저압 모터 제어와 수배전반은 산업 설비의 핵심적인 부분이다. 화학, 정유, 제약, 제지 등을 막론하고 모든 공장설비에서 신뢰성 높은 모터 제어는 성공적인 설비 운영에서 빼놓을 수 없는 중요한 장치다. 모터는 MCC(Motor Control Center) 내 전기자재들의 점검이 완료되고, 구동축이 올바르게 접속됐을 때에만 동작한다. MCC 내 모터 구동기(Motor Starter)는 Push Button Station에서 모터를 구동 또는 정지시키며, 일반적인 Thermal Overload Protection에 의한 보호 기능을 제공한다. 이는 모터 제어와 보호 기능을 전통적인 방법에 기반을 두고 있다는 의미다. 약 20년 전부터 모터 구동기에 접목된 마이크로프로세서 기술은 중대한 발전이라 할 수 있다. 이는 모터보호와 모니터링 기능을 향상시켰고 디지털 제어의 출발점이 됐다. 십여 년 전에 등장한 Open Fieldbus Technology 개발에 발맞추어 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은고객들의큰호평을받고있다. 이번 호 '기술노트'에서는 ㈜ABB코리아가 2008년 11월에 개최한 'EPC 로드쇼'에서 선보인 '지능형 모터 제어 시스템(Intelligent Motor Control System)'을 소개한다.
▣ 실시간(Real Time) 운용 가능
이미 여러 산업 분야에서 인정을 받고 있는 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은 보다 폭넓은 정보와 데이터 처리 현황을 제공한다. Profibus와 Modbus 같은 통신 프로토콜은 연속적인 공정 제어를 가능하게 한다. 시스템의 높은 완성도와 짧은 응답 시간은 IMCS의 실시간 운용에 대한 신뢰도를 보장한다. 지능형 모터 제어는 공장 설비 운용과 관리의 필수적인 부분이 되고 있다. ABB는 제작 가격 절감과 높은 효용성 그리고 효율적인 유지 보수와 높은 안정성을 지속적으로 추구하고 있다. 이는 보다 짧은 견적을 위한 시간, 폭넓은 정보, 문제에 대한 정확한 진단과 손쉬운 해결방안을 목표로 하는 엔지니어링에 중대한 영향을 주고 있다. 설비 관리자는 향상된 Overall Plant Uptime과 운용 및 유지 보수를 정합하여 보다 높은 생산성 향상을 추구하고 있다. 이 목표를 이루기 위한 가장 핵심적인 열쇠는 정확한 시간에 정확한 정보를 해당 담당자에게 전달하는 것이다. 이 작업은 IMCS의 적절한 역할 없이는 불가능하다. 새로운 시스템 구조와 통신 환경은 상기 요구를 만족하기 위해 계속적으로 연구 · 채택되고 있다.
▣ 신뢰성(Reliability)
지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은 모든 모터 컨트롤러(Motor Controller)와 스타터 모듈(Starter Module)을 모니터링할 수 있다. 이로 인해 잘못된 타입의 모듈 사용 시 더 이상 모터 오작동을 야기하지 않는다. 정전 시에도 올바르게 동작하는 통신 시스템은 다양한 환경에서 모터의 정확한 구동을 위한 필수적 요소다. 모터의 안전한 운용은 모터 구동 기에서 DCS(Distributed Control System)로의 통신에 의한 끊임없는 모니터링을 통해서만 보장받을 수 있다. 원거리에서의 모터 제어는 시스템의 안전장치라 할 수 있다.
▣ 확장 가능한 시스템 및 안전성 (Scalable Approach and Safety Access)
좀 더 많은 양의시스템정보, Flexible Communication과 데이터 처리에 대한 요구는 여러 산업 분야에 걸쳐 다양하다. 고효율 설비 운용이라는 공통목표에도 불구하고, 고객들의 요구는 제각기 다른 것이 현실이다. 이 분야에서의 앞선 기술들은 고객의 요구에 발맞추기 위해, 확장 가능한 시스템을 추구해야만 한다. 단순성과 확장성은 이런 요구들을 위한 핵심 요소다.
