Plant Conference 2010

LNG 플랜트 액화 공정LNG 플랜트 액화 공정Stimulation을 통한 OTS 기반 구축

고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터김형진김형진

2010. 12. 17

연구연구 배경배경

LNG 플랜트 test-bed 건설 및 운영시 발생 가능한 위험과 비용을 감소시킬 목적으로

가상 LNG 플랜트로 contol logic이나 start-up, emergency shut-down 등 운전 특성을 사전에 점검하고

사전 점검 결과를 공정 설계 d li 에 f db k하여 공정을 개선하기 위해사전 점검 결과를 공정 설계 modeling에 feedback하여 공정을 개선하기 위해

LNG 플랜트 동적 공정 시뮬레이터와 제어시스템 연계 필요

목표: 시뮬레이터 DCS 연계 인터페이스 구축

시뮬레이터 DCS 연계 인터페이스 설계

- OPS Server 데이터 통신 아키텍처 설계데이터 통신 아키텍처 설계

- 제어 로직 프로그래밍 준비

- HMI, OPC Client 설계

시뮬레이터 DCS 연계 인터페이스 구현시뮬레이터 DCS 연계 인터페이스 구현

- OPC Server 데이터 통신 프로그래밍

- 제어 로직 프로그래밍

- HMI, OPC Client 프로그래밍

시뮬레이터 DCS 연계 테스트

- OPC Server 데이터 통신 테스트데이터 통신 테

- 제어 로직 연계 테스트

- HMI, OPC Client 구현 기능 테스트

연구 대상 공정

LNG-160℃ 1bar

C3MR Liquefaction Process- Propane (C3)

30kg/hChoke valve opening- Mixed Refrigerant (MR)- Natural Gas (NG)

Ch k l i

Compressor speed

C3

NG

Choke valve opening

NG

C337℃ 16.4bar112kg/h

NG10℃ 70bar33kg/h MR in

32 9℃

-32.7℃ 69bar33kg/h

-32.9℃ 60bar50.25kg/h

MR composition- N2- Methane- Ethane

MR out35℃

MR37℃ 61bar60 74kg/h

Compressor speed

Ethane- Propane

-35℃ 3.8bar60.74kg/h

60.74kg/h

C3MR 액화 공정도

프로판 사이클 생략(쿨러 5개로 대체)

F1F2 F3

MR13

E-3 E-4

E-5 E-11

V-1Mixer

hkgbarC

/127010 o

barC

6936o−Feed Gas

F2 F3

F4 F5

MR8

MR10

MR11

E-6

E-9

E-10

E-12

E-13

E-24E-26E-25

Flare gas

Natural Gas

MR5 MR6 MR7

MR9

MR10

MR12

MR14

E 19E 21E 23bar

C.1165o−

barC

142 o−

barC

6245 o

LNG Product

Natural Gas

Mixed RefrigerantV-2 V-3V-4

MR1MR2MR3MR4

E-19E-21E-23

hkg /10hkg /20

시스템시스템 개요개요

시스템시스템 개념도개념도

Measure Control

시스템시스템 구성도구성도Measure

d Variable

Data

Control Variabl

eData

Control

LogicLink OPC DA server OPC Client

(HMI, Reporting,consume data,OPC interface)

Link OPC DA serverto OPC DA server- tag number(device address)

- control I/O data

Simulator 제어시스템OPC DAServer

(publish data)

control I/O data

OPC interfaceOPC DAServer

(publish data)(publish data)개발 순서1. 사전 준비 조건

제어시스템에 control logic을 심어놓는다.

(publish data)

STEP7 S7-300 withCPU 314C-2DP

PC

제어시 에 g 어 다2. OPC protocol의 bridging 기법으로

simulator의 OPC DA server와 제어시스템의 OPC DA server 연계3. 제어시스템의 OPC DA server와 OPC client 연계

I/O link item propertiesControl System Soft Controller 개발 도구- iFIX 5.0

unlimited I/O, 개발자용

I/O link item properties- Machine name- Server name- Access path

Item ID- controllerSiemens SIMATIC S7-314control logic embedding programming with STEP7 language

- Item ID- Data type

시스템시스템 구성구성

시뮬레이터 - HMI - 제어시스템 연계

시뮬레이터와 제어시스템간의 I/O data feedback을 통한 제어 로직 사전 점검

1 PC

2 Control Logic Loading

Program (STEP7)

