[Beckhoff 제공] Beckhoff의 PC기반 빌딩 자동화는 시스템 개방성, 안정성, 사용 편의성 및 장기간의 제품 가용성을 특징으로 한다.

독일 프랑크푸르트에 있는 유로테움 고층 건물의 재활성화에서 Herrmann은 Plüderhausen 기반 시스템 통합업체로서 이러한 기능을 여러가지 방식으로 활용했다. 2000년 이 건물의 기존 자동화 플랫폼과 연기 추출 시스템을 구현한 후 시스템 통합업체는 시간과 기술 측면에서 최소한의 노력으로 2018년에 이를 실질적으로 업그레이드할 수 있었다.

유연한 빌딩 자동화 기능을 갖춘 유로테움 빌딩 내부 [사진=Beckhoff Automation]

프랑크푸르트 중심부에 있는 사무실과 호텔 단지는 110m의 높이로 규모가 크고 매우 유연한 임대 옵션으로 인해 단연 돋보인다. 8층과 로비는 기존의 자동화된 건물 운영을 가진 호텔에 의해 점유되고 있지만 31층 중 21층은 입주자의 요구에 따라 세분화될 수 있으며, 240m² 이상의 단위로 단기간 임대가 가능하다.

사용 가능한 레이아웃에는 개방형 개념 평면도, 객실 또는 큐비클이 있는 사무실 설정 또는 위의 조합이 포함된다. 사용의 유연성에 필수적으로 필요한 것은 냉난방, 조명 및 음영과 같은 건물 서비스에 쉽게 적용할 수 있는 룸 제어로 약간의 노력으로 맞춤형 플로어 레이아웃을 구현할 수 있다.

기존 요구 사항을 설명하는 시스템 통합 업체인 Herrmann의 Hansjörg Ludwig 총책임자는 “룸 크기와 플로어 레이아웃은 지정된 시간 내에 수정할 수 있어야 했다”며, “창 축을 따라 각 세그먼트를 유연하게 할당할 수 있는 창 폭을 기준으로 1.35m 격자를 설정해 이 작업을 수행했다. 이러한 융통성 덕분에 원래의 세입자의 목표를 달성할 수 있게 됐다”고 말했다. 이어 “3개의 싱글 오피스 또는 24시간 이내에 자주 바뀌는 팀을 위한 동일한 공간의 단일 회의실을 제공한다”고 덧붙였다.

유연한 빌딩 자동화가 모든 차이를 만든다

Herrmann의 Rainer Daiß 팀매니저는 재구성 가능한 실내 벽 외에도 이러한 건물에는 매우 유연한 자동화 시스템을 필요로 한다고 말한다. 그는 “HVAC 제어를 위한 인프라 엔드 포인트는 모든 센서 및 액추에이터, 블라인드 및 조명 제어 요소와 마찬가지로 제자리를 유지한다”며, “그러나 건물 운영자는 이 데이터 포인트와 상위 레벨 빌딩 컨트롤의 상호 작용을 수정할 수 있어야 하고, 이는 중앙 빌딩 제어 시스템의 사용자 친화적인 구성 도구를 통해 수행할 수 있다”고 전했다.

또한 “고급 싱글 룸 컨트롤에는 편안함, 경제성 및 야간 작동을 위해 설정된 세 가지 작동 모드가 있다”며, “객실은 시간대 및 점유 버튼을 통해 결정된 탑승자의 존재 여부에 따라 자동으로 제어되지만 모두 개별적으로 조정할 수도 있다”고 덧붙였다.

연기 추출 시스템은 CX2030 임베디드 PC를 통해 제어된다. [사진=Beckhoff Automation]

Hansjörg Ludwig 총책임자는 “우리는 처음부터 유로테움에 Beckhoff 제품을 사용했고 특히 PC기반 제어의 시스템 개방성에 깊은 인상을 받았다. 그러나 원래의 임차인의 요구로 인해 대부분의 자동화 시스템을 타사 Interbus 구성 요소로 구현해야 했다”며, “임대 계약이 끝나 유로테움을 완전히 개조해 Beckhoff의 PC기반 제어 기술로 모든 자동화 구성 요소를 구현할 수 있었다”고 설명했다. 이어 “우리는 2016년에 연기 추출 시스템을 전면 개보수하면서 시작했다”며, “그 다음에는 임대차 허용에 따라 전체 건물을 층별로 개보수했다”고 설명을 더했다.

