ICON Technologies - LabVIEW와 NI 데이터 수집 하드웨어를 이용한 수중 목재 재단기 제어 시스템

Author(s):
Mark Trotman,Adam Liwszyc 상무이사,프로젝트엔지니어 - ICON Technologies Pty Ltd, Jetcut Offshore Technology

Industry:
Basic Materials - Steel/ Lumber/ Construction

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, NI Developer Suite Control Edition

The Challenge:
단일 어플리케이션 인터페이스에 기존의 SCADA와 고속 데이터 수집 및 인라인(in-line) 신호 처리를 결합하여 고압력 수중 콜드커팅 시스템을 제어해야 한다.

The Solution:
NI LabVIEW와 LabVIEW Datalogging and Supervisory Control 모듈을 사용하여 고압력 수중 콜드커팅 시스템을 모니터링 및 제어합니다.

소개
해양 환경 보호에 대한 사회적 인식이 증가함에 따라 석유 및 가스 회사들은 생산 현장을 떠날 때 수중 생산지를 “생산 이전”의 상태로 돌려놓아야 한다는 압박을 받고 있습니다. 해저 정두(wellhead)를 절단하는 기존 방법에서는 폭발물을 사용해야 했으므로 위험할 수도 있고 분명히 환경 친화적이지 않은 기술이었습니다.
LabVIEW와 LabVIEW DSC 모듈은 SCC의 성공적인 적시 배치에 있어 중요한 요소였습니다. LabVIEW와 LabVIEW DSC 모듈은 함께 기존의 구성 가능한 SCADA 환경과 완전 기능 프로그래밍 언어의 파워 및 유연성을 완벽하게 결합하였다는 점에서 고유한 어플리케이션 개발 환경이 됩니다.
석유 및 가스 회사들은 정두 돌출(wellhead overhang) 때문에 well lining에 대한 외부 접근이 엄격히 제한되므로 기존의 핫커팅 기법을 적용하기는 어렵다는 사실을 알게 되었습니다. 고압력의 연마용 액체(abrasive fluid)를 사용하는 콜드커팅 기법은 제한된 공간에서도 작동할 수 있으므로 원칙적으로는 well lining 안쪽으로부터 정두를 절단할 수 있어야 합니다. 그러나 기존의 콜드커팅 시스템은 일반적으로 690bar(10,000psi) 미만의 압력에서 작동하므로 심해 작업에는 사용할 수 없었습니다.

SCC를 이용하여 제거된 정두

서방 호주 기업인 Jetcut Offshore Technology는 2,000bar가 넘는 유체 압력을 발전시켜 500m 깊이까지 심해 커팅 및 폭파 작업을 수행할 수 있는 고압력 SCC(Subsea Cold Cutting) 시스템을 개발하였으며 ICON Technologies는 LabVIEW와 NI Developer Suite Professional Control Edition의 기타 도구를 이용하여 SCC용 모니터링 및 제어 시스템을 개발했습니다.

SCC 작동 개요
완전 SCC에는 다음 항목이 결합되어 있습니다.
• 디젤 구동의 초고압력 펌프
• ROD(reverse osmosis desalinator)가 있는 2개의 10,000L 물보관 탱크
• 연마용 슬러리 저장 및 처리 시스템
• 발생기 및 공기 압축기가 있는 제어실/워크샵
• 실행 프레임, 도구 운반기 및 well lining에 슬러리 스트림을 넣어서 조작하기 위한 도구 패키지

3명으로 구성된 작업팀이 일반적인 소형(60-70m) 작업보트로 쉽게 이송할 수 있는 SCC를 작동합니다. 작동 시, SCC의 도구 팁이 해저면 아래의 well lining에 삽입되고 표면으로부터 고압력 연마용 슬러리를 공급 받습니다. 모든 도구의 조작과 절단에 대한 모니터링은 표면에 있는 선박에서 원격으로 이루어집니다.

