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최적의 Tuning을 위한 5가지 중요한 요소

Tuning의 중요성

루프 튜닝은 공정의 안정성과 효율성을 위한 핵심 요소로, 특히 사람과 환경, 장치의 안전을 최우선으로 고려해야 합니다.
비효율적인 튜닝, 수동 제어, 제어 시스템 문제 등은 공장의 생산성을 저하시킬 수 있으며, 이는 경제적 손실과 환경적 부담으로 이어질 수 있습니다.
효과적인 튜닝을 통해 제품 사양을 유지하고 부산물을 줄이며, 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.
또한, 에너지 사용을 절감하고 공정의 생산성을 극대화하는 데 필수적입니다.

일반적으로 공정에서 MANUAL 운전 비율이 평균적으로 20~30%로 나타나고 있으며, 이는 자동 제어 시스템의 효과적인 활용이 제한되고 있음을 의미합니다.

높은 MANUAL 운전 비율은 다음과 같은 문제를 야기할 수 있습니다 :

운영 효율성 저하: 수동 운전이 잦아질수록 작업자가 공정을 직접 제어해야 하며, 이는 작업 부담 증가와 함께 운영 오류 가능성을 높입니다.
일관성 부족: 자동 제어에 비해 수동 제어는 반복적이고 정확한 공정 운영을 보장하기 어렵습니다.
생산성 감소: 수동 운전은 제어 속도와 반응 시간이 느려 생산성에 부정적인 영향을 미칩니다.

이를 해결하기 위해 루프 튜닝(Loop Tuning)을 적용하여 MANUAL 운전 비율을 5%로 낮추는 것을 목표로 삼고 있습니다. 루프 튜닝을 통해 제어 시스템의 성능을 최적화하면 다음과 같은 개선 효과를 기대할 수 있습니다.

운영 효율성 저하: 수동 운전이 잦아질수록 작업자가 공정을 직접 제어해야 하며, 이는 작업 부담 증가와 함께 운영 오류 가능성을 높입니다.
일관성 부족: 자동 제어에 비해 수동 제어는 반복적이고 정확한 공정 운영을 보장하기 어렵습니다.
생산성 감소: 수동 운전은 제어 속도와 반응 시간이 느려 생산성에 부정적인 영향을 미칩니다.

제어의 목적이 무엇인지에 대한 검토가 필요
set point 추종 / 타이트한 제어 / 빠른 안정화 시간 / 오버슈트 감소 또는 제거 / 장치의 마모 감소 / 외란에 저항 / 빠른 응답 등 서로 상충할 수도 있는 이러한 요소들 중에서 어느 것을 우선적으로 고려할 것 인가에 대한 검토가 선행 되어야 함.
S(SAFETY) : Loop의 제어가 실패할 때 최악의 상황 고려. 안전이 최우선 가치
I(IMPACT) : 이 제어 루프는 전체 프로세스 다이어그램에서 어디에 들어맞는지? 외란은 어디서 발생하며, 이 공정의 변화에 누가 영향을 받는지 검토
M(MANAGEMENT) : 경영진이 특정 유형의 성과 목표 수립 시, 조직 구성원의 임무는 그 목표에 부합하는 성과를 내는 것, 또는 그러한 유형의 제어가 왜 불가능한지 논리적인 방식으로 설명 할 수 있어야 함.
P(PROFIT) : 루프와 관련된 주요 경제적 요인 검토
L(LONGEVITY) : 프로세스 성능을 진단할 때 이 루프가 '원인'이 되는 빈도 검토. 제어 전략을 간단하게 유지하는 것이 중요함. 전략이 복잡할수록 실패할 가능성이 높아짐.
E(EQUIPMENT) : 공정 장비는 비싸고, 그 구성 요소도 비싸기 때문에 제어 목표를 수립할 때 포함되어야 함.

출처 : Control Station

STEP 테스트

STEP 테스트는 입력 변수에 갑작스럽게 일정한 크기의 변화(스텝)를 적용한 후, 시스템의 출력 반응을 관찰하는 방법 예를 들어, 밸브를 50%에서 60%로 한 번에 바꿀 때의 시스템 반응을 평가
목적:
- 시스템의 동적 특성(예: 상승 시간, 안정화 시간, 과도 상태 등)을 분석.
- 제어 루프의 안정성 및 정확성 평가.
장점:
- 단순한 구조로 빠르게 테스트 가능.
- 시스템의 기본적인 동작 특성을 이해하는 데 유용.
단점:
- 시스템 과도 상태에서 큰 변동이 발생할 수 있어 민감한 공정에 사용하기 어려움.

출처 : Control Station

PULSE 테스트

PULSE 테스트는 입력 변수에 짧은 시간 동안 일정한 크기의 펄스를 주고, 그 이후 원래 상태로 복귀시키는 방식 예를 들어, 밸브를 50%에서 60%로 짧게 변화시키고 다시 50%로 복원
목적:
- 시스템이 짧은 시간 동안의 일시적인 변화에 어떻게 반응하는지 평가.
- 시스템의 안정성과 회복 능력 분석.
장점:
- 과도 상태를 최소화하여 민감한 공정에도 적합.
- 시스템의 선형성을 분석하거나 PID 파라미터 조정에 도움.
단점:
- 시스템의 장기적인 동작 특성을 평가하기 어렵다.

출처 : Control Station

DOUBLET 테스트

DOUBLET 테스트는 연속적으로 두 개의 반대 방향의 스텝 변화를 주는 방식 예를 들어, 밸브를 50%에서 60%로 증가시킨 후 곧바로 40%로 감소시키는 변화를 적용
목적:
- 시스템의 이중 반응 특성 분석.
- 진동이나 과잉 반응(Overshooting)에 대한 시스템의 안정성 평가.
장점:
- 입력 변화가 양방향으로 이루어져 비선형 시스템 분석에 유용.
- PID 튜닝 시 더 정밀한 파라미터 계산 가능.
단점:
- 실험 과정이 복잡하고 데이터 분석이 어렵다.
- 공정이 불안정할 경우 추가적인 변동성을 유발할 수 있음.