지능형 모터 제어 시스템(IMCS) 설계 시 작업장 안정성은 무엇보다 중요한 사항이다. 시스템의 독립적인 제어 및 보호 기능뿐만 아니라, Power Cable Part와 Control Cable(Included in Electrical Components) Part의 독립적인 구성은 시스템 조작자로 하여금 작업 공간에서 좀 더 안전하고 편리한 작업을 가능하게 한다. 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)의 독립된 Power Cable Part는 작업자가 시스템의 전원 정지 없이도 안전한 유지 및 보수 작업을 할 수 있게 한다.
▣ 환경 설정의 다양성 (Configuration Variability)
지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은 고객이 원하는 설비 운용 방침을 만족하기 위해 다양한 시스템 환경 설정을 요구한다. 복합적인 모터 구동은 Central Communication Unit에 의해 가능하다. 이 방법은 다양한 통신 환경에서 서로 다른 시스템을 동시에 제어 가능하게 한다. 설비 확장에 필요한 모터 구동기는 언제든 자유롭게 추가할 수 있다. 이 모터 구동기는 완벽하게 표준화된 모듈이지만, 소프트웨어적 기능을 이용하여 자유로운 변화가 가능하다. 수많은 릴레이로 이루어진 복잡한 모터 제어방식은 과거의 유산일 뿐이다. 설비 유지 보수에 있어서 다양한 타입의 모터 구동기와 제어 방식 등은 더 이상 골칫거리가 아니다. 모터 구동기의 컨트롤 파트(Control Part)는 구동기 밖에 설치되어 있지만, Inbuilt Wiring Technology를 이용하여 서로 연결되어 있다. 설비 운용 시스템에서 고도로 집적화된 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은 고효율의 유지 보수를 가능하게 한다.
▣ 통신 능력 (Communication Capabilities)
하나로 표준화된 Fieldbus는 오늘날 존재하지 않기 때문에 통신 시스템에 대한 선택은 고객들의 요구와 제어 시스템의 선택 사이에서 다양해진다. 그러나 이에 대한 선호도는 이더넷(Ethernet)에 기반을 둔 Modbus TCP, Profinet과 더불어 Modbus, Profibus로 좁혀졌다. 게다가 Fieldbus를 이용한 통신 시스템에서 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은 보다 많은 양의 통신정보를 제공한다. 필요한 곳으로 통신 정보를 전송하기 위해서는 Fieldbus Capability 한계점과 DCS의 막대한 설계 시간 투자를 극복해야만 한다. 보다 진화된 형태의 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)은 Central Communication Unit 또는 Data Concentrator를 통한 Multiple 데이터 전송으로 이 같은 문제점을 해결할 수 있다.
▣ 작업의 최소화 (Minimizes Effort)
이더넷 기반의 통신 시스템에서는 보다 진보된 시스템 정보 이용이 가능하다. 오늘날 정보 전달의 주안점은 정확한 시간에 해당 설비 조작자에게 올바른 데이터를 전달할 수 있게 해야 한다는 것이다.
[그림 3] MNS iS 외형도
OPC는 필수적이지는 않지만 성공적인 설비 유지보수에 매우 중요한 부가적인 정보를 다루는 표준화된 방법이다. OPC를 이용하여 고객들은 조작실과 유지 보수 시스템 그리고 다른 설비들을 연결할 수 있다. 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)이 제공하는 OPC 서버를 이용하여 DCS와 IMCS의 추가적인 환경 설정이나 엔지니어링의 노력 없이 시스템 조작자에게 필수적인 정보를 제공할 수 있다. 시스템 알람 신호와 이벤트 처리는 자동으로 이루어지기 때문에 조작실에서는 관련된 알람 신호와 시간별 발생 이벤트를 모터 컨트롤러로부터 전송받을 수 있으며, 유지 보수와 관련된 정보들은 OPC를 통해서 관리 시스템으로 직접 보낼 수 있다. 이러한 방법으로 적재적소에서 원하는 시스템 정보들을 얻을 수 있는 것이다.
