제어 시스템 업그레이드를 위한 전략적 설계 및 계획

플랜트나 시설의 제어 시스템을 교체하거나 개조하기로 결정했다면, 이제 프로세스의 중요한 단계인 설계와 계획을 시작할 때입니다. 이 단계는 부실하게 설계되거나 계획된 제어 시스템은 오래 지속되거나 잘 작동하지 않으므로, 꼼꼼하고 체계적으로 완료해야 합니다. 설계와 계획을 시작하기 전에 적합한 제어 시스템을 선택하는 것도 중요합니다. 이에 대해서는 이전 기사에서 자세히 다뤘습니다.

제어 시스템 설계 및 계획 방법

예산과 새로운 제어 시스템 선택이 완료되면, 계획을 수립하고 시스템 설계를 시작합니다.

교체용 제어 시스템 설계는 완전히 새로운 설계를 하는 것보다 더 어려울 수 있습니다. 기존 제어 시스템의 교체 설계를 할 때는, 완전히 새로운 설치라면 하지 않아도 될 결정을 내려야 할 수 있습니다. 기존 플랜트가 개조 중에 가동되어야 할 수도 있고, 교체가 정전 중에 신속하게 이루어져야 할 수도 있습니다. 또한 예상대로 진행되지 않을 경우에 대비해 대체 설계를 준비하거나 설계에 유연성을 둬야 할 수도 있습니다.

교체 계획의 첫 번째 핵심 목표는 기존 설치 현황을 문서화하는 것입니다. 여기에는 기존 도면, 문서, 데이터베이스, 제어 시스템 로직, HMI 화면 구성 등을 수집하는 작업이 포함될 수 있습니다. 기존 문서는 종종 부정확하거나 완전히 틀린 경우도 많습니다.

기존 문서를 검토하고 핵심 부분을 실제 설치와 대조해 검증하는 것이 좋습니다. 기존 문서가 없다면 기존 시스템 상태를 직접 문서화해야 합니다. 메모, 스케치, 사진, 비디오, 플랜트 직원 인터뷰 등 다양한 수단을 활용하세요. 기존 문서가 정확해 보여도 사진이나 비디오는 기존 설치 현황을 최대한 포착하는 쉬운 방법입니다. 또한 설계 작업을 현장에서 벗어나서 할 때 사진과 비디오는 현장에 가지 않고도 설치 현황을 쉽게 참조할 수 있게 해줍니다.

그림 1. 이 사진들은 사진 콘테스트 입상작은 아니지만, 제어 시스템 개조 시 귀중한 참고자료가 될 수 있습니다.

사진이나 비디오로 문서화할 때는 사진과 비디오가 선명하고 완전한지 확인하세요. 기존 제어 시스템의 모든 영역을 빠짐없이 촬영하세요. 촬영 직후 사진을 정리하면 며칠, 몇 주, 심지어 몇 달 뒤 새로운 시스템 설계를 할 때도 이해하기 쉽습니다. 비디오는 사진을 보완합니다. 제어 캐비닛이나 전체 구역을 천천히 스윕하며 촬영하고, 나중에 사진으로 놓친 부분을 비디오를 일시정지하며 확인할 수 있습니다.

기존 시스템의 전자적 구성 정보를 확보하는 것도 물리적 문서화만큼 중요합니다. 기존 구성을 원래 하드웨어에서 전자적으로 유지하면서 새 하드웨어에 구현할 수 있다면, 새 구성을 복제하고 테스트하는 편리한 방법이 됩니다. 필요할 때마다 원래 구성을 참조해 새 구성을 완료할 수 있습니다.

전자 사본 외에도 완전한 구성과 로직의 하드 카피도 참고용으로 만들어야 합니다. 이 문서는 새로운 제어 시스템이 통합된 후 수개월, 수년이 지나 의심스러운 설정, 범위, 로직을 검증할 때 사용될 수 있습니다.

기존 제어 시스템에 신규 장비 구현

개조나 교체를 다루는 방법은 다양합니다. 가동을 유지해야 하거나 가용 다운타임이 매우 적은 경우 단계적 접근법을 사용할 수 있습니다. 또는 '완전 교체(rip and replace)' 방식을 선택해 기존 시스템을 완전히 제거하고 새 시스템으로 교체할 수도 있습니다. 각 방식 내에도 추가 옵션이 있을 수 있습니다. 기존 필드 종단을 재사용하거나 제조사의 필드 종단 변환 시스템을 활용할 수 있습니다.

