Machland 댐은 도나우 강의 범람으로부터 Machland 범람원 지역의 사람과 주택 그리고 역사적인 주요 지형지물을 보호한다. 36km의 거리에 걸쳐 이중화된 링 네트워크로 연결된 약 130개의 완전 자동 펌프, 수문 및 전원 공급 설비를 사용하는 이 시스템은 결코 정적이고 수동적 시설이 아니다. 실제로 이 시설은 중부 유럽에서 상호 연결되어 있는 가장 큰 자동화 솔루션 중 하나이다. 프로젝트는 B&R 시스템을 사용하여 광범위한 환경 엔지니어링 경험을 갖춘 자동화 기업인 Electro & Electronic Landsteiner에 의해 수행되었다.
강물이 넘쳐 길거리와 도시 광장을 뒤덮는다. 고립된 사람들을 구출하기 위해 선박과 헬리콥터들이 사투를 벌인다. 불행하게도 이것은 오스트리아의 Machland 지역에서는 너무나 익숙한 광경이다. Mauthausen과 Grein 마을 사이의 도나우 강 범람원 지역이 비옥하기로 널리 알려지게 된 것은 대체로 이러한 빈번한 홍수 때문이다. 보다 포괄적인 홍수 통제 조치를 위한 계획은 마을 전체가 완전히 파괴되고 보다 높은 지역으로 옮겨가야 했던 2002년에 대홍수가 일어나기 이전부터 존재해왔다.
애초의 계획은 1991년의 홍수에 뒤이어 세워졌지만 10여년 후 2002년 대홍수의 끔찍한 경험을 겪은 후에 근본적인 수정이 요구되었다. 2012년에 완공된 Machland 댐은 36km의 총 길이를 자랑하며, 유럽에 건설된 가장 큰 규모의 홍수 통제 프로젝트가 되었다. 거의 1억 8,200만 유로의 비용이 소요된 이 역사적 구조물은 현재 약 22,000명의 주민을 장래의 재난으로부터 보호한다.
완전 자동화와 고도의 가용성
Machland 댐은 결코 정적이고 수동적 시설이 아니다. 약 29km의 토사 제방, 7km의 보호벽 (그 중 일부는 가동식) 및 거의 9km의 방수로 이외에도 필요한 경우에 나머지 간극을 메우기 위해 폐쇄가 가능한 32개의 토류 구조물이 존재한다. 시스템의 72개 펌프 설비에는 248대의 펌프가 포함되어 있고 이들은 주변 지역으로부터 제방의 경계 내부로 초 당 총 50,000리터의 물을 이동시킬 수 있다. 구조물의 전력은 24개의 설비에 의해 공급되는 데 이들은 8.8MW의 전력을 공급할 수 있다. 정상 상태에서는 변전 설비로서 운영되지만 정전의 경우에 대비하여 디젤 발전기도 갖추고 있다.
댐 운영 회사의 상무이사인 Anton Wahlmüller는 말한다. “이들 시스템은 비상 시에 절대적인 신뢰성을 갖추고 완전 자동식으로 개입해야 합니다.” 설비의 계측 제어 시스템은 3년 동안 외부 계획 사무소에서 Manfred Brunner에 의해 관리되었다. “바로 그러한 이유로 우리는 펌프들을 표준화하였고 예외적인 수준의 운전 안전성을 설계하였습니다.” 시스템의 제어 기술에 대해서도 까다로운 요건이 제시되었다.
기념비적 자동화 프로젝트
모든 공공 자금 프로젝트와 마찬가지로 Machland 댐 계약도 EU 전역에 걸친 입찰에 부쳐졌다. 전체 8개 댐 구간에 대한 계측 제어 계약은 기계 공학 엔지니어링과 철강 수력 건설 회사를 포함하는 한 그룹으로부터의 공동 입찰의 일부로서 Electro & Electronic Landsteiner에게 낙찰되었다. 1966년에 오스트리아의 Amsteten에 설립된 가족 기업인 Landsteiner는 전력 배전과 제어 시스템 그리고 형식 승인된 스위치기어와 컨트롤기어 조립 제조사이다. 이 회사는 산업용 시스템과 환경 시스템에 전자, 계측 제어 장치 및 프로세스 제어 기술과 HMI 시스템을 설치하는 경험을 수십 년 동안 축적해왔다. 이들은 이용 가능한 가장 발전된 기술을 활용하여 최대한의 운전 안정성을 갖춘 복잡한 솔루션을 개척해왔다. Landsteiner에서 15년 동안 기계와 프로세스 제어를 담당해온 Franz Reisinger는 회상한다. “우리 회사는 이 분야에 풍부한 경험을 갖고 있었지만 Machland 댐은 그 엄청난 규모로 인해 특이한 도전이었습니다. 시스템 전체 구간이 거의 40km에 달하는 이 프로젝트는 우리 회사의 50년 역사에서 가장 큰 단일 자동화 프로젝트입니다.”
“이 시스템은 수십 년 이상 높은 신뢰성을 갖추고 운영되어야 하기 때문에 우리가 B&R의 장치와 구성품의 장기적 가용성과 그들의 유명한 기술 지원에 의존할 수 있어야 한다는 것이 중요합니다.”
– Anton Wahlmüller, MDB Machland-Dam Betriebs GmbH 상무이사
“다용도의 X20 시스템은 매우 콤팩트하고 대단히 튼튼할 뿐만 아니라, 가격 대 성능비도 거의 타의 추종을 불허합니다.”
