Orbit 60 시리즈 업데이트: 시스템 기초 - 출력 카드

베이커휴즈의 벤틀리 네바다에서 출시한 Orbit 60 시리즈는차세대 데이터 수집 및 처리 플랫폼으로 설비 운전원이 기계 상태를 판단할 수 있는 데이터 및 분석 방법을 제공합니다. 단방향으로 데이터를 전송하는 다이오드가 내장된 본질적인 사이버보안 기능이 탑재된 설비 모니터링 시스템으로, 벤틀리 네바다의 주력 설비 관리 소프트웨어 System 1으로 안전하게 데이터를 전송하여 적극적인 설비 감시 및 고장 진단을 할 수 있습니다.

 

벤틀리 네바다의 최신 상태 감시, 보호 및 데이터 통합 플랫폼 Orbit 60의 4분기 업데이트에 오신 걸 환영합니다. 지난 분기의 업데이트에서 당사는 Orbit 60의 입력 모니터 종류가 80가지에서 10가지로 줄어드는 과정을 살펴보았습니다. 이러한 성과와 더불어 기존의 IEPE 가속도 센서와 같은 + DC 전압(positively biased)타입의 센서를 수용하는 기능이 추가되었고 전용Keyphasors® 입력 모니터를 사용할 필요가 없어졌습니다. 이러한 개선 사항은 고객의 시스템 주문과 구성을 훨씬 더 간편하게만들어줄 것으로 예상되며, 필요한 예비 부품도 절반으로 줄어들 것입니다.

* 축속도가 120,000 rpm을 초과할 경우에는 전용 고속 Keyphasors®를 권장합니다.

이번 업데이트에서는 출력 모니터의 다양한 개선 사항에 대해 살펴보려고 합니다. Orbit 60와 System 1, DCS/Historian 및 원격 디스플레이를 연결하는 방법에 대해서도 알아보겠습니다. 또한 Orbit 60, Orbit conneX ™, Orbit aXess ™와 Orbit Xtend™의 세 가지주요 상표도 소개하겠습니다. 이러한 기능은 Orbit 60 플랫폼의 고유한 기능입니다.

보호 계전기 - 장비 상태:

보호 계전기는 시스템 인터페이스 모듈(SIM)에 있습니다. 모든 Orbit 60 시스템에는 시스템 구성에 사용되는 SIM 모듈이 하나씩 포함되어 있습니다. SIM 모듈이 담당하는 기능에는 여러 가지가 있으나, 여기서는우선적으로 보호 계전기(Protection Fault Relay)에 집중하고, 이후에는 디스플레이 모듈 출력에 대해알아보겠습니다.

보호 계전기는 실제로 설비 정지가 필요한 고장이 발생할 경우 3500 Rack의 “OK”/보호 계전기와 비슷한 기능을 합니다. Orbit 60에서 이 릴레이는 디지털 유형으로 100mA, 125Vdc의 부하를 수용할 수 있습니다.

Orbit 60의 경우 단순히 보호 고장의 알람을 발생하는 수준을 넘어 보다 적극적인 정보를 제공하고자 했습니다. 그래서 두 가지 상태(OK, Not OK)만 알리는 대신 개선된 버전으로 다음과 같은 추가적인 상태 정보를 제공합니다.

• OK – 모든 입력 신호가 알람치 안에 있으며 시스템 고장이 감지되지 않았음을 의미합니다.
• 보호 손상(Protection Compromised) – 두 개의 전원공급장치 중 하나가 고장 났거나 보호에 사용되는 모듈의 고장이날 수 있음을 뜻합니다. 예를 들어 두 개의 모듈을 연결하는 세 개의 이더넷 케이블 중 하나에 문제가 생겨도 시스템의 기능에는문제가 없을 것입니다. 그러나 시스템 내부에는 보호 성능에 영향을 줄 수 있는 고장이 여전히 존재함을 의미합니다.
• 보호 고장(Protection Fault) – 보호 경로의 완전한 고장을 나타냅니다. 예를 들어 보호에 사용되는 센서가 ‘Not OK’ 상태일 수 있습니다.
• 주의(Attention) – 보호 고장 또는 보호 손상 이벤트가 발생했음을 나타냅니다. 자세한 정보는 시스템 이벤트 목록에서 확인할 수 있습니다.

