DCS ENGINEERING by k5V4cU

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									계 장 설 계


Plant의 계장 System은 자동운전의 중심으로 계측과 제어, MMI(Man-machine
interface의 중요한 역할을 담당하고 있다.
계장 System은, 고 신뢰성과 조작성이 요구 될뿐아니라, 보다 높은 운전효율을
목적으로 한다. 적은 자원, 적은 에너지와 제품품질의 안정화.향상, 더욱더 다양
화에 대응한 다품종생산 등 이런저런 요청이 있다
근년에는 한층 더 효율화, 생산시간 감소를 목적으로 CIM(Computer Integrated
Manufacturing)화가 중요시되고 있다.
분산형 Digital계장 System은 기반기술에 있어 Micro Electronic, Software, 통
신기술의 발전에 의해 오늘날은 계장 System의 중심에 위치하고 있다.
분산형 계장 System에 의한 계장 설계는 기초지식, 고려해야 할 점, 계장 업무의
내용, Digital 계장 System의 설계 순서에 의해서 설계된다.


1. 계장설계의 기초지식
  계장 설계에는 물리, 화학,등 기초과학, 전기, 기계, 화학공학 등의 장치공학
  의 지식 외에 다음 1) ~ 9)의 계장 특유의 지식이 필요하다.
   1) 전기, 기계의 설계제도 기호와 같은. 장치설계자 간에 취급하는 도면상
      의 단위나 기호, 즉 계장 기호에 대하여
   2) 정보의 전송에 대하여
   3) 계측방법 및 검출기, 전송기 등의 특성. 재질 등의 지식
   4) 조절 변 등의 조작기기의 특성. 재질 등의 지식
   5) 대상 Process의 평균, 동적인 특성에 대하여
   6) 제어공학에 대하여 일반적 지식
   7) 신뢰성 공학과 안전설계의 일반적인 지식
   8) 방폭에 대하여
   9) 분산형 Digital 계장 System의 지식


2. 고려해야 할 점
   1) 측정방법, 제어방법
   2) 신호의 전송방법
   3) System 구성
      검출기, 변환기, 조절계, 연산계, 계장반, Digital처리장치, Digital 계
      장 System(Operator's consol, Controller, 통신장치, Printer, Hard
      copier)등
   4) 조작기기류의 선택, 사양결정
   5) System의 운전 방식
   6) System의 안전확보를 위한 정지와 진단방식
   7) System의 신뢰성
   8) 계기실의 Layout
   9) 각 계장기기의 취부를 위한 계장공사의 자료제공


3. 계장 업무의 내용
  계장설계는 비상의 사태나 최악의 사태에 대응하여 기술적지식과, 그것을 활
  용하고 실제의 Plant에 적용하는 판단을 필요로 하고, Vector의 방향을 모아
  서 진행하는 것을 필요로 한다.
   1) 예비적 검토단계
     - 자동화 요소
        품질향상 및 비용절감 등을 위해 자동화의 필요성이 요구 할 때 실시
        된다.
     - 예비검토
        Maintenance 담당, Operator's 생산설비담당, 계장설계담당 모두가
        협의하여 도달하는 결과를 따른다.
     - Process의 제어 사양 검토
     - 측정. 제어조건의 조사
     - 지정조건의 검토. 측정의 여부. 제한사항
     - 제어목표의 설정
   2) System의 사양서 작성
    - 계장 Flow의 확정
    - 계장품의 선정
    - Sequence제어의 검토
      - 안전성의 검토
        긴급 차단원인과 처리내용의 정리, Interlock 도면 작성
    - 신뢰성검토: 각각의 실적, 사고 발생시의 대응
    - Man-machine interface
    - 계기실 Layout


   3) 계장공사 사양서의 작성
   4) 견적작업. 경제성 평가
   5) 발주부터 납입.운전까지의 작업 흐름
4. Digital 제어 System의 설계 순서
  다음순서에 준하여 설계를 진행한다.
 1) 기능 사양 결정
 2) Work Sheet 작성
 3) Key-in
 4) 개별기능 Test
 5) 종합기능 Test
 6) 현지 재현 Test
 7) Plant와의 종합 Test


