[슈나이더일렉트릭 제공] 제로 엔지니어링(Zero Engineering), 어떻게 생각하면 조금 애매한 단어일 수 있다. 하지만 이 제로 엔지니어링의 목표는 시운전 시간을 줄이고 산업자동화 비즈니스의 민첩성을 높이는 데 있다. 우리는 가상 세계(디지털 트윈, Digital Twin)에서 전체 플랜트를 시뮬레이션하는 디자인 단계에서부터 공정데이터를 모으고, 비지니스 통찰력을 얻는 운영단계까지 이미 산업 프로세스를 통해 디지털 자산(Digital Asset)을 사용하고 있다. 그리고 우리는 실제로 적용하기 전에 프로세스 변경의 효과를 시험해 보고자 한다.

제로 엔지니어링의 목표는 시운전 시간을 줄이고 산업자동화 비즈니스의 민첩성을 높이는 데 있다. [사진=utoimage]

Zero Engineering을 실현하기 위한 새로운 기술

그렇다면 가상세계에서 이러한 디지털 자산과 함께 설계정보를 다루면 어떻게 될까? 즉, 각각의 디지털 자산들이 전기, 제어 및 기계 디자인과 함께 모여 가상세계에서 완전한 플랜트 제어 시스템을 만드는 것이다. 그런 다음 현실 세계에서는 라이브러리에서 개체를 끌어서 놓기만 하면 시스템이 개체를 자동으로 연결하고 구성할 수 있다. 이 모든 작업은 설계 단계에서 프로세스의 디지털 트윈으로 개발된 동일한 디지털 모델을 사용해 동시에 수행할 수 있다. ‘EcoStruxure Control Expert – Asset Link’는 제어와 모니터링(Supervisory) 간의 중요한 연결을 만든다. 그리고 당사의 통합 솔루션은 이미 산업 운영을 위한 더 높은 수준의 유연성과 효율성을 지원한다.

운영 환경에서의 직관적이고 안전하며 원활한 통합이란, 단순히 소프트웨어를 제어 및 현장 장치에 연결해 주는 것에 그치지 않는다. 더 높은 품질, 더 뛰어난 민첩성과 유연성, 자산 활용 향상, 에너지 소비 감소, 추적성 향상을 가능하게 만들어 줄 뿐만 아니라 규제 준수 비용을 절감하고 위험을 완화해준다는 포괄적인 의미도 있다.

이와 같은 생각을 발판으로 PLC를 SCADA 시스템과 통합하는 슈나이더일렉트릭의 통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션은 자동화 시스템의 엔지니어링을 단순화하고, 데이터 품질 및 무결성을 보장하며, 공장 수명 주기 전반에서 시스템 일관성을 높이고, 인력이 생산성을 향상하면서 유연성을 유지할 수 있도록 한다. 이 혁신으로 인해 사용자와 통합업체는 설비 투자(Capex)과 운영 비용(Opex)의 지속적으로 개선하고, 우선순위 과제를 효율적이고 전체적인 방식으로 해결할 수 있다.

PLC를 SCADA 시스템과 통합하는 슈나이더 일렉트릭의 통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션은 자동화 시스템의 엔지니어링을 단순화한다. [사진=슈나이더일렉트릭]

비즈니스 가치에 영향을 주는 중요한 과제

불확실성이 뉴노멀이 된 지금(요인으로는 시장 수요의 변화, 경쟁적 강도, 투입 비용, 규제 준수 의무, 안전 위험, 인력 문제 및 기술 애플리케이션 등이 있음), 운영 및 제어 전문가는 capex 설비 투자 비용, opex 운영 비용 및 지속적인 개선 사항과 관련된 여러 과제를 직면하고 있다.

Capex 설비 투자 비용: 자동화 및 제어 솔루션을 배포 및 활용하는 것의 가장 큰 과제 중 하나는 설계와 설비 투자의 효율성이다. 특히 시스템 복잡성이 증가할수록 전반적인 프로젝트 위험을 줄이면서 동시에 빠르게 도입하는 것은 소유업체/운영업체에게 어려운 일이다. 프로젝트에 대한 시간, 노력 및 설계 비용 프로젝트 견적은 실제 구현 시나리오에서는 부정확한 경향이 있다. 또한, 설계 단계의 오류는 디버깅 시간을 더 많이 필요로 하며, 이는 운영 및 유지보수에 연속적으로 영향을 주므로 운영 단계에서 바로잡으려면 비용이 많이 든다.