5 HMI (iFIX)

iFIX I/O driver for6 Si l

3 PC Adapter USB

driver for Siemens S7-300

6 Simulator (INDISS)

OPC protocolOPC client

Process Database- I/O data feedback- control logic check-out 3 PC Adapter USB

OPC server

INPUT:control logic check-out resultOUTPUT:simulation model I/O data

- control logic check-out

4 PLC

memory

INPUT:simulation model I/O dataOUTPUT:control logic check-out result

4 PLC(Siemens S7-300 with

CPU 314C-2DP)

시스템시스템 개발개발 프로세스프로세스

DCS hardware I/O driver

HMI’s process databaseOPC protocol

OPC Data OPC Data 통신통신

OPC Server & Client 내부 구조 Conceptual OPC Client Anatomy

Application Communication Module

Protocol API

Conceptual OPC Server AnatomyTranslation/Mapping Module

OPC Communication Module OPC Communication ModuleOPCinterface

Translation/Mapping Module

Native Communications Module

Protocol API

Control Logic ProgrammingControl Logic Programming

HMI HMI 구현구현

시뮬레이터 제어시스템 연계 인터페이스 구현

대상: 상용급 LNG 플랜트 액화 공정 (Refrigeration + Liquefaction)

HMI I/O list 추출NO . Unit Name INDISS PDF name HMI iFIX name Type

1 1. Feed gas/HP propane cooler 15_MC01.TubeInletFluidStream.Temperature Temp_311stream 15_MC01_propanecooler_in_temp double

HMI 계층 구조 설계: 3 levels, 27 screens

2 15_MC01.TubeOutletFluidStream.Temperature Temp_501stream 15_MC01_propanecooler_out_temp double3 15_MC01.TubeInletFluidStream.MassFlow Flow_311stream 15_MC01_propanecooler_in_flow double4 2. Feed Gas/MP Propane Cooler 15_MC02.TubeOutletFluidStream.Temperature Temp_502stream 15_MC02_propanecooler_out_temp double5 3. Scrub Column 15_MD01.In03Stream.Pressure Press_502stream 15_MD01_column_in_press double

HMI 계층 구조 설계: 3 levels, 27 screensLevel1 Level2 Level3

LNG Refrigeration / Liquefaction Process Overview MR Circuit MCHE - MR CircuitMR Liquid ExpanderLP MR CompressorMP MR CompressorHP MR CompressorpHP MR Separator

Propane Circuit MR Propane CoolersPropane Suction DrumsPropane CompressorPropane Accumulator

Scrub Column Feed Gas / Propane CoolersScrub Column & OVHDS CondenserScrub Column Reflux Drum and PumpsDefrost Gas Heater

MCHE and Endflash Drum MCHE - LNG CircuitLNG Liquid ExpanderEnd Flash DrumLNG Product Pumps

HP Fuel Gas Train Facilities End Flash Gas CompressorEnd Flash Gas CoolersFuel Gas Train Facilities

HMI HMI 구현구현

Trending AlarmsLNG Refrigeration / Liquefaction

MR Circuit Propane CircuitMCHE and Endflash

Scrub ColumnHP Fuel Gas Train

C3MR 액화 공정 Human Machine Interface (HMI) 구현 사례

Trending AlarmsProcess Overview

MR Circuit Propane CircuitDrum

Scrub ColumnFacilities

Heat & Mass BalanceAlarm Summary

menu Liquefaction - Scrub Column

Liquefaction - MCHE and Endflash Drum Liquefaction - HP Fuel Gas Train Facilities

Simulator Simulator –– HMI HMI –– PLC PLC 연계연계 구현구현

Simulator(INDISS + OPC server)

HMI(iFIX + OPC client + PLC I/O driver)

PLC(S7 314)

control mode- auto: simulator

manual: PLC control logic- manual: PLC g

- Simulator, PLC’s real-time PV, SP, OP data feedback- Simulator, PLC’s control logic check

결론결론

결론가상 LNG 플랜트로 사전 테스트를 통한 위험과 비용 감소를 위한• 가상 LNG 플랜트로 사전 테스트를 통한 위험과 비용 감소를 위한

LNG 플랜트 동적 공정 시뮬레이터와 제어시스템 연계를 위한 아키텍처 설계 완료

• 시뮬레이터 제어시스템 연계 인터페이스 설계 및 구현

- 시뮬레이터 OPC Server I/O data 통신 모듈 설계 및 구현시뮬레이터 OPC Server I/O data 통신 모듈 설계 및 구현

- LNG 플랜트 C3MR 액화공정 control logic programming

- 연계 인터페이스 사용자 HMI 설계 및 구현연계 인터페이스 사용자 HMI 설계 및 구현

• 시뮬레이터 제어시스템 연계 테스트시뮬레이터 제어시 템 연계 테

- 운전원 훈련 시스템 (OTS) 기반 구축