비엔나 카이져뮐렌 터널의 안전 관련 현대화에

200개 이상의 IPC가 전력 공급

카이져뮐렌 터널의 안전 장비 섹션 ©ECOexperts-Austria

오스트리아 Tieschen에 위치한 ECOexperts Automation GmbH사는 인프라 솔루션을 전문으로 한다. 사이버보안과 같이 특히 안전 측면에 포커스를 맞춘 IT와 널리 분산되어 있는 분산형 어플리케이션, 그리고 자동화의 결합이 인프라 솔루션의 중요 포인트라고 할 수 있다. 200대 이상의 산업용 PC가 가동되고 있는 비엔나의 2,150m 길이 카이져뮐렌(Kaisermühlen) 터널의 경우를 보아, 이러한 환경에서 Beckhoff의 모듈화·확장성이 뛰어난 PC 기반 제어 기술이 최적의 자동화 플랫폼임을 알 수 있다.

ECOexperts의 프로젝트 관리자인 Robert Repeat-Haas에 따르면, 이 인프라 프로젝트는 세계에서 가장 복잡한 터널 프로젝트 중 하나라고 한다. "개보수 공사는 18개월이라는 짧은 기간 내에, 터널을 완전히 폐쇄하지 않은 채 진행되었습니다. 예정되지 않은 교통로의 폐쇄 또는 하자는 비엔나의 교통 시스템을 붕괴시켰을 것입니다. 그러한 이유로 시스템 가용성의 문제는 프로젝트를 이행함에 있어서 가장 중요한 사항이었습니다. 이는 Beckhoff의 C6930 컨트롤 캐비닛 산업용 PC와 acuradeG5 소프트웨어에 기반한 적절한 이중화 솔루션을 통해 해결되었습니다”

사용량이 많고 복잡한 인프라 '터널'

카이져뮐렌 터널의 시스템 복잡성에 크게 영향을 주는 요인 중 하나는 4개의 차선 외에도 10개의 진출입로와 2개의 합류 도로가 존재한다는 점이다. 로버트 리페어하스는 환기와 관련하여 이를 넘어야할 큰 산으로 말한다. 그는 "터널의 여러 입구와 출구 때문에, 제연 방법은 매우 복잡해집니다. 화재 위치에 따라, 그 반대 방향으로 제연해야 합니다. 이는 입구와 출구가 한 개뿐인 다른 터널, 즉 환기의 흐름, 방향이 정해져 있는 터널은 다루기가 훨씬 쉽습니다. 게다가 이곳은 오스트리아에서 붐비는 터널 중 하나이기 때문에, 비엔나의 교통망에서 대동맥의 역할을 하고 있습니다. 따라서 이 경로는 개보수 중에도 사용할 수 있어야 했습니다. 바로 이 부분에서 Beckhoff 하드웨어의 장점과 acuradeG5 소프트웨어의 장점을 결합한 것이 강점으로 작용했습니다”라고 말했다.

카이져뮐렌 터널의 안전 장비 섹션 ©ECOexperts-Austria

2018년에 결정된 현대화 과정에서 전기 및 안전 부품이 모두 교체됐다. 다양한 관련 시스템은 높은 시스템 복잡성을 나타낸다:

- 에너지 공급 및 분배

- 조명 (무제한 제어가 가능한 LED 조명)

- IT 인프라

- 환기 시스템

- 비상전화 및 화재 경보 시스템

- 비디오 시스템 및 음향 경고 시스템

- 교통 설비

고도의 유연성을 가진 개방형 제어 플랫폼

ECOexperts는 2016년부터 Beckhoff의 제어 기술을 활용해 왔다. 로버트 리페어하스의 관점에서, 당시 주요 결정 요인은 플랫폼 독립적인 하드웨어의 가용성과 이에 상응하는 Beckhoff의 지원이었다: "큰 장점들 중 하나는 강력한 IPC 하드웨어 및 광범위한 I/O 모듈이다. 뿐만 아니라, 모든 Beckhoff 구성요소는 확장된 운용 온도 범위에 관한 인프라의 특수 요구사항들을 지원한다. 또한 Beckhoff IPC에 우리의 소프트웨어를 설치할 수 있다는 점도 큰 장점이다. 특히 이 분야에서 우리는 기술 및 영업적인 측면에서도 Beckhoff Austria의 매우 훌륭한 지원을 받고 있다"

I/O 레벨에서는 카이져뮐렌 터널 내 50여 곳에서 104대의 CX9020 임베디드 PC가 버스 커플러로 분산되고 있다. 이들은 TwinCAT OPC UA 소프트웨어를 통해 12개의 이중 제어 장치에 연결되며, 각각 2대의 C6930 컨트롤 캐비닛 산업용 PC가 있다. 이러한 방식으로 7,500개 이상의 디지털 신호와 400개 이상의 아날로그 신호가 제어된다:

- 전원 스위치, 제트 팬, 신호등 스위칭 시그널

- 전원 스위치, 제트 팬, 문 접촉, 비상전화, 신호등 등의 피드백 시그널

- 휘도, 조도, CO 농도의 측정 값

- 조명 설정점

트래픽 기술의 경우, 81대의 CX2020 임베디드 PC가 특수한 프로토콜이 있는 데이터 집중 장치로 사용되었다. 가변적인 교통 표지판이나 차선 신호와 같은 직렬 프로토콜은 이러한 IPC를 통해 연결된다. CX2020의 모듈화는 직렬 인터페이스와 관련하여 매우 중요하다. OPC UA를 통해 개별 레벨로 연결한 acuradeG5 소프트웨어는 모든 제어 레벨에 설치된다.

acuradeG5를 실행하는 24개의 C6930 컨트롤 캐비닛 산업용 PC는 상시 대기 방식(Hot Standby)의 형태로 구현된 이중 컨트롤러 역할을 한다. 그것은 차도에 따라 분리된 완전한 시스템 컨트롤을 관리한다. 이중 acuradeG5 시스템은 중앙 제어 시스템으로 사용되며, 12개의 이중 제어 장치를 연결하여 완전한 시스템을 구성한다. 이 제어 시스템에서는 문제를 유발하는 원인들을 제어하고 (화재, 교통체증 등) 교통 제어 및 환기 프로그램을 실행한다. 전체 데이터 로깅, 다양한 평가(트렌드, 에너지 소비, 과거 데이터 기록 등) 및 시각화도 여기서 이루어진다. 비디오 시스템과 같은 예를 보면, 추가 독립적인 시스템도 연결되어 있어 서로 상호작용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

Robert Repeat-Haas는 복잡성과 특정한 컨트롤 요건에 대해 다음과 같이 요약한다. "서버에서 총 20만개 이상의 데이터 포인트가 처리됩니다. 전반적인 기능에 관해, 결정적인 요소는 다른 Beckhoff 구성요소에 기초하여 구현된 모든 레벨의 소프트웨어 솔루션의 보편성보다 높습니다. 많은 수의 CX9020이 버스 커플러로 사용됨에 따라, 가격 대비 성능과 우수함은 물론 간단한 어드레싱, TwinCAT OPC UA를 통한 OPC UA 지원이라는 이점을 가질 수 있습니다. 최신 기술을 사용함에 따라, 먼저 OPC UA는 최신 프로토콜에서 기대되는 높은 수준의 안전성을 제공합니다. 두 번째로, 간단한 어드레싱으로 커미셔닝 및 커플링을 단순화합니다. 대체적으로, 안전 측면과 객체 지향성이 OPC UA의 선택에 있어 결정적인 요인이었습니다"