이번 기술은 ODVA의 CIP 에너지 객체가 되는 에너지의 사용량과 이를 구현하여 확장성을 최적화하려는 것인데, ODVA 에너지 애플리케이션 SIG는 이를 기본 에너지 객체, 전기 에너지 객체, 비 전기 에너지 객체 등 세 가지 특정 객체로 정의했다. 이후 전력관리 객체와 전력 감축 객체가 추가되었다. 다섯 가지 CIP 객체가 CIP 에너지의 기초가 된 내용을 소개한다.
CIP 에너지 객체
에너지는 산업 생산에 필수적인 구성 요소이지만 비효율적으로 관리되어 왔다. 조치를 취할 수 있을 만큼 상세한 에너지 정보를 얻기는 어렵고 비용이 많이 들었다.
에너지 사용 및 관련 비용을 제어하는 자동화 역시 비용이 많이 들었으며, 유일무이한 설계, 수많은 맞춤 엔지니어링 작업, 비용 정당화의 어려움으로 특징지어진다. ODVA의 에너지 사용 최적화(OEU™)는 비용이 적게 들고 더 세분화된 에너지 정보를 제공하는 것을 늘리고, 전력 및 에너지 관리 자동화의 표준 접근 방식을 정립하는 세 단계 접근법을 포함한다. OEU의 세 단계는 다음과 같다.
· 에너지 사용 인식,
· 에너지를 보다 효율적으로 사용하며,
· 가장 낮은 비용으로 에너지를 조달하는 것.
2010년부터 2015년까지 ODVA 에너지 애플리케이션 특별 관심 그룹(SIG)는 OEU 전략을 지원하고 다양한 CIP 장치에 에너지 기능을 추가하기 위해 독립적이지만 관련된 CIP 에너지 객체 집합에 대한 사양을 발표했다.
에너지 사용 인식
세 가지 관련 객체 사양은 ODVA 에너지 기능의 에너지 인식 제품군을 구성한다. 기본 에너지 객체(Base Energy Object)는 간단한 것부터 복잡한 것까지 장치가 표준화된 방식으로 에너지 사용량을 보고할 수 있으며, 단위는 킬로와트시(kWh)다. 이 내장 전기 에너지 단위는 많은 ODVA 회원이 전기 장치 판매자이기 때문에 선택되었다. 글로벌 보고 기관(GRI)은 에너지 보고를 위해 GJ(기가줄스) 단위를 지정하지만, kWh 값을 GJ로 쉽게 변환하려면 0.0036을 곱하면 된다. 이 객체는 또한 정확도와 데이터 생성 방법에 대한 정보를 보고하며, 장치 집합의 총 사용량을 보고하는 데 사용할 수 있고, 자체적으로 또는 CIP 장치가 아니지만 에너지 사용량을 보고할 수 없는 장치의 대리 역할도 할 수 있다.
전기 에너지 객체(Electrical Energy Object)는 전압, 전류, 복잡한 전력과 에너지, 역률, 주파수 등 다양한 전기적 측정을 보고하며, 이는 고급 미터 또는 전력 모니터에서 볼 수 있는 파라미터 유형과 유사하다.
비전기 에너지 객체는 천연 가스, 증기, 연료유, 온수, 냉수 등과 같은 에너지 자원의 사용량을 각각의 원래 에너지 단위(예: 열, 파운드, 갤런, Btus, 줄 등)로 보고한다.
일부 장치는 매우 정확한 에너지 데이터를 보고할 수 있지만, 장치 수준에서 높은 정확성이 반드시 필요하지는 않다. 일반적으로 에너지 분배 네트워크의 상류에 수익에 정확한 미터기가 있다. 에너지 인식 객체는 오늘날 거의 또는 전혀 정보가 없는 에너지 사용의 누락된 부분을 비용 효율적으로 채우기 위해 설계되었다. 이보다 더 완전한 에너지 그림은 기계, 구역, 라인 또는 지역의 에너지 행동에 대한 귀중한 정보를 제공하여 사용자가 에너지 사용과 비용을 줄이는 결정을 내릴 수 있도록 한다.
