카테고리
산업계측제어기술사

분산제어, 집중제어

상수관로와 같은 광범위한 지역의 설비를 관리하기 위한 집중제어 방식과 분산제어 방식에 대하여 설명하시오

집중제어 방식과 분산제어 방식은 설비를 관리하는 두 가지 주요 방법입니다123.

집중제어 방식은 모든 제어가 한 곳에서 이루어지는 방식입니다1. 이 방식은 모든 데이터와 제어 명령이 중앙 제어실로 집중되며, 중앙 제어실에서 모든 제어 결정을 내리고 명령을 내립니다1. 이 방식의 장점은 제어 시스템의 단순성과 통합된 데이터 관리입니다1. 그러나, 중앙 제어실에 문제가 발생하면 전체 시스템에 영향을 미칠 수 있습니다1.

반면에, 분산제어 방식은 제어 장치가 시스템 전체에 분산되어 있는 방식입니다23. 각 제어 장치는 독립적으로 작동하며, 각각의 제어 장치가 자신의 부분을 제어합니다23. 이 방식의 장점은 시스템의 유연성과 확장성입니다23. 하나의 제어 장치에 문제가 발생해도 다른 제어 장치에는 영향을 미치지 않습니다23. 그러나, 이 방식은 데이터 관리와 시스템 통합이 복잡할 수 있습니다23.

따라서, 상수관로와 같은 광범위한 지역의 설비를 관리하기 위해서는 설비의 특성, 규모, 복잡성 등을 고려하여 적절한 제어 방식을 선택해야 합니다123.

“`html

분산제어, 집중제어

Centralized Control · Distributed Control · Wide Area Control · Communication Network

1. 집중제어

한 개의 고성능 제어기가 모든 센서를 감시하고 모든 Actuator를 제어하는 방식이다.

      Sensor ─┐
      Sensor ─┤
      Sensor ─┤
              ▼
       ┌───────────────┐
       │ 중앙 제어기    │
       │ High Performance│
       └───────────────┘
              │
        ┌─────┼─────┐
        ▼     ▼     ▼
      Act.   Act.   Act.
    

중앙 제어기에 이상이 발생하면 전체 시스템의 설비가 영향을 받을 수 있다.

집중제어 : 하나의 중앙 제어기가 전체 센서와 Actuator를 통합 제어한다.

2. 분산제어

다수의 제어기를 각 지역 또는 설비에 분산 배치하여 해당 지역의 센서를 감시하고 Actuator를 제어하는 방식이다.

            ┌──────────── Network ────────────┐
            │                                 │
            ▼                                 ▼
      ┌──────────┐                      ┌──────────┐
      │ 제어기 1  │                      │ 제어기 2  │
      └──────────┘                      └──────────┘
        │      │                          │      │
        ▼      ▼                          ▼      ▼
      Sensor  Actuator                  Sensor  Actuator

                     ...
    

특정 제어기에 이상이 발생하면 해당 지역의 설비만 영향을 받도록 시스템을 구성할 수 있다.

필요에 따라 제어기를 이중화하여 신뢰성을 높일 수 있다.

분산제어 : 여러 제어기가 지역별 설비를 나누어 제어하고, 상위 Network를 통해 정보를 공유한다.

3. 집중제어와 분산제어 비교

항목 집중제어 분산제어
제어기 구성 한 개의 고성능 제어기 여러 개의 분산 제어기
센서 감시 중앙에서 전체 감시 지역별 제어기가 감시
Actuator 제어 중앙 제어기에서 수행 지역 제어기에서 수행
제어기 고장 전체 시스템에 영향 가능 해당 지역 중심으로 영향 제한 가능
이중화 중앙 시스템 중심 지역별 이중화 구성 가능

4. 광범위 지역에서 분산제어가 적합한 이유

상수관로와 같이 설비가 넓은 지역에 분산되어 있는 경우에는 센서와 Actuator가 중앙 제어기로부터 수 km 이상 떨어질 수 있다.

필기에서는 이러한 광범위 지역에 분산제어 방식이 적합한 이유를 다음과 같이 정리한다.

5. 실시간 제어의 어려움

센서와 Actuator가 수 km 떨어진 중앙 제어기에 연결되면 통신을 이용하여 데이터를 전달해야 한다.