▣ 시스템의 최소화 (Compact Solution)
㈜ABB코리아는 저압 시스템(Low Voltage System : MNS)의 한 부분인 MNS iS(iS Stands for Integrated Solution)를 이용한 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)을 제공하고 있다.
[그림 5] Contapter에 연결된 MStart와 MControl
MNS iS는 Integrating LV Distribution and Motor Control Center 기술을 기반으로 한 콤팩트한 지능형 모터 제어 시스템(IMCS)이다. 각각의 모터 구동기와 피더(Feeder)들은 인 · 출입이 가능한 유닛, 제어 유닛으로 구성돼 있다. 모든 제어 유닛(Mcontrol)은 각각의 분리된 Compartment에 위치한다. 이는 Power Part와 Starter, Feeder Module Part(MStart and MFeeder)로부터 완벽하게 분리돼 있기 때문에 독립적이고 안전한 조작을 가능케 한다.
▣ 데이터 분석 (Data Analysis)
Electrical Starter와 Feeder Module은 수많은 종류의 Component 사용을 최소화하기 위해 표준화되고 있다. Advanced된 데이터들은 최상의 설비운영을 목표로 시스템 정보 제공을 위해 수집 · 분석된다. 시스템의 유지 보수에 필요한 데이터는 전기적, 기계적 부분을 포함한 정보를 담고 있어야 한다. Local과 웹서버를 이용한 시스템 제어와 모니터링은 전체 시스템을 효율적으로 운용할 수 있도록 한다. MNS iS(The Integrated Intelligent Switchgear Solution from ABB)의 Control Module과 DCS, SCADA 같은 통신 시스템 간 데이터 전송은 Profibus와 Modbus 또는 Modbus TCP(Ethernet Protocol) 같은 표준화된 프로토콜을 통해 이루어진다. 여기서 이더넷에 기반을 둔 실시간 통신은 제어유닛과 통신 시스템 사이에 발생하는 오류를 최소화하여 데이터를 전송한다. DCS나 SCADA, 어떤 통신 시스템을 막론하고 MNS iS는 통합된 OPC서버를 제공하는데, 이는 언제나 한결같은 설비 시스템 운용을 가능하게 한다. COTS(Commercial Off The Shelf)에 기반을 둔 표준화된 Component 들은 손쉽게 시스템을 유지 보수하거나 업그레이드 할 수 있다.
이더넷(Ethernet) 이더넷은 가장 광범위하게 설치된 근거리 통신망 기술을 말하며 LAN의 표준 방식이다. 이더넷은 제록스사가 개발하고 제록스 · DEC · 인텔 등에 의해 발전됐다. 하나의 네트워크 선로로는 한 번에 하나의 컴퓨터 데이터만 처리할 수 있기 때문에 전송로 액세스 방식(CSMA/CD)이라고 한다. 즉, 네트워크 선로에 데이터가 있는지 없는지 먼저 검사한 다음 데이터가 있으면 대기하고 있다가 데이터가 비어 있으면 전송을 시작한다. 데이터가 동시에 내보내져 데이터 충돌이 발생하면 현재 보내던 전송 정보를 모두 취소하고 일정한 시간이 지난 후 재전송을 하게 된다. 이와 같이 이더넷은 데이터 전송의 안정성과 고속의 전송 속도를 지니고 있기 때문에 LAN의 표준으로 자리 잡게 됐다. 랜카드를 이더넷 어댑터라고 부르는데, 이는 현재 쓰이는 거의 모든 LAN이 이더넷이기 때문이다. 이더넷은 표준 10Mbps의 속도를 지원하고 있으며, 현재는 10배의 속도를 지원하는 100Mbps의 패스트 이더넷과 100배 이상의 속도를 가지는 기가바이트 이더넷도 상용화되고 있다.
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