주의와 보호 손상 상태는 보호 계전기와 직접적인 관련이 없고, 시스템 인터페이스 모듈의 상태와 관련이 있습니다. 보호 손상 상태는 릴레이 로직 안에 포함시켜, 시스템 고장 가능성이 있을 경우 이를 알리도록 하는 것이 좋습니다. 또한 이러한 상태는 System 1에서도 사용 가능하며 MODBUS를 통해 Orbit 60에서 내보낼 수 있습니다. ‘주의’가 활성화되면 Rack 앞뒤의 LED도 켜집니다.

추가적인 상태 감시 정보와 관련하여 시스템 이벤트 목록에서도 모듈의 고장 여부 또는 배선 확인이 필요한지를 확인할 수 있습니다. 고장이 난 모듈의 문제, 모듈의 온도, 공급 전압, 모듈 작동 시간과 같은 진단 정보도 제공됩니다.

 

릴레이 모듈은 보호 시스템의 중요한 부품입니다. 릴레이는 제어 시스템에 기계를 가동 중지하라는 신호를 보냅니다. Orbit 60의릴레이 모듈은 두 가지 유형으로 설계되었습니다. 두 가지 모두 같은 Voting 로직을 사용하지만 작동 방식은 다릅니다. 첫 번째는기존의 전기기계 릴레이로 Interposing 릴레이를 통해 100mA 이상의 부하(또는 100mA 미만의 직접 부하)를 구동할 때 사용되며, 다른 하나는 반도체(Solid State)로 디지털 제어 시스템을 사용하는 최신 ESD의 저 전류 계통과 호환됩니다. 두 가지 모두TRUE AND, NORMAL AND, NOT, OR 선택 로직으로 구성할 수 있습니다.

Orbit 60 시스템의 두뇌에 해당하는 보호 처리 모듈(PPM)은모든 종류의 알람 상태를 발생시킵니다. 릴레이 로직은 시스템의 모든 모듈로부터 OK/Not-OK 상태, 앞에서 설명한 보호고장 상태를 사용할 수 있고, 통신 게이트웨이 모듈(즉 제어 보호 상태로부터)의 데이터를 처리할 수도 있습니다.

릴레이는 Orbit Studio 설정 소프트웨어를 통해 구성할 수 있습니다. 구성 프로세스는 매우 시각적이며 모든 기능을 한두 페이지에 걸쳐 소개할 수도 있지만 여기서는 그렇게 자세히 다루지 않겠습니다. 그러나 다음 스크린샷을 참조하면 릴레이 구성 화면이 얼마나 심플하고 세심하게 만들어졌는지 알 수 있습니다. 이 화면은 현재 값을 반영하여 보여줍니다. 이를 통해 로직 스트림이 작동하는 방식과 릴레이 작동을 유발한 요인을 시각적으로 확인할 수 있습니다.

디지털 제어 방식이 개발되기 전에는 릴레이가 상당한 전류를 전송해야 했습니다. 전기 부하를 전송해야 하는 상황에서는 개방(분리 - 불 꺼짐) 또는 폐쇄(연결 - 불 켜짐) 상태인 전등 스위치와 유사한 전기기계 릴레이를 사용했습니다. 비상 정지 장치(ESD)가등장하면서 고전류를 전송할 필요성은 사라졌지만, 접점 전체의 전류 부하는 실제로 매우 작았기 때문에 3500 전기 기계 릴레이의접점은 도금 처리해야 했습니다.

전자기 릴레이(Electro-mechanical relay)는 이중 출력 릴레이로 5Vdc~240Vac의 전압을 지원하며 직접 혹은Interposing 릴레이를 통해 0.1~4.5amps의 부하를 내보낼 수 있습니다. 이러한 릴레이의 기계적 구조로 인해 두 개의 슬롯을차지하는 몇 안 되는 모니터 중 하나입니다.

반도체 릴레이(Solid state relay) 모니터는 저전류 통신 애플리케이션을 지원하는 릴레이를 제공하며 이 경우 제어 시스템이 1 또는 0만 취급합니다. 사용 가능한 전압은 최대 125Vdc입니다. 디지털 릴레이 모듈은 섀시에서 하나의 슬롯만 사용합니다.

보호해야하는 기계, 파라미터, 설정값(Setpoint), 릴레이 유형의 수가 증가되어, Orbit 60 시스템에는 여러 개의(또는 여러 종류의) 릴레이 모니터를 사용할 수 있게 되었습니다.

