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기술정보 공정 안전 운전을 위한 Alarm 관리 시스템(AMS, Alarm Management System) (1회)

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 121회 작성일 24-05-14 17:28

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글로벌 산업 환경에서 안전 및 보안은 기업 운영의 핵심 요소 중 하나로 부각되고 있다. 특히 플랜트에서의 안전 관리는 생산성 향상과 노동자의 건강을 보호하는데 중요한 역할을 한다. 국내의 경우 산업안전 및 산업재해가 중요한 부분으로 인식되고 있으며, 중대재해처벌법이 제정되는 등 많은 변화가 이루어지고 있다.

이에 많은 기업들이 안전·인터락(Interlock) 관리의 강화에 많은 노력을 기울이고 있다. 특히 정유·화학 산업은 타 업종에 비해 재해 발생 빈도는 낮지만, 한 번의 화재·폭발 사고로도 막대한 인명 피해를 일으킬 수 있다. 한국산업안전보건공단에서 발간한
“화학 공장의 인터록 관리에 관한 기술지침”에는 안전 관리의 일환으로 Alarm의 설정을 언급하고 있다.

현대 산업 환경에서 운영되는 다양한 시스템과 프로세스는 실시간 데이터와 정보를 다루며, 이로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 위험과 문제에 대한 효과적인 대응이 필요하다. 특히나 복잡한 공정에서의 Alarm Management System(AMS)은 기업의 안전성과 효율성에 큰 영향을 미친다.

본고에서는 AMS에 대해 개괄적으로 살펴볼 것이다. 또한, 공정 운전 중 발생하는 Alarm에 대한 관리를 어떠한 방식으로 최적화하고 신속하게 대응해야 하는지 알아본다.

AMS는 공정 오퍼레이터의 처리 능력을 과도하게 초과하는 Alarm 발생으로 인한 과부하를 방지하고, Alarm의 원인을 감지하여 문제를 안전하고 신속하게 해결하도록 지원하는 운전 안전과 효율 향상을 위한 효과적인 솔루션이다.

공정 산업이 복잡해지고 디지털화됨에 따라 오퍼레이터는 운전에 도움이 되는 많은 정보를 참조할 수 있지만, 과도한 Alarm으로 인해 반드시 처리해야 할 Alarm을 놓칠 수 있다. 이는 공정 사고의 원인이다.

Alarm 관리의 목표는 이상 상황을 오퍼레이터에게 알려주고 최적의 Alarm을 발생시키는 것이며, 이를 위해선 고급 Alarm 관리 기술을 개발하고 적용한다. 본고에서는 Alarm 관리의 철학과 개념 및 응용 프로그램을 통한 고급 Alarm 관리 기술을 서술한다.

AMS에는 다음과 같은 기능이 포함된다.
•상대적 중요성과 긴급성을 판단할 수 있는 Alarm을 설정하고 지원한다.
•오퍼레이터가 공정 이상을 효과적으로 조치하기 위한 우선순위를 설정한다.

 ‘Alarm 홍수(Alarm flooding)’를 방지하려면 모든 Alarm에 대한 검토가 필요하고, 중복성을 검토하고 우선순위(Priority)를 설정하며, 최종적으로 표준 운전 절차(SOP)를 개선한다.

Alarm 관리는 설계부터 유지 관리, 업데이트까지 Alarm의 전체 라이프사이클을 포괄하고, 중요한 Alarm에 적시에 대응할 수 있도록 효율적이고 사용자 친화적인 방식으로 Alarm을 분류하고, 우선순위를 지정하는데 도움이 되어야 한다.

공정이 정상 운전 중일 때는 DCS 등 자동화 시스템이 운전하고, 공정이 정상을 벗어나면 오퍼레이터가 개입하여 조치하도록 Alarm이 발생하며, 오퍼레이터는 반드시 필요한 Points에만 Alarm을 적용해야 한다.

따라서 Alarm은 오퍼레이터가 신뢰할 수 있을 때에만 효과적이며, 신뢰할 수 없는 Alarm은 주의를 산만하게 할 뿐 아니라 허위 Alarm이 너무 많은 경우에(긴급하게 처리해야 할 Alarm이 발생했을 때) 이를 인식하지 못한다. 실제 오퍼레이터 오류로 인해 매년 수십 조 원의 경제 비용이 발생한다.
 

