중요 Process 알람에 Hardware Alarm을 추가하는 이유

프로세스 현장 신호가 운전 한계치를 오르락 내리락 하면 무슨일인지 파악을 해야 하며, 필요한 조치를 취해야 합니다. 중요 루프라면 한계알람은 정상, 안전 운전을 위해 즉각적인 동작을 필요로 합니다.
이런 목적으로 적용 하는게 Trip Alarm Monitor Switch 입니다.

Trip Alarm Monitor는 SOFT Alarm 과 HARD Alarm 방식 이 있습니다.
Soft Alarm은 통상적으로 DCS, PLC, SIS등의 시스템에서 구현 되며, Hard Alarm ( Single Logic Solver라고도 불림)은 독립적인 Hardware 구성으로 구현 합니다.

프로세스 알람을 Safety System에서 처리할 수 있음에도 Hard Alarm을 추가하는 이유는 공통 모드 고장 (Common Mode Failure)에 대한 우려 때문 입니다.
Hard Alarm은 개개의 장비마다 Fail Safe mode를 지정할 수 있으므로 상대적으로 안전성이 높아지며, 신호처리도 해당 루프만 처리 하므로 즉각적 이며, 현장에서 필요로 하는 Alarm 전용 기능(Function)을 상대적 쉽게 구현 할수 있기 때문입니다.
중요루프라면 간단히 2oo3 voting system을 구현할수도 있어서, 현재도 많이 적용 됩니다.

하단에 Flare Stack 에 2oo3 shut down logic 예를 보입니다.

SPA2 Trip Alarm Monitor Switch 특징

Programmable Type 알람모니터 스위치로서,
① Current / Voltage 신호용과 T/C, RTD, mV, Ohm등의 신호용으로 대별 됩니다.
② 입력단과 출력단을 현장 요구에 맞춰 프로그래밍 할 수가 있어 (PC 또는 Built In button사용) 쉽게 적용할 수 있으며, Spare part 운용관리도 도움이 됩니다.
③ Loop Power (24Vdc) 공급 으로 2 wire Tx, 4Wire Tx 지원 ,
④ 최대 4 Alarm Relay Contact 선택 (4PRG model),
⑤ Splitter model은 2ea x 4-20mA 출력(-AO option)을 내보냅니다.
⑥ 20 bit input 분해능은 최고의 digital accuracy를 보장 합니다.
⑦ Universal Power supply (21.6-375Vdc 및 90-260Vac) 채택으로 전원 유연성 확보
⑧ 5년 장기 안정도 (Long term stability) 제공으로 안정적으로 플랜트 운전이 가능합니다.
⑨ IN/OUT/PWR이 isolation 되어 있어, Ground loop문제, Plant Noise, Interference 등에 효과적으로 대응하여 안정적으로 동작 합니다.

SPA2 Trip Alarm Monitor Switch Configuration (셋팅)

Configuration은 간단히 PC 에서 수행하거나 (이경우는 File Save가 가능하여 후에 해당 Tag만 불러내어 그대로 down load가능 ) 또는 SPA2에 built in 되어 있는 button을 이용 셋업 하거나 확인해 볼수 있어 편리 합니다. password 기능을 갖추고 있어 비인가자의 접근을 차단합니다.

Alarm 은
1) High / Low Limit Process Alarm
2) Rate-of-Change Alarm
3) Input Fault Alarm
4) Out of Range Alarm
5) Self Diagnostic Alarm 등을 지정할 수가 있어 폭넓게 프로세스 요구사항에 맞춰 적용할 수가 있습니다.

Total Sensor diagnostic – real broken wire 탐지 기능 (patented) 은 프로세스 현장 Trouble Shooting, 유지보수 시간을 획기적으로 향상시켜 드릴 것 입니다.

보시다시피, 입력단 센서의 어느 와이어가 고장인지를 표시해 주므로, 현장 트러블 슈팅시 아주 요긴 합니다.

SPA2 Alarm Trip Monitor Switch 적용예

다음에 SPA2 적용 예를 몇가지 소개 드립니다.

