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공정 어플리케이션에서의 무선 기술, 자주 묻는 질문 FAQ!

Dale Perry

에머슨 프로세스 매니지먼트 무선 교육 서비스 매니저

Wireless Hart는 시간 동기화, 자가 구성(self-organising) 및 자가 회복형 그물망(mesh) 아키텍처를 사용하는 자가 구성형 프로토콜로 IEEE 802.15.4 표준을 활용해 2,4ISM 대역의 오퍼레이션을 지원한다.

Wireless Hart 기술은 쓰임새가 다양하며, 네트워크를 쉽고 빠르게 확장할 수 있다.

미국 에머슨 프로세스 매니지먼트 무선 교육 서비스 매니저인 Dale Perry가 Wireless Hart와 관련 어플리케이션에 대해 자주 묻는 질문에 대한 답변을 한다. 추가 질문은 dale.perry@emerson.com로 질문할 수 있다.

WirelessHART 장치의 전송거리는 얼마나 되나?

두 개의 무선 장치 사이의 전송 거리는 안테나의 종류, 안테나와 지면 사이의 거리, 그리고 설치구조에 따라 달라진다. 지면에서 1.8미터 위에 설치한 표준 안테나의 거리 값은 225 미터다.

전송 거리가 최대 1km인 고 게인 안테나(high gain antenna)도 선택할 수 있다. 이 안테나의 경우, 지면/건축물로부터 최소 3.4미터 위에 설치해야 한다. Wireless HART기술은 각 라디오가 다른 모든 라디오와 커뮤니케이션이 가능한 자가 구성형 그물망(mesh) 기술로, 게이트웨이에서 가까이 위치한 트랜스미터가 멀리 떨어진 트랜스미터에 데이터를 릴레이로 전달하는 ‘호핑(hopping)’을 통해 훨씬 긴 거리를 커버할 수 있다.

‘자가구성형/자가회복형 그물망(mesh)’ 무선 네트워크라는 것은 무엇을 의미하나?

자가 구성형 그물망(mesh) 기술이란 네트워크가 아주 작은 사용자 구성(configuration) 혹은 개입만으로 구성 되었다는 의미다.

사용자는 각 장치에 네트워크 아이디, 조인 키, 그리고 업데이트 속도와 같은 최소한의 구성만 하면 된다.

게이트웨이 네트워크 매니저(Gateway Network Manager)가 트랜스미터간의 커뮤니케이션을 수립하고, 네트워크의 구동을 위해 초기 경로를 지정한다. 그 후 최적화를 위해 네트워크를 조정/수정한다. 네트워크가 자가 회복형이라는 것은 네트워크 매니저가 계속해서 데이터 전송을 모니터하고 최적화해서 장치를 자동으로 추가 혹은 제거하고, 필요에 따라 데이터를 다시 라우트하기 때문이다. 예를 들어 한 노드가 고장 났다면, 네트워크 매니저가 데이터 전송을 리라우트(ReRoute)해서 네트워크를 ‘회복’한다.

그물망 네트워크에서는 데이터가 한 경로에서 막히면 다른 경로를 통한다고 알고 있다. 경로 변경에 시간이 얼마나 걸리나? 업데이트를 못하게 되는 것은 아닌가?

사실 경로를 변경하는 것이 아니다. 라디오는 두 개의 활동 중인 경로를 항상 유지한다. 두 경로 중 하나의 경로에 문제가 생기면 네트워크 매니저가 데이터를 게이트웨이로 복구시키기 위해 남은 하나의 정상적인 경로에 의존할 것이고, 두 개의 경로를 항상 유지해야 되는 요건을 충족하기 위해 또 다른 경로를 탐색한다.

배터리의 지속 기간은 얼마나 되나?

대부분의 글에서는 배터리의 수명에 영향을 미치는 업데이트 속도만을 강조하지만, 사실 라디오는 전력을 거의 소비하지 않는다.

장치에서 가장 전력을 많이 소모하는 부분은 계측이다. 계측이 복잡할수록 혹은 계측을 계산할 알고리즘이 복잡할수록, 보다 많은 전력을 소비한다. 예를 들어, 진동계측은 초당 최대 60,000 표본을 수 초 동안 필요로 하면서 많은 전력을 소모하고 결과적으로 배터리 수명을 단축시킨다.

