무선 IoT 센서로 밸브 모니터링 비용 90% 절감…산업 현장 디지털화 가속

화학 공정, 펄프·제지, 상하수도 처리 등 산업 분야의 공장과 플랜트들은 원격 밸브 모니터링의 이점을 이미 체감하고 있습니다.

그러나 기존 레트로핏 모니터링 솔루션은 수천 개의 서로 다른 유형 수동 밸브를 보유한 공장에 적용하기엔 비용이 많이 들고 배포가 느립니다.

산업용 무선 센서와 IIoT(산업용 사물인터넷) 기술을 사용하면 레트로핏 투자비를 90% 절감할 수 있다는 사실이 현장에서 입증되었습니다.

이 글에서 산업용 IoT 전문가이자 할티안(Haltian) 스마트 팩토리 사업부 디렉터인 페르티 쿠얄라(Pertti Kujala)가 레트로핏 밸브 모니터링과 공장의 대폭적인 비용 절감 방안을 설명합니다.

원격 밸브 모니터링이란?

화학 공정, 펄프·제지, 상하수도 처리 등 산업 분야의 공장과 플랜트는 무엇보다 거대한 공정 배관망과 수천 개의 수동 밸브로 제어되는 것으로 알려져 있습니다.

최근까지 이 시스템들은 다양한 유형의 수동 밸브로 수년간 성공적으로 효과적으로 운영돼 왔습니다.

인더스트리 4.0 전환이 전 세계 공장을 휩쓸면서 이러한 수동 밸브의 원격 모니터링이 공정 산업에서 더욱 중요해지고 있습니다.

미래 경쟁력을 유지하기 위해 산업 기업은 생산 효율성 증대, 공정 최적화, 불필요한 가동 중단 예방, 안전성 개선이 필요합니다.

SCADA와 현장 계기의 통합, 스마트폰·태블릿 등 모바일 솔루션과의 연계로 산업 자동화와 공정 제어가 급속히 발전하고 있습니다.

공장과 플랜트의 이점

원격 밸브 모니터링은 여러 구성 요소로 이뤄집니다. 수동 밸브에 장착된 레트로핏 센서 장치로 밸브 위치를 감지합니다.

위치 센서는 각도 위치 센서와 선형 위치 센서로 나뉩니다.

센서 장치는 위치 데이터를 디지털 형식으로 공장의 중앙 제어 시스템에 보고합니다.

이상적인 원격 모니터링 솔루션으로는 공정 배관망을 따라 수천 개의 서로 다른 지점에서 모든 밸브 위치를 공장 중앙 제어 시스템에서 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

공정 제어 밸브의 원격 모니터링은 공장에 수많은 방식으로 다중 이점을 제공합니다:

• 대규모 비용 절감
• 정비 중단 후 공정 복구 속도 향상
• 플랜트 안전성 증대
• 오류 및 품질 편차 발생 감소
• 귀중한 분석 제공, 예기치 않은 다운타임 예방 지원

인더스트리 4.0 전환 속에서 원격 밸브 모니터링의 이점이 원격 모니터링 및 제어 시장을 연평균 4.5% 성장세로 이끌었으며, 2023년까지 전 세계 270억 달러 규모에 달할 전망입니다.

기존 레트로핏 솔루션의 과제

많은 공장과 플랜트가 급속한 시장 성장과 상당한 경제적 이점에도 불구하고 원격 밸브 모니터링 확장에 투자를 망설입니다.

수천 개의 서로 다른 유형 밸브(일부는 매우 오래됐고, 종종 다른 벤더 제조)에 모니터링 시스템을 레트로핏하는 것은 비용이 많이 들고 시간도 많이 걸립니다.

저자가 기존 밸브에 원격 모니터링을 레트로핏하는 주요 과제를 정리했습니다.

