리마시 수처리 공장, PlantPAx DCS로 운영향상

우수든 하수든, 하수관을 떠난 물은 복잡한 지하관 망으로 흘러 들어갑니다. 수처리 시설에서 처리 공정을 거친 물은 강이나 호수로 흘러 들어가며 그 여정을 마무리합니다.

효율적인 수처리 시설은 주변의 강이나 호수가 하수에 존재하는 화학물질 또는 질병을 일으킬 수 있는 균에 오염되지 않고 깨끗하고 안전한 상태로 유지되도록 하는데 중요한 역할을 합니다.

오하이오에 있는 도시 리마(Lima)는 오타와(Ottawa) 강으로 하수를 처리해 보냅니다. 1930년에 구축된 리마의 수처리 공장은 리마시와 주변 지역에 거주하는 4만여 명의 시민들에게 물을 공급합니다. 이 공장이 진화를 거듭하는 과정에서, 수중 입자 제거, 슬러지 처리 공정 등 그 니즈도 함께 진화해 왔습니다.

월류(Overflows)와 초과근무(Overtime)

2014년, 미국 환경보호청(EPA)은 월류(Overflows)의 수계 방류 지침을 변경했습니다.

이러한 변경으로 인해, 비가 얼마나 오느냐에 따라 한 달에 수차례씩 강으로 월류를 방류하던 작업을 연간 5회로 제한해야 했습니다. 할당량을 초과해 방류하면 높은 벌금을 물어야 했습니다. 연간 5회로 정해진 방류 한도에 맞추기 위해서는 공장의 수처리 용량을 일간 약 5천3백만 갤런에서 7천만 갤런으로 늘릴 필요가 있었습니다. 용량 증가가 필요했기 때문에, 리마시는 공장도 대대적인 업그레이드가 필요하다고 결론을 내렸습니다.

리마의 수처리 공장은 오래된 구형 제어 시스템으로 가동되고 있었습니다. 리마시 수처리 공장의 공정 제어 담당자 맷 피들러(Matt Fiedler)는 “90년대 초에 설치되어 거의 30년된 시스템을 사용하고 있었다”며 “더 나은 데이터 통찰과 보고 기능을 갖추어, 처리 용량을 향상시키고, 간단하게 유지보수를 하며, EPA 요건을 충족하는데 도움을 줄 수 있는 시스템으로 전체적인 업그레이드가 필요했다”고 설명했습니다.

또 다른 문제는 노후화된 시스템이 맞춤화된 것이라는 점이었습니다. 시스템에 대해 잘 알던 담당 직원이 은퇴하면서 시스템에 대한 지식도 사라진 것입니다. 표준화가 되지 않아 새로운 직원을 교육하는데 어려움이 있었고, 내부적인 전문지식도 부족하여 유지보수 요청과 비용이 많이 드는 다운타임이 자주 발생했습니다.

원격 액세스 기능이 없기 때문에, 모든 문제 진단과 유지보수는 현장에서 직접 수행되어야 했습니다. 이 때문에, 피들러와 직원들은 많은 야간 작업을 해야 했고, 5분이 소요되는 조정을 하기 위해 한 시간을 들여 현장으로 와야 했습니다. 또한 원격 유지보수 기능이 없어서 합류식 하수관로 월류(CSO : combined sewer overflows) 공정도 복잡했습니다. 예를 들어, 강에 월류가 발생하면, 다른 공장 직원이 현장으로 달려가 이를 모니터링하고 샘플을 수집해야 했습니다. 이외에도, 지하 게이트 구조물과 수송정에 대한 액세스 제어가 이루어지지 않아 추가적인 문제도 야기되었습니다. 또한 작업자가 공장으로의 유량을 제어할 수 없어서 우천시 월류가 발생했습니다.

수문 개방

처리 공정과 공장 전반에서의 데이터 공유를 간소화하기 위해, 리마시는 로크웰 오토메이션PartnerNetwork의 SI(Solution Partners)인 커머스 컨트롤즈(Commerce Controls, Inc.)와 협력하여 로크웰 오토메이션 솔루션 PlantPAx 분산제어시스템(DCS)으로 마이그레이션 했습니다.

현대적인 DCS는 공장 전반에 걸친 단일 솔루션을 제공하여 모든 공정의 생산성과 운영을 향상시켜 줍니다. EtherNet/IP를 활용하는 PlantPAx 시스템은 개방형 통신 표준에 기반하여 공장 전반에서 제어와 정보 흐름을 간소화해줍니다. 또한 데이터 수집과 네트워크 모니터링을 향상시키기 위해 Stratix 5400 and 5700 산업용 매니지드 스위치가 네트워크 업그레이드에 포함되었습니다. 스위치는 여러 빌딩의 패널 온도를 모니터링하여 네트워크의 상태를 신속하게 파악할 수 있도록 해줍니다.