일부 단계적 접근법은 기존 I/O 하드웨어와 필드 종단을 함께 사용할 수도 있습니다. 이는 여러 이유로 유리할 수 있지만, 노후 하드웨어 교체가 우려사항이라면 이를 해결하지는 못합니다.

그림 2. I/O 배선 변환 시스템. Allen-Bradley 제공 이미지

제어 시스템 개조 시 로직 고려사항

기존 로직을 변환할 때 이 과정의 이 부분을 수행하는 여러 방법이 있습니다. 많은 제어 시스템은 변환 과정을 가속화하는 자동 변환 도구를 제공합니다. 하지만 이들 도구에 주의해야 합니다. 작업을 빠르게 완료하지만, 수동 프로그래밍 방식대로 하지 않을 수 있습니다. 또한 완전하지 않은 경우도 많습니다. 이들 도구의 기능을 '세부 사항을 꼼꼼히 읽어' 확인해야 합니다.

자동 변환 도구가 새 제어 시스템의 더 새롭고 고급 기능을 활용하지 못하게 방해하기도 합니다. 포맷팅도 자동 변환 도구가 부족한 영역일 수 있습니다. 자동 변환 도구는 정해진 방식으로 로직을 변환하도록 프로그래밍되어 있는데, 이것이 가장 유리한 방식이 아닐 수 있고, 포맷이 취향이나 플랜트 지침에 맞지 않을 수 있습니다.

현재 프로그램을 참고로 수동 프로그래밍을 하면 자동 변환보다 느리지만, 모든 대안을 비교했을 때 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 수동 프로그래밍으로 새 제어 시스템의 새롭고 고급 기능을 활용하면서, 과거에 완전히 작동했기를 바라는 신뢰할 수 있는 로직을 사용할 수 있습니다. 프로그램 포맷팅을 더 잘 제어할 수 있고, 오류, 불일치, 비효율적 로직을 검토할 수 있습니다. 기존 로직은 수년간 진화하며 여러 사람의 손을 거쳤을 수 있고, 일관된 프로그래밍 관행을 따르지 않고 로직이 추가되었을 수 있습니다. 수동 프로그래밍은 이런 것들을 정리할 완벽한 기회를 제공합니다.

기존 로직을 사용할 수 없거나 엉망이라 과거에 오류를 일으키고 사용자에게 골칫거리만 안겨주었다면, 위 두 방법 모두 새 제어 시스템 로직에 적합하지 않습니다. 때로는 처음부터 새로 시작하는 것이 새 제어 시스템에서 최상의 결과를 얻는 데 도움이 될 수 있습니다. 신중한 계획과 기존 문서 검토는 완전히 새로운 설치 설계보다 시스템 전체 재프로그래밍을 조금 더 빠르게 시작하는 데 도움이 됩니다.

그림 3. Allen-Bradley 제어 시스템 장비. Allen-Bradley 제공 이미지

요약하면, 성공적인 제어 시스템 개조 또는 교체를 위한 주요 권장사항은 다음과 같습니다:

• 문서화: 위에서 언급한 설계 및 계획 단계에서 기존 설치를 철저히 문서화하세요. 새로운 설치에 대해서도 매우 명확하고 상세한 도면과 문서를 제공하세요.
• 사전 조립: 기존 시스템이 여전히 가동 중일 때 새 시스템의 최대한 많은 부분을 미리 조립하세요.
• 시뮬레이션: 가능하다면 기존 시스템을 내리기 전에 새 시스템을 오프라인으로 시뮬레이션하거나 테스트하세요. 기존 시스템과 새 시스템을 나란히 운용할 수 있다면, 기존 시스템을 참조하며 새 시스템 구현을 사전 점검해 많은 오류를 제거할 수 있습니다.
• 유연성: 예측 가능한 문제에 대한 대체 솔루션을 준비해 두세요. 예상치 못한 문제에 대해서도 즉석에서 대체 솔루션을 제공할 준비가 되어 있어야 합니다.
• 교육: 특히 같은 유형의 개조를 완료한 다른 시설을 방문하거나, 기사를 읽거나, 담당자들과 대화하며 피드백을 얻으세요.
• 조사: 제안된 변환 및 통합 솔루션을 철저히 조사하세요. 제조사가 광고하는 결과가 항상 그대로인 것은 아닙니다. 제조사의 변환 시스템을 사용하는 것과 하드웨어나 종단을 완전히 교체하는 것 사이에는 보통 트레이드오프가 있습니다.
• 긴밀한 관리: 도면과 문서만으로 설치자에게 설계를 전달하려 하지 마세요. 자주 현장을 방문하고, 설치자와 향후 작업 범위를 검토하며, 모든 것이 명확한지 확인하세요.