운영 비용: 소유업체/운영업체는 수익성을 보호하고 성장시키기 위해 품질, 생산성, 에너지 소비 및 유지보수 효율성과 관련된 운영상 목표를 달성하는 데 집중한다. 일관성이 떨어지는 품질은 고객 유지 및 시장 점유율에 영향을 줄 뿐만 아니라, 운영 효율성을 저하시킨다. 나아가 증가하는 고령인구, 변동성이 높은 자금 수준, 디지털 트랜스포메이션의 균일하지 않은 진행 상황, 그리고 위험을 회피하는 정책 수립은 전체적인 생산성 수준에도 악영향을 주었다. 이에 더해, 산업 운영에서는 경쟁적 압박으로 인해 에너지 비용의 증가를 그저 고객에게 전가할 수 없다. 마지막으로, 유지보수 비효율성은 운영 우수성과 자산 안정성 및 자산 수명 최적화를 위태롭게 만든다. 이 모두는 완전히 일관된 운영 데이터와 제어, 그리고 장비 수명을 효과적으로 연장해야 하는 opex 비용과 효율성에 영향을 준다.

지속적인 개선: 시장 변화(요인으로는 수요 변화, 규제 준수 의무의 증가, 투입 비용의 변동, 새 비즈니스 모델 및 ‘블랙스완’ 이벤트 등이 있음)는 운영상의 유연성을 요구한다. 고객 선호 사항의 변화는 현재 제품/서비스 조합에 영향을 줄 뿐만 아니라, 요구 사항의 변화를 해결하기 위한 새 제품/서비스를 개발하도록 소유업체/운영업체의 부담을 높인다. 빠르게 대응하지 않는다면 경쟁업체가 선수를 칠 수도 있다. 규제의 변화로 인해 소유업체/운영업체는 프로세스를 빠르고 효율적으로 적용해야 한다. 새 비즈니스 모델은 생산 현장에 급격한 변화를 요구하며, 그러한 활동을 분석하고 결과를 측정하는 새로운 방법도 필요로 한다. 질병 발생, 기상 이변, 전쟁, 지정학적인 교착 상태 및 금융 시장 붕괴 등의 ‘블랙스완’ 이벤트 역시 공급망 및 프로세스 환경에 충격을 준다. 공급-수요의 큰 혼란이 긴 기간에 걸쳐 지속되면 민첩하지 않은 운영에 큰 재앙을 불러올 수 있다. 따라서 경쟁력을 유지하려면 프로세스를 지속해서 개선해야 한다.

이러한 설비 지출, 운영 비용 및 지속적인 개선 과제를 해결하고 운영 전반에 걸쳐 진정한 통합을 달성하기 위해서는 해야 할 일이 많다. 하지만 대부분 통합된 운영으로부터 위험을 줄이면서 잠재적으로 비즈니스에 혁신적인 영향을 줄 수 있는 실행 가능한 인사이트를 얻는 것은 아직 어렵다. 이는 운영의 현대화, IT 및 OT 융합, 그리고 전사적인 연결성을 달성하기 위해 많은 노력이 들어가는 와중에, 제어 계층과 Supervisory 시스템의 통합이 생각보다 원활하지 않기 때문이다.

통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션 개요 [자료=슈나이더일렉트릭]

이 과제에 대응하기 위해 슈나이더일렉트릭은 AVEVA와의 협력으로 제어 기능을 Supervision 기능과 통합해, 제어와 소프트웨어 계층 간의 원활한 데이터 흐름을 용이하게 하는 통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션을 출시한다. 이번 슈나이더일렉트릭의 통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션은 다음의 주요 통합 과제를 해결한다.

통신: EcoStruxure Control Expert - Modicon Communication Server는 단순히 HMI가 있는 단일 컨트롤러가 아니라, 제어 시스템과 Supervision 기능의 연결을 단순화하는 데 초점을 둔 접근 방식이다. EcoStruxure Control Expert- Modicon Communication Server는 산업 IoT 세계에서 사용자의 과제를 인식하고 해결해 통신을 최적화하고 안전하게 만든다. 사용 가능한 하드웨어를 기반으로 개별 통신 연결을 최적화하고 사이버상에서 안전한 연결의 사용을 보장하는 것은 추가 기술, 지식 및 교육의 필요 없이 사용자에게 높은 성능과 안전한 제어 시스템을 제공한다.

