보르네오 시멘트 kiln 제어 시스템 업그레이드: 산업 제어 케이블 설치 사례 연구

2024년 3월, 말레이시아의 사라와크주 미리에서 연간 120만 톤의 통합 시멘트 공장을 운영하는 중간 규모의 시멘트 생산업체인 보르네오 시멘트 인더스트리 (Borneo Cement Industries Sdn Bhd) 는25 년 된 회전 오븐 라인을위한 주요 제어 시스템 현대화 프로젝트를 시작했습니다.이 공장은 동 말레이시아와 브루나이에서 건설 프로젝트에 대용량과 봉투 시멘트를 공급합니다.생산량의 약 70%가 범보르네오 고속도로 코리도르의 인프라 프로젝트로 소비됩니다..

엔지니어 팀, 수석 전기 엔지니어인 아즈만 빈 하시미 씨가 이끄는,2023 년 말 정기 예방 유지 보수 검사에서 오븐 제어 회로에서 지속적인 신호 저하 문제가 확인되었습니다.2024년 3월 15일 프로젝트 시작 회의에서 검토된 유지보수 로그에 따르면운영자는 지난 6개월 동안 PLC 통신 장애가 14번 이상 발생했다고 보고했습니다., 주로 번너 관리, 클린커 냉각기 속도 제어 및 사전 난방 팬 덤퍼 위치에 영향을 미칩니다.기술자 들 이 수동 문제 해결 을 수행 하는 동안 각 고장 사건 은 평균 45 분 의 생산 둔화 를 유발 하였다.

조달 절차는 2024년 1월에 시작되었으며, 공장 엔지니어링 부서는 사전 자격을 갖춘 3개의 산업용 케이블 공급업체에 상세한 기술 사양을 발급했습니다.표본 검사를 포함하는 4주 평가 기간 후, 현장 방문 및 기술 준수 검토, 계약은 플랜트의 계획 된 연간 유지 보수 종료와 일치하기 위해 2024 년 6 월~7 월의 목표 설치 창과 함께 수여되었습니다.

미리 공장은 1999년에 연간 800,000 메트릭 톤의 초기 용량으로 운영되었으며, 2008년에 120만 톤으로 확장되었습니다.시공 중에 설치된 원래 제어 케이블은 주로 오븐 건물의 오버 헤드 케이블 트레이를 통해 경비되지 않은 PVC 단열 다핵 케이블로 구성되었습니다.20년 동안 계속 운영된 공장은 엔지니어링 검사 보고서에 기록된 다음과 같은 케이블 관련 문제를 기록했습니다.

• 케이블 노화:2023년 12월에 실시된 시각 검사는 오븐 영역의 제어 케이블의 약 40%에서 단단하고 균열된 PVC 외부 껍질이 발견되었습니다.소전압 제어 회로에 대해 IEC 60364에서 규정된 1 MΩ 임계치 이하의 12 개의 케이블 세그먼트에서 단열 저항 측정.
• 신호 간섭:유지보수 기록은 415V 모터 전력 케이블의 300mm 내에 위치한 온도 송신기 루프 (4-20 mA) 에서 반복되는 아날로그 신호 이동을 보여주었습니다.공장의 DCS 역사학자는 2023년 4분기 6차례에 걸쳐 스핀의 ±3%를 초과하는 신호편차를 기록했습니다., 기기 데이터 셰이트에 명시된 허용되는 ±0.5% 허용량과 비교하면
• 가혹 한 환경:오븐 부위는 케이블 트레이 수준에서 35°C에서 65°C 사이의 주변 온도에서 작동합니다.오븐 껍질에서 때때로 뜨거운 공기가 누출되어 가연기 플랫폼 근처에서 지역 온도가 80°C 이상 상승합니다.11 월과 2 월 사이의 몬순 시즌 동안 높은 습도 수준 (RH 75-85%) 와 결합 된 케이블 트레이에 시멘트 먼지 축적부식성 미세 환경을 만들어서 재킷의 붕괴를 가속화시켰습니다..
• 기계적인 진동:사전 난방 타워 케이블 트레이에서 취한 진동 측정 결과 5단계 사이클론 수준에서 2.8m/s2의 최고 가속 값이 나타났습니다.추가 기계적 보호 없이 고정 설치를 위해 케이블 제조업체가 권장하는 0 m/s2 임계.
• 기름 오염:오븐 추진 롤러 윤활 시스템에서 수압 오일 안개는 드라이브 밸리 지역의 케이블 표면에 정착했다,수력 전원 단위에서 5m 반경 내에 설치된 케이블에 PVC 자켓의 부풀이 및 부드러움을 유발합니다..