Herrmann의 Michael Herrmann 기술부책임자는 이 접근법의 성공을 확인했다. 그는 “현대화 프로젝트의 일환으로 지난 2년 동안 최첨단 빌딩 기술을 적용했다”며, “Beckhoff의 모듈형 제어 시스템으로 인해 건물은 훨씬 더 유연해졌다”고 말했다.

재 활성화는 신뢰성을 향상시키고 투자를 보호한다

Herrmann은 Beckhoff 산업용 PC를 건물 시작부터 구현하기로 결정했다. 그 이유로 Rainer Daiß 팀매니저는 “당시 C6130 제어 캐비닛 PC는 우리가 필요로 하는 가변적인 룸 자동화를 위한 충분한 컴퓨팅 성능을 갖춘 유일한 장치였기 때문에 C6130 제어 캐비닛 PC를 사용하기로 결정했다”며, “그 당시에는 비슷한 성능을 가진 PLC 시스템이 없었다”고 설명했다.

또한 “빌딩에 사용되는 다양한 버스 시스템의 인터페이스로 IPC만 플러그인 카드를 장착할 수 있었다. 빌딩 제어 시스템에서 4만개 이상의 데이터 포인트를 연결하기 위해 20개의 C6130이 3개 층에 분산됐다”며, “현재 20대의 소형 C6915 제어 캐비닛 PC가 이 작업을 수행한다. C6915는 훨씬 더 작기 때문에 각 층에 층 관리자와 함께 보다 공간 효율적인 방식으로 개별 층을 가로 질러 배포될 수 있었다. 우리는 Beckhoff의 제어 기술의 지속적인 발전을 통해 이득을 얻지만 장기간에 걸쳐 구성 요소를 사용할 수 있음을 확신한다. 원래 설치된 C6130도 여전히 사용할 수 있다”고 전했다.

Michael Herrmann 기술부책임자는 건물 재생 프로젝트의 또 다른 주요 요소는 PC 기반 제어의 높은 유연성이었다고 말했다. 그는 “건물의 특정 요구 사항을 최소한의 노력으로 신속하게 구현할 수 있는 포괄적인 도구 상자를 제공한다”며, “아직 정상 가동 중인 구형 시스템을 통합해 건물 운영을 방해하지 않고도 재 활성화 사업을 진행할 수 있다”고 설명했다.

사진 왼쪽부터 Herrmann의 Michael Herrmann 기술부책임자, Rainer Daiß 팀매니저, Hansjörg Ludwig 총책임자, Beckhoff Ravensburg 독일 영업 사무소의 Matthias Natterer 빌딩 자동화 전문가 [사진=Beckhoff Automation]

TwinCAT 자동화 소프트웨어에도 동일한 내용이 적용된다. “그 당시에는 비교적 유연한 소프트웨어 시스템이 없었다. 또한 효율적인 엔지니어링 및 상향 호환성의 이점을 제공하므로 장기적인 운영 안정성에 매우 중요하다”며, “우리가 신뢰할 수 있었기 때문에 유로테움 재활성화가 가장 좋은 예다. 유로테움의 재활성화는 아키텍처 수정으로 인해 필요한 몇 가지 조정을 제외하고는 변경하지 않고 거의 20년 된 제어 소프트웨어를 새 PC로 전송할 수 있었기 때문이다. 이것은 시스템 통합자로서 우리에게 커다란 이점이다”고 Rainer Daiß 팀매니저는 말한다.

