수전해 시스템을 자체 설비에 넣을 때 제어는 어떻게 할까요?

안녕하세요, AEM 수전해 기술로 청정수소 생산 단가를 낮추고 있는 HydroXpand입니다.

수전해 시스템을 자기 설비 안에 넣으려는 분이 상담에서 반복해서 묻는 것이 제어입니다. 장비 안에서 정해지는 것과 밖에서 정할 수 있는 것이 무엇인지에 따라 설비 설계가 달라지기 때문입니다. 오늘은 수전해 시스템에서 직접 설정하고 기록할 수 있는 것이 무엇인지, 여러 대를 한 화면에서 어떻게 운전하는지, 자체 관리 시스템과는 어떤 방식으로 연동하는지 정리해보겠습니다. 수전해 시스템을 자체 설비에 통합하려는 엔지니어와, 한 대로는 부족해 여러 대를 검토하시는 분께 도움이 되는 내용입니다.

수전해 시스템 여러 대, 제어는 어떻게 될까요

운전 조건은 장비 밖의 데스크톱 앱에서 정하고 여러 대는 허브 하나에 묶어 노트북 한 대에서 운전합니다. 자체 관리 시스템이 있으면 이더넷 기반 MQTT로 연동하고 안전 정지는 소프트웨어와 별개로 장비 안에서 작동합니다.

운전 조건은 장비 밖에서 정합니다. 전압, 전류, 전해질 온도, 전해질 유량을 데스크톱 앱에서 직접 설정하고 출력 압력도 같은 앱에서 고릅니다.

운전 데이터는 1초 주기로 기록됩니다. 실시간 화면과 하루 요약을 따로 제공하고 운전 데이터는 통신으로 외부 시스템에 보낼 수 있습니다.

여러 대는 노트북 한 대에서 운전합니다. 유닛마다 랜 케이블 한 줄을 허브에 넣고 허브에서 노트북으로 한 줄이면 됩니다. 전체 명령과 개별 제어를 같은 화면에서 합니다.

자체 관리 시스템과는 이더넷 기반 MQTT로 연동합니다. 운전 데이터와 제어 명령을 JSON으로 주고받습니다. Modbus는 지원하지 않습니다.

안전 정지는 소프트웨어에 의존하지 않습니다. 수소 감지, 비상정지, 하드웨어 인터록, 전해액 탱크 압력 스위치가 장비 안에서 따로 작동합니다.

통합할 때 닫힌 장비가 문제가 되는 이유

수전해 장비를 단독으로 쓸 때는 앞면 조작부만으로 충분합니다. 전원을 넣고 목표 조건을 맞추면 수소가 나옵니다. 다른 설비 안에 넣을 때는 세 가지가 더 필요합니다.

태양광 발전량에 맞춰 부하를 조절하려면 전류 설정값을 밖에서 바꿀 수 있어야 합니다. 뒤에 붙는 저장 설비의 압력에 맞추려면 출력 압력을 정할 수 있어야 합니다. 설비 전체를 관리하는 시스템에 운전 상태를 올리려면 장비가 측정한 값을 통신으로 내보내야 합니다. 이 세 가지를 지원하지 않는 장비는 설비 안에 들어가도 따로 움직이는 장치로 남고 운전자가 장비 앞에 가서 손으로 조작하는 일이 없어지지 않습니다.

그래서 통합을 검토하는 엔지니어의 질문은 정해져 있습니다. 어떤 값을 밖에서 읽을 수 있는지, 어떤 값을 밖에서 바꿀 수 있는지, 그 통신 방식이 자기 시스템과 맞는지입니다. 이 질문에 항목 단위로 답할 수 있어야 설계가 시작됩니다.

무엇을 직접 설정하고 무엇을 기록하는가

2 kW 시스템 HXB-V1은 스택과 전원, 전해액 순환, 기액 분리, 안전 계통을 19인치 랙 한 대에 담은 완제품입니다. 운전은 이더넷으로 연결한 컴퓨터의 데스크톱 앱에서 합니다.

직접 설정하는 것은 네 가지입니다. 전압, 전류, 전해질 온도, 전해질 유량입니다. 정전류 제어이므로 보통은 전류를 정해 두고 나머지 조건을 맞춥니다. 출력 압력은 상압과 10 barg 중 하나를 앱에서 고르며 납품 뒤에도 바꿀 수 있습니다. 둘 중 하나로 고정되는 하드웨어 구성이 아닙니다.

기록되는 것은 운전 전반입니다. 텔레메트리는 1초 주기이고 앱은 세 화면으로 나뉩니다. 대시보드에서 실시간 값을 보고 공정도(P&ID) 화면에서 어느 계통이 어떤 상태인지 확인하며 변수를 조절하고 운전 프로토콜 화면에서 운전 순서를 설정합니다. 하루 단위 요약 화면도 따로 있습니다.

