제 작 사 양 서

제작사업명	LAB. SCALE용 질소산화물 제어를 위한 지능형 제어시스템 제작
담당부서	환경기계연구실

2019. 12. 11.

한국기계연구원

Ⅰ. 사업 개요

1. 제작사업명

ㅇ  “LAB. SCALE용 질소산화물 제어를 위한 지능형 제어시스템 제작”

2. 사업 목적

ㅇ 본 제작 사양서는 연소과정에서 발생하는 유해물질 반응 기초 연구 수행을 목적으로 “LAB. SCALE용 질소산화물 제어를 위한 지능형 제어시스템 제작”을 수행하는 것으로서 제작, 납품, 설치, 시운전, 하자보증에 대한 전반적인 기술 사양 및 제작 사양에 관한 내용이다.

설비공급자(VENDOR)는 본 구매 사양서의 조건에 충실하여야 하며, 구매 사양서 내용이 미흡하거나 미 언급된 부분에 대해서도 일반 표준규격에 맞추어 본 설비의 기본 조건을 충족시킬 수 있는 설비를 제작, 납품하여야 한다.

3. 사업 내용

1) 납품위치 : 대전광역시 유성구 한국기계연구원

2) 설치위치 : 한국에너지기술연구원 연소배가스 연구동에 있는 Lab. scale 유동층 연소실험장치에 설치

4. 제작 범위

1) 기계 설비 : 기존 Lab. scale 유동층 연소실험장치에 지능형 제어 시스템 및 유입가스 조절장치를 포함한 EQUIPMENT의 배선 및 추가 기구설계, 제작, 설치.

2) 전기 및 계장 : EQUIPMENT 설계, 제작, 설치, 시운전.

3) 기 타 : 운용 Software 및 모듈별 firmware 구현. 각 PART별 UTILITY LINE 설계, 제작, 설치, 시운전.

5. 납품 일자 : 계약 후 60일 이내

6. 참고 사항(입찰 참가 자격)

1) 전자장비의 통합 HILS(Hardware In-Loop Simulation) 장치의 설계제작 납품 실적이 있는 자, 그리고 연소시스템의 지능형 제어시스템을 설계제작 납품 실적이 있는 자로 제한. (납품실적증명서(계약서) 제출요망)

2) 6-1항을 충족한 자로 입찰설명회에 참석한 자로 제한한다.

3) SW산업 진흥법 제24조의2(중소SW사업자의 참여지원) 등 관련법령 SW사업 관리감독에 관한 일반기준 제5조(발주준비) 제2항에 의거하여 총 사업규모 20억 미만으로써 대기업 및 중견기업 참여를 제한한다.

Ⅱ. 공정 구성

1. 전체 공정의 개요

o 실증 플랜트의 연소 반응로에서는 고온조건에서 빠른 화학반응과 높은 열전달이 진행된다. 이러한 조건에서 복잡한 열 유동과 화학적 물질 거동반응에 대한 정보를 실험적으로 알아내기 위해서는 많은 횟수의 실제와 유사한 조건의 운전시험과 많은 실험비용이 소요된다. 따라서 실제 설비를 모사할 수 있는 실험실 규모의 모의실험이 필요하며 운전 및 유해물질 제거 기능 최적화 설계 연구에 필요한 KINETIC 자료는 실증 및 실용화 설비의 성능 최적화를 위하여 매우 중요하다.

o 본 과제에서는 산업폐기물 소각로에서 발생하는 초미세먼지 유발물질인 질소산화물을 연소장 제어와 선택적비촉매환원방식을 이용하여 발생을 최소화하고 최소발생된 질소산화물을 최적 위치에서 최적제어를 통해 제어하는 방식으로 TMS와 연동하여 제어하는 방식을 적용하게 된다. 이때 TMS와 연동되어 FGR 시스템의 유량제어, 배분제어, 1, 2차 연소용 공기 배분 및 유량제어 그리고 연소장 내 SNCR의 약품제어를 지능형 제어시스템을 통해 최적으로 제어하게 된다.

o 본 제작사양서는 질소산화물 제어를 위하여 TMS 데이터와 연계하여 FGR 시스템의 유량제어, 배분제어, 1, 2차 연소용 공기 배분 및 유량제어 그리고 연소장 내 SNCR의 약품제어를 최적으로 제어하기 위해 제작하는 것으로서 100톤/일급 산업폐기물 소각로 실 플랜트에 적용하기 전에 Lab. scale 실험장치에 적용하여 기초실험을 위한 지능형 제어시스템을 제작하는 것이다.

