Lessons In Industrial Instrumentation
산업계측제어기술사 관점의 전체 독서 계획
전체 학습 방향
책을 1장부터 순서대로 읽기보다, 계측 시스템의 실제 흐름에 맞춰 핵심 Chapter를 재배열하여 읽는다.
Process
→ Measurement
→ Signal
→ Controller
→ Final Element
→ Process
핵심은 개별 Chapter를 따로 외우는 것이 아니라,
하나의 계측·제어 시스템이 어떻게 구성되는지를
연결해서 이해하는 것이다.
1단계. 현장 계측 시스템의 구조 이해
Chapter 6 → Chapter 7 → Chapter 8
Chapter 6. Introduction to Industrial Instrumentation
- Sensor
- Controller
- Final Control Element
- 계측 시스템의 전체 구조 이해
Chapter 7. Instrumentation Documents
- PFD
- P&ID
- Loop Diagram
- Functional Diagram
Chapter 8. Instrument Connections
- Pipe
- Tube
- Electrical Wiring
- Fiber Optics
공정을 이해한다
→ 도면으로 표현한다
→ 실제 설비와 계기를 연결한다
2단계. 현장 신호가 PLC/DCS까지 가는 과정
Chapter 13 → Chapter 12 → Chapter 15
Chapter 13. Analog Electronic Instrumentation
- 4–20 mA
- 2-wire / 4-wire Transmitter
- Loop-powered Transmitter
- Current Loop Troubleshooting
- NAMUR Signal Level
Chapter 12. Programmable Logic Controllers
- Digital I/O
- Analog I/O
- I/O Addressing
- Ladder Diagram
- HMI
Chapter 15. Digital Data Acquisition and Networks
- A/D Conversion
- RS-232 / 422 / 485
- Ethernet
- TCP / UDP
- HART
- Modbus
Sensor
→ 4–20 mA
→ I/O
→ PLC / DCS
→ Network
이 단계의 핵심 질문:
현장에서 측정한 값이 어떤 신호를 거쳐
PLC/DCS까지 전달되는가?
3단계. 4대 공정변수 측정
Chapter 19 → Chapter 20 → Chapter 21 → Chapter 22
Chapter 19. Pressure
- Manometer
- Mechanical Pressure Element
- Electrical Pressure Sensor
- DP Transmitter
- Valve Manifold
- Impulse Line
- Pressure Accessories
Chapter 20. Level
- Hydrostatic
- Differential Pressure
- Float
- Ultrasonic
- Radar
Chapter 21. Temperature
- RTD
- Thermocouple
- Reference Junction Compensation
- Non-contact Measurement
Chapter 22. Flow
- DP Flowmeter
- Orifice
- Venturi
- Rotameter
- Turbine
- Vortex
- Magnetic Flowmeter
- Ultrasonic Flowmeter
- Coriolis Flowmeter
Pressure
→ Level
→ Temperature
→ Flow
각 측정 Chapter의 공통 학습 순서
측정원리 → 계기 구조 → 설치 → 오차 → 적용조건 → 문제점
측정원리 → 계기 구조 → 설치 → 오차 → 적용조건 → 문제점
4단계. Final Control Element
Chapter 27. Control Valves
- Globe / Ball / Butterfly Valve
- Actuator
- Fail Open / Fail Close
- Positioner
- Split Range
- Valve Sizing
- Cv
- Inherent / Installed Characteristic
- Flashing
- Cavitation
- Choked Flow
- Noise
Sensor
→ Transmitter
→ Controller
→ Control Valve
앞 단계에서 공정변수를 측정했다면,
이제 Controller의 명령으로
실제 공정을 무엇으로 조작하는지를 배운다.
5단계. PID와 공정 동특성
Chapter 29 → Chapter 30
Chapter 29. Closed-loop Control
- Feedback
- Proportional
- Integral
- Derivative
- Offset
- PID Equation
- Digital PID
Chapter 30. Process Dynamics and PID Tuning
- Self-regulating Process
- Integrating Process
- Runaway Process
- Process Gain
- Lag
- Multiple Lag
- Dead Time
- Ziegler-Nichols
- PID Tuning
Process Dynamics
+ PID
→ Control Performance
Controller만 이해하면 부족하다.
Process의 Gain, Lag, Dead Time을 함께 이해해야
PID 응답을 설명할 수 있다.
