Plant Information System

박세영/하니웰 코리아

1. Uniformance Overview

1. Plant Information System (PIS) 이란 ?

1970년대는 산업 시설의 절대 빈곤으로 인하여 정부 주도하의 산업 기반 구축에 주력 하였으며, 80년대에 들어서도 공급이 수요를 충족시키지 못하므로 모든 기업의 정책은 생산 설비의 확장 및 생산량 극대화가 주 관심이었다.

90년대에는 생산 설비의 과다로 공급이 수요를 초과하게 되었고, 이로 인하여 소비 성향이 다양화되는 현상이 발생하였다. 따라서 각 기업은 공급 과잉으로 인한 재고 부담을 줄이고, 변화하는 소비 성향을 충족시키고자 다양한 제품을 생산하게 됨으로써 추가 되는 생산 비용을  절감코자 많은 노력을 기울이고 있다. 이러한 기조는 생산품 및 산업의 종류에 따라 시간적인 차이는 있더라도 거의 같은 현상을 보이고 있다.
 

따라서 생산 부문은 플랜트 자동화, Advanced Control, Fuzzy, Scheduling등을 도입하여 인원 감축 및 제품의 품질 향상에 지속적인 노력을 하고있으며, 기업 차원에서는 ERP(Enterprise Resource Planning), Reengineering을 도입하여 기업 경영 전반을 표준화하고 재무, 관리, 영업, 구매, 생산, 인사 부문의 업무가 관련 부문의 업무에 반영되도록 통합 시스템 구축함으로써 (기업 전체의 정보가 실시간으로 이동) 시장의 변화에 신속하게 대응하고 있다.

예를 들면 [영업에서 주문을 받으면 이 정보를 곧바로 관련 부서의 시스템에 입력된다. 생산 부문은 주문과 동시에 생산에 들어가고 재고 관리부문과 구매 부문은 원자재를 구매한다. 물류 부문 역시 자재와 배송 부문에 들어간다. 회계관리 부문은 영업과 생산 실적을 파악, 재무와 관련된 모든 부문을 지원한다. 본부의 경영진은 영업, 생산, 재고, 재무등 회사 내의 모든 부문에 대한 정보를 실시간으로 파악하여 정확한 의사 결정을 내린다.]

이렇게 정보의 공유는 조직의 핵심 역량으로 구성원의 자질과 부문별 정보를 연결함으로써 산술적으로 증가 시킬 수 있으며, 이러한 정보를 얼마나 잘 공유하는가에 따라 조직의 역량을 기하 급수적으로 증가시킬 수 있다.

현재는 네트워크 기술의 발달로 많은 회사에서 각 부서간 정보 공유 시스템을 사용하고 있으며, 각 플랜트별 콘트롤 시스템도 정보 공유 및 관리의 효율을 높이기 위하여 통합하는 추세이다. 또한 생산성 향상을 위하여 각 부문별로 다양한 응용 소프트웨어를 사용하고 있으며, 이들 응용 소프트웨어간 정보 통합을 추진하고 있다. 하지만 다른 응용 소프트웨어간의 통합은 개발 환경이 다르며 표준화되어 있지 않은 것이 많으므로 용이한 일은 아니다. 특히 프로세스 콘트롤 시스템 (DCS, ACS)과 업무용 시스템간 정보 교환은 절실한 필요성을 느끼고 있으나 시스템의 속성이 다르며 각 시스템 운영자 간 개념이 다르므로 쉬운 일이 아니다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 하니웰은 프로세스 시스템 개발 및 네트워크 서비스에 대한 경험을 바탕으로 플랜트 운영에 필요한 업무용 소프트웨어와 이들간 정보 교환을 위한 시스템 (Plant Information System)인 Uniformance를 공급하게 되었다.

1.1 Plant Information System (PIS)란?

생산 현장의 공정 데이터를 실시간으로 수집, 통합 및 유지하는 RealTime Data Base (RTDB)를 기반으로 생산관리, 품질관리, 운전관리, 생산계획 시스템 등 공장 운영에 필요한 모든 요구 사항을 만족시키는 정보시스템을 총칭한다.