기록이 남는다는 것은 나중에 되짚을 근거가 남는다는 뜻입니다. 같은 전류에서 전압이 서서히 오르는지, 전해액 온도가 목표에서 벗어난 시간이 있었는지가 기록에 남아야 정비 시점과 원인을 판단할 수 있습니다.

여러 대를 한 화면에서 운전하는 구조

한 대의 생산량이 시간당 500 L, 하루 1 kg입니다. 필요한 양이 그보다 크면 대수를 늘립니다. 이때 배선과 화면이 어떻게 되는지가 통합사의 실제 질문입니다.

배선은 랜 케이블입니다. 유닛마다 랜 케이블 한 줄을 네트워크 허브에 넣고 허브에서 노트북으로 한 줄을 연결합니다.

화면은 하나입니다. 데스크톱 앱의 다중 제어 화면에 연결된 유닛이 상태와 함께 나열됩니다. 전체에 같은 명령을 한 번에 보내는 것과 특정 유닛 하나만 따로 제어하는 것을 같은 화면에서 합니다.

배관은 출구에서 합칩니다. 각 유닛의 수소 출구를 하나의 배관으로 모으고 그 뒤의 건조기와 저장 설비는 공동으로 씁니다. 랙 구성이라 5대를 적층하면 10 kW급이 되고 하루 약 5 kg 수준이 됩니다.

특정 유닛이 나머지를 통제하는 하드웨어 마스터 구조가 아닙니다. 모든 HXB-V1이 각각 완결된 수소 발생기이고 여러 대의 조율은 소프트웨어가 맡습니다. 몇 대를 어느 출력으로 운전할지는 운전자가 정합니다.

소프트웨어의 설계 한계는 50대이지만 그만큼을 동시에 운전해 본 값은 아닙니다. 50대 규모의 설비를 계획하신다면 소프트웨어 한계가 아니라 실제 운전 실적을 기준으로 검토하셔야 합니다. 그보다 큰 용량은 30 kW 스택 기반의 맞춤 설계로 안내하고 있습니다.

자체 관리 시스템과 연동하는 방식

설비 전체를 관리하는 에너지관리시스템(EMS)이나 상위 제어기가 있는 현장이라면 데스크톱 앱이 아니라 그 시스템에서 장비를 읽고 써야 합니다.

인터페이스는 이더넷 기반 MQTT입니다. 운전 데이터와 제어 명령을 JSON 형식으로 교환합니다. 외부에서 제어할 수 있는 변수는 8종입니다.

연동 항목은 함께 정의합니다. 어떤 값을 어떤 주기로 올릴지, 어떤 명령을 받을지, 안전 인터록을 어느 쪽에서 어떻게 처리할지, 통합 로직을 어디에 둘지를 설계 단계에서 정리합니다. 저희는 이 항목을 고객 시스템의 담당자와 함께 정하는 방식으로 진행합니다.

Modbus는 지원하지 않습니다. Modbus RTU와 TCP 모두 해당합니다. 상위 시스템이 Modbus만 받는 현장이라면 연동 방식을 설계 단계에서 먼저 확인하셔야 합니다.

통합에서 비용이 크게 드는 실수 중 하나가 통신 규격 불일치입니다. 장비를 들인 뒤에 발견하면 중간 장치를 추가하거나 상위 시스템 쪽을 수정해야 합니다. 검토 단계에서 규격을 맞춰 두면 그 일이 없어집니다.

원격 접속과 무인 운전의 경계

데스크톱 앱이 실행되는 컴퓨터에 원격으로 접속하면 현장 밖에서도 모니터링과 제어가 됩니다. 급수는 내장 펌프가 자동으로 보충하므로 급수를 위해 현장에 가는 일도 없습니다. 실증 과제나 연구 과제에서 현장에 상주하지 않고 운전하는 구성이 가능합니다.

다만 원격 접속과 무인 운전은 다른 항목입니다. 무인 운전 여부는 장비 기능이 아니라 현장 위험성 평가, 환기 조건, 적용 규정에 따라 결정됩니다. 수소 설비의 무인 운전은 장비 공급사가 아니라 설비를 운영하는 쪽이 판단해야 하는 항목입니다.

이 판단을 뒷받침하는 것이 장비 안의 안전 정지입니다. 수소 누출 감지, 비상정지, 하드웨어 인터록이 기본으로 들어 있고 전해액 탱크의 압력 스위치가 이상 압력에서 자동으로 정지시킵니다. 이상 상황에서 수소는 벤트 라인으로 배출되도록 설계돼 있습니다. 이 계통은 소프트웨어와 별개로 작동하므로 앱을 실행하는 컴퓨터가 멀리 있어도 정지 기능은 장비 안에 남아 있습니다.