6단계. 고급 제어전략
Chapter 31. Basic Process Control Strategies
- Cascade Control
- Ratio Control
- Feedforward Control
- Lead / Lag
- Selector Control
- Override Control
LIC
→ SP
→ FIC
→ FV
Chapter 7에서는 Functional Diagram을 읽었다. Chapter 31에서는 그 Functional Diagram에 나타난 제어전략을 실제 제어 관점에서 이해한다.
Chapter 7 = 제어전략을 어떻게 표현하는가?
Chapter 31 = 왜 그런 제어전략을 사용하는가?
Chapter 31 = 왜 그런 제어전략을 사용하는가?
7단계. Safety Instrumentation
Chapter 32. Process Safety and Instrumentation
- Hazardous Area
- Probability
- Failure Rate
- MTBF
- PFD
- Redundancy
- Proof Test
- SIS
- Sensor
- Logic Solver
- Final Element
- SIL
Sensor
→ Logic Solver
→ Final Element
일반 제어루프와 구조는 유사하다. 그러나 목적은 생산제어가 아니라 위험 저감이다.
BPCS: 공정을 정상적으로 운전한다.
SIS: 위험 상태에서 공정을 안전한 상태로 만든다.
SIS: 위험 상태에서 공정을 안전한 상태로 만든다.
8단계. 통신 심화
Chapter 16 → Chapter 17
Chapter 16. FOUNDATION Fieldbus
- H1 Physical Layer
- Segment
- Function Block
- Device Configuration
Chapter 17. Wireless Instrumentation
- WirelessHART
- Radio System
- Antenna
- Link Budget
4–20 mA
→ HART
→ Fieldbus
→ Wireless
Analog 신호 전송에서 시작하여
Digital Field Communication으로 확장되는 흐름으로 이해한다.
전체 스토리
Process
→ Measurement
→ Signal
→ Controller
→ Final Element
→ Process
전체 책을 하나의 계측·제어 시스템으로 연결하면 다음 질문으로 정리할 수 있다.
| 질문 | 해당 Chapter |
|---|---|
| 공장을 어떻게 표현하는가? | Chapter 7 |
| 계기를 실제로 어떻게 연결하는가? | Chapter 8 |
| 계기 신호를 어떻게 전달하는가? | Chapter 13 |
| PLC는 신호를 어떻게 받는가? | Chapter 12 |
| Digital communication은 어떻게 하는가? | Chapter 15~17 |
| Pressure / Level / Temperature / Flow는 어떻게 측정하는가? | Chapter 19~22 |
| 공정을 무엇으로 조작하는가? | Chapter 27 |
| Feedback control은 어떻게 하는가? | Chapter 29~30 |
| 복잡한 제어전략은 어떻게 구성하는가? | Chapter 31 |
| 위험 발생 시 어떻게 안전하게 정지하는가? | Chapter 32 |
현재부터의 실제 독서 순서
Chapter 7
→ Chapter 8
→ Chapter 13
→ Chapter 12
→ Chapter 15
→ Chapter 19
→ Chapter 20
→ Chapter 21
→ Chapter 22
→ Chapter 27
→ Chapter 29
→ Chapter 30
→ Chapter 31
→ Chapter 32
순서는 책의 목차 순서가 아니라
계측 시스템의 실제 동작 흐름을 기준으로 구성한다.
각 Chapter의 학습 루틴
읽기
→ 용어 정의
→ 용어 간 관계
→ 하나의 스토리
→ 한 문제씩 문답
→ 최종 정리
단순 암기보다 먼저 구조를 이해한다.
이후 문답을 통해 실제 이해 여부를 확인하고, 마지막에 WordPress 또는 Overleaf 문서로 정리한다.
용어를 외우는 것이 아니라
용어가 왜 존재하고 서로 어떻게 연결되는지를 기억한다.
최종 암기 구조
Process
↓
Instrumentation Documents
↓
Physical Connection
↓
Signal Transmission
↓
PLC / DCS
↓
Process Measurement
↓
Control Valve
↓
PID / Process Dynamics
↓
Advanced Control Strategy
↓
Safety Instrumented System
↓
Instrumentation Documents
↓
Physical Connection
↓
Signal Transmission
↓
PLC / DCS
↓
Process Measurement
↓
Control Valve
↓
PID / Process Dynamics
↓
Advanced Control Strategy
↓
Safety Instrumented System
Instrumentation, Process Measurement, PID Control, Industrial Communication, Process Safety