o Lab. scale 실험장치에서는 배가스 분석기와 연동하여 시료투입장치, 산화제 투입을 위한 MFC, 밸브 개도량 제어, 반응기 온도 및 압력제어, SNCR 투입장치 온도제어, 약품투입량 제어 등을 유기적이고 능동적 제어를 통해 최적의 상태를 만들 수 있는 지능형 제어시스템을 제작하는 것으로서 전 실험과정에서 데이터의 저장 및 모니터링, 메크로 기능 등을 통해 일괄된 자동화 작업에 의해서 수행되어야 한다.

o 지능형 제어 시스템 구축을 위해서 각각 국부 제어 시스템으로부터 데이터를 수신하여야 하며, 각각 제어 밸브 등 국부 제어장치에 대한 신호를 발생하기 위한 제어 장치가 필요하다. 또한 실험시설과 중앙제어 시스템의 신호전달은 네트워크 기반으로 운용할 수 있게 되어야 하며, 무선으로 연결을 할 수 있어야 한다.

o 무선데이터의 전송이 원활하지 않을 경우 유선으로 대치할 수 있도록 대비하여야 하며, 데이터의 전송과 제어신호의 전달은 외부에서 데이터의 노출이 되지 않도록 암호화 하여야 한다.

2. 과업의 개요

2.1 구조물 제작

현재 보유중인 LAB. SCALE REACTOR SYSTEM의 특성상 기존에 부착되어 있는 장치들을 사용하여 통신 및 제어가 가능해야 하며, 부가되는 장치들은 열악한 환경에 견딜 수 있도록 제작되어야 하고 배치 및 구성하는데 있어 각 장비별 공간과 서로 지지할 수 있고 유지 보수가 원활하게 이루어 질 수 있도록 Structure 및 구조물 설치가 수행되어야 한다.

2.2 기기 제작

각 공정의 조건 및 상황을 고려하여, 최적에 설비를 설계하고 제작한다.

2.3 배관 및 보온

필요에 따라 최적의 공정구성을 위하여 적절한 재질선정 및 배관 설치와 정해진 온도유지 및 보존을 위하여 보온 및 외부 마감 처리를 수행하여야 한다.

2.4 계측시스템 (Instrumentation System)

공정 운전조건과 안정성 파악을 항상 모니터링 할 수 있도록 고온 상태에서도 유량, 온도, 압력 등을 측정, 제어가 원활하고 이와 관련된  계장 및 전기 설치 및 계측제어시스템이 장착되어야 한다.

2.5 제어 및 감시 시스템 (Control & Monitoring System)

계측제어시스템의 설치목적에 부합하는 제어시스템인 PLC 및 HMI을 설치를 위하여 계측제어 이론 및 시스템의 활용성을 고려하여 시스템의 설치 및 운용 관리가 용이하도록 설계, 제작, 설치되어야 한다.  또한 공정 운전조건과 안정성 파악을 항상 모니터링, Data 저장을 할 수 있도록 유량, 온도, 압력 등을 측정 및 제어 그리고 이와 관련된  계장 및 전기 설치 및 계측제어시스템이 수반 되어야 한다.

2.6 부속 설비

고온 반응 특성 측정 실험 장치에서 필요로 하는 각종 Utility인 전기, 냉각수, 압축공기 등의 공급 기능을 가지며, 이들의 공급설비, 보조구조물 및 각 부분의 지지 구조물, 연결배관이 포함되도록 한다.

2.7 제작 시 유의 사항

본 공정은 가연성 및 유해성 가스를 취급 하고, 고온과 압력이 발생되는 공정임을 주지하여, 공정에서의 가스누설이나 압력에 의한 누설이 없어야 하며, 폭발에 대비하기 위하여 적정한 재질과 부자재 선정 및 최적의 시공으로 효율적이고 안정된 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 설계, 제작, 시공을 해야 한다.