1. Alarm 개요

1) Alarm의 정의
•Normal 운전 시에는 DCS가 자동으로 운전하며, 공정이 이상으로 넘어가는 시점에 Operator가 개입하도록 Alarm 발생
•따라서 Alarm은 공정의 Normal 운전과 Abnormal 운전 사이에 배치하며, Alarm이 발생하면 Operator는 반드시 조치해야 함

2) Alarm 관리의 목적
•Operator의 조치 능력을 감안하여 Alarm 설계(Alarm 수량 및 조치에 필요한 시간 고려)
•Alarm 합리화로 적중률 향상 – Operator가 Alarm을 신뢰하여 반드시 확인 및 조치
•Alarm에 대한 Operator 조치 절차 분석 - 운전 절차 및 공정 개선

3) Alarm 관리 방법
① Alarm의 실시간 수집 및 데이터베이스로 관리
•표준 통신 방식 : Serial 통신(DCS의 보안, Virus, Network 부하에 영향을 받지 않음) 또는 OPC AE/UA 방식
•표준 데이터베이스 사용(저장, 관리 및 Excel에서 검색 및 가공이 용이함)
•System Trouble Message 수집 - DCS/PLC 고장 감시 및 이력 관리
② Alarm 분석 및 이력 관리
•분석 : 중복/무효 Alarm, 자주 울리는 Alarm, 운전 조작과 상관성
•Alarm 지속 시간(Standing Alarm) 관리
•Operator가 인지하지 못하거나 조치하지 않은 Alarm 관리
•Alarm 설정값 변경 이력 관리
•Alarm과 Operator 변경의 상관성 분석
•Alarm/지속기간/ACK의 시간대별, 요일별, 운전 조별 비교 분석
•Alarm 설정값 및 우선순위의 적절성 분석(RTDB와 연결)
•Loop Tuning 상태 분석
•공정 이상 발생 시 과거 Alarm 및 이력 확인(원인, 조치, 결과)
•Trend에서 이력 관리, 주요 원인 분석(Pareto Chart), LogBook에 기록
•Alarm 당시의 관련 운전 값(Alarm, Operator Change, PV, OP, SP, Mode)을 동일 화면에서 비교 분석
③ Alarm 합리화 : 분석 결과에 따른 합리화 작업
④ 오퍼레이터의 운전 변경 관리

•운전 절차 분석 : SOP 개선
•Alarm 전후, Grade 변경, Shift별 운전 변경 절차 분석으로 표준 운전 절차서 개선(SOP)
•표준 운전과 실제 운전을 비교하여 지속적인 개선 작업
•변경 관리
⑤ Alarm 최적화 : 공정 사고 방지 및 빠른 조치
•Operator의 운전 부하 감소
•Alarm에 대한 빠른 인지 및 최적의 조치가 가능하도록 시스템 구성
•이상 상태 감시 및 관리(Alarm/Operator Change 데이터와 RTDB의 운전 데이터를 활용한 이상 상태 감시 및 관리)
⑥ Control Loop Tuning
⑦ 조기 경보(Early Alarm)

•공정 이상 전파 범위 및 전개 속도에 따라 가장 적합한 Alarm 감지 기법 사용
•주성분 분석법과 슈하트 기법 : 공정 이상이 신속하게 전개되는 경우에 적합
•누적합 기법, 지수 가중 이동평균 기법, 부분 최소자승법 : 공정 이상이 서서히 진행되는 경우에 적합
•공정 동특성 및 연관성을 고려한 Logical Alarm 구성(Smart Alarm)
•이론적 모델(공정 Simulator 사용), 전문가 시스템(Rule 적용)


2. Alarm Management System(AMS)란?

‘Alarm Management System(알람 관리 시스템)’은 기업이나 시설에서 발생하는 다양한 경고 및 Alarm을 효과적으로 관리하고 처리하기 위한 시스템이다. 이 시스템은 공정 제어, 보안, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 사용되며, 주요 기능은 다음과 같다.

① Alarm 수집 및 감지
 : 다양한 센서 및 시스템에서 발생하는 Alarm을 감지하고 수집한다. 이 Alarm은 공정 이상, 장비 고장, 보안 위협 등 다양한 원인에서 발생할 수 있다.
② Alarm 분류 및 우선순위(Priority) 지정
 : 수집된 Alarm을 중요도에 따라 분류하고, 우선순위를 지정한다. 이를 통해 중요한 Alarm에 빠르게 대응할 수 있다.
③ Alarm 통지 및 표시
 : 관리자나 담당자에게 Alarm을 통지하고, 시각적으로 표시하여 신속한 대응이 가능하다.
이는 경고음, 경고등 또는 모니터링 시스템을 통한 시각적 Alarm 등 청·시각적 방식으로 표현된다.
④ Alarm 해결 및 조치
 : 발생한 Alarm에 대해 적절한 대응 조치를 취하고, 해당 문제를 해결하는 과정을 거쳐야 한다. 이는 자동으로 조치가 가능한 경우 자동으로 처리되며, 자동 처리가 불가한 경우 오퍼레이터가 직접 조치를 취해 공정 상태를 안정화해야 한다.
⑤ Alarm 기록 및 분석
 : 발생한 Alarm의 기록을 남기고, 이를 분석하여 시스템의 문제나 개선점을 파악한다. 이를 통해 장기적으로 시스템의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 Alarm Management System은 안전 및 생산성 향상을 위해 중요한 역할을 한다.


