중요한 기술이 복합적으로 집약되어 있는 터널 자동화
오스트리아 서부 브레겐츠(Bregenz)라는 도시에 있는 팬더(Pfander)터널은 단순히 산 중앙에 뚫려있는 고속도로 터널이 아니라, 매우 중요한 기술력이 집약되어 있는 복합적인 네트워크이다. 이 터널을 직접 운전해서 지나가게 된다면, 분명 터널 내부에 있는 조명과 환기 시설, 그리고 신호 장비와 응급 구조 시스템을 보게 될 것이다. 이와 같은 최고 수준의 자동화 시스템은 Durr Austria사에 의해서 B&R의 Automation PC 및 X20 제어 시스템과 XAMControl이라는 프로세스 제어 시스템이 적용되었다. Durr사의 자회사인 evon GmbH사에서는 프로세스 제어 시스템을 활용하여 지속적인 통합을 시도함으로써, 자동 코드 생성 기능을 포함하는 동시에 필수적인 엔지니어링의 규모 역시 최소화하는데 일조했다.
“B&R의 X20 컨트롤 시스템으로 직접적으로 코드를 전송할 수 있다는 것은 교통 제어 시스템 엔지니어들에게는 아주 큰 위안이 됩니다. evon사의 프로세스 제어 세스템 뒤에 숨겨진 진보한 소프트웨어 기술력은 개방형이면서도 아주 파워풀하고 내구성이 훌륭한 B&R 시스템과 함께 결합되어 장기간에 걸쳐 수년 동안 요구되는 신뢰성을 제공합니다.”
evon사의 전무이사인 Andreas Leitner 씨
산간 지역에서는 터널을 통해 점점 많은 도로들이 연결되고 있다. 편리함을 위해서는 아주 까다로운 터널 내부의 안전성과 신뢰성이 요구된다. 산 깊숙한 곳에 있는 터널 안까지 신선한 공기와 빛이 전달되어야 하고, 유해한 배기가스는 반드시 밖으로 배출되어야 할 뿐만 아니라, 교통 흐름을 조절하기 위해서는 신호 및 모니터링 시스템이 필요하다.
사건사고 및 기타 다른 긴급 상황에서 이러한 기술력들을 통해 사람들이 안전하고 신속하게 터널을 벗어날 수 있어야 한다.
프랑스 몽블랑(Mont Blanc)터널과 오스트리아의 타우에른(Tauern)터널, 그리고 카프룬 퓨니큘러 열차(Kaprun funicular)에서 발생한 사고는 터널의 안전성에 대한 중요성을 인식시키고 비극적이고 가슴 아픈 기억을 떠오르게 한다.
터널 내부에 적용된 각종 기술들은 10년이 넘어서도 동작이 가능해야 하며, 완벽한 안전성을 제공해야만 한다. 또한 현재와 미래의 필요 조건들을 모두 만족해야만 하며, 내구성과 신뢰성이 높은 제어 구성요소들을 함께 갖추어야 한다.
더 이상 단순 사업이 아닌 고속도로 터널
터널 자동화 시스템은 오스트리아 서부 포어아를베르그(Vorarlberg)의 주도인 브레겐츠를 관통하는 팬더 터널을 통해 굉장한 비율로써 어렵지 않게 자리매김할 수 있었다. 6.7 km에 이르는 2차선 터널은 30년 전에 이미 개통되었고, 5년에 걸친 공사기간을 뒤로하고, 2012년 6월에는 기존 터널 부근에 최고의 전기 시설 및 세이프티 기술력이 적용된 두 번째 2차선 터널이 개통되었다. 또한 기존 터널 역시 이듬해 7월까지 새로운 터널에 발맞춰 새롭게 업그레이드 될 것이다.
이 프로젝트는 2011년 4월 오스트리아의 고속도로 공사인 ASFINAG에 의해 시행되었고, 저 전압 분배 시스템과 5기의 UPS를 포함하는 비상전력 공급 장치, 그리고 2100여개의 LED 전구로 된 조명과 대기 센서, 120 종류의 메시지 사인과 신호등, 1750개의 도로 반사경과 300개의 비상 출구 유도등 및 200개의 카메라들이 있다.
게다가, 100개의 비상 전화박스와 알람 시스템도 설치되어 있다. 이 모든 것들을 141개의 컨트롤러와 마스터 컨트롤러 스테이션으로 연결하기 위해 60 km 이상의 광섬유 케이블과 함께 140개의 네트워크 스위치 및 14km의 화제 알람 케이블이 필요하다.
포어아를베르그의 주요 도로 및 고속도로에 있는 7개의 모든 터널과 같이, 팬더 터널은 오스트리아 호헨엠스(Hohenems)에서 제어됨과 동시에 모니터링 된다. 200개의 프로세스 다이어그램에서 팬더 터널을 나타내는 45,000여개의 데이터 포인트들이 관리되고 있다.
열악한 환경에서 오랫동안 쌓아온 신뢰
2500만 유로의 프로젝트를 위해 ASFINAG는 시공자로서 Durr Austria GmbH사를 선택하였다. Durr Austria GmbH사는 혁신적이면서도 조직화된 회사이며, 수준 높은 기술력과 열정이 넘치는 80명의 직원들은 프로젝트 전체가 원활하게 수행되도록 끊임없이 조율할 수 있는 특별 시스템과 관련한 솔루션 개발에 있어 매우 훌륭한 평가를 받아 왔다. 이러한 전체적인 솔루션의 통합을 위해 Durr사는 자회사인 evon사에서 23명의 소프트웨어 전문가를 불러들였다.