자동화 업그레이드 범위는 현존하는 PLC-5 시스템을 현대적인 ControlLogix 플랫폼으로 교체하고 48개의 새로운 현장 기기 (온도 송신기,압력 송신기, 가스 분석기 및 위치 센서) 및 필드 연결 상자와 중앙 제어실 사이의 모든 제어 케이블을 완전히 교체합니다.전체 케이블 경로 거리는 약 40.2km

오븐 제어 시스템은 신호 저하를 용납할 수 없는 몇 가지 미션 크리티컬 기능을 위해 저전압 제어 케이블에 의존합니다.

• PLC 통신:Digital I/O signals between the ControlLogix remote I/O racks in the kiln field junction boxes and the main processor in the central control room require clean 24V DC signal transmission with a maximum voltage drop of 1.5V로 가장 긴 케이블 280m를 통과합니다.
• 모터 컨트롤:시작/정지 명령, 실행 피드백 및 속도 참조 신호 (0-10V DC 및 4-20 mA) 는 오븐 주 드라이브, ID 팬, 냉각기 격자 드라이브를 제어하는 12 개의 변주 주파수 드라이브를 위해,그리고 전열기 팬은 방해하는 여행과 속도 오스컬레이션을 방지하기 위해 안정적인 신호 무결성을 요구합니다..
• 기기 루프:48개의 4~20mA 아날로그 루프로 온도 송신기, 압력 송신기,및 가스 분석기 DCS I/O 카드에 ±0 내에서 신호 정확성을 유지하기 위해 보호 된 트러스트 된 쌍 제어 케이블이 필요합니다.기기 성능 수용 기준에 명시된 범위의.25%
• 안전 시스템:비상 정지 회로, 번너 안전 잠금,오븐 셸 스캐너 과온 경보 회로는 모든 운영 조건에서 신호 무결성을 유지해야 하는 SIL 2 안전 기능을 나타냅니다.화재 발생시에도 포함됩니다.
• SCADA 통합:업그레이드 된 시스템은 오븐 PLC와 공장 SCADA 서버 사이의 RS-485 트위스트 페어 (twisted pair) 를 통해 Modbus RTU 통신이 필요했습니다.제어된 임피던스 특성을 가진 적절하게 보호된 제어 케이블을 필요로 하는 경우.

엔지니어링 팀은 최종 선택 전에 세 개의 케이블 구성을 평가했습니다. 선택 과정은 2024년 2월 22일 테크니컬 평가 보고서 TER-2024-003에서 문서화되었습니다.현장 테스트는 오븐 냉각 구역에 50 미터 케이블 샘플을 임시 설치하여 2 주간의 시험 기간을 포함했습니다., 플루케 1587 FC 단열 멀티미터와 요코가와 DL350 휴대용 오실로스코프를 사용하여 단열 저항과 신호 품질의 지속적인 모니터링.

현장 테스트 데이터를 검토하고 비용-이익 분석을 수행한 후 팀은 다음과 같은 케이블 사양을 선택했습니다.

이중 보호 장치 구성은 전열탑과 냉각 부위의 현장 기계를 연결하는 120 개의 아날로그 신호 회로에 특별히 선택되었습니다.엔지니어링 팀은 현장 측정을 통해 동일한 케이블 트레이에 있는 415V VFD 케이블이 200mm 근처에서 50Hz에서 최대 15V/m의 전자기 간섭장을 생성한다는 것을 결정했습니다., 단일 보호 케이블이 적절히 억제 할 수 없었습니다. 이중 보호 케이블은 동일한 조건에서 50mV 이하로 유도 소음 전압을 줄였습니다.신뢰성 있는 4~20mA 신호 무결성을 위한 100mV의 한계 내에서.

