무선 네트워크와 탱크 레벨 게이징

에머슨 프로세스 매니지먼트

무선 측정 시스템으로의 전환을 통해, SIOT 사는 중요한 오일 수송 사업에서 상거래(custody transfer) 효율성을 향상시키고, 통신 인프라에 관련하여 상당한 비용 절감을 실현했으며, 향후 변경 사항에 대한 유연성을 한층 증가시키게 됐다.

지난 해, SIOT(Societa Italiana per l’Oleodotto Transalpino SpA) 사는 노화하고 있는 탱크 게이징 시스템으로 문제를 겪게 되었다. 오래된 구형 시스템의 교체 부품은 더 이상 쉽게 구할 수 없었으며, 운영 전반에 미치는 중요한 전략적 역할을 감안했을 때, 이의 잠재적인 가동 중단이나 지연은 감당할 수 없는 사안이었다.

Trieste 항만과 여러 중앙 유럽 국가를 연결하여 각국의 에너지 수요 충족에 기여하는 Transalpine 파이프라인의 운영 업체인 TAL Group의 계열사인 SIOT 사는, 전략적으로 배치되어 있는 TAL 파이프라인 시스템을 관리하고 있다. 이는 오일 공급 수요에 있어 Bavaria 지역의 100%, Baden-Wurttemberg 지역의 50%, 오스트리아의 90%, 독일 전체 및 체코의 30% 이상을 책임지기 때문에 경제적으로 대단히 중요한 영향력을 지니고 있다.

Trieste의 Adriatic 항만과 여러 중부 유럽 국가에 인접하게 전략적인 위치에 소재한 SIOT은, 파이프라인을 통과하는 원유의 상거래를 처리하고 있으며, 해당 볼륨 산정에는 레벨 및 온도 측정을 사용한다. 레벨 및 온도의 측정치는 재정 유량 거래에 있어서 공식적인 가격을 계산하는데 사용되며, 온라인 혼합 작업의 경우 동일한 시스템의 레벨 비율 측정을 통해 이루어지고 있다.

SIOT 해양 터미널에는 매년 400대 이상의 선박이 대략 130 ~ 140억 유로에 달하는 평균 3천 5백만 톤의 원유를 실어 나르고 있는데, 이는 대부분 아프리카, 중동, 러시아, 베네수엘라에서 산출된 원유이다.

Muggia 만에 위치한 본 해양 터미널은 최대 2십 8만 dwt의 유조선을 수용할 수 있으며, 터미널 내 4개의 계선 용구 각각은 36인치 및 42인치 파이프를 통해 5km 떨어진 저장 탱크로 연결되어 있다.

100가지 상이한 등급의 원유는 32대의 플로팅 루프(floating-roof: 지붕 부유식) 탱크에 저장된 후, 순수한 상태 그대로 혹은 혼합 상태로 펌프에 의해 퍼 올려져 753km의 파이프라인을 따라 독일, 오스트리아, 체코 내 8 곳의 정유 시설 중 하나로 수송된다.

공급 업체에 대한 신뢰
SIOT은 1993년 설치된 기존 에머슨(이전: Saab)사의 레이다 기반 탱크 게이징 시스템에 대해 좋은 평가를 내려 왔다. 하지만, 이 시스템의 여러 구성 요소들이 머지않아 수명 주기를 마감할 기미를 보였고, 이에 따라 새롭고 업그레이드된 시스템이 필요한 상황이었다.
케이블 트레이의 내부설치와 관련한 규정이 전혀 없었던 1960년대까지 거슬러 올라가는 탱크의 기존 배선은, 통신 혼선의 위험이 높은 위치에 존재하고 있었으며 외피 차폐선(shielding)은 대부분 마모되어 있었다. 새로운 신호 케이블의 배선에 약 1백만 유로가 소요될 것으로 추정되어, SIOT은 에머슨에게 비용 효과적이고 신뢰할 수 있는 대안을 의뢰하게 되었다.
지난 20년 동안 SIOT은 기존의 레이다 시스템이 보여준 신뢰성에 만족해 왔기 때문에, 에머슨에서는 이 기술은 고수하되 무선 기술 성능을 추가하여 현대적으로 업그레이드할 것을 제안했다.
새로운 신호 케이블에 대한 높은 비용 투자를 감안했을 때, 에머슨의 스마트 무선 기술은 경제적으로 상당한 매력을 발했고, 여기에 시장 내 타의 추종을 불허하는 견고하고 단순하면서도 정교한 계층 네트워크 아키텍처까지 더해져, SIOT 사는 주저 없이 이 기술을 선택하게 되었다.
우선, 각 탱크의 기존 레벨 게이지는, 동일한 노즐을 사용하는 12 인치 스틸 파이프 배열 안테나가 구비된 무선 Rosemount TankRadar 게이지로 교체되었다.
이후 교체된 신규 레벨 게이지는 Data Acquisition Unit(데이터 수집 장치)를 통해 기존의 온도 센서로 연결되었는데, 9개의 측정 지점을 가진 이 온도 센서는 플로팅 루프와 더불어 일관되게 이동이 가능하도록 파이프에 사선으로 설치되었다.
새로운 게이지는 스마트 무선 THUM 어댑터(Smart Wireless THUM Adapter)를 이용하여, 무선 네트워크를 거쳐 탱크 레벨 및 온도 데이터를 제어실 내부에 위치한 한 쌍의 중복 스마트 무선 게이트웨이에 전송하도록 구성되었다. 게이트웨이 안테나의 경우, 15m의 케이블로 제어실 지붕에 설치된 것이다.
각 게이트웨이와 DCS 시스템 사이의 통신은 Modbus 프로토콜에 의해 처리되고, 각각의 개별 무선 장치는 스마트 무선 게이트웨이를 통해 호스트 시스템과 통신하고 있다.