새로운 DCS는 직관적인 인터페이스와 표준화된 설계, 사전 정의된 코드 및 페이스플레이트를 사용하여, 전체 공장과 다양한 공정에서 동일한 모습과 느낌을 제공합니다. 기존 시스템처럼 개별화된 코딩이 필요하지 않아 보다 신속하게 프로그래밍하고 추후에 더 쉽게 확장을 할 수 있습니다. 또한 새로운 직원을 쉽게 교육할 수 있습니다. 

통합된 이력 및 생산 인텔리전스 소프트웨어는 작업자들에게 시스템 성능 데이터에 대한 통찰을 제공합니다. 히스토리언은 모든 장비와 계기에서 다년간의 가치 있는 공정 데이터를 수집해 저장해줍니다. 시스템은 이제 자동화된 보고는 물론, 월류 횟수, 펌프 지표, 용존 산소량 등 이력 및 실시간 공정 추세에 대한 직접적인 시각화를 제공합니다. 피들러는 “과거에는 이력 데이터를 수집하는 것이 너무 어려웠고, 데이터를 수집 했더라도 관리팀이 사용할 수 있으려면 포맷을 전부 새로 수정해야 했다”고 말했습니다.

새로운 DCS는 또한 시스템의 문제 진단과 유지보수를 위한 원격 액세스 기능을 제공합니다. 피들러는 “커머스 컨트롤즈가 이제 원격으로 시스템에 액세스하여 외부에서 문제를 해결해주기 때문에, 출장 시간도 줄었고 시스템 다운타임도 감소했다”고 말했습니다.

이외에도, 리마시는 가동시간과 처리 작업을 지원하기 위해 Stratus 서버를 구현했습니다. 이 서버는 새로운 차원의 이중화를 제공하여 예정에 없던 이벤트가 발생해도 시설이 아무런 문제없이 지속적으로 가동될 수 있도록 해줍니다.

원활한 흐름

PlantPAx DCS는 리마시에 많은 긍정적인 변화를 가져다 주었습니다. 제어 시스템은 공장 전반에서 일관성을 확보했고, 교육이 쉬워졌으며, 원격 기능을 통해 유지보수가 간소화되어 전체 공장 성과를 향상시키는 동시에 EPA 지침을 준수할 수 있게 되었습니다.

표준화된 솔루션은 시설의 시스템들 전반에서 코딩을 간소화해주었습니다. 피들러는 “PlantPAx DCS는 공정의 비일관성 문제를 해결하고 제어를 간소화하여 작업자들이 보다 잘 이해할 수 있도록 해주었고 공장 전반에서 일관성 있는 모습과 느낌을 제공하며 교육을 간단하게 만들어 주었다”고 설명했습니다.

또한 시스템 업그레이드 후 다운타임이 대폭 감소되었습니다. 리마시는 약 50시간의 연장 근로를 감소시켰고, 운영을 시작한 후 첫 석 달 동안에만 평균 $2,000의 비용을 절감했습니다. 피들러는 “원격 액세스 기능을 통해 문제 해결이 훨씬 수월해졌다. 이제 PLC나 무선 기기가 고장이 나서 퇴근 후에 다시 공장으로 달려가야 하는 경우가 사라졌다”고 말했습니다.

생산 인텔리전스 소프트웨어는 성과 관리와 공정 최적화를 향상시켜 주었습니다. 이 소프트웨어는 리마시에 펌프 지표를 제공하여 공장 작업자가 유량을 산출할 수 있는 템플릿을 생성할 수 있도록 해주었습니다. 또한 히스토리언 소프트웨어는 실시간 이력 추적을 제공해주었습니다. 이전에 공장은 하루에 한 번만 추세 분석이 가능했었습니다.

피들러는 “PlantPAx DCS는 목표 이상을 충족할 수 있도록 해주었다”며 “일일 수처리 용량을 5천3백만 갤런에서 7천만 갤런으로 증가하고 강 방류를 극소화하였을 뿐만 아니라 중요한 데이터 가시성과 미래를 위한 손쉬운 확장성을 확보했다. 이는 도시 전체에서 제어를 위한 새로운 표준을 정립해주었다. 앞으로 진행될 새로운 수처리 프로젝트가 기대된다”고 덧붙였습니다.

위에서 언급한 결과는 리마시가 로크웰 오토메이션의 특정 제품과 서비스를 타 제품과 함께 사용하여 얻은 결과입니다. 다른 고객의 환경에서 얻어진 결과와는 다를 수 있습니다.