하나 이상의 전기 에너지 또는 비전기 에너지 객체 인스턴스는 기본 에너지 객체의 인스턴스와 연관된다. 기본 에너지 객체 인스턴스는 유사한 비전기 에너지 객체 인스턴스(“유사한” 의미는 인스턴스들이 동일한 에너지 자원을 동일한 단위로 보고하는 경우)의 집합 전체 또는 전기 에너지 인스턴스의 사용량을 집계하여 보고할 수 있다. 그런 다음 이 집계된 사용량을 자체 인스턴스 속성인 kWh로 보고하며, 비전기 에너지 객체의 연관된 인스턴스에서는 원래 비전기 에너지 단위로 보고한다. 이렇게 하면 사용자는 여러 장치와 하위 시스템에서 사용되는 모든 에너지의 하나의 뷰를 얻을 수 있으며, 이를 기본 단위(kWh)로 보거나 해당 장치 및 하위 시스템에 적합한 단위로 비전기 부하를 모니터링할 수 있다.
이 에너지 객체들의 모음은 매우 저비용으로 산업 환경에서 상세한 에너지 사용 정보를 얻을 수 있는 표준화된 방법을 제공한다. 이는 사용자들이 제품과 제조에 사용된 에너지 사이의 보다 직접적인 관계를 적용하는 데 도움을 줄 수 있다.
에너지 더 효율적으로 소비하기
전원 관리 객체는 기기, 기계, 작업 셀, 생산 라인을 점심시간, 근무 교대, 주말, 병목 또는 고장 발생 시 또는 기타 중요한 유휴 기간에 저전력 모드로 전환할 수 있는 간단하고 표준화된 인터페이스를 제공한다. 컨트롤러 또는 소프트웨어 애플리케이션은 지정된 시간 동안 일시정지를 요청한다. 이에 장치는 미리 정해진 일시 정지 모드로 전환하여 사용 전력을 줄이고, 필요시 기동할 수 있는 알림 시간을 알려준다. 요청된 일시 정지 시간에 따라, 장치는 최대 에너지를 절약하는 일시 정지 모드를 선택한다. 가장 낮은 전력 수준은 ‘수면’ 모드로, 실제로는 통신 하드웨어만을 남기고 종료한다.
전원 관리 객체가 유휴 기간 동안 에너지를 절약하는 반면, 전력 제한 객체는 에너지 소비를 낮춰 수요 피크를 방지하면서 에너지 절감을 돕는다. 전력 제한트 객체는 미리 정의된 절감 수준을 사용하여 전력을 감축한다.
절감 수준은 일시 정지 모드와 유사한 기능을 하며, 차이점은 에너지 관리 애플리케이션이 요청하는 것은 지속 시간 대신 원하는 전력 수준이라는 점이다.
두 객체 모두 에너지 관리 클라이언트 애플리케이션에게 서버 역할을 한다. 이 클라이언트는 상위 수준의 에너지 관리 클라이언트 애플리케이션의 서버일 수도 있으며, 자신의 소유 장치의 에너지 행동을 관리하기 위해 운영 환경 전반에 대한 인식을 유지해야 하며, 이는 객체 사양에 정의된 서비스를 통해 수행된다.
두 객체 모두 계단식(cascade) 기능을 제공하여 자식 객체를 부모가 제어할 수 있게 하며, 이를 통해 제어하는 에너지 클라이언트의 인터페이스를 간소화한다.
더 나은 에너지 관리를 위한 개선 사항
제품과 시스템에서 더 나은 활용과 실행을 위해 CIP 에너지 객체에 변경이 필요하다. 제안된 변경 중 일부는 간단하고 빠르게 구현할 수 있다. 대부분의 변경은 더 많은 작업과 아마도 릴리스 전에 프로토타이핑의 일부를 필요로 할 것이다.
