Siemens IIoT 솔루션을 통해 데이터 인사이트를 활용하는 Chengdu Xihui Water Environmental

2016년 중국 청두에서 설립된 Chengdu Xihui Water Environmental Co., Ltd.(Chengdu Xihui)는 폐수 처리장과 상수도 관망을 건설하고 운영합니다.

Chengdu Xihui는 피두구에 위치한 Ande Industrial Park 산업 폐수 처리장과 일일 처리 용량이 최대 19만 톤에 달하는 투안지에촌에 위치한 폐수 처리장을 포함하여 7개의 공장을 운영하고 있습니다. Chengdu Xihui는 성공을 거두었지만 폐수 처리장 운영에는 내재된 문제가 있습니다.

폐수 처리 프로세스는 길고 장비와 세그먼트가 단절되어 있습니다. 대부분의 단계는 자동화가 거의 없이 수동 절차로 진행됩니다. 그러나 정부 규정이 가중됨에 따라 이러한 수동 프로세스는 문제를 유발하고 있습니다. 경쟁력을 높이기 위해 폐수 처리장은 운영을 디지털화하여 규정을 준수하고 시간과 비용을 절약할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

2019년에 Chengdu Xihui는 디지털 트랜스포메이션의 필요성을 인식하고 IIoT(산업 사물 인터넷) 솔루션을 모색했습니다. 이 업체는 운영에 관한 더 나은 의사 결정을 내릴 수 있도록 Siemens의 IIoT 솔루션인 Insights Hub를 선택했습니다. 이를 통해 Chengdu Xihui는 IoT 기능을 확장하고 폐수 처리장 전체에 걸쳐 거의 모든 핵심 자산과 프로세스를 연결할 수 있었습니다. 또한 운영 투명성과 유지 보수, 에너지 및 화학 약품 비용을 비롯한 운영 비용을 최적화하는 동시에 정화된 물의 수질을 보장할 수 있었습니다.

Chengdu Xihui는 Insights Hub 구현을 통해 세 가지 주요 과제를 해결했습니다. 첫째는 Chengdu Xihui의 최우선 과제인 수질이었습니다. 과거에 Chengdu Xihui는 DO(용존 산소) 농도, 취수량, 폭기량, 화학 약품 투여량 및 환류비와 같은 수질 문제를 해결하는 데 수동 프로세스를 사용했습니다. DO 센서와 ORP(산화환원전위) 센서가 용존 산소의 농도를 측정한 다음 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)를 통해 SCADA(감시 제어 및 데이터 수집)에 데이터를 업로드했습니다. 그런 다음에야 조정이 이루어졌습니다. 이렇게 상당히 긴 수동 프로세스로 인해 수질을 안정적인 수준으로 유지하는 것이 매우 어려웠습니다.

Chengdu Xihui의 또 다른 과제는 운영 비용이었습니다. 가장 많은 비중을 차지하는 운영 비용 세 가지는 기계 및 부품 유지 보수 비용과 에너지 소비 비용, 화학 약품 비용입니다. 제대로 된 측정 기능이 마련되어 있지 않고 프로세스가 투명하지 않으면 폐수 처리장은 정화된 물의 규정 준수를 보장하기 위해 화학 약품을 과다 사용하고 과도한 처리를 해야 합니다. 화학 약품을 과다 사용하면 기계 사용, 기계 유지 보수 및 에너지 소비가 늘어납니다.

예기치 않은 폐수 처리장 다운타임이 세 번째 과제였습니다. 8개의 폐수 처리장을 동시에 가동할 때 한 곳에서 고장이 발생하면 수질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 다운타임으로 인해 운영 비용에도 상당한 영향을 미치게 됩니다.

IoT 솔루션을 활용하여 완벽한 운영 투명성 실현

Insights Hub를 배포한 후 Chengdu Xihui는 격리된 핵심 자산과 프로세스를 연결하여 장벽을 허물 수 있었습니다. 플러그 앤 플레이 연결 솔루션인 MindConnect® 2040은 자산과 프로세스를 쉽게 연결해 줍니다. Chengdu Xihui는 이제 MindConnect 2040을 사용하여 PLC를 중요 장비 및 프로세스에 연결하고 실시간 IoT 데이터 인사이트를 확보합니다.

또한 많은 Insights Hub 애플리케이션과 솔루션을 활용하여 IoT 구현을 더욱 촉진했으며, 이는 많은 솔루션이 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스를 제공하는 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼의 일부이기 때문에 가능했습니다.

예를 들어, Chengdu Xihui는 Industrial IoT Asset Manager를 통해 IoT 데이터 수집 지점을 정의하고 장비 자산을 관리할 수 있도록 IoT 데이터 모델을 구축했습니다. 또한 Insights Hub Monitor를 사용하여 클라우드에서 모든 폐수 처리장, 생산 라인 및 장비를 보고, 경보 규칙 및 응답 이벤트를 자체적으로 정의하여 폐수 처리장과 생산 라인 전반에 걸쳐 원격 모니터링을 실현합니다. Insights Hub Monitor를 통해 Chengdu Xihui는 모든 자산의 운영 데이터를 확인하고 Insights Hub Monitor에 정의된 대로 KPI(Key Performance Indicators) 경고를 통해 장비 운영 정보를 장비 제공업체에 실시간으로 전송하여 장비 제공업체에 원격으로 장비 문제 해결을 수행하도록 요청할 수 있습니다.

