<기후 테스트 윈드터널에서 아이스로 덮힌 버스 (출처:Rail Tec Arsenal)>
Pilz
철로 및 도로용 차량이 본격 생산에 들어가기 전에 제조업체들은 제품의 편안성, 안전성, 기능성, 효율성에 대한 테스트를 실시한다. 오스트리아 빈의 Rail Tec Arsenal 사는 세계에서 가장 큰 두 개의 기후 테스트 윈드터널을 보유하고 있으며, 최적의 테스트조건을 제공한다. 이 기후 테스트 윈드터널은 최대 300 km/h의 풍속을 생성할 수 있으며, 버튼작동만으로 일광, 눈, 비, 얼음 등의 조건을 만들 수 있다. Pilz의 Industrie 4.0-호환 자동화 시스템PSS 4000은 시뮬레이션된 자연의 힘이 통제를 벗어나지 않도록 보장해준다.
Rail Tec Arsenal(RTA) 사는 전 세계적으로 활동하는 독립적인 연구 및 테스트기관으로, 극한의 기후조건에서 사용되는 철로 및 도로용 차량, 새로운 운송시스템 및 기타 모든 기술적 설비를 테스트한다. RTA 사는 오스트리아 빈의 플랜트에서 두 개의 기후 테스트 윈드터널(Climatic Wind Tunnel, CWT)을 운영하며, 이들 두 터널은 서로 독립적으로 운영하여 별개의 측정 데이터를 확보할 수 있다. 둘 중 더 큰 터널의 경우, 그 크기(100m 길이) 덕분에 대형화물차(Heavy Goods Vehicle, HGV) 또는 버스를 수용할 수 있으며, 더 작은 터널(33.8m 길이)의 경우, 화물칸을 포함한 전체 기관차를 수용할 수 있다. CWT는 테스트를 최적화하여 극한의 기후 및 공기역학적 조건 하에서 수행될 수 있도록 한다. 기후조건은 모듈식으로 되어있어 개별적으로 선택 가능한 풍속 및 습도와 제우/제설 장비부터 최대 1,000W/m²까지 무한 조정 가능한 일광조건까지 다양한 조건을 선택할 수 있다.
모든 기후조건을 위한 터널
빈 기후 테스트 윈드터널은 대상차량에 대해 세 가지 주요 분야의 데이터를 측정하며, 그 세 가지 분야는 승객의 편안함, 비, 눈, 아이스 생성조건에서 개별 전자부품과 기계부품의 기능성, 그리고 에너지 효율성이다. 이 터널에서는 차량의 에너지 밸런스를 다양한 조건 하에서 기록하고 검사한다. 차량이 필요로 하는 총 에너지 소모량은 개별 시스템 부품과 함께 측정되며, 이러한 부품으로 변압기, 변류기, 출력측정기 등이 설치되어 차량 내의 에너지 흐름을 평가한다. 다른 측정값으로는 공조기의 압력, 개별 차량 구획의 차압 등이 포함된다.
“우리는 다양한 측정값을 기록합니다. 승객의 편안함을 평가하기 위해서는 특정지점에서의 온도나 습도, 그리고 차량내부의 표면온도와 풍량 등을 측정하는 것이 중요합니다. 그 결과 약 200~250 개의 측정센서가 철도차량의 탑승칸 내에 설치됩니다”라고 RTA 사의 설비관리이사인 Manfred Kreitmayer 씨는 말한다. 이로 인해 CWT의 차량에 대한 기술적 구성은 종종 어마어마하다.
<자동화시스템 PSS 4000는 오스트리아 빈에 있는 세계최대의 기후 테스트 윈드터널에서 전체 플랜트의 안전을 보장한다. (출처:Rail Tec Arsenal)>
바람, 비, 그리고 눈이 안전하게 제어되다
Pilz의 자동화시스템 PSS 4000은 RTA 사에서 안전을 보장한다. 기후 테스트 윈드터널의 완벽한 안전관련 제어는 자동화시스템의 PSSuniversal PLC 제어시스템에 의해 실현된다. 각각의 개별-STOP 푸시버튼과 모든 풍속신호가 유선으로 제어시스템에 연결된다. 또한 제어시스템은 50km/h 이상의 풍속에서도 도어가 닫혀 있도록 보장하기 위해 풍속신호도 모니터링한다. 총 60개 정도의 I/O가 PSSuniversal PLC에 의해 작동된다. “신뢰도는 중요합니다. 우리는 Pilz와 오랜 기간 동안 함께 일해 왔으며, 그들의 제어기술은 한마디로 매우 신뢰성이 있습니다. 빈 기후 테스트 윈드터널과 같은 국제적인 테스트센터에서는 상시로 국내외의 다양한 고객을 받아들입니다. 따라서 플랜트 신뢰성이 필수적일 뿐만 아니라, 안전관련 부품도 백퍼센트 호환되어야 합니다”라고 Kreitmayer 씨는 말한다.