고려할 수 있는 가장 쉽고 간단한 변경은 다양한 객체의 명명 규칙을 일치시키는 것이다. 기본, 전기 및 비 전기 에너지 개체는 모두 ‘에너지’를 제목과 설명에 사용하고 있으며, 전력 간리 객체와 전력 제한 객체는 ‘전력’만을 사용한다. 일관된 명명과 사용자 및 개발자의 혼란을 방지하기 위해 전력 관리 객체는 에너지 관리 객체로 이름을 바꾸고, 전력 제한 객체는 에너지 제한 객체로 이름을 바꿀 수 있다. 전력 객체가 전력 또는 에너지를 관리하는 경우 질문이 제기될 수 있다. 전력은 일정 기간 동안 수행된 작업의 양이다(P=W/t).
반면, 에너지는 전력에 시간(energy = power × 시간, E=Pt)을 곱한 값이다. 객체들이 전력과 에너지를 모두 관리한다고 주장할 수 있으므로, 타이틀에 에너지를 사용하는 것이 적절할 수 있다.
CIP 에너지 객체는 에너지 데이터를 추적하기 위해 오도미터 데이터 유형을 정의했으며, 이 데이터 유형은 0에서 999까지 범위의 여러 요소로 구성된다. 이 데이터 유형은 시각적 표시 목적에는 적합하지만, 내부적으로 에너지 데이터를 관리하는 데에는 비효율적이다. 64비트 부호 또는 비부호 정수형이 더 나은 선택이 될 수 있다. 또한 부호 오도미터 데이터 유형의 롤오버 동작은 전형적인 부호 정수 유형과 달리 최대 또는 최소값으로 돌아가지 않고 0으로 돌아가는 것이 문제이다.
전력 제한 객체 개발 중, 전력 관리 객체에 정의된 여러 유사 서비스 또는 속성이 향상 또는 수정되었다. 이에 따라 ODVA 에너지 애플리케이션 SIG는 2014년 5월에 시작된 사양 향상(CIPSE)인 CIPSE 0243 008을 초안했으며, 몇몇 SIG 회원들의 초기 검토를 거쳤지만 완성되지 못했다. 이 CIPSE 업데이트는 전력 관리 객체의 주요 재작성이다.
전력 관리와 전력 제한 객체의 가장 강력한 기능 중 하나는 부모-자식 관계(캐스케이드)를 설정할 수 있는 능력이다. 이는 예를 들어 라인 컨트롤러에 위치한 단일 부모 객체가 시스템 또는 기계 내 나머지 장치들의 에너지를 관리하거나 줄일 수 있게 하여, 에너지 관리 시스템이 시스템 또는 기계에 대한 단일 접속점을 제공하는 것이다. 이 계단식 기능은 에너지 제한 객체 개발 중에 크게 수정되었으며, 이 향상은 CIPSE 0243 008에 반영되어 있다.
배포된 에너지 객체는 기능 세트가 축소되어 있다. 매우 풍부한 기능을 갖춘 계량 제품을 제공하는 공급업체와 비교할 때, 현재 에너지 객체에서는 관리하거나 측정할 수 없는 기능들이 있다.
에너지에 대한 추가 활용 사례
에너지 사용 최적화 사례에 대한 작업 가설은 다음과 같다.
1. 에너지는 상품 생산에 필수적이지만 생산 비용의 보통 항목으로 보이지 않는 자원이었으며,
2. 에너지는 생산 영역에서 관리되어야 할 자원이어야 하며,
3. 에너지 정보의 가용성과 에너지 소비의 가시성은 산업 소비자가 에너지를 생산 자원으로서 관리할 필요성을 인식하게 할 것이며, 이는 차례로 산업 소비자를 위한 OEU의 최선 사례로 이어질 것이다.