생산관리 시스템 : 계획대비 생산 비교, 회계처리, 제조원가 계산 등의 기능을 제공품질관리 시스템 : QC와 품질보장 실행하고 실험실의 생산성을 향상하는 기능을 제공
운전관리 시스템 :     목표대비 실제운전의 감시와 분석 기능을 제공
생산계획 시스템 :     운전계획과 일정계획을 지원

1.2 Plant Information System(PIS) 목적.

▶전형적인 플랜트 운전 환경
   -직감
   -경험
   -개인적인 선호도
   -선택적인 보고
   -다양한 보고 양식

▶전형적인 플랜트 정보의 문제점.
   -부분적으로는 필요 이상으로 상세하나 종합적인 정보가 아님.
   -같은 현상에 대해 서로 다른 정보
   -정보 입력의 수작업으로 인한 오류, 사무적인 노력
   -필요할 때 필요한 정보를 즉시 얻기 어려움.
   -신뢰가 가지 않는 정보

▶PIS가 구축된 환경에서의 업무 변화
   -사무적인 일이 아닌 PIS를 활용한 진정한 엔지니어 업무
   -운전상의 문제점을 정확하게 파악
   -정확하고 정리된 정보의 신속한 획득
   -다양한 계층의 일관성 있는 정보 제공
  -플랜트 전체의 생산 현황, 생산 비용, 재고 현황 등에 대한 보고서가 필요 없으며, 사무실의 PC에서 한눈에 파악할 수 있음.

1.3 PIS 기대효과

▶운전 신뢰성 개선
   -주요 운전 설비의 Monitoring, 실시간으로 신뢰도 개선
   -핵심 설비의 History Data [즉 운전 시간, 휴지 시간, Shutdown 사이의 평균
     시간 산출을 위한 정지 횟수, 평균 휴지 시간 등을 수집, 산출함]
   -설비 이상 시 주 운전 요소의 감시
   -만성적인 설비 이상을 분석하고 원인을 밝혀낼 통계적 분석 방법 제공
   -생산성 개선
   -생산, 회계 등 상세 운전 Event의 수집을 자동화함으로써 수작업 감소
   -공장 운영 계획에 따른 작업 일정 수립 기간 단축
   -집약된 생산율, 생산방식, 재고 목록 등을 이용하여 Schedule 작성, 실행,
     평가에 필요한 시간을 줄인다.
   -운전 조건 변경 시 변경을 동기화 하여 운전 조건 변동의 대처 능력 개선
   -작업 지시의 Scheduling 개선
   -공정 분석 및 문제 해결을 위해 작업 지시와 관련된 Operating Metrix를
     자동 수집

▶운전 효율성 및 유용성 개선
   -공정, 공정 마무리, 제품 조작 등의 운전 제약 조건을 고려할 수 있는 능력 개선
   -효율적인 제품 생산 능력 - 적시, 적절한 제품의 생산
   -목표, 작업 지시, 계획과 실제 운전에서의 차이 및 원인 파악
   -생산 중단 및 불량 제품 생산을 최소화하기 위한 문제 발견 및 분석 능력 개선
   -규정치 또는 목표를 초과하는 원료 소비의 편차를 분석, 보고
   -원부 원료의 품질 Spec.을 관리하고 품질 검사 결과를 검증

▶생산 품질 개선
   -보다 개선된 운전 Mode 변경
     .작업간의 조정, 순서, 공정 상태 개선
     .공정 운전 전반에 걸친 개선 사항 분석
     .계산의 자동화 및 Schedule, 공정, 실험실, 운전 Event 정보의 집약
   -반응기, 최종 처리, 제품 Handling 등 특정 작업 부분에 대한 Off-Spec의
     원인 규명
   -자동화된 Event 감시 및 Alarm 검출을 통하여 Off-Spec 및
     Transition Material 감소
   -부적합 상황의 분석을 지원하기 위해 실험실, 공정운전 및 제품 조작으로부터
     집약된 데이터를 Access
   -운전목표 대비 척도, 제조의 기준 및 규격의 감시
 

