자동화 기계를 조금이라도 접했다면 PLC라는 단어를 많이 들어보셨을 겁니다. PLC가 없는 현대 산업 자동화는 상상할 수 없기 때문이죠. 이번 글에서는 PLC 개요 및 작동 원리 관련해서 자세히 살펴보도록 하겠습니다.
Ⅰ. PLC 개요
프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(Programmable Logic Controller)의 약자인 PLC는 자동화 및 제조 환경에 사용되는 컴퓨팅 장치로 입력 및 특정 규칙을 기반으로 다양한 전기 기계 프로세스를 제어합니다.
1. PLC의 간략한 역사
엔지니어 Richard E. Dick Morley는 종종 PLC의 아버지로 불립니다.
1968년에 그는 “Modicon”(MOdular DIgital CONtroller)이라고 불리는 최초의 반도체 기반 솔루션을 개발했으며 이는 전선이 엉켜 업데이트가 어려운 유선 릴레이 시스템을 대체하기 위해 설계되었습니다.
PLC의 도입으로 프로세스를 업데이트하는 데 필요한 시간, 비용 및 노력을 줄였으며 그 결과 산업 자동화와 기기 간 통신이 쉬워졌다고 할 수 있습니다.
2. 케이블 카오스보다는 디지털
전기 기계 컨트롤러와 달리 PLC 프로그래밍은 디지털이기 때문에 보다 복잡한 제어 작업을 처리할 수 있으며 변경이 필요한 경우 프로그램을 간단하게 다시 작성할 수 있습니다.
또한 프로그램을 복사하여 필요한 만큼 자주 사용할 수 있으며 설명과 문서를 추가하여 보완할 수도 있어 나중에 프로그램을 수정하기가 더 쉬워집니다.
Ⅱ. PLC 구성
PLC는 다음과 같이 간단한 구성으로 이루어져 있습니다.
- CPU
- 입력(예: 센서로부터)
- 프로그램
- 출력
PLC는 다양한 방식으로 구현될 수 있는데 독립형 장치일 수도 있고 컴퓨터용 플러그인 카드로 사용될 수도 있어 플러그인 PLC의 도움으로 PC는 산업용 컨트롤러가 되는 것입니다.
Ⅲ. PLC 작동 원리
기본 PLC 작동은 다음 단계를 거칩니다.
1. PLC에 연결된 입력 장치의 상태를 감지합니다.
데이터 입력에는 이산형과 아날로그의 두 가지 유형이 있습니다.
A. 개별 입력
개별 입력은 켜짐 또는 꺼짐, 1 또는 0, 열림 또는 닫힘과 같은 두 가지 상태 중 하나에 있는 데이터를 나타냅니다. (예: 푸시 버튼 스위치<켜기/끄기>, 밸브 상태<열림/닫힘>)
B. 아날로그
아날로그 입력은 단순한 ON/OFF나 Open/Close가 아닌 다양한 값을 갖는 신호를 의미합니다.(예: 온도 센서, 압력 센서, CO2 센서, 체중계 등)
2. 입력에 따라 프로그램 명령을 실행합니다.
3. PLC에 연결된 모든 출력 장치를 작동시킵니다. (예: 알람, 표시등, 밸브 및/또는 시각적 디스플레이 출력)
Ⅳ. PLC 사용
1. 일상생활에서 사용되는 PLC
우리는 일상생활에서 PLC를 인식하지 못하지만 일상생활의 많은 행동은 PLC를 기반으로 하고 있습니다.
예를 들어, PLC를 사용하여 가로등을 제어하면 안전을 보장하면서 에너지를 절약하고 비용을 절감할 수 있습니다.
가로등은 도시의 가장 큰 에너지 비용 중 하나일 수 있으며 도시 유틸리티 예산의 35~45% 이상을 차지할 수 있습니다.
PLC로 제어되는 스마트 조명 제어 시스템은 가로등 비용을 최대 70%까지 절감할 수 있습니다.
이러한 가로등은 시간대, 조도 센서의 데이터, 보행자나 자동차의 존재 등을 고려하여 켜지거나 꺼지는 여부를 결정합니다.
일상생활에서 사용되는 PLC의 다른 예는 아래와 같습니다.
- 신호등 회로
- 디지털 안내판
- 자동차 앞 유리 와이퍼 및 분사 펌프
- 자동으로 제어되는 셔터
- 난방 제어 시스템
- 자동 게이트 시스템
- 엘리베이터 및 에스컬레이터
2. 제조 산업에서 사용되는 PLC
오늘날 업계는 PLC를 통해 가능해진 전자적, 논리적 기반 제어 없이는 더 이상 살아갈 수 없을 정도입니다.
