KR20120082148A - 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터 - Google Patents

해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터 Download PDF

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KR20120082148A
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최혜정
염복진
박진호
문대근
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 해양 플랜트에서 원유와 가스를 생산하고 저장하기 위한 운전 중에 발생할 수 있는 공정 제어 로직의 운전 조건 변경 사항에 대해 모의 시험할 수 있도록 하는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 시뮬레이터를 적용하기 위한 공정 제어 로직을 리소스별로 구성하고, 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 시뮬레이션 하기 위해 시뮬레이션 모드 설정 기능을 제공하는 로직 구성기와; 상기 로직 구성기에 의해 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 수행되는 값을 출력하는 가상 PCU(Process Control Unit)와; 상기 가상 PCU와 리소스 단위의 입출력 데이터를 인터페이스하여 입출력을 가상으로 설정하는 가상 I/O 장치를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명은 운전 조건의 변경에 따라 변경된 공정 제어 로직을 시스템에 실제로 적용하기 이전에 시뮬레이션을 통하여 시험할 수 있게 됨에 따라, 공정 제어 로직의 변경에 따른 운전 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 운전자의 교육용 프로그램으로 사용될 수 있다.

Description

해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터{LOGIC SIMULATOR OF PROCESS CONTROL SYSTEM FOR OFFSHORE PLNAT}
본 발명은 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터에 관한 것으로써, 특히 원유와 가스를 생산하고 저장하기 위한 운전 중에 발생할 수 있는 운전 조건 변경 사항에 따른 공정 제어 로직을 모의 시험할 수 있도록 하는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터에 관한 것이다.
일반적으로, Fixed Platform, FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading) 등과 같은 해양 플랜트의 통합 안전 제어 시스템은 통합된 사용자 인터페이스를 기반으로 플랜트 전체에 대한 감시 제어 기능을 제공한다. 이러한 감시 제어 시스템은 원유와 가스를 생산하고 저장하기 위한 해양 플랫폼의 공정 제어를 담당하는 PCS(Process Control System)와 해양 플랫폼의 안전을 담당하는 안전 시스템(Safety System)으로 구분된다.
부유식 원유 생산 저장 하역 설비인 FPSO의 수명 연한은 평균 25년이며 FPSO에 대한 감시 제어 기능을 제공하는 시스템들의 수명 연한도 동일하다. 생산을 위한 운전 중 작업 환경과 여건 등에 의해 운전 조건이 변경되고, 이에 따라 공정 제어 로직을 변경해야 하는 경우가 종종 발생하게 된다.
이와 같이, PCS는 운전 중에 운전 조건이 변경될 수 있으며, 운전 조건의 변경에 따라 공정 제어 로직이 변경되면, 변경된 공정 제어 로직이 실제 시스템에 적용되었을 때, 안전하게 수행되는 지를 미리 검증할 수 있는 시뮬레이션 환경이 필요하게 되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 변경된 운전 조건에 따라 공정 제어 로직을 구성한 후, 시뮬레이션 모드에서 가상 PCU(Process Control Unit)가 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 수행된 공정 제어 로직을 서버, HMI(Human Machine Interface)와 연계하여 PCS에서 시뮬레이션 할 수 있도록 하는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 엔지니어 및 운전자로 하여금 해양 플랜트에 대한 공정 제어 프로세스의 이해도를 높이고, 운전자의 교육용 프로그램으로 사용될 수 있는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터는, 시뮬레이션 할 공정 제어 로직을 리소스별로 구성하고, 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 시뮬레이션 하기 위해 시뮬레이션 모드 설정 기능을 제공하는 로직 구성기와; 상기 로직 구성기에 의해 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 수행되는 값을 출력하는 가상 PCU와; 상기 가상 PCU와 리소스 단위의 입출력 데이터를 인터페이스하여 입출력을 가상으로 설정하는 가상 I/O 장치를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 로직 구성기에 의해 시뮬레이션 모드가 설정되면, 서버의 통신 API(Application Program Interface)는 접속 스위칭 기능을 통해 상기 가상 PCU와 연결되어 데이터 송수신 및 각종 명령 처리 기능을 수행하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 가상 PCU는 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 상기 서버와의 인터페이스를 통해 HMI로 상기 공정 제어 로직에 대한 수행 결과 값을 전달하며, 상기 HMI을 통해 입력 받은 제어 값은 상기 서버를 통해 상기 가상 PCU로 전달되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 로직 구성기는, 제어 프로그램의 각종 구성 요소들을 블록으로 표현하는 FBD(Function Block Diagram)와; 그래픽 기호를 통하여 프로그램을 표현하는 LD(Ladder Diagram)와; 제어 시스템의 순차 논리를 그래픽적으로 표현하는 SFC(Sequential Function Chart)를 지원하는 것이 바람직하다.