1.4 Uniformance란 무엇인가?

하니웰은 Total Plant Solution (TPS) 정책의 일환으로 Plant Information System인Uniformance를 발표하였으며, Uniformance는 플랜트 관리와 Performance를 향상시키기 위한 통합된 정보 (Database)와 응용 소프트웨어 (Business Application)를 제공한다.

Uniformance- Database는

▶프로세스 플랜트 관리를 위하여 필요한 복잡하고 다양한 정보에 대하여 포괄적인
   해결책을 제공한다. 
▶플랜트 운영과 이익을 개선할 수 있도록 하는 업무 시스템과 콘트롤 시스템의
   정보를 통합하는 시스템으로써 정확한 판단의 근거를 제공한다.

▶운전자, 엔지니어, 관리자가 전체 플랜트에 대해 정확하고 일관성 있는 정보를 빠르고 쉽게 활용할 수 있도록 한다.
▶APC, Optimization, Business Application 또는 3rd Party에게 필요한 데이터를 제공함.
▶RDI를 통하여 다른 DCS나 Information System을 지원한다.
▶하니웰의 기존 TPH/TPD, PIROS 와 InterPlant사의 PHD의 장점을  통합하여 개발한 플랜트 정보 통합 데이터베이스시스템임.
▶ 실시간 프로세스 데이터베이스 (RTDB)와 관계형 데이터베이스(RDBMS)를 같이 사용할 수 있는 공동 데이터베이스를 가지고 있으며, Uniformance Business Applications과 DeskTop에서는 이 데이터베이스를 쉽게 활용할 수 있다. 또한 3rd Party에서도 이를 쉽게 활용할 수 있도록 API, OLE, OPC, ODBC, SQL등을 지원한다
 

1.5 주요 Honeywell 시스템

 -TPS Control (기존 TDC 3000 System)               - DCS
    -APP (Application Process Platform) Node          - Gateway with Application Functions
    -Uniformance Database, Business Applications   - PIS
    -Profit.Plus                                                     - APC, MPC, Optimizer
    -@sset.MAX                                                   - Asset Management, ASM     -OM&S                                                           - Oil Movement & Storage System     -TotalPlant Batch                                             - Batch Process Control System
    -Bonner & Moore 제품                                      - Supply Chain Management
    -POMS 제품                                                    - Manufacturing Execution System

Uniformance는 DATABASE (Process History DataBase, Plant Reference Model), Business Application , DeskTop으로 구성된다.  Uniformance Database는 플랜트의 모든 Advanced Application에 대하여 완전히 통합된 Architecture를 제공함으로써 플랜트의 통합 데이터베이스로 활용된다.

Uniformance의 구성 요소는 다음과 같다.

또한 Uniformance는 3rd Party Application과 쉽게 연결되므로 다양한 Application을 적용하여 Process의 안정적인 운전 및  운전 비용 절감을 할 수 있다.

1.6 Uniformance 적용 사례

●On-Line Monitoring and Diagnosis : 공정이 통계적으로 정상상태에 있을 때의 Historical Database를 활용하여 이상 발생 예측 및 이상 원인 진단 (ex. Simca 4000 On-Line – Multivariate Processing for Windows)

●Utility Plant 에너지 수배급 최적화 : 스팀과 전력에 대한 수요가 변화함에 따라 공정을 실시간으로 최적화하여 전체 조업 비용을 최적화함. 기전 조업 조건 대비 4 ~ 8.9 %까지 운전 비용이 절감됨.
●Fouling Index / Trend 분석 : 눈으로 확인이 어려운 Reactor, Heater Exchanger의 Fouling 상태를 축적된 데이터를 활용하여 통계적으로 분석함으로써, Fouling제거를 위한 Overhaul 주기를 연장하여 Maintenance 비용 절감.
●공정별 Operating Cost 산출
●운전 목표 대비 실제 운전의 차이에 대한 분석
●Daily Heat & Mass Balance
●대기온도, 풍향, 풍속, 대기압, 습도를 Trend로 분석하여 운전에 미치는 영향 파악
●실험실 데이터를 DCS 운전 화면에 Display
●주요 Chemical 사용 실적 감시