"Siemens는 산업 자동화 분야의 신뢰할 수 있는 파트너로서 세계적 수준의 고품질 서비스를 갖춘 제품을 제공합니다."라고 Chengdu Xihui의 총괄 관리자인 Zhang Chenghui는 말하며 이렇게 덧붙입니다. "한편, Siemens는 폐수 산업과 우리가 당면한 과제를 잘 알고 있습니다. Insights Hub는 올바른 의사 결정을 내리고 디지털화 전략을 강화하는 데 필요한 투명성과 데이터 기반 인사이트를 제공합니다."

IoT를 활용하여 에너지 소비 추적 및 절약

폐수 처리장에서 송풍기와 같은 핵심 자산의 에너지 소비는 지속적으로 모니터링하고 평가해야 합니다. 송풍기의 에너지 소비는 총 운영 비용의 50%를 차지합니다. 송풍기의 에너지 소비를 줄이는 모든 방법은 Chengdu Xihui에 상당한 이점을 제공합니다. Insights Hub에서 수행한 IoT 데이터에 대한 포괄적인 분석을 기반으로 이제 송풍기의 송풍 용량을 현재 전기 가격과 연관시키고 가격이 저렴한 전기 가격을 이용하고, 결과적으로 송풍기의 출력을 제어하면서 정화된 물의 수질을 보장할 수 있습니다. 이렇게 하면 송풍 용량을 낮은 수준으로 유지하여 전력 비용을 최소화할 수 있습니다.

Chengdu Xihui의 유지 보수 관리자인 Li Junwen은 이렇게 말합니다. "Insights Hub 덕분에 이제 핵심 자산이 제대로 관리되고 있습니다. 미리 유지 보수 일정을 잡을 수 있으며 장비 제공업체 및 서비스 제공업체와 긴밀하고 효율적으로 협력할 수 있습니다."

IIoT 분석에 따르면 Chengdu Xihui는 광범위한 화학 약품 투여 모델을 개선하고 디지털화하여 월간 전기 비용을 10% 줄이고 10%의 비용 절감을 실현했습니다.

Chengdu Xihui의 디지털 트랜스포메이션 담당 이사인 Jiang YuLiang은 "Insights Hub를 사용하여 프로세스 및 운영 비용을 측정, 분석 및 최적화할 수 있습니다."라고 말하며 이렇게 설명합니다. "병목 현상을 명확하게 식별할 수 있을 뿐만 아니라 고장 운영과 비용 간의 관계도 파악할 수 있습니다."

스마트한 유지 보수 지원

송풍기에서 수집된 실시간 및 과거 데이터를 기반으로 ML(머신 러닝) 및 고급 분석을 통해 송풍기에서 고장이 발생하기 전에 유지 보수 담당자에게 조기 경고를 제공할 수 있습니다. 경고는 원격 진단이나 기계 초기화를 위해 장비 제공업체로 에스컬레이션될 수 있습니다. 실시간 IoT 데이터를 과거 성능 데이터와 병합하는 애플리케이션을 통해 장비 제공업체는 작업을 훨씬 더 정확하고 빠르게 수행할 수 있습니다.

고급 분석 및 ML을 통해 폐수 처리장의 유지 보수 방식은 사후 대응 또는 예정된 접근 방식에서 사전 예방적 접근 방식으로 전환되었습니다. 이제 미리 예정된 불필요한 유지 보수 시점이나 자산에 이미 고장이 발생한 때가 아니라 운영 데이터와 실제 상태를 기반으로 자산을 정비할 수 있습니다. 이를 통해 다운타임을 줄이고 자산은 높은 신뢰성과 유용성 수준을 유지하면서 일관되게 실행될 수 있습니다.

요약

Insights Hub의 전사적 배포를 통해 Chengdu Xihui는 전체 폐수 처리 프로세스의 모니터링 및 관리 디지털화를 실현했을 뿐만 아니라 IoT 데이터 분석 결과를 심층적으로 검토하여 제품 품질과 비용 간의 가장 과학적이고 정확한 균형점을 찾아 상당한 비용 절감 효과를 거두었습니다.

Chengdu Xihui는 비즈니스 과제를 해결한 동시에 산업 지식과 경험을 바탕으로 Insights Hub 애플리케이션을 개발했습니다. 애플리케이션에 산업 지식을 적용한 결과, 업계 전체에서 매우 가치 있고 유의미한 애플리케이션이 탄생했습니다. 앞으로 Chengdu Xihui는 새로 개발한 애플리케이션을 Insights Hub Store에 출시하여 새로운 서비스 지향 비즈니스 모델을 구축할 계획입니다. 주류 장비 제공업체뿐만 아니라 동일한 유형의 폐수 처리장에도 IoT 애플리케이션 서비스를 제공할 계획입니다. Chengdu Xihui는 Insights Hub를 통해 업계 전체에 새로운 비즈니스 모델인 OaaS(Operations as a Service)를 제공할 계획입니다.

Zhang은 "Insights Hub에서 제공하는 투명성과 데이터 기반 인사이트 덕분에 안정적인 수질을 유지하면서 막대한 비용 절감 효과를 달성할 수 있는 가장 과학적이고 정확한 방법을 찾을 수 있었습니다."라고 말하며 이렇게 정리합니다. "우리는 업계의 더 많은 회사에 도움이 될 수 있는 애플리케이션을 구축했습니다."