케이블 설치는 2024년 6월 2일에 시작되었으며, 이 기간은 공장의 21일간의 연간 유지보수 중단 기간과 일치합니다.설치팀 은 공장 내 전기 유지보수 팀 의 12 명 의 전기 기술자 로 구성 되어 있었다, 케이블 공급업체의 기술 서비스 부서에서 네 명의 기술자와 자동화 시스템 통합업체에서 두 명의 시공 엔지니어가 지원합니다.

설치는 MS-ELEC-2024-017 방법 설명서에 기록된 단계적 접근 방식을 따랐습니다.

• 1단계 (1~3일):노후 된 제어 케이블 제거. 연구팀은 케이블 트레이, 송수관 및 연결 상자에서 약 3.8 킬로미터의 노후 케이블을 추출했습니다.철거된 케이블들은 모두 해체 등록에 등록되어 있습니다.연구팀은 94개의 연결 상자 간접제 중 27개가 훼손된 것을 발견했고, 새로운 케이블 설치가 시작되기 전에 새로운 실리콘 간접제로 대체되었다.
• 2단계 (4~10일):새로운 케이블 당기기: 24개의 케이블 통이 2024년 5월 28일 설치 전 행진 도중 지정된 전략적 당기점에 배치되었습니다.케이블 당기는 전기 가동 케이블 롤러 사용 된 직선 트레이 섹션을 따라 3 미터 간격으로 떨어져 있으며 케이블 외부 지름의 8 배 이상의 반지름의 곡선을 통해 수동 안내가장 긴 단일 당기는 선열기 5 단계 연결 상자에서 오븐 바닥 조립 캐비닛까지 175 미터를 측정했습니다. 케이블 당기는 윤활유 (물 기반,염색이 되지 않는) 는 100m를 초과하는 당겨에 적용되었습니다..
• 3단계 (8~14일)접합 상자 입구에 네오프렌 밀폐가 있는 구리 케이블 접착막이 사용되었습니다.각 케이블 코어는 KKS (Kraftwerk-Kennzeichen-System) 식별 표준에 따라 열 수축 인쇄 된 마커를 사용하여 식별되었습니다.방패 배수 선은 각 연결 상자 내의 전용 기기 지구 버스 바에 종료되었으며, 현장 기기에서 DCS 캐비닛까지 지속적인 방패 커버리를 유지합니다.
• 4단계 (12~18일)제어실 내의 케이블 라우팅은 제어 케이블, 전력 케이블 및 통신 케이블을 위한 분리된 상실을 가진 바닥 아래 케이블 트렌치를 포함합니다.전자기 호환성을 위해 IEC 61000-5-2에 명시된 제어 및 전력 케이블 경로 사이의 최소 300 mm의 거리를 유지합니다..
• 5단계 (15~20일)테스트 및 시범화. 각 케이블 회로는 단열 저항 테스트 (500V DC, 최소 100 MΩ 수용), 연속성 검증 및 루프 저항 측정) 를 거쳤다.보호막 연속성은 1의 최대 허용 저항과 함께 끝에서 끝까지 확인되었습니다..0 Ω. 아날로그 회로는 DCS 엔지니어링 워크스테이션을 통해 모니터링 된 0%, 50% 및 100% 스펜에서 시뮬레이션 된 4-20 mA 입력과 24 시간 신호 안정성 테스트를 받았습니다.

설치 기간 동안 예상치 못한 몇 가지 도전이 나타났습니다. 이 프로젝트의 일일 로그에 기록되어 있으며, 이 사이트 감독자인 Lee Chong Wei 씨가 관리하고 있습니다.