엔지니어링: EcoStruxure Control Expert – Asset Link는 더 높은 품질 제어 시스템을 위해 프로젝트 구성에서 노력 및 불일치를 제거한다. EcoStruxure Control Expert – Asset Link는 모범 사례(샘플 Object)의 예시를 사용해 제어 시스템 내의 비슷한 Object에 적용할 수 있는 규칙의 모음(패턴)을 생성한다. 패턴은 컨트롤러 코드 내에 정의되고 Supervision 시스템 내부에서 사용되는 중복 노력(자산 설명, 변수 주소, 인터록 주석 및 가변 변수)을 인식하고 이러한 구성을 동기화한다. 이렇게 하면 Supervision 시스템 사용자에게 더 높은 품질의 정보를 제공하고 컨트롤러 내의 구성이 완전하도록 보장하며, 따라서 제어 시스템 사용자가 사용할 수 있는 정보 및 구성의 품질이 개선된다. EcoStruxure Control Expert –Asset Link는 과도한 처리로 인해 부담을 가하지 않는 동시에 AVEVA System Platform에 구성을 복제해 사용자가 최소한의 PLC 코드를 빌드할 수 있도록 함으로써 최적의 결과를 보장한다. 또한, 불필요한 태그를 제거해 PLC 부하가 줄어들고 사용자가 최소한의 하드웨어로 제어 시스템을 실행할 수 있다.

표준화: Ecostruxure Hybrid Libraries는 연결된 장치의 통합을 용이하도록 하기 위해 표준화된 Object를 제공한다. 컨트롤러와 Supervision 시스템 내에 자산과 함께 측정, 모터 관리, 전력 제어를 위한 상세 정보에 액세스 권한이 있으면 사용자는 컨트롤 시스템 내부의 수천 가지의 추가적인 측정을 활용할 수 있다. 아울러 라이브러리는 컨트롤러 내에서 자세한 단계식 운영을 정의한 후, 이를 소프트웨어 제품군의 요소 내에서 즉시 프로그래밍할 수 있는 소프트웨어 애플리케이션(Batch, Historian, Recipe)에 대한 인터페이스를 제공한다.

슈나이더일렉트릭의 EcoStruxure Control Expert는 한마디로 제어 및 감독 시스템의 원활한 통합을 가능케 하는 툴이다. 이는 완전히 통합된 시스템으로 엔지니어들이 설계 및 커미셔닝을 하는 시간을 단축하고 전체 시스템의 일관성이 제공될 수 있도록 한다. 이 시스템은 AVEVA의 System Platform을 사용해 관리할 수 있도록 만들어졌다.

이 시스템은 크게 △Asset creation △Asset binding △Asset Meta Data △Maintain Consistency △Patterns △Pattern libraries 등 6개의 특징이 있다. 이를 통해 유저는 이 솔루션이 어떤 방식으로 데이터를 수집하고 처리해 제어기의 logic에 활용하고 이를 패턴화해 슈나이더일렉트릭만의 룰을 만들어 내는지 알 수 있다.

‘Ecostruxure Control Expert – Asset Link’의 운영 방식 [자료=슈나이더일렉트릭]

운영에 통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션 적용하기: 배수 네트워크의 사용 사례

과제: 전 세계의 배수 시설은 NRW(무수 수량)를 줄이고 시스템에서 수자원 손실을 해결하는 데 초점을 두고 있다. 이런 시설에서는 NRW가 최소화되기 전까지 인프라 손상, 빈약한 리소스 관리 및 서비스, 잠재적인 수압 손실과 높아진 에너지 청구 요금으로 인해 어려움을 겪는다. 기후 변화로 인한 기상 이변 역시 수자원 공급의 지속 가능성과 안전에 큰 위협이 된다. 인구 증가로 인한 위험 및 수요의 증가는 처리된 하수의 재활용 및 재사용을 즉시 증가시켰다. 이와 동시에, 운영 안전성 및 보고에 대한 규정 준수 의무, 그리고 분산된 배수 네트워크 자산은 시설에 가시성 및 제어 향상을 통한 프로세스 효율성 개선이라는 과제를 제시한다.

아쉽게도 운영업체는 네트워크에 대해 센서, 그리고 원격 스테이션과 네트워크의 중요 교차점에 위치한 측정 지점을 기반으로 한 부분적인 가시성만 보유하고 있다. 이는 과거 데이터의 일부를 검토하는 데 도움이 될 수 있지만, 실시간 의사 결정 또는 예측을 위한 시나리오 분석에는 정보를 제공해 주지 않는다.