제어기술 측면에서 두 터널은 거의 동일하다. 이들은 완전히 동일한 하드웨어를 사용한다. 이전에 사용된 제어시스템도 Pilz의 것이었으므로, 약간의 수정과 함께 프로그램을 이전 시스템으로부터 직접 이전하는 것이 가능했다. RTA 사와 같은 업그레이드의 경우, 새로운 위험평가가 필요하지 않습니다. 플랜트에 변경사항이 없었고 안전표준도 일치하였으므로, 필요한 것은 최신 시스템의 하드웨어로 교환하는 것뿐이었다.
안전 및 자동화 모두를 위한 자동화 시스템
제어시스템 PSSuniversal PLC는 자동화시스템 PSS4000에서 다양한 역할을 수행한다. CWT에서처럼 안전을 위한 전통적인 중앙집중식 제어시스템으로 사용되거나, 자동화를 위한 분산형 시스템으로 사용되기도 한다. 이 자동화시스템은 다양한 편집기를 제공하므로, 이들을 사용하여 안전 및 자동화기능을 위한 프로그램을 작성할 수 있다. 그래픽 프로그램 편집기인 PASmulti를 사용하면 제어시스템 PSSuniversal에 대한 간단한 구성 및 프로그래밍이 가능하다. EN/IEC 61131-3 기준에 따른 PAS STL(구조화된 텍스트), PAS LD(래더다이어그램) 및 PAS IL(명령어목록 기능)을 제어시스템 PSSuniversal PLC를 위한 프로그래밍 을 하는데 사용한다. 광범위한 안전 및 비 안전관련 소프트웨어 블록 라이브러리가 있어 높은 수준의 표준화 및 재사용성을 보장한다.
자동화시스템 PSS 4000은 안전관련 작업 및 자동화작업을 간편하고 경제적으로 구현하는데 사용할 수 있다. PSS 4000을 사용하여 플랜트 또는 기계류를 기계 전자 공학적 단위로 세분할 수 있다. 그 결과 이 자동화시스템은 유연하게 CWT의 변경된 요구사항 또는 생산사이클에 맞춰 조정이 가능하다. 이는 분산형 플랜트의 경우 특히 유용하다. 또한 정비 및 진단이 간단하기 때문에, 기계의 가동률이 높아진다.
빈의 비상 기후 조건 브레이크는 문제없이 작동 중
비상정지 푸시버튼을 사용해야 하는 상황들이 이미 발생했었다. 각각의 비상상황에서 자동화시스템 PSS 4000의 제어시스템이 항상 문제없이 작동했다고 Kreitmayer 씨는 말한다. “플랜트는 항상 정의된 절차에 따라 정확하게 셧다운 되었습니다. CWT에는 8개에 이르는 시스템을 적절히 조정해야 한다는 점을 상기해야 합니다. 어떤 시점에 이르면 그들을 단순히 모두 꺼버릴 수가 없습니다. 이것이 바로 올바른 셧다운을 위해 문서로 작성된 프로세스가 있는 이유입니다. 이 프로세스도 Pilz의 자동화시스템이 수행합니다”라고 Kreitmayer 씨는 덧붙인다.
그때그때의 상황에 따라 실제 수행되는 셧다운 프로세스는 달라진다. 예를 들어 컨버터의 전원을 제거할 수도 있고, 풍속을 줄이기 위해 컨버터를 그대로 켜 둘 수도 있다. RTA 사는 변압기 하위 스테이션과 직접 연결되어 있다. 10MW에 이르는 높은 연결로드 덕분에 비상발전기는 없다. 그렇지만 소형 UPS 유닛이 있어서 안전제어 시스템과 중요 컴퓨터시스템에 무정전 전류를 공급한다.
고객으로는 철도차량 제조업체, 자동차 제조업체, 그리고 다소 비 일반적인 경우로는 오스트리아의 스키점프 선수들이 포함된다. 스키점프 선수들은 일년에 한 번 공기역학 테스트를 위해 빈 기후 테스트 윈드터널을 사용한다 “기후 테스트 윈드터널의 이점은 지구상의 모든 기후조건을 버튼작동만으로 구현할 수 있다는 점입니다. 자동차산업의 경우도 이 기술로 돌아오고 있습니다. 북쪽 끝에서 원하는 날씨가 찾아오길 기다리는 것보다는 이 기술이 훨씬 편리하기 때문입니다”라고 Kreitmayer 씨는 설명한다.
비용 효율적이고, 안전하며, 편리한 데이터 확보라는 목표는 최신 자동화기술 덕분에 빈의 플랜트에서 성공적으로 달성됐다.