레코더 출력 모니터는 독립형 8채널입니다. Orbit 60의 다른 모든 입출력 모니터와 마찬가지로 레코더 출력 모니터도 여러 개 사용할 수 있습니다. 출력 옵션은 표준 4~20mA와 1~5Vdc 및 0~10Vdc가 있습니다. 더 간단한 선택을위해 Orbit 60는 채널 1에 4~20mA의 출력, 채널 2에 1~5Vdc의 출력, 채널 3에 0~10Vdc을 설정할 수 있습니다. 이렇게 하면 서로 다른 신호를 서로 다른 시스템으로 보내기 위해 두세 가지 i/o 모니터를 가지고 있을 필요가 없습니다.

이와 같이 강력한 다양성을 제공하지만, Orbit 60의 레코더 출력 모니터를 더욱 돋보이게 하는 부분은 같은 출력에서 모니터의 여러 출력 채널로 여러 값을 할당할 수 있다는 점입니다. 예를 들어 하나의 레코더 출력에서는 g 단위로가속도 신호를, 다음 출력에서는 속도를, 세 번째에서는 변위를 보고 싶다고 가정하면, Orbit 60에서는 이를 하나의변환기 입력으로 해결할 수 있습니다. 신호 입력을 병행할 필요가 없습니다.

이 모니터는 SIL 애플리케이션에도 사용 가능합니다.

지난 글에서 저는 벤틀리 네바다의 기계 진단 서비스(MDS) 그룹에서 직장 생활을시작했다고 말씀드렸습니다. MDS 엔지니어가 보통 처음으로 하는 일은 ADRE를Rack 앞쪽의 BNC 커넥터에 연결하는 것입니다. 그러나 Orbit 60 Rack을 자세히살펴보면 BNC 연결이 보이지 않습니다. 이는 커넥터 크기와 Rack의 소형화 때문입니다. 대신 BNC 동글을 입력 모니터의 앞 또는 뒤에 연결하는 최신 인터페이스를 사용합니다. 기존 3500 Rack에서와 마찬가지로 이러한 신호는 무조건적으로 출력되고, 신호 발생기에 연결한다 하더라도 시스템에 영향을 줄 수는 없습니다.

디지털 통신과 특히 관련이 있는 출력 모듈은 세 가지입니다. 첫 번째는 제어 시스템을 통한 양방향 보안 통신에 사용되는 통신 게이트웨이(CGW)입니다. 두 번째는 System 1과의 통신에 사용되는 상태 감시 모듈(CMM)입니다. 세 번째는 여러 개의 Orbit 60 Rack을 연결하는 데 사용되는 브리지 모듈입니다.

3500 시스템의 통신 게이트웨이(3500/92)는 많은 분들이 알고 계실지도 모르겠습니다. 통신 게이트웨이는 MODBUS 또는EGD 프로토콜을 통해(직렬로 또는 이더넷으로) 측정값과 알림 설정값, 알람 및 상태를 DCS 또는 Historian에 제공합니다. Orbit 60의 통신 게이트웨이는 이보다 더 많은 기능을 수행합니다.

사이버 보안 설계에 내재된 특성으로 인해, 통신 게이트웨이의 Orbit conneX ™ 아키텍처는 제어 시스템, HMI 및 Historian와의 통합에도 사용할 수 있습니다.

시스템에 이러한 정보가 있을 경우 Orbit 60가 다음과 같은 여러 가지 이점을 얻습니다:

• 상태 또는 처리 정보를 사용해 다음을 수행할 수 있습니다:
  • 알람 수준 변경 – 시스템이 기계가 특정 운전 상태에서 작동 중임을 자동으로 인지하여, 운전 상태별로 최적화된 알람값을 설정할 수 있습니다.
  • 보다 완벽한 진단 업무와 System 1의 HMI에 값을 표시하도록 상태 감시 모듈(CMM)에서 System 1으로 안전하게데이터를 전송할 수 있습니다.
  • 처리 데이터 역시 복잡한 방화벽이나 단방향 장치를 사용할 필요 없이 Orbit 60를 통해 비즈니스 네트워크에 안전하게제공할 수 있습니다. 이는 통신 게이트웨이 모듈을 통해 데이터를 검색하고 상태 감시 모듈(CMM)을 통해 데이터를 라우팅하는 방식으로 가능합니다.