솔루션: 유압 시뮬레이션 소프트웨어(슈나이더일렉트릭의 통합형 수자원 네트워크 관리 등)는 수자원 시설에서 운영 효율성 향상, NRW 감소, 유지보수를 더 효율적으로 계획하는 능력, 자산 수명 연장, 수압 최적화(및 그에 따른 에너지 소비 감소), 그리고 What-if 시나리오를 통한 정확한 예측을 위해, 네트워크에 대한 실시간 가시성을 제공하는 디지털 트윈 솔루션을 제공할 수 있다.

예를 들어, 이탈리아 시설인 Acqua Novara는 EcoStruxure Geo SCADA Expert, SCADAPack Smart RTU 및 Modicon PAC 등의 엣지 컨트롤 솔루션과 통합된 슈나이더일렉트릭의 WMS(수자원 관리 제품군) 수자원 손실 및 수자원 네트워크 관리를 활용하고, Altivar Process, Trio Radio 및 Telemecanique Sensors 등의 제품을 연결해 수자원 손실 10% 감소 및 수자원 공급 에너지 소비 15% 감소를 달성했다. 이와 비슷하게, 영국 시설인 Anglian Water는 슈나이더일렉트릭의 통합형 솔루션인 수자원 관리 제품군, EcoStruxure Geo SCADA Expert(ClearSCADA), RTU 및 Trio Radio를 활용해 누수를 영국에서 가장 낮은 수준으로 낮췄다.

유압 시뮬레이션 소프트웨어는 수자원 시설에서 운영 효율성 향상, NRW 감소, 유지보수를 더 효율적으로 계획하는 능력, 자산 수명 연장, 수압 최적화, What-if 시나리오를 통한 정확한 예측을 위해, 네트워크에 대한 실시간 가시성을 제공하는 디지털 트윈 솔루션을 제공할 수 있다. [사진=dreamstime]

통합형 제어 및 소프트웨어 솔루션 활용하기: 디지털 트윈의 가치를 최대한 실현하려면 수자원 네트워크 자동화 시스템의 엣지 컨트롤 계층에 디지털 트윈이 기본적으로 내장돼 있어야 한다. 이러한 제어 및 소프트웨어 솔루션은 운영업체에 정보를 제공하며, 과거에는 유압 엔지니어만의 영역이었던 기존의 SCADA 시스템을 훨씬 뛰어넘는다. 이에 더해, 제어 계층의 긴밀한 통합은 유압 소프트웨어 애플리케이션을 현장 장치에 기본적으로 연결할 수 있다. 여기에는 네트워크의 펌프를 제어하는 액추에이터와 네트워크 전체를 가장 정확하게 시뮬레이션하기 위해 필요한 데이터를 제공하는 센서가 포함된다.

결론

슈나이더일렉트릭의 솔루션은 신뢰도 높은 파트너사와의 협력을 통해 최고의 자동화 기반 소프트웨어를 양질의 사이버 보안 제어와 결합해 프로젝트 설계 시간과 비용을 축소하고, 운영의 유연성과 효율성을 향상함으로써 다양한 부문에 걸쳐 운영에 큰 영향을 줄 것으로 예측된다. 또한, 슈나이더일렉트릭의 솔루션 및 서비스 전문 지식 포트폴리오의 전폭적인 지원도 받을 수 있어 데이터 측면에서 일관성 있는 접근 방식을 통해 최종적으로 운영자의 안전과 보안을 보장하고 성능을 개선할 수 있다.

설계 및 계획 팀은 이미 검증된 재사용 가능한 자산 코드 라이브러리를 활용해 프로젝트 오류를 줄이고 구축에 드는 시간과 비용을 절감할 수 있을 것이다. 운영팀은 더욱 효율적인 보수를 통해 PLC와 SCADA의 원활한 통합을 이룰 수 있다. 또한, 데이터를 보다 총체적이고 정확하게 볼 수 있는 속도와 유연성을 기반으로 해 연속적인 개선이 가능하다는 이점을 가진다.

더 많은 정보를 자세히 알고 싶다면 슈나이더일렉트릭 코리아의 홈페이지를 방문하면 된다. 운영을 위한 IoT 기반 소프트웨어부터 실제 플랜트에 적용될 수 있는 제품들까지 한눈에 경험해 보시기 바란다.

글 슈나이더일렉트릭 Industrial Automation 사업부 김건 매니저

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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