9.1.4 PM2000

Performance ManagerTM 2000

(1) PM2000 System 개요

설비 운영 부문에서의 비용 절감 문제는 공장 운영에서의 궁극적인 목표의 하나로 통계적으로 공장 운영을 위해 지출되는 비용 중 가장 큰 요소는 연료비이다. 성능 면에서 고찰시 운전 효율 증가시 큰 비용 절감 효과가 기대되며 세계적으로 각 발전소들은 경쟁사들보다 효율적인 운전을 통해 경쟁력을 제고해야 하는 것이 현실이다. 일반적인 Gas Turbine 운전에 소요되는 비용 분석 결과는 이러한 내용에 대한 좋은 보기로서, 전체 유지비용의 55% ~ 85%를 차지하는 것이 연료비이고 기계의 유지 보수비용은 2.4% ~ 3.5%에 지나지 않았다. 따라서 공장의 이윤을 극대화하기 위해서 가장 관심을 기울여야 하는 것의 하나가 연료비로 귀착된다.

성능에 관한 데이터는 기계 관리 지침에서도 매우 중요한 요소이다. 기계 관리는 손상을 방지하는 것뿐만 아니라 경보 설정치 이하로 기계를 운전하는 것처럼 기계를 완벽하게 이해하는 것이다. 이러한 목표를 성취하기 위해서는 진동에 대한 정보뿐만 아니라 다른 정보들도 요구되는데, 진동 데이터와 성능에 대한 데이터는 운전되고 있는 기계를 이해하는데 많은 도움을 주는 요소들이다. 이러한 정황을 근거하여 기계의 상태 감시 및 관리를 통한 기계 설비 관리의 최적화에 더불어 성능 감시를 추가하여 관리하고자 하는 것이 산업체의 추세이다. 본 내용은 이러한 성능 감시 시스템 중 Bently Nevada사의 PM2000을 대상으로 그 기능과 구성, 특징 등을 언급하고 있다. Bently Nevada 역시 성공적인 기계 관리 도구의 한가지로 PM2000을 출시하였고 이를 다른 관리시스템과 연계하여 최적의 설비 관리 시스템을 구축하고 있다.

PM2000은 열역학에 근거하고 있으며, 성능을 감시하여 운전중인 기계의 효율을 향상시킬 수 있도록 정보를 제공하는 제품이다. 기계의 상태를 프로세서와 진동 데이터를 서로 연관 지어 작업을 수행할 수 있는 환경을 제공함으로써 높은 효율과 좋은 기계의 상태를 유지하도록 지표를 제공한다. 또한 DM2000과 통합되어 향상된 기계 관리 체계를 구성한다. 성능 감시와 진동 감시를 조합함으로써 기계 문제를 진단하고 정비 활동 계획을 수립하는데 큰 지표가 된다

그림 6-42 가스터빈 성능을 감시하고 있는 PM2000 화면

(2) PM2000 System 구성

PM2000 프로그램은 원하는 기능을 제공하는 각각의 모듈로 구성되어 있다. 다음에 나오는 부분에서는 각 모듈에 대한 개관과 기술적인 시도에 대해 설명하였다. 장비 성능에 관한 ASME Performance Test Codes (PTCs)와 다른 규칙을 바탕으로 하는 계산 과정을 이용하여 연산이 수행된다. PM2000은 모든 타입의 발전소 장비와 공정에 관한 문제를 해결하고, 시험해 본 경험을 바탕으로 한다. 다음에 나오는 것은 시스템 모듈에 관한 설명이다.

① Data Point Configuration Module

Data Point Configuration Module은 현장에서 수집된 공정 데이터 입력값, 수동 입력값, 변수를 기본으로 하는 방정식과 스케줄 그리고 계산된 값 등 모든 시스템 데이터 포인트를 유지하는데 이용된다. 각각의 데이터 포인트는 Point ID, Point Description, Alarm Limits, Integrity Limits, Calibration Factors, Default Definitions, Initialization Information과 같은 정보와 연관되어 있다. 만일 데이터 포인트를 에러 없이 Data Manager 2000으로부터 받은 것이 확인되면, 그 값은 하나 혹은 그 이상의 독자적인 값을 바탕으로 하는 데이터 포인트의 무결성과 비교된다. 이 값이 이러한 범위 밖에 있다면, Smart Default 혹은 Fixed Default로 교체된다. Smart Default는 다른 Point ID(예, Gross Load, Compressor Discharge Pressure 등)에 따라 변하도록 설정 되어있다. 데이터 포인트 무결성은 Quality Status를 나타내도록 코드화 되어있는 색깔로 스크린 상에 나타난다. 데이터 포인트와 관련된 모든 계산된 값은 스크린 상에 그에 적합하게 코드화 되어있는 색깔로 나타난다.

