미국 디트로이트에 위치한 폐수처리 공장은 미국에서 가장 큰 규모를 자랑하며, 미시간주 인구의 3분의 1 이상의 주민에게 서비스를 제공한다.

공장의 규모와 복잡함은 산업, 물, 기후, 이 세 가지 주요 요소의 복합 작용으로 생긴다. 다른 도시지역의 수로와 마찬가지로, 디트로이트강과 그 지류들은 미처리 하수와 빗물로 한때 오염 상태가 매우 심각했다. 1939년 수처리 공장이 처음 설립된 후 50여년간 수차례에 걸쳐 이뤄진 확장 및 업그레이드를 통해 폐수의 수질은 상당히 개선됐다.

그러나 때때로 폭우와 눈이 녹아 처리공장을 과부하시키고 오염된 빗물이 디트로이트강과 이어진 루즈강으로 흘러 들어갔다. 이러한 범람으로부터 강들을 보다 효과적으로 보호하기 위해 25년 전 디트로이트시는 합류식 하수도 월류수(CSO) 저류지로 구성된 네트워크를 구축하기 시작했다.

현재 이 부서에서는 유출된 빗물이 강에 도달하는 것을 막을 수 있도록 전략적으로 배치된 8개의 저류지를 운영하고 있다. 빗물을 모아 상당 부분 처리함으로써 이 저류지들은 강 유역, 거주 주민은 물론 야생동물의 서식지를 보호하는 데 상당한 기여를 하고 있다.

저류지는 2011년 처음 3개월간에만 수로로 유출됐을 50억갤런의 빗물을 수집했다. 3분의 1은 주요 공장으로 양수돼 처리됐지만, 나머지는 저류지에서 처리됐다.

각양각색의 레거시 장비 혼합

각 합류식 하수도 월류수 시설은 규모나 설계 면에서는 차이가 있지만, 모든 시설은 기본적으로 월류수 제한 협잡물 분리, 하이포아염소산 나트륨(표백제)으로 오염수 소독이라는 동일한 절차를 통해 처리한다. 저류지는 또한 운전자가 유속과 유량 모니터링, 샘플 수집, 저류지의 잔류수 제거 및 우천 후 청소에 사용하는 장비를 갖추고 있다.

유사한 기능에도 불구하고, 자동화 제어기술이 급속히 변화해온 지난 30여년에 걸쳐 하나 둘씩 구축됐기 때문에 저류지들이 사용하는 프로세스 제어 계기는 각양각색이다. 공공 정책 프로젝트의 느린 진행 속도도 문제다. 개념에서 시운전까지, 각 저류지는 완료에만도 수년이 소요됐다.

관련 법규가 공공 계획, 공개 입찰 및 공식적인 감독을 엄격하게 요구하는 탓이다. 디트로이트 상하수도부(DWSD)의 애닐 고신(Anil Gosine)은 “그간 규제 변화에 대응하기 위해 다양한 저류지의 프로세스 제어시스템을 업데이트해야 했다”면서, “그로 인해 지역마다 다른 프로세스 제어시스템을 갖추게 됐는데, 심지어 프로세스 제어장비를 네 곳의 장비업체로부터 조달한 저류지도 있다”고 말했다. 이와 관련해 고신 씨는 표준화된 플랫폼이 없어서 문제 진단과 유지보수에도 어려움이 있다고 전했다.

소프트웨어 솔루션

DWSD는 기존의 합류 하수도 월류수 시설 2곳에 보다 효과적인 새로운 제어시스템을 설계하기 위해 컨설턴트를 고용했다.

]DWSD 엔지니어들은 수명주기 비용 분석을 실시한 후 로크웰오토메이션을 프로세스 제어시스템 공급업체로 지정했다.

고신 씨는 “자본 및 수명주기 비용을 검토하고 DWSD의 표준화 옵션을 여러모로 비교한 결과, 로크웰오토메이션의 솔루션이 가장 적합하다는 사실을 발견했다”면서, “우리는 이미 수많은 로크웰 제품을 사용하고 있기 때문에 이 기업의 기술, 유지보수 작업, 문제 진단 테크닉은 물론 기술지원 수준까지 잘 알고 있다”고 말했다.

새로운 시스템은 공장 전반의 최적화 달성을 지원하는 통합 제어 및 정보 솔루션인 로크웰오토메이션의 Automation PlantPAx 프로세스 자동화 시스템을 사용한다.

시스템 통합업체인 프로세스콘트롤&인스트루먼테이션(Process Control & Instrumentation : PCI) 및 LLC가 DWSD의 두 저류지에 있는 비기능 제어시스템을 대체하는 작업을 맡았다. PCI는 두 저류지에 새 장비를 도입하는 이 계약을 수주한 후 난관에 봉착했다. 이 기업은 전략적으로 가장 낮은 가격으로 입찰해 DWSD의 계약을 따 냈는데, 엔지니어들이 노후된 제어시스템을 교체하는데 필요한 비용이 계약 금액을 초과할 것이라는 사실을 발견한 것이다.

