오늘은 스마트팩토리의 수직적 구조 중 Level1에 해당하는 PLC에 대해서 설명하려고 합니다. PLC(Programmable Logic Controller)는 산업 자동화 및 제어 시스템에서 주로 사용되는 컴퓨터의 일종입니다. PLC는 다양한 센서와 입력 장치로부터 데이터를 수집하고, 이를 기반으로 내장된 프로그램에 따라 출력 장치를 제어하여 제조 공장, 조립 라인, 로봇 기기, 공정 제어 등 다양한 기계적 작업을 지원합니다.
PLC와 관련하여 'PLC 구성 요소', 'PLC와 센서/액추에이터 연계 방안', '통신 네트워크', 'PLC I/O List', 'PLC Address Map'을 연계하여 설명드리겠습니다.
1) PLC는 어떻게 구성되어 있는가?
-CPU: 프로그램을 저장하고 실행하는 PLC의 두뇌 역할을 합니다. 입력 신호를 처리하고, 논리/제어 연산을 수행하며 적절한 출력 신호를 생성합니다.
-메모리: 프로그램 코드, 작업 데이터 및 임시 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 일반적으로 RAM과 ROM으로 구성됩니다.
-입력/출력(I/O) 모듈: PLC는 외부 세계와 인터페이스하는 데 사용되는 다양한 입력 및 출력 모듈을 포함합니다. 입력 모듈은 센서/스위치 등으로부터 신호를 받고, 출력 모듈은 액추에이터, 모터 등을 제어하는데 사용됩니다.
-통신 인터페이스: PLC는 Ethernet, RS-232, RS-485 등 다양한 통신 프로토콜을 통해 다른 PLC, 컴퓨터 시스템, 네트워크 장비와 통신할 수 있습니다.
2) PLC와 Input/Output을 어떻게 연결할까요?
그렇다면 Input 모듈 → PLC → Output 모듈로의 통신은 어떤 방식으로 이루어지는지 알아보겠습니다. 연결 방법은 세가지(직접 연결, 필드버스 시스템, 무선 연결)가 있습니다.
-직접 연결: 가장 기본적인 통신 형태로, 센서와 액추에이터가 물리적 케이블을 통해 PLC의 입력 및 출력 모듈에 직접 연결하는 방식입니다.
(장점) 단순성/신뢰성▲, 적은 양 데이터 전송 적합, 연결 상태/신호 직접 확인 가능하여 문제 진단 용이
(단점) 대규모 시스템에서 케이블 관리 복잡, 확장성 제한, 물리적 공간 많이 필요
-필드버스 시스템: Modbus, Profibus, EtherNet/IP와 같은 산업용 통신 프로토콜을 사용하여 센서, 액추에이터, PLC등을 하나의 통신 네트워크로 연결하는 방식입니다.
(장점) 여러 장치를 하나의 네트워크 연결: 케이블링 간소화, 시스템 확장성/유연성 향상, 네트워크 통한 중앙 집중식 데이터 관리 및 모니터링 가능
(단점) 네트워크 구성과 프로토콜 설정에 복잡성 증가, 특정 프로토콜 전문 지식 필요, 네트워크 장애 시 전체 시스템 영향
-무선 연결: Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth 등의 무선 통신 기술을 사용하여 센서와 액추에이터를 PLC에 연결하는 방식입니다.
(장점) 유연성과 설치의 용이성이 뛰어남, 물리적으로 접근하기 어렵거나 이동이 잦은 장치에 적합, 케이블링 비용과 유지 보수 비용 절감
(단점) 무선 신호의 간섭, 범위 제한, 보안 취약성 측면 문제, 실시간 제어에 요구되는 낮은 지연 시간과 높은 신뢰성 보장 어려움
3) PLC를 필드버스 시스템을 통해 연결하는 Case로 자동화를 구축하는 방법을 알아 볼까요?
(단계별 상세 설명)
1.시스템 요구사항 파악: 사용될 센서, 액추에이터, PLC 등 시스템의 구성 요소와 각각의 기능을 정의
2.네트워크 토폴리지 결정: 시스템의 크기, 구성, 환경을 고려하여 네트워크 토폴로지(버스,스타,링 등) 결정
3.필드버스 프로토콜 선택: 시스템 요구사항에 맞는 프로토콜(Profibus, Modbus, EtherNet/IP) 선택
4.필드버스 마스터: 대부분의 경우 PLC가 필드버스 네트워크의 마스터 역할을 수행
5.필드버스 슬레이브 장치: 센서와 액추에이터는 필드버스 네트워크의 슬레이브 장치로 동작
6.리피터, 허브, 스위치: 필요시, 네트워크의 범위를 확장하거나 성능을 향상위해 추가 네트워크 장비 설치
7.케이블 배선: 선택한 토폴로지에 따라 통신 케이블을 배선
8.장치 연결: 센서와 액추에이터를 필드버스 인터페이스에 연결(필드 버스 네트워크에 통합)
9.PLC 연결: PLC를 네트워크의 마스터로 설정, 필드버스 네트워크에 연결
10.장치 구성: 필드버스 네트워크에 연결된 각 장치를 구성함. 이는 주소 지정, 통신 속도 설정, 프로토콜 특정 파라미터 설정 등을 포함
11.네트워크 테스트: 전체 네트워크의 통신을 테스트하여 모든 장치가 올바르게 연결되고 통신하는지 확인
12.PLC 프로그래밍: PLC에 필드버스 네트워크를 통해 수집된 데이터를 기반으로 제어 로직을 프로그래밍
13.시스템 운영 및 모니터링: 시스템을 운영하고 필드버스 네트워크를 통해 성능 및 상태를 모니터링
실제 PLC 동작을 위해서는 PLC 프로그래밍이 중요합니다. PLC 프로그램 내에 Business Logic을 구현하기 위해서는 PLC I/O List와 PLC Address Map이 중요한 역할을 합니다. 이들은 시스템의 하드웨어 구성, 데이터 흐름, 그리고 프로그램 내에서 장치들을 어떻게 참조하는지에 대한 필수적인 정보를 제공하기 때문입니다.