② Historical Data Storage Module

데이터는 보통 다음의 네 가지 방식으로 저장된다: 1) Snap Shots, 일분 당 한번; 2) 매 시간 평균; 3) 변동 평균; 4) 매일 평균. Snap-Shot은 전 월(月)의 값과 당월의 값이 비교 가능하다. 매 시간 평균, 변동 평균, 매일 평균값은 전 년(年)의 것도 비교 가능하다. PM2000의 표준 저장 데이터 파일의 포맷은 Microsoft Access이다. 기록된 데이터는 Tape Drive 혹은 Optical Drive에 저장 할 수 있다. Optical Drive는 Performance Manager 2000s Historical Trend Recovery 특성을 이용하여 전 년도 데이터를 직접 이용할 수 있다. Tape Drive는 주기적인 시스템 Backup이 이루어지게 하기 위해 표준 Backup Software를 사용한다.

③ Database Report Writer Module

PM2000은 Database 보고 기능으로 Crystal Report를 사용한다. Crystal Report의 사본은 PM2000의 일환으로 제공된다. 표준 보고서 기능은 물론, 사용자는 Crystal Report Designer를 이용하여 사용자 정의의 보고서를 작성한다. Report Writer는 자동 보고서, On-Demand Test Logs, 연말 보고서 등을 포함한 광범위한 보고서 기능을 제공하며 사용자 정의로 구성된 보고서는 PM2000이 저장한 데이터베이스와 환경 설정 데이터 (예, Data Point Alarm Levels) 모두 이용 가능하다. Crystal Reports는 사용자가 보고서를 모두 디자인을 할 수 있도록 공식, 연산 기능, 분류 기능, Boolean Logic, Conversation 기능과 더불어 글꼴, 자동 현재 시간 표시 기능, 쪽 설정, 여백 등의 기능을 제공한다. 보고서가 작성되면 Custom Report는 사전에 정해진 시간에 자동적으로 혹은 요구에 따라 산출될 수 있다. 네트워크 환경에서 시스템 Report(표준과 사용자 정의 Report 모두)는 허가 받은 모든 사용자가 이용할 수 있다.

④ Screen Builder Module

Screen Builder Module은 스크린 디스플레이의 변경 및 작성하는데 이용되는 모듈인데 이는 암호를 이용한다. PM2000은 사용자 기계의 성능을 묘사하는 몇 가지의 실시간 그래픽 스크린을 제공한다. Screen Builder Module을 사용하여 이러한 스크린들은 수정될 수 있다. PM2000의 Screen Builder는 사용자 정의의 실시간 스크린 디스플레이를 작성하는데 이용될 수 있다. 종류에 상관없이 그래픽 소프트웨어 패키지를 이용하여 이미지를 작성하여 이를 Metafile(*.WMF) 혹은 Bitmap(*.BMP) 형식으로 저장한다. PM2000 Display Builder를 사용하여 그래픽 파일을 선택, 원하는 Point와 Label을 삽입하고 아이콘을 지정하며 새로운 스크린을 활성화시킨다. 새 아이콘이 컴퓨터 단말기에 디스플레이 되며 이는 모든 시스템 사용자가 이용 가능하다.

⑤ Configuration Maintenance Tools Module

그림 6-43 PM2000에서 환경 구성 정보의 표시 예

PM2000의 주요한 특성은 다시 프로그래밍할 필요 없이 쉽게 유지할 수 있는 능력이 있다는 것이다. 시스템 환경 구성 유지에 필요한 도구들은 PM2000에 통합되어 환경 구성 데이터에 쉽고 빠르게 접근할 수 있다. 예를 들어, 스크린상에 나타난 값중의 하나를 두 번 클릭하면 즉각적으로 그 값의 환경 구성 정보(Configuration Information)를 볼 수 있으며 부가적 기능들은 편리함을 위해 단일의 스크린으로 모아지게 구성되었다. 환경 구성 데이터는 암호 처리 되어있으며 임의의 시간에 사용 권한이 있는 사람에 의해 갱신 될 수 있다. 네트워크 환경에서는, 환경 구성 변화는 주컴퓨터 단말기에 의해 이루어지며(암호 입력시) 모든 사용중인 컴퓨터 단말기에 의해 자동으로 감시된다. 암호는 변경 가능하며 소프트웨어 보존을 위해 사용자에 의해 조정된다.

⑥ Equipment Performance Modules

PM2000은 가스 터빈, 압축기, 펌프의 성능을 감시하도록 환경 구성된 형식에 따라 열역학적 계산과 방정식을 포함하도록 발전되어왔다. 이러한 정보를 이용하여 사용자 기계의 성능은 그래픽으로 디스플레이 되며 기계의 현재 성능과 기대 성능도 함께 디스플레이 된다. 기계 성능은 사용자 기계의 특정 설계 변수를 바탕으로 하고 이러한 기능을 통해 사용자는 실제 기계의 성능과 기대 되는 성능을 서로 비교해 볼 수 있다. 일반적으로 사용자 기계의 그래픽, 입출력 데이터, 실제 효율과 기대 효율 그리고 연관된 다른 데이터가 디스플레이 된다.

