다운타임 위험성 제거, 고객이 언제든 접근할 수 있는 모든 프로세스 데이터, 사전 예방적 유지보수와 성능 최적화 등은 모든 산업체에서 꿈꾸는 이상이다. 디지털화는 이러한 이상을 현실화시키는 수단으로, 덴마크의 National Oilwell Varco는 산업용 네트워크와 디지털화를 기반으로 한 가치 향상을 입증했다. 

석유/가스 산업용 대형 플렉시블 파이프는 주로 해저에서 연안 플랫폼이나 유조선으로 석유 및 가스를 수송하는 데 사용된다. 따라서 매우 가혹한 조건에 대응할 수 있도록 만들어져야 한다. 특히 일부 파이프의 경우에는 길이가 12~14km에 달하며, 이러한 파이프는 대형 릴 위 플랜트 주변에 보관·수송된다. 이러한 대형 파이프는 여러 층으로 이뤄지기 때문에 제조 공정의 부품들이 여러 건물에 나뉘어 수용된다. 

하지만 National Oilwell Varco의 자동화 엔지니어인 Klaus Jorgensen는 자신의 사무실에 편히 앉아 전체 생산 과정을 모니터링하고, 모든 장비의 작동 상태를 확인하고 있다. 모니터링에는 동일한 구성품들을 사용하는 브라질의 플랜트가 포함되며, 덴마크 플랜트에서 전반적인 모니터링·작동이 가능하다.

이러한 기반 시설을 탄생시키기 위한 첫걸음은 2012년에 시작됐다. National Oilwell Varco가 NKT Flexibles Company를 매입한 후 사무실과 산업용 생산 기반 시설을 분리시킨 것이다. 이 시스템은 연중무휴 운행되며, 특히 예약 생산 다운타임에 상당한 비용이 드는 플랜트에서는 높은 타당성을 지니기에 지금도 꼭 필요한 산업 요건이 되고 있다.

National Oilwell Varco의 Finn Meldgaard 수석 업무 분석가는 “이런 파이프의 내부 라이너는 압출 가공된 중합체 층으로 구성된다. 아무리 파이프 길이가 길어도 한 번의 연속 공정으로 해당 가공 작업이 이뤄져야 하며, ms 단위 동안만 중단돼도 플라스틱에 구멍이 생겨 그 부분을 모두 벗겨낸 후 공정을 처음부터 다시 시작해야 한다”라고 생산 공정의 까다로움을 말하면서 “하지만 이제 새로운 기반 시설과 장비 업그레이드를 통해 갑작스러운 다운타임 위험이 제거됐다”고 밝혔다.
 
무선 네트워크에서의 비상 정지
험한 산업 조건에서 절대적으로 완벽하게 작동하기 위한 네트워크에는 일반적인 스위치나 라우터를 투입할 수 없다. 지멘스의 Simatic S5를 자동화 장비의 핵심으로 사용하고 있었던 National Oilwell Varco는 지멘스에 Simatic S7으로의 업그레이드가 포함된 완전한 솔루션을 요청했다.

National Oilwell Varco의 Johnny Jepsen 수석 업무 분석가는 “기계 한 대의 공정층까지 표준 구성품을 필요로 했는데, Pro net 형태의 적절한 기술과 요구 조건에 맞게 설계된 견고한 필요 구성품을 제공하는 지멘스는 최적의 파트너였다”고 회고했다. 

표준 구성품을 사용하는 것이 매우 중요했기 때문에 National Oilwell Varco에서는 허용 구성품 및 장치의 화이트 리스트를 마련했다. 화이트 리스트는 신속하고 간편한 장비 교체를 포함한 여러 이점을 제공한다. 표준화는 디지털화의 바탕으로, National Oilwell Varco는 디지털화를 통하여 각 맞춤형 파이프에 맞게 생산 장비가 조절되도록 관리할 수 있게 됐다.

플렉시블 파이프에 카커스층을 추가하는 장비가 위치한 건물에서는 해당 장비가 얼마나 잘 작동하는지를 바로 확인할 수 있다. 지름이 약 2미터인 이 장비는 1초당 한 바퀴를 회전하는데, 회전 장치에는 골프공 모양 안테나 두 개가 부착되고, 벽면에는 무선 액세스 포인트가 있어 32ms동안 신호가 잡히지 않으면 장비가 즉시 비상 정지하게 된다. 무선 네트워크에서 비상 정지를 할 수 있는 이 기능은 지멘스가 제공하는 산업용 무선 LAN^{WLAN : Wireless LAN}의 장점 중 하나로, 비상 정지 중에도 산업용 WLAN 시스템은 데이터 캡처 및 관리가 가능하도록 지원한다. 

모든 것이 기록된다.
석유 산업에서 핵심은 안전이다. 파이프 중 하나라도 붕괴되면 인간과 환경에 막대한 피해를 줄 수 있기 때문이며, 이러한 사고를 예방하기 위해서는 생산 공정의 모든 단계가 면밀히 모니터링되고, 기록되어야 한다.

Meldgaard 수석 업무 분석가는 “모든 파이프는 온도와 염분, 파도의 구조, 수송 배지의 산도, 특히 설치 장소를 고려하여 맞춤 제작되고, 고객과의 긴밀한 협업으로 설계되며, 생산 시 National Oilwell Varco가 모든 것을 측정한다”고 전했다.

