[FA저널 SMART FACTORY 편집국] 지난 엑스퍼트 칼럼에서는 스마트 팩토리의 필수불가결한 핵심 요소인 통합 자동화를 설명하며 보다 효율적인 유지보수와 생산데이터의 통합적 취합, 관리, 그리고 제조 산업의 효율성과 친환경성을 이룩하는데 있어 한 축을 이루는 핵심 요소라고 정리했다. 이어 자동화 역사에서 큰 역할을 해온 시뮬레이션 기술을 소개하며 도면 영역을 넘어 자동화 기기들을 거의 제약 없이 시뮬레이션하고, 그 결과를 기구 및 프로그램 요소에 반영하는 위치까지 발전해 왔다고 소개했다.

연재 순서
1. TIA Portal 모션 통합에 의한 장비 개발 솔루션
2. TIA Portal PLCSIM Advanced를 활용한 가상 시운전 솔루션
3. TIA Portal Energy Suit를 통한 에너지 데이터 통합 
4. TIA Portal 통합 엔지니어링과 OPC UA를 통한 디지털공장 구축 사례
 

4월호 엑스퍼트 칼럼에서는 산업 에너지 절감을 위한 첫 걸음인 에너지 모니터링 기법에 대해 생각해 보고자 한다. 현재 트렌드가 돼가고 있는 여타의 자동화 콘셉트처럼 에너지 모니터링 또한 별도의 영역이 아닌 통합엔지니어링 환경에 통합되기 시작했으며 이는 기존과 다른 새로운 형태의 에너지 관리 기법을 제시한다.

‘전기는 국산이지만 원료는 수입입니다’ 요즘 길에서 심심치 않게 볼 수 있는 절전 표어다. 사실 대부분의 발전용 연료를 수입해서 쓰고 있는 대한민국의 에너지 현황을 대단히 잘 표현한 것 같다는 생각을 항상 갖고 있었다. 아마 이 글을 읽고 있는 독자분들도 자주 접한 문장일 것이며 에너지 절약에 대한 현실적 고민들은 모두 비슷하리라 생각한다. 모두의 공감을 바탕으로 이 주제를 시작하기 위해 간단한 통계자료를 먼저 공유한다.

산업용 에너지 절감의 첫 걸음
에너지 통계에 대해 관심 있는 분들은 에너지경제연구원 사이트에서 여러 가지 통계 자료를 참조할 수 있다. 상기의 표에서 보는 것처럼 약간의 계산 방식의 차이는 있을 수 있겠으나 전력 소비 통계를 대략 분석해 보면, 산업 그 중에서도 제조업이 약 50~51% 가량을 전체 전력 중에 소비하고 있음을 알 수 있다.(표1)

물론 생산 활동에는 전기가 필요하기 마련이고, 생산 활동이 없이는 인류의 생활이 영위되기 어렵다는 점을 감안한다. 이에 가장 많은 전력을 소비 하는 것 또한 당연하다고 할 수 있으나 에너지의 생산량은 늘 제한돼 있다는 점을 고려할 때 가장 많은 절약이 필요한 부분 또한 산업 소비전력인 것을 모두 공감할 수 있을 것이라 믿는다. 또한 글로벌하게 영향을 끼치고 있는 탄소감소협약, 에너지 소비 비용의 증가, 제조사 탄소 소비량에 의한 고객의 기업인지도 영향 등은 일일이 열거하지 않아도 산업용 에너지·전력 소비 절감의 필요성을 절감하게 한다.

	▲ 그림 1. 통상적인 Energy Management 기기 사용 예

	▲ 그림 2. 통합 에너지 솔루션 형태의 모니터링 콘셉트

에너지의 절약은 사실 간단한 일은 아니다. 적어도 우리가 소비하는 에너지가 정확하게 얼마나 되는지 보고 어떤 부분을 절약할 수 있는지 판단하고, 그 판단 근거에 의거 실행하는 것이다. 정리 하자면, ‘모니터링 분석, 판단 및 의사 결정 실행’ 크게 이 정도의 단계를 거쳐 이뤄진다고 볼 수 있다. 그렇지만 에너지 소비의 모니터링을 체계적이고 적절하게 할 수 있는 환경을 구축할 수 있다며 뒤 이어지는 절감 행위는 의외로 간단할 수 있다. 특히 산업용 전력의 소비는 워낙 다양한 장비 및 개소에서 이뤄지기 때문에 보다 체계적이고 일관된 모니터링에 의한 제어 작업으로도 초기의 목표를 달성하는 첫 걸음을 뗄 수 있다고 생각한다.