로크웰오토메이션의 엔지니어들은 프로젝트를 예산 안에서 완료할 수 있도록 로크웰의 PlantPAx 프로세스 라이브러리(Process Library)와 수처리 및 폐수처리 액셀러레이터(Water Wastewater Accelerator)를 제안했다. 프로세스 라이브러리는 Logix 제어 플랫폼을 위한 소프트웨어 애플리케이션으로, 사전 설계된 다양한 코드를 포함한다. 또한 공장의 특정한 역할에 맞게 개별화된 페이스플레이트, 풍부한 정보를 갖춘 아이콘 및 필요한 모든 문서가 통합돼 있다.

툴킷은 수처리 프로젝트의 설계, 설치, 운전 및 유지보수에 요구되는 시간을 절감할 수 있도록 이러한 요소들을 개별화한다. 툴킷에는 구성파일, 선택 툴, 그리고 Allen-Bradley ControlLogix 컨트롤러를 DeviceNet를 통해 시설의 HMI 하드웨어와 기타 장비에 연결하는 방법에 대한 예시가 포함돼 있다.

또한, 툴킷은 새로운 저류지에서 사용될 로크웰오토메이션의 FactoryTalk View Site Edition HMI 소프트웨어를 위한 페이스플레이트와 시스템 아키텍처 설계도, 기본 상태, 제어 및 진단 로직도 제공한다.

DWSD의 저류지 프로젝트에 참여하고 있는 PCI의 한 제어 엔지니어는 “로크웰오토메이션의 가속화 툴은 작업하는 프로그래머에게 정말 큰 즐거움을 준다”면서, “과거에는 컨트롤러와 별도로 HMI를 프로그래밍하고 나중에 이들을 연결했지만, 툴킷은 사전 정의되고 공장에서 검증된 코드를 제공하며, 필요한 코드의 80%가 포함돼 있기 때문에 고객을 위해 기계 제어를 개별화하는 데만 집중할 수 있다”고 설명했다.

이 프로젝트를 담당한 로크웰오토메이션팀은 저류지들의 시스템을 개별 구성하는데 프로세스 라이브러리와 액셀러레이터 툴킷을 어떻게 사용할 것인지에 관해 PCI의 엔지니어들과 밀접하게 협력했다. PCI 엔지니어는 “우리는 프로세스 데이터의 디스플레이를 DWSD 운전자들에게 익숙한 방식으로 만들기 위해 툴킷을 몇 가지 수정해야 했다”고 말했다.

그는 “일부 그래픽 페이스플레이트 요소는 DWSD의 색상과 명명 규칙에 부합하지 않았다”면서, “예를 들어, DWSD 운전자는 장비가 켜지면 적색등이 들어오는 것에 익숙한데, 프로세스 라이브러리는 녹색등이 들어오게 돼 있었기에 이러한 사항들을 바꿔 디트로이트 상하수도부만을 위한 특별 표준을 만들었다”고 덧붙였다.

프로그래밍 시간 단축

PCI 엔지니어는 프로세스 라이브러리와 툴킷 덕분에 저류지 프로젝트를 위한 작업이 반으로 줄어 12만달러에 상응하는 프로그래밍 및 시스템 통합 시간을 절약할 수 있었다고 말했다.

또한, 또한 9만달러의 공장 승인 시험(FAT)과 가동/시운전 비용도 절감했다는 설명이다. PCI 엔지니어는 “첫 번째 모터를 프로그래밍하는 데 두 시간이 걸렸지만, 그 후에는 같은 코드를 복사해서 붙여넣기만 하면 됐다”고 말했다. 이 엔지니어는 현재 프로세스 라이브러리와 툴킷을 사용한 4번째 프로젝트에 참여하고 있다.

DWSD 관계자들은 새로운 툴로 설계 시간, 계약 감독, 계약 후 문서화 및 지원이 50% 감소된 것으로 추정하고 있다. 고신 씨는 “PlantPAx 시스템은 운전자들이 보다 쉽게 배우고 사용할 수가 있다”면서, “두 저류지에서 통합된 포맷으로 더 많은 데이터에 액세스할 수 있게 됐는데, 이는 진단을 획기적으로 향상시켜 보다 예측 가능한 예방 유지보수를 가능하게 해 줬다”고 밝혔다.

또한, 고신 씨는 DWSD는 로크웰오토메이션의 하드웨어와 소프트웨어를 사용해 두 곳의 다른 저류지를 표준화할 계획이라고 덧붙였다.

프로세스 라이브러리를 사용해 개량된 DWSD의 저류지 제어는 향후 업그레이드가 가능하다. 이는 엔지니어들이 프로세스 표준과 코드를 전부 새로 생성할 필요가 없기 때문에 더 많은 시간과 비용이 절감될 수 있음을 의미한다.

로크웰오토메이션 제공

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