상태 감시 모듈(CMM)은 시스템의 기타 디지털 통신 모듈 중 하나입니다. CMM은 Orbit 60의 백플레인에 포함된 모든 정보를 읽을 수있습니다. 그러나 당사의 Orbit aXess ™ 통신 방식으로는 백플레인에 아무것도 쓸 수는 없습니다. 그렇기 때문에 Orbit 60는 System 1과의 사이버 보안 연결이 가능합니다.

이러한 기능은 매우 큰 장점이 있고, Rack으로 이동해 구성을 변경할 필요 없이 CMM의 데이터 수집 방식을 여전히 변경할 수 있다는 점도 소소한 장점 중 하나입니다. 따라서 스펙트럼 800 Line 대신 3200 Line의 스펙트럼을 수집하고 싶을 경우 책상에서System 1을 통해 변경하면 곧바로 CMM에 적용될 것입니다.

CMM에는 PCB 보드에 내장된 반도체 메모리가 있어 몇 일 분량의 데이터를 보관할 수 있습니다. 만약, System 1과의 통신이 끊겨서 System1에서 해당 데이터의 복구를 할 수 없더라도, 데이터는 CMM의 내장된 메모리 저장되어 있습니다. 또한 System 1이 없거나, 설비가 강제정지(Trip)가 되었거나, 심지어 기계를 여러 번 재 기동하려 한 경우에도 MDS 엔지니어는 해당 메모리에서데이터를 추출 및 분석할 수 있습니다.

CMM은 모든 측정값과 시간 파형, 시스템 설정, 알람 및 이벤트 기록에 대한 접근하여 데이터를 읽을 수 있고, 통신 게이트웨이를통해 받은 데이터도 처리할 수 있습니다.

다른 출력 모듈과 마찬가지로 둘 이상의 CMM을 사용할 수도 있습니다. 이러한 방법은 두 가지 상황에서 매우 효과적입니다. 하나는 내부의 System 1과 OEM의 원격 감시 센터 System 1에 각각 하나의 CMM을 사용하고 세 번째 모듈은 원격 진단 및 지원을위해 데이터를 벤틀리 네바다의 호스트 플랫폼(Host Platform)으로 연결하기 위해 사용합니다. 또한 인터넷 인프라를 추가로 설치할 필요가 없도록 CMM을 셀룰러 모뎀과 안전하게 연결할 수 있습니다.

Orbit Xtend ™ 아키텍처는 여러 개의 Orbit 60 Rack을 연결해 시스템을 구축할 수 있게 해줍니다. 이 혁신적인 아키텍처는 현장 또는 원격 I/O 배치를 지원하므로 전체 설치 비용을 크게 절감할 수 있습니다. Orbit 60의 브리징 기능은 기본적으로 하나의 Rack에서 브리지된다른 Rack으로 디지털 백플레인을 확장합니다. 데이터가 모든 Rack에 실시간으로 복제되며 기계 보호 및/또는 상태 감시 애플리케이션을 완벽히 지원합니다. 향후 시스템의 브리징 기능에 대한 자세한 Orbit 기사가 소개될 예정이며, 본 게시물 하단에서 브리징 개념에 대한 보고서를 요청해도 좋습니다.

시스템 인터페이스 모듈(SIM) 은 앞서 설명한 바와 마찬가지로 여러 가지 기능이 있고, 그중 하나는 데이터를 디스플레이에 제공하는 것입니다.

사용 가능한 디스플레이 페이지는 다음과 같습니다:

• 채널 및 모듈 데이터 – 색상으로 구분되는 막대 그래프 형식으로 표시되며 각 채널의 기본 측정값(예: 전체 경보 및 위험 설정값또는 릴레이 상태)을 표시합니다. 1X 및 2X 진폭과 위상 역시 사용자가 구성한 다른 추세 변수와 함께 표시할 수 있습니다.
• Keyphasors®를 포함한 모든 입력의 추세, 시간 파형, 스펙트럼
• 시스템 이벤트 목록 – 시스템 상태와 다양한 이벤트(예: 시스템 재설정, 전력 손실, 설정 변경 발생 등)가 발생한 시점을 알려줍니다.
• 알람 이벤트 목록 – 시스템 이벤트 목록과 비슷하나 이 목록은 여러 가지 설비의 알람만 표시합니다. 예를 들어 이 목록을 참조하면 알람 이벤트 발생 시 어떤 채널이 가장 먼저 발생되었는지 판단할 수 있습니다.
• 알람 및 OK 상태 - 이 화면을 통해 센서와 모듈 상태를 빠르게 확인하고 상태 및 알람을 감시할 수 있습니다.
• 릴레이 로직 맵 – 각 릴레이와 연관된 로직 및 상태를 보여줍니다. 보시면 아시겠지만 이 화면은 기능이 크게 개선되어 알람 수준과 알람 로직을 작동시킨 채널을 매우 직관적으로 보여줍니다.