3. 과업의 구성

3.1 시스템 구조

<그림 1. 지능형 중앙처리 장치의 구조>

그림 1에서 석탄/석회석 투입장치, 투입가스 측정창치(MFC), SCR/SNCR 투입장치, 가스 분석기, 온도측정장치가 주 제어대상이며, 별도로 실제 플랜트에 적용되는 솔레노이드 밸브 제어가 추가된다. 이 장치들에 명령을 주고 받기위한 장치들이 제작되어 접속될 것이며, 이 명령은 가스분석기 데이터를 기반으로 제어가 가능하도록 하여야 한다. 통신 신호는 MODBUS 프로토콜을 사용한다. 암호화 및 통신 신호처리장치는 각각 제어대상이 되는 통신모듈에 신호를 전송하기 전에 컴퓨터로부터 암호화 되어 전송된 신호를 해독하여 MODBUS 신호로 변환하여 각각 모듈에 전송하고 각각 통신 모듈로부터 수신한 신호를 암호화 하여 제어컴퓨터에 전송한다. 비교적 긴경로를 통신하며, 주변기기로부터 잡의의 유입이 많은 경로에 대해서는 광케이블을 이용하여 통신을 하여야 한다. 또한 시료의 투입량을 측정하여 그 신호를 지능형 중앙처리 장치로 전달하고, 로내에서 발생된 배가스는 가스 분석기를 통해 분석되며, 분석된 5종의 가스(O2, CO2, NO, SO2, CO 등)의 양을 측정하여 데이터를 수신할 수 있어야 하고 수신한 데이터를 모니터링 가능하도록 하며, 시간에 따라 변화되는 데이터의 추이를 기록/저장한다. 데이터의 변화에 따른 특정 알로리즘을 이용하여 투입량 제어신호를 발생할 수 있어야 하며, 데이터의 전송과 데이터의 보장성을 위하여 데이터는 암호화 되어 전송된다.

3.2 암호화 및 통신 신호처리장치

<그림2.  암호화 통신 신호처리장치>

3.3 제어컴퓨터

센서로부터 수신된 암호화된 디지털 데이터를 암호를 제거한 평문으로 만드는 AES암호 해독 기능을 갖추어야 한다. 또한 보내고자 하는 데이터를 암호화 하는 기능을 갖추어야 한다.  데이터의 전송방식은 485케이블을 이용하여 오직 암호화 통신 신호처리장치에 연결될 수 있도록 되어야 한다. 데이터의 표현방법은 실시간으로 그래프 형태로 나타내어 주어야 하고 그 데이터 값을 숫자로도 표현되어야 하며, 실시간 저장이 가능하여야 한다. 제어신호의의 콘트롤 방식은 그래픽 GUI기반으로 수행되도록 하며, 자료처리 등 기타 모든 기능 또한 GUI기반으로 한다. 저장된 과거실험의 데이터를 불러들여 그 당시의 수행과정을 재현할 수 있도록 한다.

수신된 센서 신호로부터 제어대상의 제어신호를 발생하는 알고리즘을 내장하고 있어야 한다. 이 알고리즘은 변경가능 하도록 한다. 또한 목표로 하는 제어값이 있을 경우 그 값을 유지할 수 있도록 투입량을 조절하는 기능이 있어야 하며, 이 제어 알고리즘은 외부에서 입력할 수 있도록 하여야 한다. 이 모든 과정은 프로젝트에 기반하여 관리할 수 있어야하고 과거의 데이터를 자료화 할수 있도록 되어야 한다.  다음은 제어판의 기본 예시이다.

