지멘스는 듀퐁의 미국 텍사스 Sabine River Works 에틸렌 코폴리머 공장에 제어 및 안전 시스템을 업데이트했다. 듀퐁은 지멘스와의 공동 작업을 통해 기대 이상의 놀라운 혜택까지 가져다 준 솔루션을 얻게 된 것에 대단히 흡족해 했다.

편집자 주

미국 텍사스 주 오렌지의 선셋 그로브 골프 코스를 이용하는 골퍼들은 미국 걸프 만의 울창한 수목과 아름다운 풍경 속에서 골프를 즐긴다. 하지만 그들은 아마 그 주변 경관에는 그리 많은 관심을 기울이지는 않을 것이다. 이는 모든 스트로크마다 완전한 집중과 주의를 요구하는 코스를 만드는 것으로 유명한 스코틀랜드 출신의 골프 코스 전문가 도널드 로스가 설계한 코스이기 때문이다. 그리고 해안을 따라 몇 마일 떨어진 곳에 위치한 한 화학 공장이 그들의 골프 경기에 상당한 기여를 하고 있다는 것 또한 알지 못할 것이다. 골퍼들이 전에 없는 정확성과 속도로 경기하는 것을 가능하게 해주는 고성능 하이테크 골프공에 필요한 폴리머를 생산함으로써 말이다.

듀퐁의 Sabine River Works 공장은 신발, 포장, 배선 케이블, 그리고 골프공과 같은 다양한 제품에 사용되는 특수 에틸렌 코폴리머(ECP)를 생산한다. 코폴리머의 생산에는 고온 고압 등 이러한 공정과 플랜트를 위해 특별히 제작된 복잡한 기계 장치를 이용한 다단계 과정이 필요하다.

현대화

Sabine River Works 공장의 프로세스 제어 책임자인 가이 버내먼은 “우리의 고압 리액터는 매우 복잡하다. 그리고 공정 안전을 위한 엄격한 요구 조건을 가지고 있기 때문에 특수한 장치들을 이용하고 있다. 예를 들어, 우리는 오토클레이브 리액터에서 압력 및 온도 제어를 위한 고속 솔루션을 갖추기 위해 유압식 밸브를 이용한다”고 밝혔다.

또한 버내면은 안전 시스템과 분산 제어 시스템(DCS)은 원래 다수의 서로 다른 제조업체의 시스템을 이용해 자동화됐고, 이것은 이 공장의 공정 제어 시스템을 현대화하려는 주된 동기 중에 하나였다며, “우리는 DCS를 위한 분리된 시스템, 즉 고속 안전 인터록 시스템과 고속 데이터 획득 및 인터록 분석 시스템을 가지고 있었다. 이러한 제어 환경에서 우리가 직면한 주된 위험은 노후화였다. 설치된 시스템이 수명 주기의 끝에 가까워지고 있었기 때문이다. 하지만 이 외에도 SIL 2 규정을 준수하고, 병렬 배선을 가진 복잡한 신호 조정 작업을 다른 시스템으로 단순화하며, 아울러 유지보수가 더 손쉬운 솔루션이 필요했다”고 덧붙였다.

통합

버내면은 “처음에는 설치된 기술을 교체할 독립된 시스템을 찾았다. 우리가 가진 고속 제어 요구 조건을 가지고서는 모든 제어 작업을 하나의 솔루션에 통합하는 것은 불가능할 것이라고 생각했기 때문이었다. 그래서 지멘스의 제안을 검토할 때는 단지 고속 안전 시스템만 고려하려고 했다”고 말했다. 이어 그는 “하지만 지멘스가 어떤 것을 제공할 수 있는지 알게 되자 그들의 기술로 진정한 통합 솔루션이 가능할 수 있으며, 그것이 우리의 유지보수 난제를 해결할 수도 있으리라는 것을 깨달았다. 따라서 우리는 지멘스와 시스템 통합 작업을 시작했다”고 덧붙였다.

이 프로젝트의 난제는 Simatic PCS 7기반의 통합된 플랫폼 솔루션을 개발하는 것이었다. 이 솔루션은 공장의 SIL 2 규정에 맞는 안전 셧다운 및 고속 제어를 위해 안전에 중요한 시스템의 기본 공정 제어 및 모니터링을 하는 DCS뿐 아니라, 고속 데이터 획득 및 신호 처리, 인터록 분석을 모두 제공하는 것이었다. 듀퐁팀은 이러한 솔루션으로 회사의 안전 표준 준수 능력을 향상시키기를 원했다. 또한 배선 및 유지보수를 대폭 단순화시킬 수 있는 장기적인 솔루션을 만들기를 원했다.

버내먼은 “분명히 하룻밤 사이에 이뤄질 수 있는 일은 아니었다”고 말했다. 이어 그는 “하지만 정말 마음에 들었던 것은 이 프로젝트 기간 동안 우리가 향유한 굳건한 팀워크였다. 지멘스는 우리가 지닌 어려움을 매우 진지하게 받아들였고, 이들을 해결하고 우리의 요구사항을 반영하기 위해 아주 체계적인 접근 방식을 취했다. 가장 깊게 감명을 받은 부분은 팀이 보여준 적응성이다. 마케팅 부서와 엔지니어링 부서가 모두 협력해 우리와 지멘스가 이 프로젝트에서 최대의 이득을 얻을 수 있도록 최선을 다했다. 지멘스는 우리에게 최고의 인재들을 보냈다”라고 덧붙였다.

