POSCO - 두께 계측 온라인 진단 시스템 개발

Author(s):
정우영 과장/박사 - POSCO 광양제철소 전기제어설비부 EI저비기술팀

Industry:
Basic Materials - Steel/ Lumber/ Construction

Products:
LabVIEW, SCXI

The Challenge:
PLC와 HMI 두 시스템의 프로그램을 수정 또는 신규 제작해야 하기 때문에 개발 시간과 자원(인력, 투자금액) 이용 면에서도 문제가 있었다. 이러한 문제점을 NI의 하드웨어와 LabVIEW를 이용하여 해결하였다.

The Solution:
제품의 두께는 두께를 측정하는 계측기의 정보에 따라 압연기에서 제어되나, 제조공정의 고온, 다습, 다분진 등 열악한 환경과 가동 시간의 증가에 따라 두께 측정기가 오작동하는 사례가 발생하여 이를 예방할 수 있는 시스템을 NI 제품을 이용하여 구축하였다.

요약 :
제철소 열연공정에서 제품의 두께는 수요자가 요구한 스펙에 따라 결정되며 잘못된 두께가 적용된 경우 클레임이 발생하게 된다. 제품의 두께는 두께를 측정하는 계측기의 정보에 따라 압연기에서 제어되나, 제조공정의 고온, 다습, 다분진 등 열악한 환경과 가동 시간의 증가에 따라 두께 측정기가 오작동하는 사례가 발생하여 이를 예방할 수 있는 시스템을 NI 제품을 이용하여 구축하였다.

개발 배경 :
1. 열간 압연공정은 강한 압하력으로 고온의 슬라브를 얇게 만드는 공정으로서 약 1.2~ 22mm 정도의 압연 제품을 생산한다. 이곳에 설치된 두께 계측기는 열악한(고온, 다습, 다분진) 환경에서 작동하게 되며, 처리시간이 증가함에 따라 오차가 발생하여 주기적인 교정과 정비를 필요로 한다. 경우에 따라서 정비주기 이전에 오작동 또는 고장이 발생하며, 이러한 상황은 제품의 품질에 직접적인 영향을 미치므로 이를 예방할 필요가 있다.

2. 두께 계측기의 정도 저하와 고장을 예방하는 방법으로, 고장 시점 데이터의 패턴 분석을 통해 온라인 가동 중 고장 시점을 예측하여 정비자에게 자동으로 연락함으로써 계측기가 오작동 하거나 다운되는 상황을 미연에 방지하는 것이다.
이를 위해서는 계측기가 발생하는 여러 가지 출력 데이터와 환경(온/습도 등)과 관련된 데이터를 수집하여 PLC를 통해 HMI까지 전송하여 데이터를 분석하는 프로그램을 만들어야 하나, 일괄 제철소의 특성상 설비가 24시간 가동되어 시스템(PLC, HMI)을 수정하기가 용이하지 않다. 또한 PLC와 HMI 두 시스템의 프로그램을 수정 또는 신규 제작해야 하기 때문에 개발 시간과 자원(인력, 투자금액) 이용 면에서도 문제가 있었다. 이러한 문제점을 NI의 하드웨어와 LabVIEW를 이용하여 해결하였다.

본론 :

하드웨어
두께 계측기에 오차가 발생하거나 다운되는 케이스는 일정한 주기로 발생하는 것이 아니라 두께 계측기의 동작 환경과 작업 시간 등 여러 요인의 복합적인 작용으로 발생하므로 이를 예측하기가 어렵다. 또한 문제가 발생한 이후에는 어떠한 형태로든지 제품에 영향을 미치기 때문에 사전에 예방할 필요가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 계측기의 오작동 등 문제점이 발생하는 시점의 데이터들을 수집하여 고장 시점의 패턴을 추출한 후, 온라인 데이터가 이와 유사한 패턴을 보일 경우 사전에 설비를 정비할 수 있도록 경고를 발생함으로써 오차 발생 및 다운을 예방하는 시스템을 구축하였다.

그림 1. 시스템 구성도

소프트웨어
구축된 시스템의 기능을 살펴보면
- 패턴 분석을 이용한 고장 예보 알고리즘
- 웹을 이용하여 어느 곳에서나 모니터링이 가능한 리모트 감시 기능
- 이상 시, 신속한 정비가 가능하도록 SMS(핸드폰 문자 메시지) 발송 기능
- Non-Stop 시스템 운영을 위한 데이터/로그(Log) 파일 관리
- 노이즈 필터링, 데이터 분석 기능 등

그림 2. 구축된 프로그램의 프런트 패널

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점 :
NI제품을 이용하여 시스템을 구축한 결과 최소의 자원(시간, 인력, 투자금액)을 투입하여 우리가 목표했던 결과를 얻을 수 있었다. LabVIEW를 처음 접하였던 개발자가 기존 업무를 수행하며 기술 습득에서 개발 완료까지 4개월 내에 완료했으며, 웹을 이용한 리모트 감시 기능과 이상 발생시SMS(핸드폰 메시지) 발송 기능 등은 LabVIEW에서 제공하는 기본 기능과 NI에 축적된 개발 기술 덕택에 손쉽게 구현할 수 있었다.
향후 계획은 특화된 계측기를 이용한 진단 기술 보다는 NI 제품을 이용한 범용 진단 기술을 확대 적용하여 보다 향상된 결과를 얻는 것이다.

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정우영 과장/박사
POSCO 광양제철소 전기제어설비부 EI저비기술팀

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