반도체 웨이퍼 공장을 위한 LoRaWAN 기반 자동 폐기물 처리 모니터링 솔루션

프로젝트 소개

첨단 기술 제품 제조에는 다양한 유해 화학물질이 사용됩니다. 이러한 화학물질은 위험할 뿐만 아니라 환경 오염 가능성이 높고, 폐기 또한 어렵고 까다롭기 때문에 철저한 관리가 필요합니다. 공장에서는 직원과 환경의 안전을 확보하기 위해 폐기물 처리 시스템을 반드시 설치해야 하며, 이를 정기적으로 점검해야 합니다. 하지만 점검해야 할 구역이 많은 공장일수록 많은 인력과 시간이 필요하며, 이는 작업 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다. 더불어 산업 폐기물 배출 지점은 연기를 배출하는 굴뚝 상단 등 고지대에 위치하는 경우가 많아, 점검 자체가 작업자에게 위험을 초래하는 경우도 있습니다.

어드밴텍 WISE 시리즈 제품은 LoRaWAN 기반의 공장 자동 모니터링 솔루션을 지원합니다. 자동화된 데이터 수집 및 무선 원격 기술을 통해 기존의 수작업 점검을 대체함으로써, 일일 폐기물 처리 점검을 보다 효율적으로 수행할 수 있습니다. 이를 통해 관리자는 운영 현황을 실시간으로 파악하고, 시스템 이상을 조기에 인지하며, 생산 라인의 효율성 향상까지 기대할 수 있습니다.

시스템 요구사항

아시아 전역에 10개 이상의 공장을 보유한 세계적인 반도체 웨이퍼 제조업체는 다양한 글로벌 고객에게 웨이퍼 제조 서비스를 제공합니다. 대만에 위치한 한 웨이퍼 공장은 포토리소그래피 및 식각 공정에서 발생하는 부식성 및 유해 액체·가스를 처리하기 위한 산성 폐기물 처리 시스템을 갖추고 있습니다. 이러한 폐기물은 환경 보호 기준을 충족해야만 처리가 가능합니다.

공장 직원들은 휴대용 진동 측정기를 사용해 폐기물 처리 시스템의 모터와 팬에 이상이 있는지 점검합니다. 하지만 공장 내 배기 팬이 20대 이상 존재하기 때문에, 인력 한계로 인해 점검 주기가 하루 한 번에 그치는 상황입니다. 또한, 작업 효율을 고려해 대부분의 폐기물 처리 시스템이 건물 옥상에 설치되어 있어, 매일 오르내리는 작업은 점검자에게 안전상의 위험을 초래할 수 있습니다.

이에 따라 공장은 점검을 보다 효율적으로 수행하고 작업자들의 위험을 줄이기 위해, 센서와 게이트웨이를 활용한 자동 모니터링 솔루션을 도입하기로 결정했습니다. 해당 솔루션에는 다음과 같은 장비가 포함되었습니다:

• 센서와 휴대용 장비 간의 데이터 일관성을 확보하기 위해 ISO 10816(진동 평가 표준) 등급 센서 사용
  
• 배선을 없애기 위한 무선 네트워크 도입
  
• 신호 끊김이나 불안정한 연결을 방지할 수 있는 장거리 전송 커버리지 확보
• 데이터 유출을 방지하기 위한 프라이빗 네트워크 구축
• 옥외의 열악한 환경에도 견딜 수 있는 산업용 내구성 하드웨어 제품 사용
  
• 모니터링 시스템으로의 데이터 업로드를 위한 Modbus 통신 프로토콜 지원

시스템 개요

어드밴텍은 자동 폐기물 모니터링 프로젝트를 위해 두 가지 제품을 제공했습니다: WISE-2410은 LoRaWAN 기반의 스마트 진동 센서이며, WISE-6610은 LoRaWAN IoT 게이트웨이입니다.

솔루션의 작동 방식은 다음과 같습니다. WISE-2410 무선 진동 센서는 모터에 자석으로 부착되어 진동 데이터를 수집하고, 이를 기반으로 속도 및 변위 고유값을 계산합니다. 해당 데이터는 LoRaWAN 기반 무선 네트워크를 통해 30분 간격으로 WISE-6610 게이트웨이로 전송됩니다. WISE-6610 게이트웨이는 수신된 데이터 패킷을 디코딩한 뒤, Modbus를 통해 웨이퍼 공장의 기존 SCADA(감시 제어 및 데이터 수집) 시스템으로 업로드합니다. 데이터가 수집되면, 시스템은 이를 ISO 10816 진동 심각도 기준표와 비교 분석하여 모터의 상태를 진단하게 됩니다.