본 발명의 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터는, 운전 조건의 변경에 따른 공정 제어 로직을 시스템에 실제로 적용하기 이전에 시뮬레이션을 통하여 시스템 전체에 걸쳐 시험할 수 있게 됨에 따라, 공정 제어 로직의 변경에 따른 운전 사고를 미연에 방지할 수 있으며, 운전자의 교육용 프로그램으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 PCS에서 공정 제어 로직을 위한 시뮬레이터의 구성을 개략적으로 보인 도면.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 PCS에서 공정 제어 로직을 위한 시뮬레이터의 구성을 개략적으로 보인 도이다.
도 1에서, 로직 구성기(10)는 시뮬레이션 할 공정 제어 로직을 리소스별로 구성하고, 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 시뮬레이션 하기 위해 시뮬레이션 모드 설정 기능을 제공한다.
전술한, 로직 구성기(10)에 의해 시뮬레이션 모드가 설정되면, 로직 구성기(10)에 의해 구성된 공정 제어 로직은 가상 PCU(20)에서 수행되지만, 정상 모드가 설정되면, 로직 구성기(10)에 의해 구성된 공정 제어 로직은 현장에 설치되어 있는 PCU(60)에서 수행된다. 이에 따라, 시뮬레이션 모드를 설정하면, 현장에 설치되어 동작하고 있는 PCU(60)에는 영향을 미치지 않으면서 공정 제어 로직을 시뮬레이션 할 수 있게 된다. 또한, 가상 PCU(20)는 리소스별로 동작하기 때문에 기존에 정상적으로 동작하는 PCU(60)의 공정 제어 로직과 가상 PCU(20)의 변경된 공정 제어 로직을 연계하여 시험할 수 있다.
전술한 바와 같이, 로직 구성기(10)에 의해 시뮬레이션 모드가 설정되면, 서버(40)의 통신 API는 접속 스위칭 기능을 통해 가상 PCU(20)와 연결되어 데이터 송수신 및 각종 명령 처리 기능을 수행한다. 이때, 통신 API는 시뮬레이션 모드 설정 정보에 따라 가상 PCU 주소 정보를 이용하여 접속 스위칭을 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 시뮬레이션 모드가 설정됨에 따라 가상 PCU(20)와 서버(40)가 연결되면, 가상 PCU(20)는 서버(40)와의 인터페이스를 통해 HMI(50)로 공정 제어 로직에 대한 수행 결과 값을 전달하고, HMI(50)를 통해 입력 받은 제어 값은 서버(40)를 통해 가상 PCU(20)로 전달된다. 이에 따라, 가상 PCU(20)가 수행하는 공정 제어 로직을 HMI(50)에서 확인하여 제어할 수 있다.
전술한, 로직 구성기(10)는 제어 프로그램의 각종 구성 요소들을 블록으로 표현하는 FBD와, 릴레이 논리 다이어그램에서 많이 사용하는 코일이나 접점 등의 그래픽 기호를 통하여 프로그램을 표현하는 LD와, 제어 시스템의 순차 논리를 그래픽적으로 표현하는 SFC를 지원하며, 이러한 제어 언어를 사용하여 공정 제어 로직을 작성한다.
한편, 가상 PCU(20)는 로직 구성기(10)에 의해 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 수행되는 값을 출력한다.
일반적으로 현장에 설치되는 PCU(60)에서는 한 개의 리소스 단위로 공정 제어 로직을 수행한다. 그러나, 본 발명에 적용되는 가상 PCU(20)는 한 개 또는 여러 개의 리소스의 제어 로직이 동시에 수행되도록 구성되어 있다. 즉, 한 컴퓨터에서 여러 리소스의 공정 제어 로직을 시뮬레이션 하거나, 분산된 컴퓨터에서 여러 리소스의 공정 제어 로직을 연계하여 시뮬레이션 할 수도 있다. 이를 위해, 리소스별로 처리해야 하는 공정 제어 로직 수행 모듈을 개별 태스크(Task)로 처리하며, 공통으로 처리할 수 있는 채널 데이터 전송 모듈, 명령 처리 모듈, 입출력 데이터 송수신 모듈 등은 별도의 태스크에서 처리한다.
전술한, 가상 PCU(20)는 공정 제어 로직을 수행 시 시뮬레이션 모드가 설정된 정보를 반영하여 해당 리소스의 공정 제어 로직만을 수행하는 데, 시뮬레이션 모드 설정 정보는 로직 구성기(10)에서 설정하고, 가상 PCU(20)는 공정 제어 로직을 수행할 때 시뮬레이션 모드 설정 정보를 반영하여 수행한다.
이때, 가상 PCU(20)는 자신의 로컬 IP(Internet Protocol)로 컴퓨터 이름을 찾고 해당 컴퓨터의 시뮬레이션이 설정된 리소스 정보를 얻어 리소스의 공정 제어 로직을 수행한다.
또한, 가상 PCU(20)는 다운로드 파일로부터 수행해야 할 로직 정보를 얻으며, 이러한 다운로드 파일 정보를 화면에 표시해준다. 다운로드 된 파일에는 리소스 단위의 개별적인 정보로서 공정 제어 로직을 수행하는 데 필요한 시스템 구성 정보, 공정 제어 로직 정보, I/O 카드 구성 정보, 로직 라이브러리 정보 등이 있다.
또한, 가상 PCU(20)는 알람 발생 및 처리 기능을 수행한다. 즉, 공정 제어 로직 수행 시 사용자 설정에 따라 알람이 발생하게 되는 데, 이러한 알람 발생 및 처리는 기존의 PCU(60)와 서버(40)의 알람 처리 방식과 동일하다.
또한, 가상 PCU(20)는 서버(40)와의 채널 데이터 전송 및 명령 처리 기능을 수행하는 데, 서버(40)와의 데이터 통신은 서버/클라이언트 모델로 구성되며, TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)를 사용한다.
한편, 가상 I/O 장치(30)는 가상 PCU(20)와 리소스 단위의 입출력 데이터를 인터페이스하여 공정 제어 로직의 상황이나 조건에 따라 입출력을 가상으로 설정한다.
전술한, 가상 I/O 장치(30)는 모든 리소스에 해당되는 입출력 값을 디스플레이해주고, 입출력 값을 변경할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가상 PCU(20)가 가상 I/O 장치(30)와 입출력 데이터를 인터페이스 하기 위해서는, 가상 I/O 장치(30)와 가상 PCU(20)에서 사용하는 입출력 구조체를 일치시키고, 리소스 단위로 입출력 값을 전송하는 것이 바람직하다.
전술한, 가상 I/O 장치(30)는 가상 입력 값을 생성하고, 가상 PCU(20)는 가상 I/O 장치(30)와 통신을 하여 입력 값을 받아 공정 제어 로직을 수행한 후, 출력 값을 가상 I/O 장치(30)로 전송하고, 사용자가 가상 I/O 장치(30)를 통해 입력 값을 변경하게 되면, 변경된 입력 값을 가상 PCU(20)로 전달하고, 가상 PCU(20)는 변경된 입력 값에 따라 공정 제어 로직을 수행하여 그 출력 값을 가상 I/O 장치(30)로 전송한다.
본 발명의 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터는 전술한 해양 플랜트의 PCS의 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10. 로직 구성기, 20. 가상 PCU,
30. 가상 I/O 장치, 40. 서버,
50. HMI, 60. PCU