⑦ Gas Turbine Performance Module

Gas Turbine Module은 연속적으로 변화하는 상황하에서 기계 상태의 정확한 평가를 제공한다. 압축기 효율성, 전체적인 터빈의 효율성, 열 용량, 연소 공기량(Combustion Air Flow), 배기 온도와 같은 주요 성능 변수들이 감시된다. 설계 변수는 실제 성능을 직접 비교하기 위해 현장 상태 값과 비교된다. 이러한 비교를 통해 사용자는 저하된 기계 성능을 감시하는데 필요한 정보와 기계 운전과 유지 활동에 필요한 적절한 일정을 결정할 수 있다. 이러한 모듈을 지원하기 위해 다음과 같은 공정상의 데이터의 측정이 필요하다.

• Fuel Flow(S)

• Fuel Heating Value

• Ambient Temperature

• Ambient Pressure

• Relative Or Absolute Humidity

• Compressor Section Inlet Pressure

• Compressor Section Inlet Temperature

• Compressor Section Discharge Pressure

• Compressor Section Discharge Temperature

• GT Exhaust Temperatures

• Gross Generation(Kw) Or Shaft Speed And Torque

• Kvars (Generator Drive Applications)

⑧ Gas Compressor Performance Module

PM2000 Compressor 모듈은 기계 성능 저하로 인한 Off-Design 성능을 결정하는데 이용하는 특정 수단이다. Head, Flow, 속도와 효율, 설계 특성 치에 관한 각 압축기의 성능 Map은 참고자료로 사용하기 위해 Database에 저장되며 PM2000은 실제 운전 변수들을 계산하고 설계에 대한 그 값들을 비교한다. 설계 성능 Map의 그래픽이 디스플레이 되고 온라인 상에서 비교된 압축기의 실제 성능과 기대 성능이 압축기 Map에 나타난다. 저장된 특성들의 경향을 이용하여 실제 운전 데이터 대 설계 Plot이 수집되고 이는 담당자에 의해 진단될 수 있다. 이러한 모듈을 지원하기 위해 다음과 같은 공정상의 측정이 필요하다:

• Compressor Section Suction Pressure

• Compressor Section Suction Temperature

• Compressor Section Discharge Pressure

• Compressor Section Discharge Temperature

• Compressor Speed

• Gas Flow

• Driver Power (Motor Voltage & Current Or Shaft Speed And Torque)

• Gas Analysis

⑨ Pump Performance Module

PM2000은 펌프 기능 저하로 인한 Off-Design 성능을 결정하는데 매우 유용한 도구이다. Power, Head, Flow에 대한 각 펌프의 설계 성능 특성 치 곡선은 참고자료로 이용하기 위해 Database에 저장되며 Database는 설계와 비교하기 위해 실제 운전 펌프 Power, Flow, Head Pressure를 찾아낸다. Historical Trend Recovery를 이용하여 각 펌프에 대한 실제 운전 데이터 대 설계 Plot을 구할 수 있다. 이러한 모듈을 지원하기 위해 다음에 나온 공정 상의 측정이 필요하다.

• Pump Power (Motor Voltage And Current Or Shaft Speed And Torque)

• Pump Speed

• Pump Suction Pressure

• Pump Suction Temperature

• Pump Discharge Pressure

• Pump Discharge Temperature

• Pump Flow

(3) PM2000 System 특징과 기능

① 완벽한 네트워크 접속성

성능과 진동 정보의 통합은 매우 획기적인 시도로서 Bently Nevada사의 기계 진단 부문에서 적용하고 있는 방식이다. 성능과 진동 데이터를 연관하여 경향을 파악하는 기능을 가진 기계 진단 시스템의 구현은 보다 정확한 분석을 가능케 한다. 이는 PM2000과 DM2000 사이의 NetDDE Interface를 이용한 데이터 교환을 통해 이루어지며 PM2000은 DM2000으로부터 열역학적 성능 변수를 계산하는데 필요한 모든 공정 변수들을 수집한다. PM2000에 포함된 DDE Server는 오직 이러한 Communication Link 용으로만 발전된 것이며 다른 DM2000 DDE Server는 별도로 사용할 수 있다. 이는 DM2000과 사용자의 컴퓨터 시스템간의 DDE Communication 용으로 사용될 수 있다. DDE Server는 PM2000과 함께 작업 가능하며 NetDDE Interface를 통해 DM2000은 PM2000으로부터 성능 정보를 수집할 수 있다.

② 데이터 접근성

PM2000은 Server 및 디스플레이 소프트웨어와 사용이 가능하다. Server 소프트웨어는 환경 구성 기능, 데이터 수집 기능, 계산 및 디스플레이 기능을 포함한다. Server는 DDE를 거쳐 DM2000으로부터 데이터를 수집하는 소프트웨어로서 필수적인 것은 아니나 DM2000 데이터 수집 소프트웨어와 같이 동일 컴퓨터 상에 PM2000을 두는 것을 권고된다. 디스플레이 소프트웨어는 네트워크 상에 어떤 Node에서라도 Server 소프트웨어와 연결되며 디스플레이 컴퓨터는 모든 그래픽 디스플레이, 경향(Trend), 보고서를 사용할 수 있다. 이러한 모든 환경 구성상의 변화는 Server 컴퓨터에서 이루어진다. 원거리에 설치된 디스플레이 소프트웨어를 이용, 전화선이나 네트워크를 통해 Server에 접근하여 언제나 데이터를 볼 수 있다.

 

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