ODVA 내에서 진행 중인 작업에서 다루어질 에너지 사용 최적화의 추가 요소들은 다음과 같다.
· 최고의 결과를 위한 에너지 거래 – 자산 관리와 내부 설비 및 프로세스 에너지 전달 시스템을 활용하여 산업 소비자가 전력망과 연계하여 최상의 결과를 위해 에너지를 조달하고 교환할 수 있다. 수요-반응 메커니즘을 역동적이고 투명하게 관리함으로써, 산업 소비자는 비용, 원천, 공급 또는 환경 영향을 기준으로 개인화된 최상의 결과를 달성하기 위해 에너지를 거래할 수 있다.
OPC 재단과 협력
전력 소비 관리 그룹은 2022년 5월 30일 하노버 박람회에서 발표되었다. 이 그룹은 ODVA, OPC 재단, Profibus & Profinet International (PI), 그리고 Verband Deutscher Maschinen und Anlagenbau (VDMA) 간의 파트너십이다. 그룹의 목적은 ODVA 웹페이지에서 인용된 바와 같이 “생산 현장에서의 에너지 소비 정보를 조화하고 표준화하는 것”이다.
ODVA의 사장 겸 집행이사인 알 베이도운(Al Beydoun)은 “이 전력 소비 관리 협력은 최종 사용자들이 환경, 사회, 기업 지배구조(ESG) 목표를 달성할 수 있도록 매우 표준화되고 상호운용 가능한 수단을 확보하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 또한 이 그룹은 2050년까지 유럽을 기후 중립으로 만들겠다는 유럽연합의 목표인 ‘European Green Deal’의 지원을 받고 있다.
파트너십의 결과로, OPC 연합 아키텍처(OPC UA) 내에 새로운 사양이 작성되고 발표될 예정이다.
CIP 에너지와 관련 전력 및 에너지 객체들이 전력 소비 관리 OPC UA 사양과 일치하도록 업데이트 되는 것이 중요하다. OPC 재단과 ODVA의 목표는 에너지 정보의 표준화를 확보하는 것이기 때문에, 이 문서에 언급된 전력/에너지 객체들의 업데이트는 ODVA와 그 회원사들의 우선순위가 되어야 한다.
시장과 고객 준비 상태
에너지 사용 최적화와 ODVA 에너지 애플리케이션 SIG를 재개할 때다. 산업 자동화를 포함한 여러 분야에서 에너지 사용에 대한 걱정이 높아지고 있다. 이를 해결하는 가장 좋은 방법은 더 나은 에너지 관리 시스템을 도입하는 것이다.
시장은 준비되어 있다. Market.us는 현재 전 세계 에너지 관리 시스템 시장의 가치를 552억 달러로 추산하며, 2032년까지 2084억 달러로 성장할 것으로 예상한다. 이 기간 동안 연평균 성장률은 14.6%가 될 것이다. OEU™에 대한 강한 시장 수요가 존재한다.
예측된 시장 성장으로 증명되듯이, 고객은 더 나은 에너지 관리 시스템을 원한다. 그러나 고객이 시스템을 채택하려면 특정 요구 사항을 충족해야 한다. 에너지 관리 시스템은 설치가 쉽고 사용이 편해야 한다. 고객은 도입 비용이 최대한 낮기를 원하며, 여러 공급업체의 솔루션이 필요하여 고객이 하나의 공급업체에 묶이지 않고 최고 수준의 장비를 전체 시스템에 설치할 수 있어야 한다. 오늘날 에너지 비용을 볼 때, 고객은 에너지 관리 시스템의 적용으로 더 높은 투자 수익률(ROI)을 기대할 수 있다. ODVA 에너지 애플리케이션 SIG를 통한 CIP 에너지 이니셔티브는 필요한 솔루션을 제공하고 고객의 요구를 충족시킬 수 있기 때문에, 양 쪽을 재개할 시기이다.