이와 함께 아홉 가지의 사용자 정의 디스플레이 옵션이 제공됩니다. 디스플레이 페이지는 시스템 구성에 사용되는 것과 같은 Orbit Studio 소프트웨어로 만들어집니다. 이 소프트웨어를 사용하면 기계 그룹과 시스템 전체 데이터를 포함한 사용자 정의화면을 만들수 있습니다.

외부 디스플레이는 이더넷 케이블 연결을 통해 SIM과 연결된 소형 산업용 컴퓨터로 구동됩니다. 따라서 가장 알맞은 곳에 디스플레이를 장착할 수 있습니다. 또한 필요에 따라 여러 개의 디스플레이를 사용하여 하나는 기계에, 또 하나는 제어실에 배치하는 것도 가능합니다.

당사는 120M8155-01(10.4” 디스플레이), 120M8155-01(15” 디스플레이), 150M1466(21.5” 디스플레이) 등 세 가지 외부 디스플레이를 제공합니다. 10.4인치 버전은 위험지역(Hazardous Area)에서 사용 가능한 인증을 획득했습니다. 3500/94 디스플레이의 최신 버전은 Orbit 60와 연결할 수도 있습니다.

두 번째 시스템 릴리스에서는 19인치 버전의 Rack 전면부에 장착 가능한 디스플레이를 소개할 예정입니다. 첫 번째 릴리스에는 아직 등장하지 않았으나 하위 호환이 가능하여 첫 번째 릴리스 시스템과 연동될 것입니다.

자세한 정보는 당사 웹사이트에서 확인하실 수 있습니다:

2019년 가을 – 정보 공개 및 신제품 발표(ATD)

2020년 봄(4월) - 정가 제안 견적 제공(ATQ)

2021년 봄(6월) – 배송 가능(ATS): API 터보기계 및 전체 플랜트 애플리케이션

2021년 여름(8월) – 배송 가능(ATS): TSI 및 브리징 애플리케이션

 

당사는 언제든지 Orbit 60에 대한 세부적인 논의를 환영하며, 다음 주제에 대해 자세히 알아볼 수 있는 여러 가지 기술 백서를 준비했습니다. 아래 링크를 통해 문의하시면 사본을 받아 보실 수 있으며 해당 지역의 전문가가 연락드릴 것입니다.

• Orbit 60 시리즈 또는 3500 상세 비교 - 벤틀리 네바다의 Orbit 60 시리즈 기계 보호 시스템과 3500 시스템의 차이를 자세히 알아봅니다.
• Orbit 60 데이터 보안 상태 감시 모듈 - Orbit 60 시리즈 감시 시스템의 상태 감시 모듈이 완전한 고해상도 데이터를 보호 기능의 저하 없이 외부 네트워크에 전송하여 안전한 솔루션을 제공하는 원리에 대해 설명합니다.
• Orbit 60 시리즈 브리징 콘셉트 - Orbit 60 시리즈 시스템 아키텍처에 적용된 벤틀리 네바다의 브리징 콘셉트를 소개합니다.

Data Sheet

Fact Sheet

Product Video - Orbit 60 Teaser

Product Video – Orbit 60 Full length

Orbit 60 Series and System 1: Bloomberg TV

Houston Chronicle: Bently unveils the Orbit 60

Turbo Machinery Magazine – Bently Nevada’s New Platform

Why Orbit 60? Why Now?

Q1 2020 Orbit Article – Introducing Orbit 60

Q2 2020 Orbit Article – Available to Quote – Explore the Cost Savings

Q3 2020 Orbit Article – Now – Less Spares!! – How to Choose Input Modules