자동화된 제조 프로세스를 모니터링하고 제어하여 시간, 비용 및 노동력을 절약할 수 있는데, 여기에는 로봇 장치, 조립 라인 및 기타 기계 기능이 등이 포함될 수 있습니다.
예를 들어, 식품 산업에서는 PLC를 사용하여 탄 감자 칩을 감지하고 조립 라인에서 제거할 수 있습니다. 제거를 위한 식별과 관련된 자동화 과정은 아래와 같습니다.
- 광센서는 컨베이어 벨트(입력)의 어두운 칩을 식별합니다.
- 프로그램의 로직은 입력을 사용하여 적시에 활성화할 송풍기를 식별합니다.
- PLC는 송풍기를 활성화하여 컨베이어에서 탄 칩을 제거합니다.
Ⅴ. PLC와 산업용 컴퓨터의 차이점
산업용 컴퓨터는 Industry 4.0의 핵심이며, PLC와 마찬가지로 입력을 받고 출력을 생성하며 자동화를 제어하는 데 사용됩니다.
그렇다면 PLC에 의한 자동화 제어와 산업용 컴퓨터에 의한 자동화 제어의 차이점은 무엇일까요?
1. 인터페이스 및 연결
PLC는 다양한 I/O 옵션을 제공하지만 일반적으로 더 제한적입니다.
산업용 PC는 디스플레이, 드라이버, 프린터, 네트워크 인터페이스 카드, 다양한 제조업체의 주변 장치 등 다양한 외부 장치에 연결할 수 있으며, 다양한 I/O 및 카드 슬롯을 통해 산업용 PC를 필요에 따라 맞춤화하고 확장할 수 있습니다.
예를 들어 산업용 PC는 무선 또는 셀룰러 카드, HMI 및/또는 비전 시스템을 지원할 수 있으나 산업용 PC는 PLC를 교체하기 위해 적절한 소프트웨어 스택이 필요하게 됩니다.
2. 성능 및 스토리지
산업용 PC는 PLC에 비해 프로세서 성능과 저장 용량이 더 높은데 이는 데이터 분석 기능, 데이터 저장(로깅), 인공 지능 통합, 기계 학습 및 복잡한 시나리오에 대한 전반적인 프로그래밍 유연성에 유리할 수 있습니다.
또한 산업용 PC는 작업 부하를 통합하고 하드웨어 설치 공간을 줄일 수 있으므로 공간이 제한된 상황에서 유용할 수 있습니다.
3. 보안
PLC에는 해당 제어 작업을 위해 개발된 매우 간단한 운영 체제가 있습니다.
기본적인 소프트웨어 프로그래밍으로 인해 하드 PLC는 일반적으로 표준 소비자 운영 체제와 관련된 보안 취약점을 노출하지 않습니다.
반면, 산업용 PC에는 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있는 운영 체제가 필요하며 산업용 PC가 사이버 공격에 더 취약할 수 있는지 스스로에게 물어볼 수도 있습니다.
현실은 오늘날 현대의 산업용 PC가 중요한 보안 관련 기능을 갖추고 구성되어 있다는 것입니다.
또한 PC는 어디에나 존재하기 때문에 보안 취약점과 악용은 일반적으로 신속하게 발견되고 예방되는 반면, PLC는 업데이트 빈도가 낮고 오래된 기술로 인해 전체적으로 덜 안전한 구현을 초래할 수 있습니다.
4. 내구성
PLC를 기존 PC가 아닌 산업용 컴퓨터와 비교하고 있기 때문에 환경 조건에 대한 저항성 측면에서 눈에 띄는 차이는 없습니다.
결국 PLC는 산업용 PC와 마찬가지로 특히 가혹한 산업 시설 환경에서 작동하도록 설계되었습니다.
Ⅵ. PLC를 산업용 컴퓨터로 교체
소규모 프로젝트의 경우 PLC가 비용이 덜 들고 적합할 수 있지만, 향후 확장될 수 있는 프로젝트의 경우 산업용 PC가 더 적합하고 더 강력한 투자 수익(ROI)을 제공할 수 있습니다.
궁극적으로 특정 애플리케이션에 따라 PLC 또는 IPC 간의 선택이 결정된다고 할 수 있습니다.
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