      Field Sensor
           │
           │      수 km
           ├──────────────────────────────►
           │
                                      중앙 제어기
           │
           ◄──────────────────────────────
           │         Control Signal
       Actuator
    

실시간 제어를 위해서는 전송속도가 빠르고 시간지연이 작은 통신망이 필요하다.

광케이블 등을 적용할 수 있지만, 빠른 실시간 대응이 필요한 부분에서는 중앙집중 방식만으로 구성하기 어렵다.

원거리 센서·Actuator를 중앙에서 직접 제어하면 통신 지연과 실시간성이 중요한 문제가 된다.

6. 고장 처리의 어려움

중앙집중제어 방식에서는 서로 멀리 떨어진 설비를 연결하기 위해 긴 배선과 통신 선로를 구축해야 한다.

      지역 A ─────────────┐
                          │
      지역 B ─────────────┼────────► 중앙 제어실
                          │
      지역 C ─────────────┘
    

중앙 시스템의 고장 또는 통신선로의 이상은 광범위한 설비에 영향을 줄 수 있다.

분산제어에서는 지역별 제어기가 현장의 설비를 직접 제어하므로, 특정 지역의 고장이 다른 지역으로 확대되는 것을 줄일 수 있다.

분산제어는 고장 영향을 해당 지역으로 제한하기 쉽다.

7. 설비 구축

중앙집중제어에서는 원거리 설비와 중앙 제어실을 연결하기 위한 배선 및 통신설비 구축이 필요하다.

분산제어는 지역별로 제어기를 설치하고 상위 시스템과 통신으로 연결한다.

      [ 중앙 감시 / 관제 ]

               │
        Communication
               │
      ─────────┼────────────────────
               │
          ┌────┴────┐
          │         │
          ▼         ▼
      [지역제어 1] [지역제어 2]
          │         │
        Field     Field
        Device    Device
    

8. 정보 공유

분산제어 시스템에서는 여러 제어기가 각 설비의 계측 데이터와 운전정보를 수집한다.

      Local Controller 1 ──┐
                           │
      Local Controller 2 ──┼──► Communication Network
                           │
      Local Controller 3 ──┘
                           │
                           ▼
                     중앙 감시 시스템
    

각 지역의 데이터를 상위 시스템으로 전달하여 전체 설비의 운전상태를 확인할 수 있다.

여러 지역에서 수집한 정보를 이용해 동일한 운전방침이나 제어정책을 적용하도록 구성할 수 있다.

9. 시스템 구성 예시

필기 하단의 시스템 구성 예시는 중앙의 감시·제어와 지역 제어기를 통신장치로 연결한 구조이다.

      ┌──────────────┐
      │ 관제실 제어   │
      └──────┬───────┘
             │
             │ 통신장치
             │
      =======┼================== Communication
             │
        ┌────┴────┐
        │ 지역제어 │
        │   반     │
        └───┬───┬─┘
            │   │
            │   └──────────► [ 현장 Actuator ]
            │
            └──────────────► [ 현장 Sensor ]

      ┌──────────────┐
      │ 현장 설비     │
      └──────────────┘
    
현장 제어는 지역 제어기가 수행하고, 중앙 관제실은 통신망을 통해 상태 감시와 상위 제어를 수행하는 구조이다.

10. 이미지 핵심 비교

항목 집중제어 분산제어
제어 위치 중앙 지역별 분산
원거리 실시간 제어 통신지연 영향 큼 현장 제어기로 대응
고장 영향 전체로 확대 가능 지역별로 제한 가능
배선 중앙까지 장거리 연결 현장 배선 단축 가능
정보 공유 중앙에 집중 Network를 통한 분산 정보 통합
광범위 설비 구축 부담 증가 적합
집중제어, 분산제어, Centralized Control, Distributed Control, Wide Area Control, Local Controller, Central Control Room, Communication Network, Real-Time Control, Fault Isolation
“`

답글 남기기

이메일 주소는 공개되지 않습니다. 필수 필드는 *로 표시됩니다

이 사이트는 Akismet을 사용하여 스팸을 줄입니다. 댓글 데이터가 어떻게 처리되는지 알아보세요.