오퍼레이터는 SCC 도구 팁과 슬러리 압력을 각 절단 시마다 깊이와 단면도에 맞추어 최적화할 수 있습니다. 최적 절단보다 높은 압력에서 작동하면 비용, 복잡성이 대폭 늘어나는 것은 물론 지원 장비 부피도 커집니다. Well liner는 일반적으로 동심 강철과 콘크리트 층을 합한 것으로 층 사이에는 강철 가로대가 들어 있습니다. 콘트리트에는 상당량의 금속 조각을 포함하여 이질적으로 분포된 비공인 “잡석(rubble)”이 들어 있습니다. 이러한 자재의 이질적 혼합에서 절단 진행 과정을 모니터링 및 최적화하기 위해 오퍼레이터는 도구 지그(jig)에 가속도계를 놓아 절단이 진행되는 동안 음향 신호의 변화를 기록합니다.

SCC 오퍼레이터 인터페이스의 화면 이미지

기존의 제어 문제 제거
기존의 SCADA 소프트웨어에서는 이 어플리케이션에서 필요로 하는 기존의 실시간 제어와 Waveform 수집/처리를 쉽게 처리하지 못했습니다. Jetcut Offshore Technology는 모든 디젤 엔진과 고압력 펌프 하드웨어를 실시간으로 제어하면서 동시에 최대 44 kS/s의 샘플링 속도로 음향 신호를 수집 및 처리할 수 있는 모니터링 및 제어 시스템을 필요로 했으며 오프라인 분석 및 감사를 위해 음향 Waveform을 포함하여 모든 필수 작동 데이터의 보관도 필요했습니다. 결국 제어할 수 없는 많은 이유로 인해 시스템 개발에 소요할 수 있는 시간이 거의 없었습니다. 즉, 컨셉을 세우고 근해 배치하기까지 3주 정도밖에 시간이 없었던 것입니다. 기존의 PLC인 Allen-Bradley SLC505는 디젤 엔진과 고압력 펌프 하드웨어의 필수적인 실시간 제어를 안정적으로 처리합니다. 우리는 내쇼날인스트루먼트의 PCI-6025E 다기능 I/O 카드로 음향 신호를 수집했습니다.
LabVIEW 및 LabVIEW DSC 모듈을 사용하여 SCC를 위한 제어 및 모니터링 시스템을 개발했습니다. LabVIEW DSC 엔진은 표준 Allen-Bradley SLC500 시리즈 장치 드라이버를 통해 SLC505와의 모든 통신을 직접 처리하며 이 시스템은 30가지 이상 핵심 매개변수와 함께 약 120개의 작동 매개변수를 지속적으로 모니터링하여 보관 스토리지용으로 데이터베이스에 기록했습니다. 최대 44 kS/s의 샘플링 속도로 음향 데이터를 수집하여 모든 다른 핵심 매개변수와 함께 보관 스토리지용으로 로컬 디스크에 직접 스트리밍하고 TCP/IP를 통해 원시 음향 데이터를 보완 네트워크 PC로 재전송함으로써 백업 보관 및 주파수 처리가 가능하도록 했습니다. 처리된 신호는 절단 진행 상황에 대한 실시간에 가까운 보기를 제공해 줍니다.

결과
첫 번째 상용 시도에서 Woodside Energy Ltd는 성공적으로 SCC를 사용하여 해수 80m에서 정두를 제거했습니다. Woodside는 Jetcut의 신기술이 성공적이었다고 결론 짓고 향후 절단 프로그램에 이 기술을 활용하고자 했습니다. LabVIEW와 LabVIEW DSC 모듈은 SCC의 성공적인 적시 배치에 있어 중요한 요소였습니다. LabVIEW와 LabVIEW DSC 모듈은 함께 기존의 구성 가능한 SCADA 환경과 완전 기능 프로그래밍 언어의 파워 및 유연성을 완벽하게 결합하였다는 점에서 고유한 어플리케이션 개발 환경이 됩니다. 이들은 I/O 복잡성 또는 대역폭, 프로그래밍 파워 및 네트워크 또는 어플리케이션간 연결 측면에 있어 기존 SCADA의 범위를 확장시키는 모든 어플리케이션과 함께 최적으로 사용할 수 있습니다.

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Mark Trotman,Adam Liwszyc 상무이사,프로젝트엔지니어
ICON Technologies Pty Ltd, Jetcut Offshore Technology

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