Claims (4)

  1. 시뮬레이션 할 공정 제어 로직을 리소스별로 구성하고, 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 시뮬레이션 하기 위해 시뮬레이션 모드 설정 기능을 제공하는 로직 구성기와;
    상기 로직 구성기에 의해 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 수행되는 값을 출력하는 가상 PCU(Process Control Unit)와;
    상기 가상 PCU와 리소스 단위의 입출력 데이터를 인터페이스하여 입출력을 가상으로 설정하는 가상 I/O 장치를 포함하여 이루어지는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 로직 구성기에 의해 시뮬레이션 모드가 설정되면, 서버의 통신 API(Application Program Interface)는 접속 스위칭 기능을 통해 상기 가상 PCU와 연결되어 데이터 송수신 및 각종 명령 처리 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가상 PCU는 리소스별로 구성된 공정 제어 로직을 수행하고, 상기 서버와의 인터페이스를 통해 HMI(Human Machine Interface)로 상기 공정 제어 로직에 대한 수행 결과 값을 전달하며, 상기 HMI을 통해 입력 받은 제어 값은 상기 서버를 통해 상기 가상 PCU로 전달되는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 로직 구성기는,
    제어 프로그램의 각종 구성 요소들을 블록으로 표현하는 FBD(Function Block Diagram)와;
    그래픽 기호를 통하여 프로그램을 표현하는 LD(Ladder Diagram)와;
    제어 시스템의 순차 논리를 그래픽적으로 표현하는 SFC(Sequential Function Chart)를 지원하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트용 공정 제어 시스템의 로직 시뮬레이터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220032935A (ko) * 2020-09-08 2022-03-15 한국전력기술 주식회사 조작 명령 신호를 검증하는 시뮬레이션 모듈 내장 시험 장치, 시뮬레이션 모듈 내장 시험 방법 및 컴퓨터 프로그램

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KR20220032935A (ko) * 2020-09-08 2022-03-15 한국전력기술 주식회사 조작 명령 신호를 검증하는 시뮬레이션 모듈 내장 시험 장치, 시뮬레이션 모듈 내장 시험 방법 및 컴퓨터 프로그램

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