통합 에너지 솔루션 형태의 모니터링
앞에서 잠깐 이야기 한 것처럼 에너지 절감은 모니터링에서 시작된다. 예를 들어 기존까지의 솔루션을 보면 각각의 전력량 계측기기 등의 장비들에서 측정된 값을 아날로그 혹은 최소한의 통신 방식을 통해 PLC에 집계한 후 그 측정값들을 일일이 스케일링해서 상위 시스템에 전달하거나 PLC에서의 스케일링은 건너뛰고 특정 PC에서 모든 데이터의 처리를 하는 형태가 많았다.

그러나 그러한 형태의 전력 데이터 처리 방식은 여러 가지 면에서 제한 요건을 갖게 된다. 예를 들어 관리 PC 레벨이 아닌 현장의 Touch Screen에서도 에너지 정보를 보고자 한다면? 혹은 태블릿, 휴대전화와 같은 모바일 베이스의 모니터링을 하고자 한다면? 불가능 한 것은 아니겠지만 서버 구현의 필요성과 같은 여러 가지 난관에 봉착하게 될 가능성이 크다.

그러한 단점들을 보완하기 위해 그림과 같은 통합 형태의 솔루션을 적용하면 어떨지 생각해 보자.
조건 1. 각 에너지 모니터링 기기들은 통합 엔지니어링 툴에서 드래그 앤 드랍 하드웨어 추가에 의해 Plug N Play 형태로 인식된다.
조건 2. 이렇게 인식된 각 기기들의 변수 DB는 하드웨어 카탈로그 추가 과정에서 자동으로 추가 되며 통합 엔지니어링 툴 안에서 HMI, SCADA, Energy 모니터링용의 전용 PC 프로그램에 중복 과정 없이 사용 가능하다.
조건 3. 생성된 DB에 의거 Energy Monitoring을 위한 프로그램 블록은 자동으로 생성 가능하다.

이러한 과정과 형태를 거쳐 만들어진 에너지 오브젝트는 아래와 같이 설정 및 사용 측면에 있어 용이한 장점을 갖는다.
1. 에너지 관리 변수 및 프로그램 블록을 손쉽게 생성하는 것이 가능하다.
2. PLC에서 모든 데이터가 이미 쉽게 가공된 상태에서 상위로 전달되기 때문에 다양한 용도로 사용이 가능하다(HMI 및 모바일 디바이스에서의 데이터 모니터링 등).
3. 보전 인원에 대한 교육이 간편하며 프로그램 생성, 사용 및 확장이 용이하다.

이 외에도 에너지 절감을 위한 직접적인 제어를 위한 코드, 예를 들어 실시간으로 모니터링 되는 전력량에 의거 유휴 설비의 전원 차단 등 작업을 하고자 할 때도 모든 데이터가 통합 엔지니어링 툴을 통해 동일 PLC 상에서 공유가 가능하기 때문에 모니터링에서 직접 제어로 연결 고리를 만들기 쉽다는 것도 큰 장점이다. 즉, 요구 되는 수율 혹은 Energy Peak 시간에 맞춰 특정 유휴 모터 혹은 장비의 전원을 제어하고자 할 때 그 배경 데이터와 제어를 위한 프로그램 블록이 같은 PLC 내에 존재하므로 통합 툴을 통해 에너지 제어 로직을 짜기가 한결 수월해 진다.

	▲ 그림 3. 조건 1, 2, 3에 의한 과정 도식(TIA Portal Energy Suit)

에너지 관리 시스템의 통합화는 트렌드
지금까지 살펴본 것처럼 산업 에너지의 절감은 크나큰 과제로서 모두에게 다가오고 있으며 이는 환경 문제나 윤리 문제가 아닌 기업의 이윤을 위해서도 큰 의미를 가진다. 최종 사용자의 과제는 장비 개발사의 비즈니스로 이어진다는 간단한 경제적 공식을 적용했을 때 결국 에너지 관리 솔루션은 장비사에게 신규 비즈니스 모델이 될 수 있으며 동시에 최종 사용자에게는 에너지 비용의 절감과 표준의 준수, 그리고 기업 이미지의 상승이라는 이윤의 요소가 될 수 있다.

따라서 보다 명확하고 쉬운 에너지 관리 시스템의 구축은 보다 적극적인 에너지 관리 정책을 가능하게 하며 결국 장비사와 최종 사용자의 이윤의 극대화에 기여할 것이다. 통합시스템(Totally Integrated Automation) 차원에서의 에너지 모니터링 시스템이 이러한 이유로 앞으로도 업계의 트렌드가 될 것이며 생산자와 소비자 그리고 장비 제작사에 모두 이익을 안겨줄 수 있는 환경 설정에 일조할 것이라고 확신한다.

지멘스 제공

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