         사양결정을 요구하는 항목

  1   기능 사양서 작성               Process 제어를 설명하는 것

                              Process의 통체적 운전방법을 설명 하는
  2   운전 조작사양서 작성
                              것
                              제어방식, Loop 구성, 입출력사양,
  3   제어 기능 결정
                              Sequence 사양, 경보사양
                              Operator's Console 선택, 기능선택
  4   Man-machine System 결정
                              (조작, 화면의 종류, 매수 등..)
                              PID 및 기타 제어 연산 전의 처리 사항
  5   전처리 사양 결정
                              확인

  6   Loading 사양 결정           출력서식, 범위, 시간등

  7   품종 data 관리 사양 결정        품종관리별 Data 관리 사항

  8   통신 사양 결정                다른 계장 System과의 통신. 접속관계

  9   이상 처리사양 결정              정전, Process 이상시의 처리 사양

  10 기타 처리 사양 결정

  11 System 기능 구성 선택          계장 System을 구성하는 구성 요소 선택




5. 업무진행 Flow
1) 일반적으로 공정 담당부서로부터 P&ID(Pipe & Instrument Drawing)를 접수
  받는다.   설계량은 Plant의 크기에 따라 아주 다양하겠지만 예제로 극히 일
  부분을 아래와 같이 표시 하였다.




2) 상기와 같은 도면은 받으면 먼저 계기 List와 더불어 PI/O List를 작성한다.
    TAG.
                   DI           DO      AI       AO      RTD   PULSE   기타
     No.

           RUN/STOP      RUN/STOP
           AUTO/MANUAL
    M-01   FAULT
1
           Total: 3      Total: 1

    설명: 일반적인 Motor임. DI(Digital Input)Signal로써 기기의 상태확인
           DO(Digital Output) 하나의 Signal로 기기의 기동 및 정지 명령

           RUN           RUN
           STOP          STOP
           AUTO/MANUAL
    M-02
           FAULT
2

           Total: 4      Total: 1

    설명: M-01과 거의 비슷하게 동작하지만, Run과 Stop의 입출력 신호를 별도로
    받으므로서, Plant를 보다 정확하게 운전하고자 함

           RUN/STOP      RUN/STOP
           AUTO/MANUAL
    M-03   FAULT
3

           Total: 3      Total: 1

    설명: M-01과 동일 하면서 Speed Control을 함 (상기 도면에서는 필요 없음)

           RUN/STOP      RUN/STOP    SPEED    SPEED
           AUTO/MANUAL               LOAD
    M-04   FAULT
4
           Total: 3      Total: 1    Total: 2 Total: 1

    설명: M-01과 동일 하면서 Speed Control을 함, 또한 Motor의 사용 부하 측정
    함으로써 Tank내 물질의 점도 및 양을 추정할 수 있음.
             OPEN          OPEN/CLOSE
             CLOSE
    SV-01
6
             Total: 2      Total: 1

    설명: 일반적인 Digital Control Valve            (Digital Signal일 경우 기기의 필요
    Power가 실려서 나가는 경우와 그렇지 않은 경우가 있다.)

             OPEN          OPEN/CLOSE   OPEN 정도 OPEN 지시
             CLOSE                      (%)        (%)
    SV-02
             AUTO/MANUAL
    (MOV-
             FAULT
7    02)

             Total: 4      Total: 1     Total: 1 Total: 3

    설명: MOV Type로써 Valve의 actuator가 Motor라고 생각 하면 됨.
            Analog Signal은 Valve의 Open status 및 지시에 사용

             OPEN          OPEN/CLOSE   OPEN 정도
             CLOSE         STOP         (%)
    SV-03 RUN/STOP
    (MOV- AUTO/MANUAL
8    03)     FAULT


             Total: 5      Total: 2     Total: 1

    설명: 상기 SV-02와 동일하지만 AO 대신에 DO를 사용하여 Open/Close 상태를
    제어한다.

             OPEN          OPEN
             CLOSE         CLOSE
    SV-04
9
             Total: 2      Total: 2

    설명: 상기 SV-01과 동일한 Digital Control Valve이지만, 크기 및 안정된 운
    전을 위하여 복동식을 사용한다.

                                        온도
10 TI-01
                                        Total: 1
     설명: 온도감시 Signal임. 여기서는 Tank의 온도 조절을 위해 Steam양 조정 한
     다.

                                                 적산치
                              순시치
       FI
                                                 Total:
11                            Total: 1
                                                 1

     설명: Oval 유량계로써 Analog Signal로 순시치를 받고, Pulse Signal로 적산
     치를 계산한다

                              차압전송
                              기
       PI
12
                              Total: 1

     설명: 차압전송기로써 여기서는 Filter의 막힘을 감시한다.