<그림3.  분석제어 및 기록 PC의 프로그램 제어판 예시>

Ⅲ. 공정 구성

1. 핵심 설비 사양 및 제작 범위

1.1 상세규격

No	상 세 규 격	수 량
1	◇ COAL FEEDER(발주처 제공) - 형 식 : MICRO CIRCLE TYPE - 규 격 : MAX 30g/min - 재 질 : STS304, AL606I etc. 외 - MOTOR : 0.4kW - CONTROL PANEL : 1SET(220V)	1 set
2	◇ LIME STONE FEEDER(발주처 제공) - 형 식 : MICRO CIRCLE TYPE - 규 격 : MAX 10g/min - 재 질 : STS304, AL606I etc. 외 - MOTOR : 0.4kW - CONTROL PANEL : 1SET(220V)	1 set
3	◇ Air Flow 제어기 - 규 격 : 350mmX300mmX200mm 이내 - 재 질 : AL606I(AL707l 가능) etc. 흐름통로 : ~ 200mm 제어단게 : 256단게	1 set
	◇ 광통신 및 제어신호 처리장치 - 규 격 : 150mmX100mmX50mm 이내 - 재 질 : AL606I(AL707l 가능) etc. 사용파장 : 600~800nm 전송속도 : 500kbps이상	1 set
4	◇ 암호화 및 통신신호처리장치 - 규 격 : 100mmX80mmX50mm 이내 - 재 질 : AL606I(AL707l 가능) etc.	1 set
5	◇ 개별 접속신호처리 장치 - 규 격 : 100mmX80mmX50mm 이내 - 재 질 : AL606I(AL707l 가능) etc. - 접속대상 : MFC(8채널), AFC(air flow controller), SNCR, SCR, GAS 분석기, 온도센서(4채널)	15 set
6	◇ 기 타 : 전기부분 1) MAIN POWER : 단상 220V 60Hz 2) 시그널 콘디셔닝 및 제어신호 발생장치 가. INPUT POWER : SMPS 24VDC 혹은 단상 220V 60Hz로 자체 전원회로 추가 나. MCU, ADC, DAC, 232/485 Transceivers : 자체 전원 회로 및 보호 회로 다. MAIN POWER 전기 CABLE 1식 라. ANALOG/DIGIDAL 통신 CABLE 5식 3) 암호화 및 통신신호처리장치 가. INPUT POWER : SMPS 24VDC 혹은 단상 220V 60Hz로 자체 전원회로 추가 나. MCU, 232 Transceivers : 자체 전원 회로 및 보호 회로 다. 암호화 모듈 : 자체 전원 회로 및 보호 회로 라. MAIN POWER 전기 CABLE 1식 마. 광케이블 어댑터 4) 제어컴퓨터 가. INPUT POWER : 단상 220V 60Hz 나. 휴대용이어야 한다. 다. 펜티엄 i5, 메모리 8G, 보조기억장치 1T, OS win10 이상이어야 한다.

2. 특기사항

- LAB. SCALE 반응기와 연결시 고온, 고압으로 인한 파손 및 LEAKAGE, CRACK이 발생하지 않도록 주의하여 제안 및 시공

- 각 부품 및 연결부위의 GAS LEAK가 없는 구조로 설계 및 제작 설치

- 배관의 온도 및 압력상승으로 인한 폭발방지 및 안전사고 대책이 되도록 설계 및 제작 시공

- 배관재질은 최소 SUS 304 이상, 또는 동등제품 이상의 것으로 사용하는 것으로 설계 제작

- 실험 장치의 단열 및 보온 효과를 고려하여 설계

- INSTRUMENT는 조건에 제시한 압력 및 온도에서 성능 및 품질에 안정성이 있도록 선정 및 시공

- 고온, 고압공정에 대비한 안전설비 (shield 등)를 반영

- 비상시 자동차단이 작동 가능한 인터록 시스템 반영

- 장치 설치시 장치의 유지보수와 실험의 편리성을 위하여 최적의 LAY-OUT을 제안

3. UTILITY 설계조건

3.1 AIR, CITY WATER LINE 온도 및 압력

- COOLING WATER : 32/37℃ , 3kgf/㎠

- TREATMENT WATER : AMB , 3kgf/㎠

- AIR : AMB , 7kgf/㎠

3.2 전기 사양

- 공정용, 제어용, UTILITY 설비용 : AC 220V, 3상

3.3 특기사항.

- UTILITY 배관 설치시 LEAKAGE가 발생하지 않도록 설계

4. 분석제어 및 기록 저장장치

분석제어 및 기록 저장장치 프로그램의 설치 및 구동에 대한 교육을 포함

4.1 분석 및 저장장치

프로그램의 정상적인 동작을 위해 고사양 pc로 선정하고 모니터, 본체와 관련 악세사리를 포함

- CPU : 인텔코어 i5급 이상

- RAM : DDR4 8G(8GX2) PC19200 급 이상

- VGA : PALIT 지포스 GTX1060 급 이상

- HDD : 1T 급 이상

- 모니터 : 1600*900 급 이상

5. 세부 요구사항

5.1 기본지침

1) 각 공정은 배관과 관계되는 구조나 기타 안전성에 문제가 없도록 하여야 하며, 보수/유지/관리가 용이하도록 설계 및 제작 되어야 한다.

