한 정보 기반의 복합 제어 플랫폼이 포함되어 있습니다. 이 시스템은 750개의 I/O 포인트를 갖추고 있으므로 최대 1,000개의 포인트에서 프로세스 데이터를 수집할 수 있습니다. 발전소의 구형 독점 네트워크를 EtherNet/IP™로 교체하여 새로운 시스템을 쉽게 설치하고 기존 발전소 서브시스템과 원활하게 통합할 수 있습니다.

에러가 발생하기 쉬운 수동 데이터 수집 프로세스를 제거하기 위해 PlantPAx™ 시스템에는 데이터 히스토리언 소프트웨어와 역할 기반 대시보드에 실시간 생산 정보를 제공하는 시각화, 분석 및 보고 포털이 포함되어 있습니다. PlantPAx 시스템에 포함되어 있는 감시 수준 시각화 기능은 작업자에게 생산 정보와 진단 내용에 대한 최적의 통찰력을 제공하며 Ripon에서 재설계하고 업그레이드한 작업자 제어실에 완벽하게 통합됩니다. PlantPAx 시스템에서 프로세스 시스템의 모든 이력 데이터를 활용하여 일일 생산 보고서를 자동화하므로 작업자는 매일 수동 보고서를 작성하는 대신 시스템 운영에 더욱 집중할 수 있습니다.

이전에는 Ripon에서 시스템 이상이 발생한 원인을 정확하게 파악할 수 없었습니다. 예를 들어, 발전소의 가스 터빈 시나리오가 있습니다. 가스 터빈에는 T2 - 터빈 흡기 온도라고 하는 특정 제어점이 있습니다. PlantPAx 시스템에서는 작업자가 T2 온도와 영향을 정확하게 파악할 수 있으므로 변화에 사전 대응할 수 있으므로 생산성이 향상됩니다.

결과
PlantPAx 시스템은 단 하나의 개방형 통신 프로토콜을 제공하고 Ripon에서 전체 공장 성능을 개선했습니다. 프로젝트 이점은 다음과 같습니다.

• 가동 중단을 획기적으로 감소 - 새 시스템에서는 번거로운 안전 장치가 거의 90% 제거되었습니다.
• 규정 준수 - 계획에 없던 가동 중단이 거의 없어서 발전소를 하루에 한 번만 시작하면 되므로 배기가스를 규정된 수준으로 유지됩니다. "PlantPAx 시스템을 구현하면 컨트롤을 자동화하고 작업자가 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있으므로 그 밖의 모든 규정 문제를 준수하는 데 간접적으로 도움이 된다"고 Weber는 말합니다.
• 시작 시간 단축 - 발전소를 재시동하는 데 한 시간이나 필요하지 않습니다. 새 시스템에서는 약 45분이면 됩니다.
• 제어 가능한 프로세스 변수 - 이제 담당 직원이 PlantPAx 대시보드를 통해 시스템 변수를 쉽게 모니터링하고, 다양한 작은 문제에도 불구하고 작동을 계속할지 아니면 필요에 따라 시스템을 가동 중지할지 여부를 결정할 수 있습니다.
• 단 하나의 개방형 네트워크 - Ripon은 발전소를 쉽게 확장하고 새로운 이더넷 기반 장비 및 장치를 활용할 수 있습니다. 또한 비독점 네트워크에서는 새로운 엔지니어가 시스템을 작동하고 문제를 해결하는 데 전문 지식이 필요하지 않으므로 고용 및 교육 프로세스가 간소화됩니다.
• 생산 인텔리전스 - 발전소 작업자는 실시간 시스템 데이터를 확인하고 활용하면서 문제가 발생하면 해결하고, 발전소를 최대 성능으로 운영하는 경우가 빈발하지 않도록 할 수 있습니다. 현지 공급업체 지원 - Maverick Technologies와 로크웰 오토메이션의 전문가들이 필요 시 신속하게 응답할 수 있습니다.

"미학적 관점에서 Ripon의 완벽한 통합 자동화 제어 시스템은 완전히 새로운 작업자 환경을 만들어 준다"고 Weber는 말합니다.

"운전석에 앉으면 Chevrolet 본체에 Ford 엔진과 Toyota 대시보드를 얹은 것이 아니라 하나의 완벽한 자동차를 운전하고 있다는 느낌"이라고 Weber는 말합니다. "이 프로젝트는 우리 공장의 모든 미래 프로젝트를 위한 표준을 정립했으며, Veresen 공장 설계의 모델입니다."