Uniformance는 실 사용자가 쉽게 사용 할 수 있도록 Window 환경을 도입함으로써 실무자의 업무 능력이 충분히 반영된 Application을 만들 수 있으며, 실무자가 더욱 부가가치 있는 업무를 할 수 있도록 지원한다.

또한 완전한 Server/Client, Web 지원 시스템으로 Hardware및 Software에 대한 투자와 Maintenance 비용을 줄일 수 있으므로 적은 비용으로 최적의 자동화를 할 수 있으며, 자동화에 대하여 더 높은 효과를 얻을 수 있다.

2. RealTime DataBase

2.1     PIS에서 RTDB(RealTime DataBase)란?
2.2     RDBMS (Relational Database Management System)
2.3     ODBC(Open Database Connectivity)
2.4     API(Application Program Interface)
2.5     Synchronization
2.6     Engineering Unit Conversion
2.7     Virtual Tag
2.8     Maintenance
2.9     Service 

2. RealTime DataBase

플랜트에 사용되는 RTDB의 목적은 다양한 하부 시스템으로부터 데이터를 실시간으로 수집, 저장하여 데이터 작업(보고서 등)을 용이하게 하며, 공정분석, 경영에 필요한 의사결정의 수단으로 사용되는 데이터베이스를 말한다.

2.1 PIS에서 RTDB(RealTime DataBase)란?

PIS에서 사용하는 RTDB는 현장의 데이터를 수집하여 별도의 검증 절차를 거치지 않고도 사용자가 신뢰성 있는 데이터를 쉽게 사용하기 위하여 다음과 같은 기능을 기본으로 채택하고있다.

 - RealTime, Deterministic:      실시간으로 수집 저장 하는 기능, 
    - Data Compression : 공정분석에 필요한 장기간의 데이터를 한정된
                                    기억장치에 저장하는 기능, 
    - Data Recovery :  손실된 데이터의 복구 기능, 
    - Reconciliation :   부정확한 데이터의 보상 처리,
    - Data Confidence : Recovery, Reconciliation된 데이터의 정확도를 파악하기
                  위하여 각 수집된 데이터에 대하여 신뢰도 및 Time Stamp 표시 기능. - RDBMS : RDBMS 기능을 포함하여 RTDB와 통합된 데이터 구축하며,
                    데이터의Import/Export가 자동으로 되도록 함으로써 사용자가
                    쉽게 통합된 데이터 활용.
    - Engineering Unit Conversion : 단위의 변화에 대하여 수치 자동 변환 기능     - Virtual Tag : 별도 Coding 없이 Tag에서 연산 및 Logic 처리 기능
    - Scheduling : Report 발행 및 다른 응용프로그램의 실행을 Control하는
                         Scheduler
    - Tag Modification Auditing : Tag 정의에 대한 수정을 자동 기록
    - Desktop tools :       최종 사용자가 원하는 작업을 용이하게 하여주는 기능
    - API:  여타 응용프로그램과의 인터페이스가 용이.
    - 사용자 스스로 필요한 응용프로그램을 작성할 수 있는 도구를 제공

2.2 RDBMS (Relational Database Management System)
공장의 현장 상황은 필요에 따라 상당한 변화를 가져오는 경우가 많으며, 이러한 현장의 변화가 자동적으로 데이터베이스에 반영되어 항상 정확한 데이터 및 현장성을 유지하는 것이 매우 중요한 관리 요건이다. 그러나 대규모 공장의 경우 Process Parameter수가 대단히 많아 사람이 이를 유지, 관리하는 것이 사실상 불가능 할 뿐 아니라 매우 비효율적이다. 관계형 데이터베이스 (Relational Database)를 사용하면 데이터의 정확성(Consistency) 및 현장성(Consistency)을 효과적으로 확보 할 수 있다.

