계장기술(PROCON)

계장포커스 Ethernet-APL 네트워크 계획을 위한 12가지 팁

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 484회 작성일 23-10-16 15:05

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그린필드 설비든 브라운필드 설비든 좋은 계획은 안전하고 잘 작동하는 설비의 기본 요건이다. Ethernet-APL 네트워크 계획은 많은 사용자에게 새로운 것이다. 그러나 Ethernet-APL은 공정 업계의 요구에 맞게 개발되었기 때문에 진입이 쉽다.

결과적으로 ‘용이성’은 새로운 콘셉트를 개발할 때 사용자의 가장 중요한 요구 사항 중 하나였다. 좋은 계획은 안전한 설비의 전제 조건이다. 이것은 특히 방폭에 적용된다. Ethernet-APL 네트워크 계획은 많은 사용자에게 새로운 것이다. 이러한 팁을 사용하면 보다 쉽게 시작할 수 있다.

좋은 계획이 전부이다. 다음 12가지 팁은 계획 프로세스에 체계적으로 접근하고, 방폭의 기본 규칙을 준수하는 방법을 보여준다.

1. 방폭이란?
Zone 분류이다.

“폭발성 대기가 예상되는 설비의 경우 특별 계획 및 문서화가 필수적이다. 이와 관련하여 폭발성 대기가 있는 영역은 일반적으로 Zone(유럽 ATEX 및 Global IEC, USA NEC 505) 또는 Division(USA NEC 500)으로 분류된다. 안전 측면 외에 경제적 이유도 있다. 이러한 분류 덕분에 플랜트의 모든 곳에서 반드시 가능한 최고 수준으로, 일반적으로 가장 고가의 안전 장비를 사용하여 작업하지 않아도 된다. ATEX 및 IECEx의 적용 범위에서 폭발성 가스 대기는 Zone 0, 1, 2로 분류되며, 이때 Zone 0이 가장 큰 위험 구역이다. 미국에서 분류는 주로 NEC 500을 기반으로 Class I(가스)와 Division 1과 2로 이루어지며, 여기서 Division 1은 대략 Zone 0과 1의 조합에 해당한다. Zone 계획은 설비 개조나 변경 시 변동된다.”

2. Ethernet-APL 장치는
어디에 설치되나?

“Ethernet-APL 필드 장치든 기존 필드 장치든 공정에서 측정 또는 제어가 이루어지는 지점에 있어야 한다. 방폭 등급을 선택하는 것만이 중요할 수 있다. 가장 큰 장점은 Ethernet-APL 설치에 본질안전 방폭 등급이 사용된다는 것이다. 이는 Zone 0 설치에도 적합하며 설치 작업, 개조, 확장, 측정 등을 설비 및 APL 세그먼트를 끄지 않고도 폭발성 대기 중에 수행할 수 있다. 특히 모든 변경 사항은 문서화해야 한다.”

3. Ethernet-APL 필드 스위치를
어디에 설치하나?

“Ethernet-APL 네트워크를 구성하고, 필드 장치를 통합하는 데는 필드 스위치가 필요하다. 필드 스위치는 모든 이더넷 설치에 필요하다. 그러나 Ethernet-APL에서는 필드 스위치에 몇 가지 추가 기능이 있다. 필드 스위치는 스터브 케이블 및 ‘스퍼’를 통해 본질안전 보조 전원을, 연결된 필드 장치에 공급한다. 이 스퍼는 길이가 200m로 제한된다. 따라서 네트워크 토폴로지를 결정한 다음 필드 스위치를 배치하는 것이 합리적일 수 있다.”

4. 어떤 네트워크 토폴로지를
사용해야 할까?

“필드 스위치를 먼저 결정한 다음 네트워크 토폴로지를 결정해야 할까? 아니면 그 반대로 해야 할까? 이 문제는 ‘닭이 먼저냐? 달걀이 먼저냐?’의 문제와 비슷하다. 기본적으로 Ethernet-APL은 스타 토폴로지 또는 트렁크 스퍼 토폴로지의 두 가지 옵션을 제공한다.”

5. 스타 토폴로지란 무엇인가?
“Ethernet-APL은 이더넷에 통상적인 스타 토폴로지에서 구성될 수 있다. 다시 말해 필드 스위치는 100BASE -TX와 같은 4선식 이더넷에 직접 연결되고, 필드 장치는 점대점 접속의 스타 구성에서 해당 포트에 연결된다. 상위 100BASE-TX 네트워크에서는 필드 스위치에서 자동화 시스템까지의 거리가 이더넷에 일반적인 100m로 제한되어 전체 네트워크 확장을 제한한다. 하지만 대부분의 필드 스위치가 옵션으로 지원하는 광섬유 케이블을 사용하면 최대 20km의 훨씬 더 긴 거리가 가능하다. 공급업체에 따라 필드 스위치는 제어실, Zone 2뿐만 아니라 Zone 1에도 설치할 수 있다.”

6. 트렁크-스퍼 토폴로지의
특별한 점은 무엇인가?