“이러한 프로젝트를 포함하는 개별적인 시스템들은 그 자체만으로 상대적으로 직관적입니다”라고 evon사의 전무이사인 Andreas Leitner씨는 설명한다. “이러한 시스템 간에 광범위한 연결과 넓은 간격으로 인해 모든 레벨에서 시스템을 보다 안전하고 여유 있게 만들어주었지만, 사실 전체적인 솔루션을 아주 복잡하게 만들어버렸습니다. 게다가, 우리는 모든 제어 장치들을 아주 제한된 공간에서 지속적으로 배기가스에 노출시키고 먼지가 많은 환경에서 수년 동안 안정적으로 작동할 수 있도록 최적화 시키는 도전에 직면하게 되었습니다.”
콤팩트하면서도 훌륭한 내구성을 갖춘 B&R 시스템
터널 전체에 걸쳐 개별 시스템을 제어하기 위해 evon사는 콤팩트하면서 내구성 좋은 B&R의 X20 시리즈 I/O 시스템을 선택했다. 98개의 컨트롤러들은 터널 전체에 분포하여 이중 광섬유 케이블을 통해 네트워크를 구성한다. X20 시스템은 터널 내 특정 구역에 각각 배치되어 있는 43기의 B&R Automation PC들과 함께 제어된다.
데이터들은 이러한 컨트롤러들에 의해 팬더 터널에서부터 호헨엠스에 있는 마스터 컨트롤 스테이션까지 직접 전송된다. 하드 드라이브나 팬 없이도 이러한 열악한 환경에서 작동될 수 있도록 설계되기 때문에 B&R의 산업용 PC에게 있어 산업 현장에서의 충격이나 진동, 열 그리고 쉼 없는 조작은 더 이상 문제가 되지 않는다. HMI 장치들은 Automation Panel과 Power Panel 그리고 PANELWARE 태블릿을 포함하여 설치됐다.
개방형 프로세스 제어
분산화된 B&R 제어 시스템은 evon사의 XAMControl 프로세스 제어 시스템 내부에서 동작할 뿐만 아니라, 이와 아주 밀접하게 관련되어 있다. 가정에서의 제조 과정이나 빌딩 제어 장비와 같은 곳에 적용될 수 있는 XAMControl은 데이터베이스 플랫폼을 기반으로 설계되었으며, 장황하게 코드를 다시 쓰지 않고서도 파라미터들을 간단하게 설정하여 적용시킬 수 있다. 팬더 터널에 적용된 X20 컨트롤러는 이러한 프로세스 제어 시스템을 통해 중앙 집중적으로 프로그램되어 관리된다.
XAMControl은 시스템을 스캔하여 자동적으로 하드웨어의 구성을 감지하며, 특정 제어 기능을 구현하기 위해 C# 코드를 생성한다. 이 코드는 가상 PLC에서 테스트가 가능하며, B&R 컴파일러를 통해 변환된 코드는 직접적으로 장비에 적용되어 X20 시스템을 통해 실행된다.
이러한 균일하게 통합된 시스템 아키텍처는 시스템 개발에 있어서 적절한 톱-다운 방식을 처음으로 교통 제어 솔루션에 적용하게 되었다. 더불어 이것은 소프트웨어가 실제 하드웨어에 적용되기 전, 시뮬레이션을 통해 충분히 테스트 된다.
“B&R과의 협력 작업은 아주 쉬운 결정이었습니다. B&R의 제품들은 개방형으로서, 가격대비 성능에 있어 아주 탁월한 호환성을 제공해줄 뿐만 아니라 그라츠(Graz)에 위치한 B&R 지사에서는 당사 개발 부서와의 직접적인 소통을 통해 뛰어난 기술지원을 제공합니다”라고 Leitner씨가 상호 협력의 가장 중요한 이점을 예로 들며 말했다. “데이터베이스 기반의 지원을 통해 제어 코드를 제공 받음으로써 관리 시스템 상에서 객체 지향적 프로그래밍은 사용자들에게 불필요한 작업을 피할 수 있게 해줄 뿐더러, 인터페이스와 관련된 사항에서 비롯되는 잠재되어 있는 에러들을 사전에 차단할 수 있게 해줍니다.”
원활한 교통 흐름을 보장하는 45,000여개의 데이터 포인트
Durr사와 evon사, 그리고 B&R 간의 성공적인 협력으로 인해 전반에 걸친 시스템들이 단순히 신뢰성과 안전한 조작을 제공하는 것 이상을 뛰어넘는 훌륭한 성과를 이루어냈다. 마스터 컨트롤 스테이션에서 각각의 모든 데이터 포인트로 끊임없이 연속체는 유지보수 기술자 및 감독관들에게 보다 쉽고 신속한 작업 환경을 제공해 준다. 이것은 오스트리아의 주요 도로 및 고속도로에서 일하는 근무자들에게는 아주 만족스러울 뿐만 아니라, ASFINAG에게는 B&R과 함께 손잡으며 터널 자동화의 실력자로 자리매김할 수 있게 되었다.