      Total       26    10        7      4           1


     위의 I/O Point는 일반적인 몇 가지 내용만을 예제로 나열하였으며, 제어 방식
     에 따라 Point가 상당히 유동적으로 결정된다.



     Motor List
       Motor List
Instrument List
 Instrument List




3) 시스템 규모 결정
  PI/O List는 System의 규모를 결정하는데 아주 큰 영향을 미치며, System의
  규모를 결정하기 위해서는
  - 이중화문제 : CPU, 통신 Module, DC Power Supply, Loop Controller
 - Operator's Station 및 출력장치
  - 기타 Option 등도 많은 영향을 미치겠지만,


  실제 운전에 필요한 가장 기본적인 System을 위한 규모결정은 역시 PI/O List
  가 기본이 된다.
  예를 들어 Digital Input Point가 26 Point라고 하면, Digital Input의 경우
  Digital Input Package(혹은 Digital Input Module이라고도 함)의 수량은 종
  류와 Maker에 따라 다르겠지만 일반적으로 1매에 16, 32, 64 Point를 수용하
  게 되어있으며, 절연 등 여러 가지 특이 사항에 따라 여러 종류로 나뉜다. 그
  러므로 위의 Digital Input의 예를 들면 현재 필요한 Point가 26 Point인데
  여기에 약 10%정도의 Spare를 감안하여 29 Point로 보고, 16 Point용 DI
  Package 2매를 사용하거나 32 Point용 DI Package 1매를 사용한다. 물론
  Point의 중요성 혹은 가격 등을 고려하여 다른 여러 가지 선택이 나올 수 있
  다.
  이와 같은 방법으로 나머지 DO, AI, AO, PP, RTD등의 PI/O Package 수량이 결
  정 된다.
  PI/O Package의 수량이 결정되면 이에 따라 PI/O Package를 장착 시킬 Cage의
  수량을 결정하고 또한 이것에 의하여 제어 및 내부 통신을 위한 통신 Package
  및 내부 제어 Package의 수량이 결정된다.(이때 무조건 PI/O Package를 순서
  적으로 Cage에 장착 시키는 것이 아니고, 공정별 혹은 차후 Maintenance등을
  고려하여 분배 장착해야 한다.) 이러한 사항들이 결정된 후 Package로서는 마
  지막으로 상기의 모든 내용을 제어하고 수용할 수 있는 CPU의 사양이 결정된
  다.
  이것으로 내부 Package이 결정이 완성되면 이러한 Cage를 장착하는 Panel을
  결정한다. 이때 Panel을 어떠한 식으로 구성할 것인가에 대해서도 많은 결정
  요인이 필요하다.
  Local과 Control Panel 사이에 Cable Connection Panel을 둘 것인가? 절연방
  식 및 접지, 낙뢰방지 장치 등은 어떻게 할 것인가? 공정에 따라 어떻게 위치
  분배를 할 것인가? 등 많은 요인들이 고려 되어야 한다. 물론 이런 것들은 사
  전에 System Configuration작성시 고려 되어야 할 것들이었다.
  공정으로부터 입수된 도면을 참고로 Loop Sketch와 Logic diagram을 작성한
  다. Logic diagram은 제어시스템의 가장 기본이 되는 것으로써 많은 경험과
  노하우를 가진자가 공정팀과 협의해가며, 여러 가지 측면을 고려하여 작성한
  다. 그 예는 아래와 같다.




4) 화면 구성안 작성
  (1) 감시기능
① 간이계기 표시(Loop 계기, PV치등...)
② 수치 표시
③ 색체, Print표시 (Valve, Motor등의 운전 및 이상표시)
④ Trend 계기 표시
⑤ 품종명칭 표시
⑦ 공정 표시
⑧ 경보 표시
⑨ 문자 전환 표시
⑩ 화면 전환 표시
⑪ 윈도 화면 표시
⑫ 기 타
 (2) 조작기능
  ① Window 부분에 계기 조작 (조절계, Sequence계기, 품종계기, Switch 계
  기, Valve계기, Motor계기 등)
② Communication 부분의 Data 설정
③ 다른 화면에서의 전계 조작
④ 기타 특수 기능 조작

								
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