성공적인 테스트(Pilot)
2011년 10월 설치된 파일럿 테스트 네트워크에는 우선적으로 4대의 탱크가 포함되었다. 이는 시스템 전체를 완전 가동 상태로 운영하기 이전, 고객사인 SIOT은 새로운 무선 시스템의 정확성, 신뢰성, 신속도를 기존의 유선 시스템과 비교해 평가해 보길 원했기 때문이었다. 또한, 이 회사에서는 다음의 사항을 고려한 네트워크의 분석도 희망했다.
해당 지역은 혹한과 위험한 상황을 유발하는 폭우 및 Bora 북동풍을 포함한 극단적인 기상 조건이 빈번히 발생하는 곳이다. 2012년 2월 Bora 강풍의 풍속은 150 km/h까지 치달았고, 이로 인해 온도는 -14°C까지 강하되기도 했다.
탱크의 크기는 직경 20 ~ 80m 사이로 다양하게 분류되며, 탱크 간의 거리는 최대 300m에 달한다.
SIOT 사의 기술 자산 책임자인 Massimo Diminich는, 파일럿 시험에 대해 아래와 같이 평했다. “설치는 빠르고 손쉽게 진행되었습니다. 몇 년 만에 찾아온 최악의 Bora 강풍이 시운전 기간 동안 시스템에 부담으로 작용했음에도 불구하고, 기대를 능가하는 환상적인 테스트 결과를 보게 되었습니다.”
Diminich는 전담 영업 인력과의 일상적인 의사소통과 문제 발생 시 개방된 대화와 같이 공급 업체를 믿고 의지할 수 있는 지 여부에 대해 역점을 두어 강조했다. 이어, 그는 에머슨은 모든 기준 전체를 만족시켰다고 부연했다.
SIOT 사는 현재, 에머슨의 무선 기술 성능에 대해 깊은 신뢰를 가지고 있으며, 향후 점진적으로 나머지 28대의 탱크에도 네트워크를 확대할 계획이다.
Diminich는, SIOT 사가 IEC 62591(WirelessHART) 표준을 기반으로 한 개방형 시스템의 유연성을 높게 평가하고 있다고 전했다. 이 네트워크는 신규 장비의 추가를 통해 여타 탱크로 손쉽게 확장이 가능하며, 무선 시스템은 각 탱크가 동일한 무선 네트워크를 이용하는 화재 경보 시스템으로 연결될 수 있게 한다.
스마트 무선을 통해, 전원은 공급되지만 신호 라인은 없는 가스 감지기나 스위치와 같은 주변 장비에서 수집된 데이터는 네트워크로 완벽히 통합될 수 있고, 이에 따라 향후 언제든지 필요할 시 손쉽게 다양한 변경 수정을 수행할 수 있다.
WirelessHART 장치는 자체적인 데이터 전송은 물론, 네트워크 상 여타 장치에서 수집된 정보의 중계도 가능하다. 이는 자가 그물망 네트워크의, 고정되어있거나 일시적인 장애물을 우회하는 최적 경로를 자동으로 찾아낸다. 각 통신지점(node)은 네트워크를 식별하고, 연결하여, 자가 구성을 통해 통신 경로로 진입한다. 실제로, 신뢰성은 네트워크가 확장될수록 증가하여, 보다 많은 장치 및 통신 경로에 접근성을 부여한다.