• 시중 밸브 위치 센서가 특정 밸브 유형 하나만 맞는 경우가 많고, 밸브 제조사별로 고유한 위치 센서 장치를 사용해 하드웨어 투자비 증가와 다수 벤더 제품 조달의 시간 소요 발생
• 기존 필드 센서 장치가 파운데이션 필드버스, 프로피버스, 디바이스넷, AS-인터페이스, HART 프로토콜 등 여러 산업용 통신 프로토콜을 사용해 공장 SCADA나 SAS 시스템과 통신 → 여러 벤더 센서 포함 시 고가의 소프트웨어 인터페이스 커스터마이징 필요
• 대부분 현재 산업용 밸브 위치 센서와 검출 제품이 전력과 데이터용 물리적 케이블링 필요 → 수천 개 밸브 시 케이블링이 막대한 비용, 배포 기간 수개월에서 수년 연장
• 기존 위치 센서 제품이 중요 운영 필드 하드웨어와 같은 극한 산업 표준으로 제작 → 많은 산업 애플리케이션에서 과도한 엔지니어링으로 판단됨. 센서는 일반적으로 1차 운영 하드웨어(밸브 등) 위에 장착돼 가장 가혹한 조건에 직접 노출되지 않음. 이 극한 제품 설계 관행이 기존 위치 센서 제품 가격을 올렸으나, 고품질 엔터프라이즈급 저가 제품도 대부분 용도에 적합

이러한 과제들이 전 세계 공장에서 레트로핏 원격 밸브 모니터링 솔루션 배포를 지연시킵니다. 그렇다면 어떻게 투자를 줄이고 레트로핏을 쉽게 만들 수 있을까요?

게임 체인저 솔루션은 사물인터넷(IoT) 기술 분야에서 나올 수 있습니다. IoT 센서 장치와 무선 기술 발전이 최근 수년간 비약적으로 도약했습니다.

원격 밸브 모니터링의 게임 체인저 기술

제품 개발 전문업체이자 산업용 IoT 제공업체인 할티안(Haltian)이 글로벌 공정 산업 기업과 함께 원격 밸브 모니터링용 스마트 산업용 무선 각도 센서를 개발했습니다.

최신 산업용 무선 기술과 초내구성 소재를 결합한 이 솔루션으로 공장들은 기존 대안 대비 레트로핏 비용을 최대 90% 절감할 수 있습니다.

각도 센서의 기능

• 케이블링 불필요. 볼 밸브, 버터플라이 밸브 등 여러 유형 수동 회전 밸브에 부착 가능
• 마운팅 어댑터 키트 제공으로 설치 빠르고 간편. 클램프로 센서 장치를 파이프에 고정, 회전 위치 검출 디스크를 밸브 레버에 간단 클립으로 부착
• 내부 자기·기계 센서로 밸브 위치 1도 정확도 감지. 무선 연결로 공장·플랜트 중앙 제어 시스템에 위치 변화 보고
• 전원 투입 후 와이어패스 메쉬(Wirepas Mesh) 기술로 다른 센서 장치와 자동 연결
• 와이어패스 메쉬 무선 프로토콜이 필요 시 무선 전송 전력과 주파수 대역 자동 최적화
• 베이스 스테이션이나 무선 네트워크 인프라 불필요. 각도 센서 장치가 다른 센서 장치의 액세스 포인트 역할을 하며 완전 메시 네트워크 형성, 데이터 패킷을 홉바이홉으로 목적지까지 전송
• 전력 절약형으로 배터리만으로 수년간 구동 가능

공장에 주는 평생 혜택

• 밸브 설치 빠르고 간편(케이블링 불필요, 완전 사전 구성품으로 제공). 수천 개 밸브 시 배포·운영 비용 절감
• 모든 제조사의 볼·버터플라이 밸브 등 여러 유형 회전 밸브와 호환 → 하드웨어 비용 절감, 조달 용이
• 산업용 통신 프로토콜용 고가 소프트웨어 커스터마이징 불필요. 심플 API로 중앙 제어 시스템에 바로 통합
• 밸브 위치 데이터 변화를 제어 시스템에 보고 → 공정 최적 성능 수준으로 더 빠르게 조정 가능
• 모든 밸브 위치 최신 정보로 사고 예방, 작업장 안전성 증대
• 유해 물질 시스템 외부 누출 방지로 환경 피해 예방
• 수동 밸브는 보통 운영 직원이 암묵적 지식으로 조정. 밸브 모니터링으로 이 암묵적 지식 디지털화·저장 가능
• 전 밸브 엔드투엔드 데이터 수집으로 공정 측정·최적화 가능

게임 체인저

원격 밸브 모니터링은 공장과 플랜트에 상당한 이점을 제공합니다. 이는 비용 절감, 안전성 향상, 지속적인 공정 최적화로 이어집니다.

그러나 공정 제어 밸브의 디지털화는 높은 레트로핏 투자로 너무 오랫동안 지연돼 왔습니다.

새로운 산업용 각도 센서와 무선 산업용 IoT 기술이 최대 90% 낮은 투자로 쉽고 견고한 대안을 제시하며 원격 밸브 모니터링의 판도를 바꿀 수 있습니다.