천연가스 공급망의 블록밸브를 위한 무인 감시 설비의 개발 및 적용

박대진, 유휘룡, 구성자, 노용우

한국가스공사 연구개발원

Development and Application of Unattended Supervisiory System for Block Valve in Natural Gas Distribution Facility

Dae-Jin Park, Hui-Ryong Yoo, Sung-Ja Koo, Yong-Woo Rho

KOGAS R&D Center

서론

천연가스의 공급설비는 공급배관망과 공급관리소를 통하여 수요자에게 안전하고 공해가 적은 천연가스의 지속적인 공급을 목적으로 구성되어 있다. 공급관리소는 각각의 기능에 따라 정압관리소(Governor Station), 계량관리소(Metering Station), 차단관리소(Valve Station) 및 블록밸브(Block Valve)로 구분되며, 상시 근무 요원들이 상주하여 설비의 운전 및 감시 활동을 한다. 당초 전체 공급관리소의 무인화를 위하여 시작된 본 연구에서, 우선 지하에 건설된 블록밸브의 안전관리를 위하여 원격 감시 설비를 개발, 적용한 사례를 보고한다.

TM/TC를 위한 서버

1. 개요

서버는 DB(Database) Manage Module, GUI(Graphic User Interface) Module, Communication Drive Module, Print Module, Emergency Notification Module로 구성하였으며, 통신주기를 3sec/cycle로 하여 모뎀을 통해 RTU(Remote terminal Unit)의 정보를 읽어오고, DB Manage Module을 통해 정보를 관리하며, 사용자가 필요에 따라 정보를 문서화하고 그 결과를 프린트로 출력한다. 또한 가스누출, 침수, 온도상승, 침입자 발생 등의 비상상태 발생시 운전원에게 비상정보를 모니터링하고, 이후 운전원이 사후의 조치를 취할 수 있도록 하였다. 서버의 동작흐름이 그림 2와 같이 되도록 제작하였다.

2. 세부기능

가. RTU로부터 전송되는 가스누설, 침입자, 수위, MOV(Motor Operating Valve) 개폐상태, Gas Blower 동작상태 및 온도 정보를 DSU(Digital Service Unit)를 통하여 전송받아 분석후 Database화 하고, MMI(Man Machine Interface)를 통하여 체계적으로 디스플레이 하며, 이벤트 발생시 이를 운전원이 모니터링할 수 있도록 하였다.

나. 운전원의 MOV 및 Gas Blower 구동명령을 입력받아 구동명령 암호코드를 생성하고  RTU로 전송한다.

다. 통신 두절시 원인분석을 행한다. 그림 1에서 처럼 Comm. Error Check Unit에서 통신두절이 RTU, DSU1, DSU2 혹은 Comunication Drive Module의 고장에 기인하는 지를 검사하여 디스플레이 한다.

라. DB Manage Module을 통해 정보가 관리되며, 운전자의 요구시 정보를 문서화하고 그 결과를 프린트로 출력하게 하였다.

PLC(Programmable Logic Controller)를 이용한 TM/TC용 RTU

1. 개요

Gas Blower의 구동이 가능하므로 원격제어를 수행하도록 시스템을 구축하였다. 가스누설 감지기에서 가스누설이 감지되면, 가스누설 감지반의 D/O의 출력을 이용하여 강제 배기팬을 자동으로 구동할 수 있도록 시퀜스(Sequence) 회로를 구성하고, 제어반(RTU)의 판단 및 운전원의 명령에 의해서 구동되도록 배기팬 구동을 3중화하여 실현하였다. MOV의 구동은 운전원의 명령을 여러 단계로 확인할 수 있는 Hard Lock를 제작하여 MOV를 원격제어 하도록 하였다. RTU는 PLC를 이용하여 제작하였으며 전체 시스템 구성은 그림 3과 같다. RTU는 가스누설 감지기, 리미트 스위치(침입자 감지), 온도센서 및 수위계의 아나로그 데이터를 디지털 데이터로 변환한 후 전용선을 통하여 지역 통제소의 서버로 전송하고, 운전원의 MOV 및 강제 배기팬의 구동명령을 전송받아 처리한다.

2. 시스템 세부사양

가. PLC

- CPU Module

제어방식 : Stored 프로그램방식, 반복연산, 정주기 연산, 인터럽터 연산

입출력제어방식 : 스캔동기 일괄처리 방식

운전모드 : RUN, STOP, PAUSE, DEBUG

자기진단기능 : 연산지연감시, 메모리이상, 입출력이상, 배터리이상, 전원이상

- Power Module : 입력전원 : AC220V,  출력전원 : DC 5V 4A, DC 12V 0.7A

- Communication Module

인터페이스 : RS-232, 485

프로토콜 : 전용프로토콜, GMWIN, 사용자정의 프로토콜 각1:1통신

모뎀통신 : RS-232C

- DC Input Module

- Relay Output Module

- A/D Converter Module

- 온도입력 Module

- Display Module

나. 센서와 PLC와의 인터페이스

- Limit S/W

- PT100온도 입력 모듈

- 가스누설 검지반 : Gas Detect Head, Indicator Unit

- 액위 트랜스미터

- Gas Blower 동작확인 센서

- MOV Open/Close 상태 Transmitter

3. 세부기능

가. 지하 블록밸브의 가스누설, 침입자발생, Gas Blower동작상태, MOV 개폐상태 및 온도상승을 상시 감시하고, 이들에 관한 데이터를 통제소의 서버로 전용모뎀을 통하여 전송한다.

나. 통제소에서 전달된 원격제어(MOV 및 Gas Blower 구동)명령을 수행한다.

다. 가스누설 감지기에서 가스누설이 감지되면, 가스누설 감지반의 D/O의 출력을 이용하여 강제 배기팬을 자동으로 구동할 수 있도록 시퀜스 회로를 구성하고, 제어반(RTU)의 판단 및 운전원의 명령에 의해서 구동되도록 배기팬 구동을 3중화하여 실현한다.

라. MOV의 구동은 운전원의 명령을 여러 단계로 확인할 수 있는 Soft Lock 및 Hard Lock를 제작하여 MOV를 원격제어 하도록 한다.

마. 디스플레이 모듈 및 키패드가 있어 임계치 설정 및 각 종 정보가 디스플레이 될 수 있도록 한다.

결과 및 토론

본 연구를 통하여 제작된 블록밸브 원격감시 설비를 현재 한국가스공사 충청지사의 남면 블록밸브에 적용하여 현재 운영 중에 있으며, 추가로 타 블록밸브에도 계속 적용할 계획이다. 또한 본 연구를 통하여 제작된 무인감시설비는 당 공사의 공급관리소 무인화 일정에 따라 개량, 적용할 계획이다.

그림  시스템 구성

그림  서버의 동작 흐름도

그림  시스템 구성