– Franz Reisinger, Landsteiner 기계 및 프로세스 제어 책임자
이중화된 분산 지능
중앙 제어실은 Perg 구역 수도에 위치한 댐 운영 회사의 본부에 있다. 이곳으로부터 시스템의 각 구간은 통신 네트워크에 안정된 이중화 VPN으로 연결되어 있다. 만약 두 라인에 모두 사고가 발생하면 무선 연결로 전환될 수 있다. 각 구간 내의 개별 설비들은 광섬유를 통해 상호 연결된다. 댐의 길이를 따라 배치된 컨트롤러들은 중앙 제어실에 위치한 대응되는 컨트롤러와 통신한다. 이들은 개별 구간과 마스터 컴퓨터의 2대의 이중화된 서버 사이에서 데이터를 교환한다. 전체적으로 Machland 능동형 홍수 통제 솔루션은 탄성적인 이중화 링 네트워크로 연결된 거의 130대의 컨트롤러로 구성된 단일 시스템이다.
입증된 분산 제어 기술
현장의 제어 설비들은 해결해야 할 자체의 요구 사항이 있다. 100개가 넘는 입출력 채널이 이중화된 센서로부터 측정 값을 감시하고 비교한다. 이들 센서는 도나우 강과 그 지류의 수위, 수문의 위치, 펌프 상태뿐만 아니라 경보 신호와 비상 발전기의 연료 보유량까지 측정한다. 이들은 또한 다양한 디스플레이를 제어한다. 로컬 컨트롤러에서는 또한 강력한 수위 제어 루프가 실행된다. 각 설비의 전력 측정 계기 및 펌프와 수문을 위한 드라이브들은 PROFIBUS를 통해 연결되어 있는 반면에, 감독 레벨에 대한 통신은 TCP/IP를 통해 이루어진다. 통신 하드에어는 각 수문, 펌프 또는 전원 공급 설비에 직접 장착되어 있으며, 그 중 일부는 자체 건물을 갖추고 있고 나머지 일부는 옥외 제어 캐비닛을 필요로 한다. 시스템 구성품에 대한 핵심적인 선정 기준에는 비상 발전기를 사용하여 운영하기 위한 잠재적 요구를 고려한 소형의 견고한 설비와 낮은 전력 소비가 포함된다. B&R의 자동화 전문가들은 분산 제어를 위해 그들의 콤팩트한 X20 시리즈로부터의 PLC와 입출력 모듈 그리고 현장 감시와 운전을 위해 5.7인치 터치 스크린 화면을 갖춘 Power Panel 45 터미널을 제공하였다.
발전된 기술과 이에 대응되는 지원
Landsteiner는 여러 해 동안 그의 자동화 시스템과 구성품에 대해 전적으로 B&R에 의존해왔다. “다용도의 X20 시스템은 매우 콤팩트하고 대단히 튼튼할 뿐만 아니라, 가격 대 성능비도 거의 타의 추종을 불허합니다.” Reisinger는 설명한다. “그들의 Automation Studio 환경은 전체 솔루션, 즉 제어, HMI, 통신 및 그 밖의 모든 것을 단일 통합 장치로서 개발하고 시험하는 데 필요한 모든 도구를 한꺼번에 제공합니다.” 댐 운영 회사인 MDB (Machland-Dam Betriebs GmbH)는 B&R 솔루션의 그 밖의 품질도 강조한다. Wahlmüller는 말한다. “그러므로 우리 회사가 B&R 장치와 구성품의 장기적 가용성과 어떠한 문화적 또는 언어적 장벽도 없이 그들의 유명한 현장 지원에 의존할 수 있다는 것이 중요합니다.”
미래에 대비한 자동화
B&R은 애플리케이션을 유지하거나 확장할 때 달갑지 않은 뜻밖의 일이 발생하지 않도록 전례 없는 수준의 호환성을 제공한다. Reisinger는 상세히 설명한다. “사용자는 개발하는 과정에서 프로그램이 어느 CPU에서 실행되는지에 관해 걱정할 필요가 없습니다. 통신을 위해 어느 채널이 사용되는지에 대한 질문도 프로그래밍 과정에서는 따질 필요가 없습니다. 이것은 단순히 해당 버스 컨트롤러의 설정 문제일 뿐입니다.” Landsteiner는 B&R과 협력하면서 펌프와 수문 설비에 대한 모든 기술적 기능을 포함하는 단일 프로그램을 만들었다. 컨트롤러들은 단순히 자동적으로 필요한 특정 설비 파라미터들을 검색할 뿐이다.
새로운 기능이나 수정된 기능은 Landsteiner에서 프로그램하고 시험한 다음에 원격 데이터 전송 장치를 통해 홍수 통제 시스템에 전송한다. 내장형 프로그램 모듈을 개발할 수 있는 능력은 어떠한 중단도 없이 수정 사항이 통합되는 것을 허용한다. 다른 구성품의 재검증을 거치지 않고도 그러한 모듈을 기존 시스템에 추가할 수 있다.
실무적 입증
Wahlmüller는 전한다. “도나우 강 지류의 수위가 상승하면 우리 혈압도 올라갑니다. 그러나 2013년에 다시 큰 홍수가 일어났을 때, 세계 최대 규모의 상호 연결된 X20 시스템은 주어진 임무를 충분하게 수행할 수 있다는 것을 인상적으로 증명했습니다.”
