알티아이엔지니어링 - 수소연료전지 10kW급 평가장비 제어시스템 구현

Author(s):
한재찬 책임연구원 - 알티아이엔지니어링

Industry:
Energy/Power

Products:
LabVIEW, Compact FieldPoint

The Challenge:
수소 개질기는 SR, HTS, LTS, PROX 등 여러 가지 촉매 층으로 구성되어 있고 각각의 촉매 층은 서로 다른 온도에서 반응한다. 또한 다양한 촉매 층의 온도를 연소 버너와 열 교환기를 이용하여 조절해야 하는 어려움이 있다.

The Solution:
LabVIEW 8.20 (한글판)과 cFP (Compact FieldPoint) 모듈을 이용하여 연소버너의 연료와 공기 유량을 최적 연소조건을 유지하도록 제어하면서 각각의 촉매 층의 온도를 측정하여 촉매 층에 흐르는 기체의 유량과 버너 연료 유량 제어를 하므로 해서 최적의 수소개질기 운전 상태를 구현하는 것을 목표로 한다.

개발 배경
수소 개질기는 SR, HTS, LTS, PROX 등 여러 가지 촉매 층으로 구성되어 있고 각각의 촉매 층은 서로 다른 온도에서 반응한다. 또한 다양한 촉매 층의 온도를 연소 버너와 열 교환기를 이용하여 조절해야 하는 어려움이 있다. 이러한 복잡하고 다양한 컨트롤시스템을 구축하기 위해서는 신호의 빠른 응답성과 정확한 데이터 수집, 다양한 모니터링 기술이 필요하게 되었다. 이를 구현하기 위해 계측, 제어 부분에 인증되어 있는 NI제품을 사용하게 되었다.

본론
본 어플리케이션에서는 LabVIEW 8.20 (한글판)과 cFP (Compact FieldPoint) 모듈을 이용하여 연소버너의 연료와 공기 유량을 최적 연소조건을 유지하도록 제어하면서 각각의 촉매 층의 온도를 측정하여 촉매 층에 흐르는 기체의 유량과 버너 연료 유량 제어를 하므로 해서 최적의 수소개질기 운전 상태를 구현하는 것을 목표로 한다. 전체 제어 프로그램은 LabVIEW로 프로그래밍하였고 cFP 모듈 중 cFP-TC-210은 기존 PLC에 사용되는 TC 모듈보다 스캔 속도가 빠르고 한 모듈에 8채널까지 읽어 들일 수 있어 유용하게 사용되었다.
연소버너 점화 시 점화기에서 cFP-RLY-425에 타고 들어오는 고전압(16000V) 노이즈가 문제시 되었지만 중간에 릴레이를 사용하므로 해서 해결되었다.

그림 1. Compact FieldPoint

아래의 그림 2는 LabVIEW 8.20(한글판)으로 작성한 MMI 화면으로 편리한 그림 삽입과 동시에 프로그램을 동시에 구현할 수 있어서 작업시간이 단축되었고 다양한 표현으로 운전자가 쉽게 상황을 인식할 수 있도록 구성되었다.

그림 2. Control MMI

LabVIEW의 FTP Toolkit을 활용하여 수집 데이터의 전송과 고장내용, 동작 상황을 웹 상으로 전송하여 운전 장소와 거리가 먼 사무실에서 관찰할 수 있도록 구현하여 고장 원인판독과 빠른 A/S를 처리로 경비절감과 회사 이미지 상승의 효과를 얻을 수 있었다.

 
그림 3. 10kW 평가장비

위의 그림 3은 cFP를 내장하고 있는 10kW급 수소개질기 평가장비이다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
1) 간편한 프로그램 수정과 업그레이드를 할 수 있어 시간과 인력을 줄일 수 있었다.
2) 기존 사용하던 PLC에 비해 스캔속도가 빠르고 정확하여 믿을 수 있는 데이터를 얻었다.
3) FTP, PID, RS232, Web Server 기능 등 다양한 Toolkit을 추가비용 없이 사용할 수 있어 비용절감을 할 수 있었다.
4) 장비 운전장소와 멀리 있어도 고장원인이나 고장경보를 감지할 수 있어 장비 관리가 편리하고 A/S 시간을 단축할 수 있었다.

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한재찬 책임연구원
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