• 제한된 종료 창:본래 21일 동안 중단되었던 생산 부서가 브루나이에 긴급한 수출 주문을 이행하기 위해 클린커 생산을 확장 한 후 18일로 압축되었습니다.설치팀은 잃어버린 3일을 회복하기 위해 2개의 10시간 근무로 재조직되었습니다..
• 케이블 트레이 혼잡:기존 전력 케이블과 이전 세대의 기기 케이블은 오븐 피드 빌딩의 사용 가능한 케이블 트레이 가로 절단의 약 70%를 차지했습니다.새로운 제어 케이블 뭉치에 충분한 공간을 남겨두고연구팀은 85m의 추가 뚫린 케이블 트레이 (400mm 너비) 를 설치했습니다. 포드 빌딩의 북쪽 벽을 따라 종료 된 첫 두 일 동안.
• 고 습도:몬순 계절의 습도 수준은 종료 작업의 첫 주 동안 85% RH를 초과했으며, 접착 전에 XLPE 단열에 습기가 침투하는 것에 대한 우려가 있습니다.연구팀은 종식 과정에서 연결 상자 안에 두 개의 산업 탈습기를 배치하고 노출된 장소에서 연결 상자에 실리카 젤 호흡 플러그를 사용.
• 예상치 못한 라우팅 변경:오래된 케이블을 제거하는 과정에서 연구팀은 원래 공장 설계 도면에서 빈 것으로 표시된 버려진 11kV 케이블 도관이 부분적으로 붕괴되어 둥지를 틀고 설치류가 차지하고 있음을 발견했습니다.연구팀은 120m의 제어 케이블을 냉각 건물 동쪽 벽을 따라 다른 경로로 전환했습니다., 추가 케이블 트레이 지원 브래킷의 제조가 필요합니다.
• VFD 운용과 연계:자동화 통합자의 VFD 시범화 스케줄은 14-16일 케이블 종료 스케줄과 충돌했습니다. 두 팀 모두 동일한 MCC 큐비클에 액세스해야했기 때문입니다.매일 7시에 조정 회의30분 이 시작 되었으며, MCC 접근 일정 은 아침 과 오후 세션 으로 나뉘어졌습니다.

프로젝트 팀은 여러 현장 엔지니어링 솔루션을 구현하여 직면한 과제를 해결했습니다.

• 추가 케이블 트레이 설치:피드 빌딩에 설치된 새로운 400mm 케이블 트레이는 기존 트레이 재료와 일치하도록 핫 디프 진료로 지정되었으며, 지원 브래킷은 1에서 빌딩 철 기둥에 용접되어 있습니다.5m 간격부하 계산은 기존 구조가 트레이 당 추가 12 kg/m 케이블 무게를 지원 할 수 있음을 확인했습니다.
• 이중 보호 케이블에 대한 강화 된 지상화:120개의 이중 보호된 아날로그 회로에서, 알루미늄/폴리에스터 필름 보호막은 DCS 캐비닛 끝에만 (일자점 가어딩) 로 가어링되어, 그라운드 루프 전류를 방지하였다.양쪽 끝에서 구리 트레이드 보호 장치가 고주파 EMI 보호를 위해 땅으로 연결되는 동안이 하이브리드 접근 방식은 GS-2024-005 기어닝 스케줄에 기록되어 있으며, 플루크 1630-2 FC 지구 클램프 미터를 사용하여 검증되었습니다.
• 별도의 라우팅 검증:A post-installation walkdown with the EPC contractor's electrical supervisor confirmed that all new control cables maintained minimum 300 mm separation from power cables throughout the cable tray route250mm 이하의 격차가 있었던 5개의 장소는 종료가 진행되기 전에 수정되었습니다.
• 수분 보호 프로토콜:노출 된 사전 난방 타워 위치에 있는 연결 상자에는 IP66 등급의 호흡 통로가 장착되었으며, 결막 판은 종료 후 중성 경화 실리콘 밀착제로 밀폐되었습니다.일일 단열 저항 테스트 로그는 높은 습도 기간 동안 손상되지 않았습니다., 수분 제거 조치의 효과를 확인합니다.
• 케이블 식별 시스템:케이블 식별 시스템은 세 단계로 구현되었습니다: 각 연결 상자 입구에 케이블 드럼 번호, 각 글랜드 플레이트에 KKS 기능 코드 및 각 단말 블록에 개별 코어 마커.전기 감독자는 이 시스템이 단지 핵심 마커만 사용했던 이전 프로젝트에 비해 종료 오류를 60% 감소시켰다고 지적했습니다..