1. Alarm Trip 및 측정치 상위 장비로 전송 – 레벨을 측정하며 측정치를 4-20mA 신호로 상위 시스템에 전송하고, Hi Level Alarm경우 유입 유량 차단 및 20%, 80% 에서 배출펌프 가동 / 정지 적용예 :

2. Gas Fire Power Station 에서 Gas 혼합비가 정상적이면 LEL은 0% 이고 4mA 입니다. 예로서 가스가 너무희박 (Lean burn)하거나 농후하면 제대로 발화를 유지할 수 없어 셋팅치 이상,이하인경우 알람을 처리토록 하는데 적용

Gas Fired Power Plant Alarm Monitor Switch

3. Critical Pump Protection – Cooling systems / Tower
전력 설비에서 펌프류는 중요한 설비 입니다. 펌프가 고장나면 , 터빈 이라든지 발전기등의 주요 부분을 셧다운 시켜야 할 수도 있기 때문 입니다.
펌프의 주요 고장 부위는 베어링 관리가 중요하며, 대부분은 베어링 온도를 측정하여 이를 사전에 감지하거나, 또는 주기적인 유지보수 행위을 하는것 입니다.
BPCS (또는 ESD)에서 상시적으로 이를 모니터링 하지만, 현장에 2단계 보호 전략으로 SPA2 Site Programmable Alarm Trip을 설치하기도 합니다.

SPA2 - Critical Cooling Pump Protection Trip Alarm — Critical Cooling System Tower

4. Critical Trip for Hydrogen Purity – Cooling systems / Power generator
발전설비에서 Generator의 Cooling은 생산성과 연관이 있어 중요합니다.
통상적으로 Hydrogen Purity Analyzer는 Trip alarm contact을 출력하지 않는 경우가 대부분입니다만, Hydrogen Purity가 오염되면 (oil, vapor, water 또는 air등) 냉각 효율이 저하되고, 발전기의 출력도 낮아 집니다.
생산성, 효율성등이 주요 사항이 된다면, 이중화 trip alarm을 추가하여 보다 효율적으로 발전기를 운용할 수가 있습니다.

SPA2-H2 Purity Alarm for Generator Cooling

5. Positive Displacement Pump 와 Piping Protection에 적용할 수 있습니다.
점도가 높은 유체라서 고압이송이 필요하거나, 이송관리가 필요한 경우 PD pump를 적용하는 경우가 있습니다.
해당 펌프는 만약 파이프가 밸브오동작 또는 다른이유등으로 막히면 출구쪽의 압력이 급격히 높아져 해당 펌프, 파이프등에 손실을 초래할 수 있으며, 압력 트랜스미터와 DCS의 SCAN Time으로는 커버가 안되는 경우가 있습니다.
이런 경우에 적용할 수가 있겠습니다.

SPA2 - PD Pump Alarm Trip — SPA2 – PD Pump Alarm Trip

6. Redundant Trip Sources : Process Alarm Trip 이 중요한 설비에는 적용을 많이 합니다.
만약 프로세스 제어시스템이 safe condition을 제공하지 못한다면, 이로인한 유지보수, 생산차질 및 환경문제등을 초래할 수 있어 막대한 경제적 손실을 야기할 수도 있습니다.
이런 경제적 손실을 감안하면 이중으로 Trip Source를 확보하는데 투입되는 경비대비 안전성제고, 가성비 측면에서도 고려될 수 있는 이유가 되겠습니다.
① 유량 손실로 해당 펌프를 셧다운 시켜서 보호 해야 하거나
② 최종 pH 제어가 안되서 오,폐수 를 우회시켜야 한다든지
③ 대형모터류, 폄프등 에서 진동이 심해져 셧다운 시켜야 한다든지
④ 리액터 온도가 급격히 변화되어 셧다운 시키거나
⑤ 고압으로 인해 원료라인을 Shut off 시켜야 하는등
이런 이유로 BPCS (ESD) 시스템과 더불어 별도의 이중화 알람 장치 (HARD Alarm)를 설치하기도 합니다. 이럴때 적용할 수 있는게 SPA2 Site Programmable Alarm Trip 이 되겠습니다.
① 현장 전송기, 온도센서, 광범위한 신호 범위를 입력으로 받을수 있고
② 2개 또는 4개의 알람트립 컨택 (Alarm Trip contacts)출력을 줄 수 있으며
③ 본체에 설치된 버튼 (built in button) 또는 PC programming 이 가능합니다.