스택만 구매할 때 제어는 누구 몫인가

같은 회사 제품이라도 완제품과 스택 단품은 제어의 출발점이 다릅니다.

완제품을 사면 제어가 안에 있습니다. HXB-V1은 전원과 순환, 계측, 안전 로직을 내장하고 데스크톱 앱과 MQTT 인터페이스를 함께 제공합니다.

스택만 사면 제어는 직접 구성합니다. 2 kW 스택 HXS-2에는 온보드 PLC나 표준 통신 인터페이스가 없습니다. 유량, 양측 압력, 전류와 전압, 온도, 누설, 비상정지를 외부 제어기가 담당하고 펌프와 전원에 보내는 지령도 그 제어기의 일입니다.

스택을 자체 시스템에 넣는 분이라면 어떤 값을 어디서 읽어야 하는지가 먼저입니다. 위치별 최소 계측 목록과 루프 계통도, 포트 규격, 열부하는 HXS-2 스택 통합 가이드에 정리돼 있습니다. 저희는 이 가이드를 공개하고 설계 단계부터 사양을 맞춰 가는 방식으로 진행합니다.

제어 관점에서 통합을 검토할 때 확인할 네 가지

수전해 시스템을 설비 안에 넣을 때 어느 공급사를 검토하시든 제어와 데이터 쪽에서 아래 네 가지를 먼저 확인하시길 권합니다.

첫째, 밖에서 읽고 쓸 수 있는 변수의 목록입니다. 읽기만 되는 값과 쓰기도 되는 값을 구분해 항목 단위로 받아야 합니다. 기록 주기도 함께 확인합니다.

둘째, 통신 규격입니다. 물리 계층이 이더넷인지, 프로토콜이 무엇인지, 데이터 형식이 무엇인지를 자기 시스템의 규격과 나란히 놓고 맞춥니다. 지원하지 않는 규격을 먼저 물어보시면 빠릅니다.

셋째, 여러 대일 때 조율의 주체입니다. 하드웨어 마스터가 있는 구조인지, 각 유닛이 독립이고 소프트웨어가 조율하는 구조인지에 따라 한 대를 뺄 때의 영향이 달라집니다.

넷째, 안전 정지의 경로입니다. 정지 신호가 소프트웨어를 거치는지, 하드웨어에서 독립적으로 작동하는지, 상위 시스템의 정지 명령을 어떻게 받는지를 확인합니다.

네 가지에 항목 단위로 답하는지가 판단 기준이 됩니다. 저희 기준으로 말씀드리면 제어 변수 목록과 통신 사양은 제품 페이지에 공개하고 있고 연동 로직은 상담에서 고객 시스템에 맞춰 정합니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q. 저희 EMS가 Modbus인데 연결할 수 있나요?

Modbus RTU와 TCP는 지원하지 않습니다. 인터페이스는 이더넷 기반 MQTT이고 데이터는 JSON으로 교환합니다. 상위 시스템이 Modbus만 받는다면 연동 구성을 설계 단계에서 먼저 협의하셔야 합니다.

Q. 몇 대까지 한 화면에서 묶을 수 있나요?

소프트웨어 설계 한계는 50대입니다. 다만 그 대수를 동시에 운전해 본 값은 아니므로 대규모 구성은 실제 운전 실적을 기준으로 따로 검토합니다.

Q. 현장에 사람이 없어도 운전할 수 있나요?

앱을 실행하는 컴퓨터에 원격 접속하면 현장 밖에서 모니터링과 제어가 됩니다. 무인 운전 자체는 현장의 위험성 평가와 환기 조건, 적용 규정에 따라 결정되는 항목이라 장비 기능만으로 답할 수 없습니다.

Q. 스택만 사면 제어 프로그램도 같이 오나요?

스택 단품에는 제어기와 통신 인터페이스가 없어서 외부 제어기를 직접 구성하셔야 합니다. 어떤 값을 어디서 재야 하는지는 스택 통합 가이드에 정리돼 있습니다.

HydroXpand를 더 알아보시려면

HydroXpand는 AEM 수전해를 소재부터 시스템까지 수직 내재화한 회사이며 10개국 이상의 연구기관과 산업체에 전극, 스택, 시스템을 공급하고 있습니다.

제어 변수와 통신 사양을 포함한 제품별 상세 사양, 장기 운전 데이터, 세 방식의 정량 비교는 회사소개서에 정리돼 있습니다. 수전해 시스템을 자체 설비에 통합하실 계획이라면 소개서에서 판단에 필요한 정보를 확인하실 수 있습니다.