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작성일 : 16-01-20 09:05
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[2016년 신년특집] Ⅲ. 수처리 플랜트에 사물인터넷 기술 급부상 (2016년 1월 5일)
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최고관리자
 조회 : 9,246
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 http://www.waterjournal.co.kr/news/articleView.html?idxno=28731 [4060] |
[2016년 신년특집] Ⅲ. Global Issue Technology
수처리 플랜트에 사물인터넷 기술 급부상
(IoE 혹은 IoT)
현장 데이터를 효과적·경제적으로 얻을 수 있는 가장 효율적인 새로운 기술
수처리 관련 IoE·IoT·클라우드 기반 모니터링, 산업체에 미치는 효과 커
오늘날 ‘IoE(Internet of Everything)’, ‘IoT(Internet of Things)’, ‘클라우드(the cloud)’라는 용어를 적어도 한 번 이상 보지 않고는 신문이나 잡지 등 미디어를 읽을 수 없을 것이다. 이는 무엇을 의미하며 물 관련 사이클의 한 부분으로서 클라우드를 생각하는 우리들에게 어떠한 혜택을 줄 것인가. 또한 단순히 한순간의 유행어인가 아니면 수처리 플랜트 운영 개선을 위한 목적으로 이용될 수 있는 진정한 가치가 있는 것인가. 물 관련 분야에 종사하는 이들에게 이러한 용어의 개념이 업무에 도움이 될 수 있는 확고한 방법은 무엇인가. 이러한 질문에 대한 답으로 피닉스 컨택트(Phoenix Contact)사의 데이브 에이퍼트(Dave Eifert) 물산업 매니저가 검토한 내용을 번역했다.
[번역 = 김덕연 본지 편집위원]
물산업에서 핵심적인 업무 개요(Focusing on core objectives)
물 관련 산업에서 모든 업무를 원활히 수행하는 것은 그리 쉽지 않은 일이며 개별적 업무수행에서 직면하는 문제점으로 △다양한 기술력을 보유한 전문가의 은퇴로 인한 작업 능력 감소 △삭감된 운영자금 조달 △점차 증가하는 규제 규정 △가뭄현상 증가 △물부족 극복을 위한 새로운 대책 수립(재이용 등) 등이 있다.
보다 중요하고 복잡한 업무의 수행은 일부 소수의 인원으로 운영되며 복수작업의 원활한 수행을 위해 새로운 기술이나 서비스 모델을 찾는 것은 당연하게 인식된다. 새로운 기술이 개발되면 전문인력들은 보다 핵심적인 다른 업무에 몰두할 수 있으므로 사물인터넷(IoE 혹은 IoT) 기술이 부상하고 있다.
사물인터넷 기술은 인터넷 연결망을 기초로 하는 새로운 기술로 플랜트 현장의 모든 장치들을 스마트 기반으로 현장의 실시간 정보를 사용자에게 신속히 공급해주는 새로운 서비스모델 기술이다. 이 기술은 사용자 입장에서 언제 어디서나 플랜트의 모든 정보를 얻기 위해 보통 제3자 서비스 공급사에 의존해 통신용 인프라 구축 및 별도로 특화된 소프트웨어 구입에 필요한 거대한 투자비용을 피할 수 있는 방법이다. 이로써 플랜트 내 수처리 담당자는 처리된 물의 청정도를 지속적으로 유지하기 위한 고유 업무에만 집중할 수 있다.
운전인자 모니터링 사례 연구(Sample scenario)
물의 배송시스템 내의 잔류염소량은 일부 규정에 적합한 수준 이상으로 유지되어야 한다. 한편 배송시스템의 종착지점까지는 수처리 플랜트로부터 상당한 거리로 떨어져 있고 그 사이는 언덕·수풀단지 및 거대한 빌딩 등으로 막힌 상황이다. 이런 상황에서 안전하게 플랜트의 다양한 운전인자들을 측정하고 모니터링하는 방법으로 수동 모니터링, SCADA 시스템 사용 및 사물인터넷 적용의 3가지 해결책이 존재한다.
수동 모니터링(Manual approach)
플랜트 감독자는 하루에 한 번 멀리 떨어진 배송시스템의 단말기 담당자에게 잔류염소값을 수동으로 검사하도록 지시한다. 검사는 보통 5분이 소요되고 보고 등을 포함해 전체 1시간이 소요된다. 때문에 담당자는 매주 5시간 반 정도를 잔류염소 확인에 소요해야만 한다.
이러한 목적으로 테스트용 장비 등 재료비는 큰비용이 소요되지 않으나 차량 유류비 및 손망실비용은 지속적으로 투입되어야 하는 동시에 상당한 비용이 소요된다. 그러나 가장 큰 비용항목은 담당자가 가치 있는 핵심 업무를 하지 못하고 한주에 5시간 반 동안 다른 업무에 시간을 소모하는 인건비 항목이다.
SCADA 시스템 사용(Traditional SCADA approach)
플랜트의 감독자는 SCADA(supervisory control and data acquisition) 시스템을 플랜트 내에 설치하는 한편, 플랜트 제어실(control room)에서 근무하는 담당자는 잔류염소값이 자동으로 측정되어 보고되는 시스템을 모니터링 하게 된다. 측정된 값은 컨트롤러 장치에 입력신호로 보내지며 측정값이 기준에 미치지 못하면 자동으로 화학적 주입장치를 가동시켜 정상화하는 작업이 이루어진다. 따라서 SCADA 시스템의 사용으로 담당직원의 시간을 주당 약 5시간 반 가량 절약할 수 있다. 또한 잔류염소 측정을 위해 이동하는 데 소요되는 차량 유류비 등의 비용을 크게 절약할 수 있다.