2) 설계 및 제작시 그 일부가 특허권 등 배타적 권리에 관련되었을 경우 발주기관에게 그로 인한 어떠한 불이익도 발생되지 않도록 한다.

3) 본 과업과 관련하여 기본 및 상세설계 시 제반규정 및 관련법규에 준수하여 설계하여야 한다.

4) 상기 과업 제안은 현실적으로 제작/설치 및 실행 가능성이 있어야 하며 각종 자료는 보유 및 그 근거를 제시할 수 있어야 한다.

5) 각 EQUIPMENT는 사양서 및 도면에 명시된 재질, 규격, 수량, MAKER를 명기하여야 하고, KS 규격이상을 생산하는 MAKER를 제시한다.

6) 제작자는 계약과 동시에 설계 및 제작일정을 제출하여야 하며, 수시로 발주자측과 진행사항을 협의하여야 한다.

7) 제작자는 제작과정에서 중간 검사를 위해 발주자측이 파견하는 요원이 수시로 제작자 측의 진척도를 확인할 수 있도록 해야 한다.

8) 제작자는 장치의 성능향상을 위해 개념설계 변경이 필요할 경우 발주자와 제작자가 상호 협의하여 변경할 수 있다.

9) 제작과정에서 도면과 시방서의 내용이 다른 경우에는 발주자와 협의하여 결정한다.

5.2 설비 구축

1) 본 과업 내용을 충분히 이해하고 가장 효율적이고 안전한 SYSTEM이 될 수 있도록 설계 및 제작을 제안한다.

2) 본 과업에 사용되는 모든 자재 및 기기는 아래와 같이 표시된 규격을 사용하여야 하며 없는 품목에 대해서는 관계공인기관의 공인품을 사용하여야 한다.

-  아    래  -

- KS    : 한국 공업 규격

- JIS   : 일본 공업 규격

- API   : 미국 석유학회 규격

- ASTM  : 미국 재료 시험 협회 규격

- ANSI  : 미국 규격 협회

3) 기계, 배관 등의 설비도 상시 운영에 적합한 규격 이상으로 구성한다.

4) 공간을 최적으로 활용할 수 있도록 하고 설비의 교환 및 유지․보수가 손쉽게 이루어질 수 있도록 설계한다.

5) 설비 배치 시 최소한 공간을 활용하여 효율적이고 사용이 편리하도록 설계 및  배치하도록 한다.

5.3 기술 협의 및 특기 사항.

제작과정에서 제작사양서에 나타나지 아니한 부분은 발주자와 충분한 기술적 협의를 거친 후 제반 공정을 진행시키도록 한다.

5.4 설치

본 시스템은 당 연구원의 지정한 장소에 설치한다.

5.5  납품

1) 납품 기간은 계약일로부터  당 연구원의 납기일에 준하여 정한다.

2) 당 연구원 내 지정된 위치에 설치하고 시운전, 검사를 시행하여 이상이 없으면  명기된 제출 서류를 검사하고 검수가 완료된 것으로 한다.

3) 설치 완료시까지 제품에 대한 책임은 계약자가 진다.

4) 검수시 제출하는 서류는 다음과 같다.

- 최종보고서 – 1부

- S/W 프로그램 MANUAL – 1부

- 장치별 상세제작도면 – 1부

6. 납품목록

번호	세부 항목	납품 일자	비 고
1	- 관련 납품 서류 ⦁ 하드카피 1부 ⦁ 전자파일(.DOC 또는 .HWP) 1부 - Air Flow 제어기 - 광통신 및 제어신호 처리장치 - 암호화 및 통신신호처리장치 - 개별 접속신호처리 장치 - 제어용 컴퓨터 및 테이블	계약후 60일	납품 품목

7. 하자 보증

1) 하자 보증 기간은 설치 완료날로 부터 1년으로 한다.

2) 하자 보증 기간 내에 하자가 발생 시 교체 및 수리 또는 상호 협의 후 대안을 제안한다.

3)  단, 사용자의 과실 및 부주의로 인한 하자 발생, 천재지변에 의한 하자 발생은 제외한다.

8. 도면

1) 개별 제어신호처리 장치 호로 및 기구도

2) 암호화 및 통신신호처리장치 회로도 및 기구도