모든 데이터는 새로 구축된 산업용 네트워크를 통해 전송되어 데이터 센터에서 수집된다. 설명에 따르면, 1주일 동안 테스트를 할 경우에 무려 11TB의 데이터가 생성된다. 테스트 장비는 항구 주변에서 위치 이동이 가능한 두 대의 컨테이너에 보관되는데, 여기에서 무선 네트워크의 가치는 다시 한 번 입증된다. 무선 네트워크 덕분에 컨테이너를 원하는 곳에 위치시킬 수 있을 뿐 아니라 원거리에서의 제어까지 이행할 수 있는 것이다.

Meldgaard 수석 업무 분석가는 “산업용 WLAN을 통해 고객과 함께 테스트를 모니터링하고 제어한다. 즉, 이는 압력을 가하는 동안 아무도 해당 테스트 컨테이너 내부나 가까이 있을 필요가 없다는 의미로, 혹시 모를 사고가 발생해도 사상자가 발생할 염려가 전혀 없다”고 말했다.

구역 전체에 산업용 WLAN을 적용하려면 컨트롤러 기반 AP가 필요하다. 악천후를 견뎌야 할 뿐만 아니라 정박 중인 선박, 혹은 기타 무선 장비로 인한 간섭에도 기능을 완벽히 수행할 수 있어야 하기 때문이다.

Jepsen 수석 업무 분석가는 “구역 전체에 네트워크가 적용되고, 해당 네트워크는 일반적인 사무실 IT 장비로는 전송할 수 없는 대용량 데이터를 전송하도록 설계되어 있다”면서 “지멘스는 대용량 데이터를 ms 단위 속도로 전송할 수 있는 시스템을 보유하고 있다. 이 점 또한 지멘스를 파트너로 선택한 이유”라고 강조했다.

사전 예방적인 유지보수
Klaus Jorgensen의 사무실 벽면 모니터를 보면 각 노드를 포함하여 산업용 네트워크에 연결된 모든 구성품을 확인할 수 있다. 몇 개 노드가 노란색인 것을 제외하고 대부분의 노드는 녹색 상태이다. 만약 노드 한 개라도 적색이 되면 즉각적인 대응이 필요하다. 해당 시스템은 지멘스 네트워크 관리 소프트웨어인 Sinema Server로 모니터링되는데, Sinema Server는 효율적인 유지 보수가 가능하고 사용이 간편한 소프트웨어이다. 

Jorgensen 자동화 엔지니어는 “이제 다운타임을 줄이고 사전 예방적으로 유지보수를 계획할 수 있게 됐다. 특정 장치가 노란색으로 바뀌면, 유지보수를 위해 해당 장치를 분해할 경우 다른 장치들이 어떤 영향을 받을지 도표를 통해 전반적으로 확인할 수 있을 뿐 아니라 화이트 리스트 덕분에, 특정 부품을 교체해야 하는 경우 어떤 구성품을 사용해야 하는지 정확히 알 수 있게 됐다. 세부 정보가 제공되는 실시간 진단과 도표를 통한 상황 분석, 케이블 색상 분류 덕택에 어떤 근무자라도 긴급 상황에 적절히 대응할 수 있으며, 누군가 실수로 잘못된 케이블을 당기는 시행착오 상황이 발생할 가능성이 없다”고 자신했다.

또 Sinema Server 네트워크 관리 소프트웨어는 휴대용 장치에서 접근이 가능하며, 필요시 해당 담당자에게 경계가 발령되도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 특정 구성품이 60초 이상 응답하지 않을 경우 Jepsen과 Meldgaard에게 동시에 텍스트 메시지가 전송된다.
 
두 대륙에서의 성과

Jorgensen 자동화 엔지니어는 덴마크 칼룬보르의 플랜트뿐만 아니라 브라질에 위치한 자매 플랜트까지 사무실에 앉아 모니터링한다. 브라질은 세계 최대 정유회사 중 한 곳에서 발주한 파이프 생산을 위해 National Oilwell Varco에서 플랜트를 건설한 곳으로, 이 플랜트는 완전히 새로운 설비이기 때문에 여러 공정 기계장치가 위치한 건물들의 배치 방식 관련 배치 방식과 관련하여 더욱 간결한 공정이 적용되도록 설계되어 있다. 단, 구성품 및 네트워크 구조는 덴마크 플랜트와 동일하다.

여기에서 National Oilwell Varco는 완전히 디지털화된 플랜트를 만드는 적절한 접근법은 표준화라는 것을 다시 한 번 입증했다. 화이트 리스트를 적용하고, 회사 전반적으로 표준 구성품을 사용하는 것만으로, 재고로 보유해야 하는 부품 수량을 최소화하면서 결과적으로 플랜트의 80~90%를 덴마크의 사무실에서 모니터링하고 관리할 수 있게 된 것이다.

데이터는 브라질 플랜트에서도 캡처된다. 캡처된 데이터는 고객 관련 기록에 사용되며 플랜트 성능 최적화에도 사용된다. 브라질 플랜트의 새로운 기계류·구성품과 덴마크 플랜트의 성능을 비교하고, 부품 교체나 설정 변경을 진행하여 덴마크 플랜트의 성능을 높이는 데 활용하는 것이다. 또 이 데이터를 이용해 ISO 50001에 맞게 에너지를 모니터링하고 관리하기도 한다. 

두 대륙간 완전히 통합된 자동화 구성은 데이터 보안 강화 효과도 제공한다. 껍질 속에 또 다른 껍질 형태로 설계되어 있기 때문으로, 공격자가 해당 산업용 네트워크에 접근하려면 여러 보안 층을 통과해 방향을 찾아야만 한다.

오현식 기자 다른기사 보기