따라서 RTDB를 구축하는 경우에도 Parameter와 관련된 사항을 관계형 데이터베이스를 이용하여 관리하는 경우가 많은데 RTDB가 관계형 데이터베이스 기능의 일부를 포함하고 있는 경우, 많은 장점이 있다.

2.3 ODBC(Open Database Connectivity)
서로 다른 데이터베이스간의 데이터 교환 문제가 과거에는 상당한 장애 요인이었으나, 요즘의 대부분 시스템이 ODBC를 제공하므로 이러한 기능이 제공되는 데이터베이스들이나 응용프로그램을 사용한다면 서로 다른 데이터베이스 간의 데이터 교환 문제가 상당히 간단해진다..

2.4 API(Application Program Interface)
응용프로그램과 데이터베이스의 인터페이스에 관한 경우, 일반적으로 API라는 소프트웨어가 필요하며 이러한 API는 특정 프로그램에 따라 각각 다르다.  데이터를 조회, 갱신하는 작업이 많은 응용프로그램의 경우 SQL을 이용하여 API를 구현할 수 있는 데이터베이스를 선정하는 것이 좋다.

2.5 Synchronization
현장의 Parameter가 변경, 갱신되는 경우 이러한 변화가 데이터베이스에 자동적으로 반영된다면 항상 현장 상황과 일치하는 정확한 데이터베이스를 보유할 수 있게 된다. 따라서 이러한 “Synchronization with DCS Reference Database”기능을 가지고 있는 데이터베이스가 바람직 하다.

2.6 Engineering Unit Conversion
특정 파라미터의 값에 대한 단위 (Engineering Unit)를 변경 시 그 값이 단위에 맞게 자동으로 변경될 수 있는 기능이 있으면 서로 다른 단위를 사용하는 부서 및 회사에서 이 데이터베이스를 쉽게 사용할 수 있다.

요즘 사실상의 표준으로 사용되는 OLE, OPC 기능을 가지고 있는 경우, 사용자가 데이터를 이용할 수 있는 폭이 넓어지게 된다.

2.7 Virtual Tag
계산 및 Program 기능을 제공하는 Tag (Virtual Tag)가 있으면 각 장표마다 별도의 계산이나 Program없이 이 Tag의  값을 불러오면 되므로  각 장표가 같은 시간대에 동일한 값을 나타낸다. 따라서 데이터의 상이함에 대한 부서간 이견을 해소할 수 있으며, 중복 저장을 하지 않음으로써 저장 장소를 효율적으로 활용할 수 있다.

2.8 Maintenance
정보시스템의 경우 Software적인 기능보다 유지보수의 측면이 더욱 강조되어야 하므로, Maintenance관련 기술이전 및 교육 그리고 즉각적인 기술지원 체계를 갖추고 있는 업체와 협력하는 것이 바람직하다.

정보시스템의 경우, 유지보수가 수반되지 않으면 공정이나 관리부문의 변경 사항이 반영되지않으므로 사용자가 데이터를 신뢰하지 않게 된다. 따라서 설치 후 1 ~ 2년 내에 무용지물이 되는 경우가 많다.  특히 외국 기술력에 의존하는 경우에는 Maintenance에 상당한 비용이 요구되므로  적절한 시기에 Maintenance를 하지않음으로써 시스템이 사장되는 경우가 많다,

2.9 Service
소프트웨어를 전문으로 하는 업체의 경우, 인수.합병이 매우 빈번하다. 따라서 소규모 회사의 경우 취급 제품에 대한 생명력이 얼마나 지속될지 장담할 수 없으므로, 지속적인 Support를 보장할 수 있는 업체의 선정이 중요하다.