정부와 사회는 우리 고객들에게 에너지 사용을 줄이라는 압력을 가하고 있다. 많은 국가와 지방 정부는 온실가스(GHG)와 기업의 탄소 발자국을 줄이기 위해 정책과 프로그램을 시행하고 있다. 세계경제포럼은 “산업이 전 세계 CO2 배출량의 30%를 책임지고 있기 때문에, 산업 클러스터들은 넷 제로로 가는 길을 가속화하는 데 중요한 역할을 할 것”이라고 밝히고 있다. 이상적인 목표는 넷 제로 탄소 배출이다. 사회와 정부 모든 수준에서 해결책을 요구하고 있으며, 우리는 함께 그 해결책을 제공할 수 있다.
에너지 관리 작업의 발전
CIP 에너지 이니셔티브를 업데이트하거나 발전시켜야 하는 많은 이유가 있다. 그러나 그렇게 하려면 ODVA 에너지 애플리케이션 SIG를 다시 시작해야 한다. 이 SIG는 회원사들이 ODVA에서 적극적으로 지원해야 한다. 이는 한두 회사의 노력이 될 수 없다. CIP 에너지 SIG가 현재 객체 사양을 향상시키기 위해 할 일이 많다.
전력 제한 객체에 대한 계단식 변경 사항은 전력 관리 객체에 반영되어야 한다. ODVA 에너지 애플리케이션 SIG는 CIP 에너지 객체에 포함되어야 하는 추가 자료를 확인했지만, 이 작업을 완료하기 전에 휴면 상태에 접어들었다. 향상된 기능, 미완성 작업을 통합하고 OPC 파운데이션 에너지 파트너십과 협력하려면, ODVA 회원사는 이 활동을 추진해야 한다. 모든 ODVA 회원을 위한 에너지 사용 최적화에 집중하기에 이보다 더 좋은 시기는 없다. 만약 ODVA가 CIP 에너지 이니셔티브를 추진하려면 초기 계획을 완료해야 한다.
결론
모든 산업에서 에너지 인식이 높아지고 있다. 산업 자동화에서 에너지 사용 최적화를 개선하기 위한 강력한 마케팅 추진이 이루어지고 있다. ODVA는 CIP 에너지 이니셔티브를 도입할 때 시대를 앞서갔었다. 하지만, CIP 에너지 이니셔티브는 다른 에너지 관리 활동에 뒤처지고 있다.
ODVA 공급업체 제품에서 CIP 에너지 객체의 구현은 제한적이었다. 그러나 시장은 검증되고 완전한 에너지 관리 솔루션의 구현을 요구하고 있다. 현재의 CIP 에너지 이니셔티브는 완전하지 않다. ODVA 에너지 객체는 최신 행동을 재확립하기 위해 향상되어야 한다.
에너지 및 전력 객체의 명명 규칙이 혼란스러울 수 있다. 이러한 객체들에 ‘에너지’라는 일관된 용어를 사용하는 것이 메시지와 사용성을 통합하는데 도움이 될 것이다.
에너지 객체는 다음과 같이 다섯 가지이다. (1)기본 에너지 객체, (20전기 에너지 객체, (3)비 전기 에너지 객체, (4)에너지 제한 객체, (5)에너지 관리 객체. 이것들은 ODVA CIP 에너지 이니셔티브의 기초가 될 것이다.
ODVA 에너지 객체는 모두 전력 소비 관리 그룹이 초안한 전력 소비 관리 OPC UA 사양에 반영되도록 업데이트해야 한다.
ODVA CIP 에너지 이니셔티브 계획을 업데이트하고 완료하는 데 필요한 작업이 많다. 지금이 이 노력을 다시 활력을 불어넣을 적기다. ODVA CIP 에너지 이니셔티브를 시장에서 관련 있고 고객에게 유용하게 만들기 위해서는 다수의 회원 참여가 필요할 것이다.