“대안적으로 필드버스 영역에서 알려진 트렁크-스퍼 토폴로지를 사용할 수가 있다. 100BASE-TX 또는 -FX 네트워크의 네트워크 전환은 여기에서 전원 스위치를 통해 이루어진다. 그러면 트렁크 라인을 통해 Ethernet-APL 네트워크에 공급된다. 필드 스위치는 본질안전 에너지를 필드 장치에 공급하기 위해 연결된다. 트렁크 라인은 최대 1000m까지 가능하므로 멀리 떨어진 설비에 매우 적합하다. 그러나 트렁크 케이블의 전압 강하로 인해 정확하게 계획해야 한다. 필드 스위치는 Zone 1까지 설치할 수 있으며, 전원 스위치는 일반적으로 제어실 또는 Zone 2에 설치할 수 있다. 트렁크는 안전증 방폭 ‘e’ 방폭 등급에서 설치된다.”

7. Ethernet-APL 네트워크에
또 설치할 수 있는 것은?

“지역 요건에 따라 필드 스위치에서 제어실까지의 거리가 먼 경우, 특히 1000m 이상의 트렁크 연결 시 과전압 보호 장치가 의미가 있을 수 있다. 상대적으로 짧은 스퍼 연결에도 과전압 보호 장치를 장착할지 사례별로 평가해야 한다. 이는 필드 스위치와 필드 장치 포트 양쪽에서 필요할 수 있다. 예컨대 유지보수 목적의 플러그 커넥터가 네트워크에서 허용된다.”

8. 자동화 시스템은
그냥 ‘위’에 연결하나?

“기본적으로 그렇다. 스타 토폴로지에서는 이더넷 백본(Backbone)을 통해 직접 통합된다. 트렁크-스퍼 토폴로지의 경우 전원 스위치를 통해 연결이 이루어진다. 무엇보다 시스템의 전압 강하가 전원 스위치에서 사용하는 전력, 필드 장치의 소비 전류 및 케이블 치수에 따라 확장에 영향을 미치기 때문에 트렁크-스퍼 토폴로지에서 그에 맞게 네트워크 확장의 치수를 결정해야 한다.”

9. 본질안전 증명은?
“본질안전 증명은 Ethernet-APL 네트워크에서도 필요하며, 매우 간단하다. Ethernet-APL에서는 정의된 케이블을 통해 정확히 하나의 에너지원이 정확히 하나의 에너지 싱크에 연결된다. Ex i 증명은 예시로, 즉 모든 상호 연결 장치에 대한 IEC 60079-25 ‘본질안전 시스템’을 기반으로 한 번 실행할 수 있다. 그리고 모든 사용자나 계획자가 직접 다시 할 필요가 없도록 DEKRA-Exam과 함께 Ethernet-APL 실무진은 이미 증명을 작성하여 IEC TS 60079-47에 문서화했다.”

10. 본질안전 증명은
왜 더 쉬워질까?

“다음은 사용자와 설계자에게 적용된다. 사용 중인 장치가 EU 형식 검사 인증서와 장치 자체 모두에 인증된 2-Wise 인증을 받은 경우 상호 연결은 본질적으로 안전하다. 물론 장치가 처음 지정된 폭발성 대기에도 적합한지, 포트에 ia, ib 또는 ic 등 올바른 방폭 등급이 있는지, 설치 위치가 올바른지는 여전히 확인해야 한다. 그러나 계산이나 케이블 치수 결정을 할 필요는 없다. 그 외 매우 간단한 증명도 방폭 문서에 그에 맞게 문서화해야 한다.”

11. 이더넷-APL에
네트워크 부하 문제가 있나?

“공정 기술 설비에서 네트워크 부하는 공정 제어를 위해 10% 미만이어야 한다. 스타 토폴로지의 경우 네트워크 부하는 250개의 필드 장치의 400~500ms의 일반적인 공정 사이클 타임에서 5% 미만이며, 이것으로 충분히 여유가 있다. 트렁크에서 상기 전압 강하로 인해 약 50개의 필드 장치에 적합한 트렁크-스퍼 토폴로지의 경우 동일한 조건에서 네트워크 부하는 1% 미만이다. 안전하게 하기 위해 극한 상황에서 일어날 수 있는 일과 이에 대응할 수 있는 방법에 대해 연구 중이다.”

12. 마지막으로 해야 할 것은
무엇인가?

“곧잘 잊어버리거나 마지못해 하는 것, 바로 문서화다. 이후의 변경 및 확장을 포함하여 모든 계획, 조사 및 증거를 문서화해야 한다. 특히 폭발성 대기가 있는 설비의 경우도 마찬가지다. 따라서 Zone 분류, 장치 선택 및 2-Wise의 간단한 본질안전 증명과 같은 정보는 방폭 문서에 정리해야 한다. 여기에는 IP 주소 등과 같은 일반적인 네트워크 정보도 포함된다. 그러면 Ethernet-APL 시스템의 안전한 작동에 더 이상 꺼릴 것은 없다.”
 

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