Hansjörg Ludwig 총책임자는 I/O 시스템을 업그레이드하기 위해 장기간의 가용성과 신뢰성을 중요한 논거로 간주한다. 그는 “일부 Interbus 구형 부품은 단종돼 오랜 기간 동안 설계된 상업용 건물에서 문제를 일으킬 수 있다. 또한 많은 I/O 구성 요소가 천정 장착형 배전함, 즉 오버 헤드에 설치됐다. 과거에는 구성 요소가 느슨해지면서 자주 문제가 발생했다. 결과적으로 민감한 Interbus 통신이 자주 중단됐다”며, “이러한 일이 발생했을 때, 기술자들은 느슨한 터미널 연결을 고정시키는 것 외에는 아무런 문제가 되지 않았을 때 결함 위치를 찾는데 너무 많은 시간을 보냈다. Beckhoff의 EtherCAT 터미널 및 버스 터미널이 훨씬 더 안전하게 위치하기 때문에 이러한 문제는 이제 과거에 불과하다. 또한 EtherCAT 시스템의 광범위한 진단 기능으로 인해 정확한 장애 지점을 훨씬 쉽게 찾을 수 있다”고 전했다.

연기 추출 및 빌딩 자동화 용 EtherCAT

유로테움의 복잡성은 건물 자동화 기능의 경우 10만개, 연기 추출 시스템의 경우 6,000개에 이르는 많은 물리적 데이터 포인트에만 반영된다. 따라서 강력한 데이터 통신 기능은 Rainer Daiß 팀매니저에게 중요하다.

그는 “엄청난 양의 데이터를 생성하려면 EtherCAT과 같은 매우 빠르고 안정적인 버스 시스템이 필요하다. 이 버스 시스템은 상황에 따라 구리 전선과 광섬유 케이블을 통해 작동할 수 있다. 특히 고가용성 연기 추출 시스템의 경우, EtherCAT은 설치가 용이한 케이블 이중화 및 빠른 광섬유 케이블 설치로 돋보인다”며, “우리는 불과 2개월 만에 두 개의 변전소가 있는 30개의 제어 캐비닛을 모두 업그레이드할 수 있었다. 이것은 화재 방지 측면에서 특히 중요했다. 연기 추출 시스템이 현재 진행 중인 건물 운영의 현대화를 위해 ‘스위치 오프’ 됐을 때 값 비싼 안전 조치로 소방관을 각 층에 배치해야 했기 때문이다”고 말했다.

연기 추출 시스템은 2대의 CX2030 임베디드 PC로 제어된다. 이들은 모든 건물 층을 관통하는 2개의 개별 EtherCAT 루프를 연결한다. 이 시스템은 450개의 EL1008 디지털 입력 터미널과 150개의 EL2008 디지털 출력 터미널과 함께 총 74개의 EK1501 EtherCAT 커플러를 사용한다.

이러한 구성 요소가 제공하는 정보를 기반으로 연기 추출 시스템은 약 50개의 연기 추출 시나리오 중 하나를 식별할 수 있으므로 적절한 배기 팬을 켜거나 끄고 화재 댐퍼를 열거나 닫을 수 있다. 이를 위해 Beckhoff 제어 시스템은 ADS를 이용해 OPC 서버를 통해 빌딩 관리 시스템과 통신한다.

각 층에 대한 룸 자동화 시스템의 데이터 전송은 4개의 스위칭 패널을 개별 무역 시스템의 인터페이스로 연결하는 EtherCAT 루프를 통해 실행된다. 20층 각각에는 34개의 배전반과 38개의 BK1150 버스 커플러가 있어 HVAC 시스템을 위한 기존 Interbus 네트워크는 물론 M-Bus, KNX, Dali 및 DSI를 통해 일반적인 건물 데이터를 처리한다. 또한, 각 층에는 공간 절약형으로 가열 밸브를 제어하는데 사용되는 EtherCAT 루프에 연결된 15개의 EP2008 I/O 박스 모듈이 있다.

[인더스트리뉴스 기자 (webmaster@industrynews.co.kr)]

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