공정제어

안녕하세요 레이닝덕 레덕입니다!

오늘은 산업현장 제어분야의 설계 및 응용에 대해 알아보겠습니다. 전문적인 영역이라고 느껴질 듯합니다만 일단 한번 볼까요?

 

 서문

"공정제어"란 용어는 '원하는 동작을 수행하는 공정'과 '원하는 동작을 통제하는 제어 기능'이 합쳐진 용어입니다. 이 광범위한 개념은 각종 규제권한으로 제어되는 사회적 활동에서부터 자동화된 생산공정에 이르기까지 많은 것들을 아우릅니다. 이 개념하의 수없이 많은 것들의 공통점은 원하는 공정의 행태와 실제 공정의 상태를 비교하는 수단이 존재한다는 점입니다. 이 피드백을 통한 비교의 결과가 원하는 동작과 실제의 차이를 최소화하거나 제거하기 위한 제어 동작을 발생시킵니다.

 

 

 공정제어

공정들의 동작은 온도, 압력, 유량 등과 같은 공정 변수의 측정값을 통해 특징지어집니다. 비교적 최근까지 대부분의 산업공정 제어에서는 온도, 압력, 유량을 조절하기 위해서 간단한 피드백 제어기를 사용해 왔습니다. 이러한 제어기들은 제어 동작을 개별 공정이 원하는 특성과 일치시키기 위한 '튜닝'이라는 조정 과정이 필요합니다.

가끔 보다 진보된 제어 방식을 쓰는 공정도 있었지만, 제어시스템이 아날로그 기기로 구성되어 있던 시절에는 대부분의 구성이 단순한 조절 시스템 형태로 구성되어 있었습니다. 이는 소요되는 부가적인 요소들의 비용, 진보된 제어 방식에 수반되는 수많은 결선, 유지정비 부담, 루프 상의 고장 가능성 등에 기인하였습니다.

그러나 디지털 제어시스템이 출현함에 따라 더욱 복잡한 루프들의 구성이 손쉬워졌습니다. Advanced Regulatory Control(피드백 제어 이후의 다른 제어 방식들)은 간단하게 소프트웨어 function block 들을 구성하여 쉽게 구현할 수 있게 되었습니다.

하지만 이러한 부가적인 능력 향상과 함께 이들을 사용하기 위한 시스템적인 접근법의 개발 필요성이 대두되었습니다. 이를 '제어 전략 설계(Control Strategy Design)'라고 합니다. 기술적으로 성공적이고 경제적으로 운영할만한 제어 전략을 만들기 위해서는 제어시스템 엔지니어가 피드백 제어 기술과 함께 Advanced Regulatory Control 툴들에 대해 잘 알아야 합니다. 이는 시스템을 어떻게 구성하고 어떻게 조정해 나갈지에 대한 지식을 포함합니다. 그러나 그보다 먼저 제어시스템 엔지니어는 언제 어떤 제어 방식을 사용해야 할지(혹은 반대로 사용하지 말아야 할지)와 예상되는 이득이 무엇인지 인지하는데 익숙해져야 합니다.

 

Advanced Regulatory Control을 사용은 많은 이점을 줍니다. 그중에서 가장 중요한 것 중 하나는 공정을 보다 면밀히 제어할 수 있다는 점입니다. 피드백 제어와 같은 Basic Regulatory Control은 제어 동작이 발생되기 전에 반드시 목표값과 편차가 발생합니다. 이를 'Feedback Penalty'라 합니다. Advanced Regulatory Control의 목적은 제어 동작이 Feedback Penalty가 최소인 상태가 되도록 하는 데 있습니다. Feedback Penalty의 감소는 목표값과의 최대 편차 감소, 표준편차의 감소, 규격외 제품의 생산 감소 등 다양한 말로 표현될 수 있습니다. Feedback Penalty의 감소에 따라 제품 품질 향상, 에너지 절약, 기기 수명 증가 등 다양한 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.

 

공정제어(Basic and Advanced Regulatory Control System)는 전체 제어 영역의 위상 구조 중 일부일 뿐입니다. 이는 하위에 안전 제어 및 다른 직접 연결된 공정기기들로, 상위에 최적화 및 상위 사업관리 영역으로까지 확대됩니다. 사실 기업의 이윤창출은 개선된 공정제어 보다 이러한 상위 레벨 활동들을 통해 현저하게 개선됩니다. 그러나 위상 구조의 각 단계는 하위 레벨의 적절한 기능에 의해 성립되므로 Advanced Regulatory Control의 주요 장점 중 하나는 최적화나 기업경영 등 상위 레벨의 활동들이 보다 원활히 기능할 수 있도록 한다는 점을 것입니다.

 

 

 글을 마치며

오늘은 공정제어에 대하여 알아보았는데요, 내용이 아직 어렵고 낯설게 느껴집니다. 차후에 천천히 공부해 나가 보도록 하겠습니다. 감사합니다.

 

 

 

레이닝 덕입니다.

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