3. Alarm 관리에 대한 일반적 요구 사항

•중복 Alarm 또는 종속 Alarm이 있는가?
→ 제거 또는 차단
•집단 Alarm이 있는가? → 더욱 의미 있고 빠른 경고를 얻을 수 있는 대표 Alarm으로 대체
•자주 울리거나 심하게 떨리는 Alarm이 있는가? → 원인 분석 및 설정값 조정
•연속적인 Alarm이 있는가?
→ 1st Alarm으로 대체
•언제 사용자가 지정한 Alarm이 발생하였는가?
•일정 주기 이상으로 울리거나, 운전자가 인식하지 못한 Alarm이 있는가?
•운전자가 Alarm에 대하여 조치를 하지 않았는가?
•짧은 시간 동안에 Alarm 폭주 현상이 있었다면 그 원인이 무엇인가?
•Alarm과 운전자의 변경 사항이 상관관계가 있는가?
•운전자가 Alarm 값을 변경하였는가?
→ Alarm 설정값 표준 관리
•Alarm 발생 이후 얼마 만에 측정 변수가 움직였는가? (Alarm Return)


4. Alarm 관리의 필요성

Alarm에 대한 정의 : 자동화 시스템이 제어 한계를 벗어나 운전자의 개입이 필요할 때 통지한다.

1) 일반적인 Alarm 설정 상태
① Alarm의 중요성은 누구나 인지
② Alarm 설계에 대한 인식 부족

•운전자의 Alarm 관리 한계
•공정 특성을 고려한 Alarm 우선순위
•공정 특성을 고려한 Alarm 설정값
•운전 상황과 Alarm의 상관관계 분석
•Alarm과 상태 변화의 구분
③ 정상, Upset, Shutdown 모든 상태에서 Alarm 발생

2) 최적 운전을 위한 Alarm 설정
•정상 상태 : 제어 시스템에 의한 자동 운전
•Alarm : 정상 운전과 Upset의 경계에서 운전자의 조치가 필요한 부분만 Alarm 설정
•공정 특성을 고려한 Alarm 값 및 우선순위 설정
•전후 공정의 Upset 인지
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5. AMS의 중요성

Alarm Management System의 중요성은 다양한 산업 분야에서 안전, 생산성 및 효율성을 향상시키는 데 기인한다. 여러 이유로 인해 효과적인 Alarm 관리는 핵심적인 요소로 간주된다.

1) 시스템 안전성 향상
효과적인 Alarm Management System은 장비 고장, 공정 이상, 화재 등과 같은 긴급 상황을 빠르게 감지하고 대응함으로써 시스템의 안전성을 향상시킨다.

2) 운전자 응답 시간 단축
잘 정의된 Alarm은 문제를 정확하게 식별하고, 신속하게 대응할 수 있도록 도와준다. 운전자가 신속하게 Alarm에 대응하는 것은 사고 예방 및 장애 해결에 큰 도움을 준다. 즉각적인 대응성은 생산성 유지 및 생산 중단을 최소화하는데 기여한다.

3) 운전자 스트레스 감소
과다하거나 불필요한 Alarm은 운전자에게 혼란을 야기하고, 스트레스까지 유발할 수 있다. 효과적인 Alarm 관리는 의미 있는 Alarm만을 표시하고, 필요한 경우에만 운전자에게 통지함으로써 스트레스를 감소시킨다.

4) 운전자 교육과 훈련 용이성
명확하고 일관된 Alarm Philosophy는 운전자에게 교육과 훈련을 제공하는데 도움이 되고, 새로운 운전자가 시스템을 신속하게 이해하고 활용할 수 있도록 지원한다.

5) 데이터 기록 및 분석
Alarm 이력의 기록과 분석은 시스템의 성능을 모니터링하고 향상시키는데 도움을 준다. 이를 통해 장애 진단 및 예방에 기여할 수 있다. 이처럼 효과적인 Alarm Management System은 시스템의 안전성과 신뢰성을 향상시키며, 생산성을 유지하고 운전자의 효율성을 증진시키는데 중요한 역할을 한다.
 

jspark@sayplant.com 

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