그러나 원격터미널 장치(RTU, Remote Terminal Unit)의 설치에는 약 1만 달러가 소요되므로 높은 투자비용이 발생하며, RTU로부터 신호를 받고 이 신호를 컨트롤 룸으로 전송하는 기능의 무선국 장치가 설치되는 위치를 결정하기 위해서는 일종의 엔지니어링 작업이 필요할 수 있다.
이러한 무선장치가 신호전송을 원활히 하기 위해 설치된다면 전체 인프라 비용은 수만 달러로 증가된다. 처리장에서는 SCADA 소프트웨어를 장착한 서버 구입이 필요하며 소프트웨어 프로그램의 현장에 적합한 적용을 위한 시스템 통합장치(system integrator)가 필요할 수도 있다. 또한 서버와 소프트웨어에 대한 수리, 유지보수 및 업그레이드 등 지속적인 운전비용도 고려해야 한다.
사물인터넷 적용(An IoT approach)
이 기술은 전형적인 SCADA 방식의 기술과 마찬가지로 수작업에 의한 잔류염소를 측정하는 담당자의 관련업무시간을 절감하는 장점을 가진다. 그러나 이 기술은 약 1만 달러가 소요되는 전형적인 PLC 기반의 RTU장치, 수만 달러의 무선국장치 및 수천 달러 상당의 전용 서버, SCADA 소프트웨어를 필요로 하는 기술과는 전혀 다른 준비과정이 필요하다.
우선 최종사용자 대신에 시스템 통합장치를 설치한 사용자는 자체 클라우드 기반의 RTU장치를 구입(PLC 기초의 RTU 설치금액의 1/2 정도)한 후 설치해야 하며, 설치된 RTU를 동작시키기 위해 클라우드 기반의 원격모니터링을 전문으로 하는 서비스 업체와 사용계약을 해야 한다. 이 계약으로 최종사용자는 플랜트 운전상의 정보를 즉시 휴대폰, 태블릿 혹은 인터넷에 연결된 데스크탑 컴퓨터를 통하여 실시간으로 얻을 수 있다.
클라우드 기반의 원격모니터링 서비스 업체에 월마다 고정적으로 지불하는 비용은 RTU로부터 모든 정보를 휴대폰으로 전송 받는 휴대폰 비용 및 서비스 업체의 패스워드로 보안이 강화된 웹페이지에 접근할 수 있는 접속비용 등이 포함되나 비용은 매우 저렴한 편이다. 사물인터넷 기반의 시스템 체계로 알람신호·운전인자 현황·운전보고자료·실시간 관련 자료·과거부터의 통합 관련 자료 등 모든 정보를 얻을 수 있다. 이 기술의 작동 개요를 [그림 1]에 나타냈다.
사물인터넷 방식의 적용(IoT candidate approach)
이러한 사물인터넷 기술의 적용은 어떠한 적용 분야에 적합한가. 물산업계는 수 십 년 동안 SCADA 시스템 기술을 안정적으로 사용해 왔으며, 이러한 전형적인 시스템 구조 및 서비스 제공 모델은 물의 배송시스템 및 원격지에서의 성능을 모니터링 하는 가장 적절한 기술로 대다수의 경우에 적용되어 왔다.
그러나 사물인터넷 기술은 첫째, △소규모 시스템(Small Water System) △접근이 어려운 원격지점에서의 대규모 시스템(Difficult-to-reach, remote site of large water system) △이동식 혹은 간헐적 모니터링(Mobile or temporary monitoring) 등의 경우에 적용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 소규모 플랜트에서는 SCADA 시스템 설치와 관련된 기본적, 고정비 성격의 많은 비용 투자는 커다란 부담이 된다. 사물인터넷은 소프트웨어, 서버장치, 무선국장치 등에 대한 자본적 투자가 필요하지 않으며 클라우드 기반의 원격모니터링 체계로 투자비용을 절약할 수 있다.
둘째, 대규모 플랜트를 운영하는 대다수의 최종 소비자는 전형적인 SCADA 시스템을 사용하며 SCADA 기술이 제공하는 여러 혜택을 누리고 있다. 그러나 무선국 전송을 효과적으로 하기 위한 지정학적 단말기 등 기술상의 문제로 네트워크 회로에 직접 연결되는 데이터 회선은 1∼2회선으로 제한될 수 있다. 원격지점이 휴대폰과 데이터 통신접속이 되는 한 사물인터넷 시스템은 이러한 원격지점에서의 데이터를 사용자 개인용 컴퓨터 혹은 기존 현장의 SCADA시스템으로 사용하는 동일한 컴퓨터에 전송하기 위한 네트워크 구성이 가능하다.
셋째, 시스템을 디자인 할 때 필요한 정보의 습득 목적이나 규제상 요구사항의 충족 여부를 검토하기 위해 유량, 압력 또는 기타 중요한 정보에 대한 일시적인 모니터링이 필요한 경우가 있다. 사물인터넷 기술은 이러한 모니터링에 적합한 기술로 RTU에서의 모뎀 장치는 휴대폰과 접속되어 클라우드 기반의 서버에 데이터를 전송하므로 최종사용자는 어디서든 자료를 볼 수 있다.
결어(Conclusion)
사물인터넷 기술은 최근에 개발된 한순간의 유행성 기술이 아닌 현장의 데이터를 효과적이면서 경제적으로 얻을 수 있는 가장 효율적인 새로운 기술이다. 이 기술의 적용으로 플랜트 담당자는 핵심적인 고유의 업무에 몰두할 수 있게 되어 수처리 플랜트의 운전 관련 제반 상황을 개선시킬 수 있는 효과를 얻는다.
[『워터저널』 2016년 1월호에 게재]
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