시스템

공장은 3개의 동일한 구역으로 나눠져 있으므로, 전체 현대화 프로젝트도 이에 따라 3단계로 분할됐다. 듀퐁은 이런 식으로 프로젝트 진행 중에 학습을 하고, 2단계와 3단계의 구현이 능률적으로 진행되기를 원했다. 이에 버내먼은 “1단계를 진행하는 동안 엔지니어링과 관련된 난제와 장애물을 해결할 수 있었다. 따라서 다음 두 단계는 훨씬 더 쉽게 흘러갔다. 이번에도 우리가 누린 탁월한 팀워크가 학습 과정에 도움이 됐으며, 적절한 솔루션을 제시하고자 하는 지멘스의 헌신적인 태도도 놀라웠다”고 설명했다.

지멘스는 중요한 프로젝트 단계마다 현장 엔지니어를 파견했고, 엔지니어는 현장에서 발생하는 모든 문제를 해결하도록 도왔으며, 듀퐁팀과 함께 일하면서 Simatic PCS 7의 엔지니어링 방식에 대해 교육했다.

한편, 엔지니어링 단계가 진행되는 동안 팀은 표준 Simatic PCS 7의 기능을 조금 개조할 필요가 있었다. 이 역시 신속하게, 그러나 향후 지멘스의 지속적인 지원을 받게 될 방식으로 시행됐다.

새로운 제어 시스템은 6,100개의 완전 이중화 I/O 장치가 연결된 Simatic PCS 7 DCS 1기와 SIL 2 요구 조건을 충족시키는 2,800개의 이중화 I/O 장치가 연결된 고속 제어 및 안전 셧다운용의 두 번째 PCS 7 고장 안전 시스템으로 이뤄져 있다.

고속 데이터 획득에는 Simatic PCS 7 부가 시스템을 사용했다.

지멘스는 시스템 엔지니어링에서 듀퐁을 지원하고 통합형 캐비닛을 제공했다. 팀은 프로세스 요구사항을 충족시키기 위해 혁신적인 솔루션을 듀퐁과 함께 개발했다. 이 솔루션은 SIL 2를 충족하는 시스템 속도 그리고 리액터 압력 제어를 위한 초고속 반응 루프를 제공했고, 써모커플 카드상의 속도 요구 조건을 충족시켰다.

듀퐁의 기술 책임자들은 지멘스뿐 아니라, 설비가 SIL 2 안전 요건을 충족시키는지를 검증하는 제3의 독립적인 평가 회사와도 광범위하게 협력했다. 부분적인 재설계 및 비-DCS 컨트롤러의 사용과 더불어 이 시험은 이중화, 속도, 안전 요건을 모두 충족시키는 성공적인 솔루션을 제공하는 데 일조했다. 생산 다운타임을 줄이기 위해 팀은 완전 통합된 원격 보관 설비에 새로운 제어 캐비닛을 설치했다. 이런 방식으로, 생산을 완전 셧다운하기 전에 먼저 시스템을 설치하고 철저한 확인을 거칠 수 있었다. 또한 시스템은 허리케인의 피해를 받지 않도록 지면보다 높은 건물에 설치됐다.

성능

버내먼은 “2010년 11월부터 플랜트는 새로운 제어 솔루션으로 운영되고 있으며, 결과는 아주 인상적이었다. 새로운 시스템을 통해 우리는 원하던 것을 정확히 달성했다. 즉, 모든 작업을 관장하는 단일한 통합 플랫폼을 가지게 됐고, 모델 예측 제어 능력이 생겼으며, 프로세스 안전 요건을 충족시켰다. 하지만 가장 중요한 소득이라고 생각하는 것은 고속 데이터 획득 시스템이 우리가 예상한 것보다 훨씬 훌륭하게 기능을 수행한다는 점이다. 사실, 이것을 안전 및 제어 시스템을 위한 실시간 문제 해결 도구로 사용할 수 있을 정도다. 이 솔루션은 수정 작업을 수행하는 우리 기술자들을 도와주고, 이행 단계에서 추가적인 테스트를 간소화하며, 오류로 인한 셧다운 횟수를 현저하게 감소시킨다. 따라서 시스템 전환을 통해 우리는 실질적인 금전적 보상을 얻었다. 이것은 교체 프로젝트에서 일반적으로 기대할 만한 일은 아니었다”고 말했다.

이 같은 결과에 따라, 텍사스 주 빅토리아의 또 다른 공장도 최근 Simatic PCS 7 시스템으로 교체했다. 이에 대해 버내먼은 “이곳 Sabine River Works에서는 교체 프로젝트가 필요한 다른 공장을 위해 적극적인 평가 작업을 진행하고 있다”고 말했다.

그 사이에 선셋 그로브 코스의 골퍼들은 다음 홀로 이동했다. 이제부터 Sabine River Works 공장의 향상된 공정 안전성과 효율성은 그들 플레이의 일부가 될 것이다. 골프공, 골프복, 신발에 필요한 고품질의 원자재를 통해서만이 아니라, 모두가 누릴 수 있는 더 안전하고 깨끗한 환경을 위한 보이지 않는 안전 지킴이로서 말이다.

지멘스 인더스트리 (080-501-3000)

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