업그레이드 된 제어 시스템은 2024 년 6 월 22 일 착공되었으며 오븐은 2024 년 6 월 23 일 성공적으로 다시 켜졌으며 재시작 후 36 시간 이내에 클린커 생산 능력을 완전히 달성했습니다.다음 3개월 동안 (7월~9월 2024) 투입 후의 성능 모니터링은 다음과 같은 관찰을 기록했습니다.:

• PLC 통신 안정성:유지보수 로그는 PLC 통신 장애 사건은 업그레이드 이전 6 개월 동안 14 장애 사건과 비교하여 3 개월의 시공 후 기간에 0 건을 기록했습니다.공장의 신뢰성 엔지니어2024년 3분기 유지보수 검토 회의에서 누룰 하야티 씨는 "이 공장에서의 7년 동안 우리가 본 것 중 가장 조용한 제어 시스템"이라고 지적했습니다.
• 아날로그 신호 정확도:2024년 9월에 실시된 3분기 정정 검사는 모든 48개의 현장 기기 루프가 신호 정확도를 ±0.15%의 스펜 내에서 유지했으며, ±0에서 편안하게 유지되었다는 것을 확인했습니다.5% 수용 기준유지보수팀은 이중 보호 케이블 구성으로 인한 소음 제거로 인해 이러한 개선이 이루어졌습니다.
• 문제 해결 시간 줄여:구조화된 케이블 식별 시스템은 유지보수 전기사가 2024년 8월의 예방 유지보수 검사에서 회로를 약 40% 더 빠르게 추적할 수 있도록 했습니다.전기 유지보수 감독자의 작업 순서 완료 기록에 따르면.
• 운영 관찰:오븐 운영자는 설명할 수 없는 번러 변조 또는 전열기 팬 속도 사냥의 사례를 보고하지 않았습니다.이전에 한 달에 두 번 정도 발생하여 수동 개입이 필요한 문제2024년 7월~9월 셔프트 감독의 로그북에는 제어 신호 이상과 관련된 항목이 없었습니다.
• 생산 가동 시간:화장은 2024 년 3 분기 98.2%의 운영 시간을 달성했으며 2023 년 같은 분기 평균 94.7%에 비해 증가했습니다.분기 생산 보고서에서 제어 신호와 관련된 다운타임의 제거가 기여하는 요소로 확인되었습니다..

프로젝트 팀은 2024년 8월 15일에 개최된 프로젝트 후 검토 회의에서 얻은 몇 가지 교훈을 문서화했습니다.

• 설치 전 케이블 트레이 조사는 매우 중요합니다.The discovery of cable tray congestion during installation could have been avoided with a detailed tray loading survey conducted during the engineering phase rather than relying on as-built drawings that were 15 years out of date미래 프로젝트에는 세부 엔지니어링 결과의 일부로 물리적 케이블 트레이 점유량 측정이 포함되어야합니다.
• 이중 차단은 높은 EMI 환경에서 실질적인 가치를 더합니다.이중 배열 케이블의 추가 비용 (일방 배열 케이블에 비해 약 22%의 프리미엄) 은 아날로그 신호 무결성의 측정된 향상으로 정당화되었습니다.플랜트의 기기 엔지니어는 VFD 케이블이있는 영역에서 모든 미래의 아날로그 신호 회로에서 표준 요구 사항으로 이중 차단을 지정해야한다고 권고했습니다..
• 고온 구역에서 PVC보다 XLPE:PVC 단열 제어 케이블은 주변 온도 영역에 적합했을 때, the selection of XLPE insulation for all kiln-area cables provided a uniform specification that simplified procurement and eliminated the risk of installing temperature-limited cable in a hot zone by mistake.
• 케이블 식별 투자 유지보수에서 반환:3단계 식별 시스템은 설치 과정에서 약 15%의 추가 노동을 요구했습니다.하지만 유지보수 엔지니어는 이 투자가 문제 해결 기간을 줄임으로써 운영 첫 2년 이내에 회수될 것으로 추정했습니다..
• 셔프트 작업 가능 스케줄 복구:The decision to implement two-shift working within 24 hours of the production department's shutdown reduction notification enabled the team to recover 80% of the lost time without compromising installation quality케이블 테스트에서 100%의 1차 합격률이 확인되었습니다.