WISE-2410은 ARM Cortex-M4 프로세서, 다방향 진동 감지 센서, 온도 센서를 내장한 스마트 디바이스입니다. 이 장치는 출력 전에 복잡한 계산을 수행하여 VRMS, ARMS, 피크, 변위, 첨도, 비대칭도, 표준 편차 등의 고유값을 산출함으로써 네트워크 대역폭의 부하를 줄이는 데 기여합니다. 또한 WISE-2410은 배선이 필요 없는 무선 방식으로 설치가 간편하며, 내장된 LoRa 송수신 기능은 낮은 주파수로 넓은 거리까지 신호를 전송할 수 있고, 전력 소모는 적으며 건물 구조물 내부까지 신호가 도달할 수 있는 강한 전파 도달 특성을 가지고 있습니다. 실제 테스트 결과에 따르면, WISE-2410은 최대 15km의 통신 범위를 제공하며, 이는 웨이퍼 공장 내 500미터 범위에서 운용하기에 충분한 성능을 보여줍니다.

WISE-2410은 LoRaWAN의 개방성, 유연성, 저비용 구축이라는 장점도 효과적으로 활용합니다. 사용자는 별도의 통신 사업자 도움 없이 자체 전용 네트워크를 구축할 수 있으며, 데이터를 중간 경유 없이 직접 전송할 수 있기 때문에(예: 통신사 기지국을 거쳐 사용자에게 되돌아오는 방식이 아님), 통신 요금을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 데이터 기밀성 보호 측면에서도 유리한 이점을 가질 수 있습니다.

또한, 배터리로 작동하는 WISE-2410은 매우 낮은 전력만을 소비하며, 3.6V Li-SOCl₂ 배터리 2개로 약 2년간 사용이 가능합니다. 외부 전원 연결이 필요 없고 자주 배터리를 교체할 필요도 없어 활용이 매우 편리합니다. 플러그 앤 플레이 방식의 WISE-2410은 크기가 작고(84.7 x 48.3 mm), 볼트 고정, 접착제, 자석 부착 등 현장 환경에 따라 유연한 설치 방식을 선택할 수 있습니다.

WISE-2410은 -20°C부터 85°C까지의 넓은 동작 온도 범위를 지원하며, IP66 등급의 방수·방진 하우징을 갖추고 있어 옥외 환경에서의 데이터 수집에 최적화된 제품입니다. 또한 WISE-6610은 산업 환경에서도 안정적인 연결을 제공하는 고성능 LoRaWAN IoT 게이트웨이로, 공장에서 자주 사용되는 Modbus 프로토콜을 지원하여 웨이퍼 공장의 중앙 감시 제어 시스템으로의 신뢰성 높은 데이터 전송 요구를 충족합니다. 추가로, WISE-6610은 최대 500개의 WISE-2410 장치와 연결 가능하므로, 기존 하드웨어를 유지하면서도 자동화 모니터링 범위를 유연하게 확장할 수 있다는 장점이 있습니다.

WISE-2410 : LoRaWAN 스마트 진동 센서

WISE-6610 : LoRaWAN IoT 게이트웨이

시스템 구조도

결론

산업용 폐기물 처리 시스템은 첨단 공장에서 필수적인 설비입니다. 기존의 수작업 점검 방식은 인력의 한계와 더불어 건강 및 안전 문제를 동반합니다. 그러나 이제 자동 모니터링 솔루션을 통해, 현장에 인력이 상주하지 않아도 폐기물 처리 상태를 효과적으로 감시하고 관리할 수 있게 되었습니다.

어드밴텍의 ISO 10816을 준수하는 LoRaWAN 기반 자동 모니터링 솔루션은 수작업 점검 결과와 완전히 일치하는 정밀한 측정 성능을 제공합니다. 또한 설치가 간편해 빠른 구축이 가능하고, 공장 운영 상황에 따라 언제든지 대상 장비를 추가할 수 있어 유연성이 뛰어납니다. 이 솔루션은 Wi-Fi나 블루투스보다 우수한 통신 품질, 도달 범위, 장애물 관통성, 전파 간섭 저항력을 보여주며, 실제 적용 결과 매우 우수한 성과를 기록했습니다. 이에 따라 웨이퍼 제조사는 폐기물 처리 시스템 외에도, 공조 시스템 등 공장 내 다른 설비에도 확장 적용할 계획을 세우고 있습니다. 이러한 특장점은 어드밴텍의 WISE-2410과 WISE-6610 솔루션이 시간을 절약하고, 인력 부담을 줄이며, 효과적인 설비 모니터링을 실현할 수 있는 최적의 선택지임을 명확히 보여줍니다.