반대로, 센서의 전압을 표본조사 하기 위한 계측은 아주 작은 전력만을 소비할 것이고 그에 따라 배터리 수명이 길어진다.

각 제조회사는 온라인 배터리 수명 측정기를 제공해 사용자들이 다양한 계측 어플리케이션을 위한 전력 소비량과 그에 상응하는 배터리 수명을 계산할 수 있도록 하고 있다.

배터리가 방전되면 어떻게 되나? 정보를 반복/전달하는 장치의 고장으로 이어져, 해당 장치에 의존하는 네트워크의 일부까지 고장이 나나?

Wireless HART의 표준은 모든 트랜스미터가 배터리의 잔량이 낮거나 극소량일 때 경고를 보내도록 되어 있으므로 배터리가 아무 경고 신호 없이 방전되지는 않는다. 배터리 잔량이 낮을 때는 보통 ‘전력 공급 여건 불충분’이라는 메시지가 뜨는데, 이 메시지는 ‘아직은 장치의 모든 기능이 작동하지만 곧 계측이 중단될 수 있다’는 것을 의미한다.

배터리의 잔량이 극소량일 때의 경고는 ‘주요 전력 차단’이라는 메시지가 뜬다.

이는 장치가 계측은 중단했지만 방전될 때까지 라디오는 유지된다는 의미다.

그물망 네트워크 아키텍처는 배터리가 완전 방전되는 경우에도 네트워크의 신뢰성을 최대로 보장하기 위해 모든 통신을 리라우트한다.

무선기술은 안전 가동중단 어플리케이션을 위해 승인 되었나?

비록 현재 무선통신이 SIS 어플리케이션을 위해 승인된 프로토콜은 아니지만 분명 SIS 어플리케이션에서 사용되고 있다.

지금까지 항상 같은 문제가 제기되었다.

어떻게 안전 가동중단 시스템과 제어 시스템에 동일한 장치를 사용할 수 있으며, 동시에 분리 기준의 계층에 부합할 수 있을까? 하는 문제다. 해답은 바로 무선 어댑터를 SIS 어플리케이션의 장치에 부착하는 것으로, 이를 통해 PV와 종속변수 그리고 진단 정보를 무선으로 복구할 수 있다.

어댑터의 고장 유형, 효과 및 진단분석 정보를 통해 SIS어플리케이션의 작동 요구 시 고장 확률(probability of failure on demand) 계산 시 부정적인 효과가 극히 미미함을 알 수 있다.

어디에서 무선 장치를 사용할 수 있나?

지난 몇 년간 무선 장치의 종류는 4배가량 늘어났으며, 사용처 또한 늘어났다.

이러한 성장의 이유에는 여러 가지가 있지만 용이한 설치와 비용효율적인 계측 솔루션에 대한 수요 때문이라는 점은 동일했다.

사용자들은 더 많은 계측점을 추가하는 것이 공정 가동시간(uptime), 품질, 그리고 처리량의 개선을 가져온다는 것을 알게 되었다.

무선 기술을 사용하면 유선기술 사용 시에 비해 변화를 관리하고 장치를 신속히 추가하기가 용이하다. 추가적인 계측을 통해 에너지 절약, 안전 개선 및 고장 예측을 원하는 사용자들에게 무선장치가 그 해답이 될 수 있다. 최소한의 인력과 자원만으로도 계측점의 추가가 가능하다. 기존의 전기배선에 수정이 필요 없기 때문에 시동 중에도 계측점을 추가할 수 있다.

무선기술은 배선 센서 비용이나 자동화 시스템에 인풋 하드웨어를 추가하는 비용이 너무 비싸서 엄두도 내지 못했지만, 분명 유용할 것이라고 생각했던 계측을 실제로 가능하게 한다.

무선장치에는 특별한 유지보수가 요구되지 않나?

아니다. 무선장치는 유선장치와 동일한 유지보수 및 검교정 기준이 적용된다. 유선 장치와 동일한 센서 기술을 사용하기 때문이다. 추가적인 부분이 있다면 배터리 교체인데, 전선이 없고 대부분의 어플리케이션에 케이블 유지보수가 필요 없다는 장점으로 상쇄된다.