이 프로젝트의 결과를 바탕으로 엔지니어링 팀은 유사한 산업 제어 케이블 설치를 위해 다음과 같은 권장 사항을 제안합니다.

• 보호 대 보호되지 않은 선택:전원 케이블에서 적어도 300 mm 떨어져있는 케이블 트레이에서 24V DC에서 작동하는 디지털 I/O 회로에 대해, 보호되지 않은 다중 코어 제어 케이블은 일반적으로 충분합니다.모든 아날로그 신호 회로 (4-20 mA), 0-10V, 열쌍, RTD) 또는 디지털 통신 회로 (RS-485, Modbus, Profibus), 보호 케이블은 의무적으로 지정되어야합니다.제어 및 전원 케이블이 공통 트레이를 공유하는 환경에서 (금속 분리 장치가 있더라도), 소음에 민감한 회로에 대해 이중 차단을 고려해야합니다.
• 단열 재료 선택:XLPE 단열은 시멘트 오븐 건물, 철강 공장 주름 부지 및 발전소 보일러 집과 같은 주변 온도가 지속적으로 45 °C를 초과하는 지역에서 제어 케이블에 권장됩니다.XLPE의 90°C 연속 등급은 PVC (70°C) 에 비해 20°C 간격을 제공합니다., 이는 고온 환경에서 케이블 수명을 크게 연장합니다.
• 케이블 트레이 분리:가용할 경우, 제어 케이블과 전력 케이블은 별도의 케이블 트레이를 차지해야합니다. 공통 트레이가 불가피하다면, 최소 2mm 두께의 금속 분리판이 설치되어야합니다.제어 케이블은 전력 케이블에서 최소 200mm의 수평적인 거리를 유지해야 합니다.이 권장 사항은 IEC 61000-5-2의 최소 요구 사항을 초과하고 분리 및 분리없이 잔류 유도 전압을 보여주는 사이트 측정에 기초합니다.
• 방패 공습 전략:아날로그 신호 회로의 경우 수신 끝 (일반적으로 DCS 또는 PLC 캐비닛) 에서 전체 방호의 단일 포인트 인어딩을 구현합니다.각 보호 된 쌍의 배수 선은 같은 위치에 땅에 고정되어야합니다.고 주파수 소음 환경 (예를 들어, VFD 모터 케이블 근처) 에서, 양쪽 끝에서 구리 톱니를 땅으로 고정하면 추가 완화 효과를 얻을 수 있습니다.그러나 이것은 지각 루프 전류가 도입되지 않도록 측정에 의해 확인되어야합니다..
• 미래 확장 계획:프로젝트 팀은 25%의 부재 용량 (무용 케이블 트레이 너비 및 예비 연결 상자 단말기) 이 모든 미래의 케이블 설치 설계에 포함되도록 권고했습니다.사료 건물에 설치된 추가 트레이의 크기는 30%의 부하 용량으로 구성되었습니다., 25%의 예비 터미널을 갖춘 연결 상자, 공장 5년 확장 계획에 따라 지정되었습니다.
• 주기적인 검사제도제어 케이블 검사 프로그램은 다음과 같은 간격으로 설정되어야합니다. 접근 가능한 케이블 트레이의 시각 검사 6 개월마다 (기계 손상, 오일 오염,그리고 지원 무결성12개월마다 중요한 회로의 단열 저항 검사를 실시하고, 24개월마다 케이블 트레이 경로를 열영상 조사하여 결함이 발생할 수 있는 뜨거운 지점을 식별합니다.

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