2월1일에서 712

프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC): 작동, 유형 및 응용

프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)는 안정적이고 제어된 방식으로 기계 및 산업 프로세스를 자동화하는 데 사용됩니다.이 기사에서는 PLC가 무엇인지, 스캔 주기를 통해 작동하는 방식, 주요 하드웨어 구성 요소가 함께 작동하는 방식에 대해 알아봅니다.또한 다양한 유형의 PLC, 일반적인 프로그래밍 언어, 입력 및 출력 장치가 컨트롤러를 장비에 연결하는 방법을 확인할 수 있습니다.결국 PLC가 어디에 사용되는지, PLC가 자동화 시스템에서 중요한 이유를 명확하게 이해하게 될 것입니다.

카탈로그

그림 1. 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)

프로그래밍 가능 논리 컨트롤러란 무엇입니까?

프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)는 기계와 프로세스를 자동화하는 데 사용되는 견고한 산업용 제어 장치입니다.전기적 소음, 진동, 온도 변화가 있는 환경에서도 제어 작업을 안정적으로 처리하도록 설계되었습니다.PLC는 물리적으로 배선된 릴레이 대신 소프트웨어를 사용하여 안정적이고 반복 가능한 제어를 제공하기 때문에 널리 사용됩니다.이를 통해 전체 패널을 재배선하지 않고도 자동화 시스템을 수정하거나 확장할 수 있습니다.산업 자동화에서 PLC는 사전 정의된 논리에 따라 입력과 출력을 조정하는 중앙 의사 결정 장치 역할을 합니다.

PLC는 어떻게 작동하나요?

그림 2. PLC 동작주기

PLC는 스캔 주기라고 하는 간단하고 예측 가능한 작동 주기를 반복적으로 실행하여 작동합니다.그림에 표시된 것처럼 프로세스는 PLC가 연결된 신호의 현재 상태를 읽는 입력 스캔으로 시작됩니다.다음으로 컨트롤러는 저장된 로직을 입력 상태에 적용하여 프로그램을 실행합니다.논리가 평가된 후 PLC는 출력 업데이트를 수행하고 이에 따라 출력 신호를 변경합니다.이 시퀀스는 루프에서 지속적으로 실행되므로 PLC가 변경 사항에 신속하게 대응할 수 있습니다.그림은 읽기, 처리, 업데이트의 폐쇄 루프를 보여줍니다.이러한 주기 기반 작업은 산업 자동화 시스템의 안정적인 시간 제어를 보장합니다.

PLC 시스템의 구성요소

그림 3. PLC 시스템의 주요 구성요소

• CPU(중앙처리장치)

CPU는 PLC의 핵심이며 제어 명령 처리를 담당합니다.논리 실행, 내부 조정 및 전반적인 컨트롤러 작동을 관리합니다.CPU는 자동화 작업 중에 일관되고 결정적인 동작을 보장합니다.

• 전원공급장치

전원 공급 장치는 들어오는 전력을 PLC에서 요구하는 조정된 전압으로 변환합니다.내부의 모든 모듈에 안정적인 전원을 공급하고, 전압 변동으로부터 시스템을 보호합니다.지속적인 작동을 위해서는 안정적인 전력 공급이 필수적입니다.

• 입력 모듈

입력 모듈은 외부 장치로부터 신호를 받아 PLC가 인식할 수 있는 형태로 변환합니다.내부 회로를 보호하기 위해 전기 절연 및 신호 조절 기능을 제공합니다.이러한 모듈은 물리적 프로세스와 컨트롤러 간의 인터페이스 역할을 합니다.

• 출력 모듈

출력 모듈은 PLC에서 외부 장치로 제어 신호를 보냅니다.내부 제어 결정을 현장 장비에 적합한 전기 신호로 변환합니다.적절한 출력 처리는 정확하고 안전한 제어 조치를 보장합니다.

• 메모리(프로그램 및 데이터)

PLC 메모리에는 동작에 필요한 제어 프로그램과 시스템 데이터가 저장됩니다.런타임 중에 구성 정보와 작동 값을 유지합니다.메모리는 PLC가 사이클 전반에 걸쳐 로직을 일관되게 실행할 수 있도록 보장합니다.

• 통신 인터페이스

통신 인터페이스를 통해 PLC는 외부 시스템과 데이터를 교환할 수 있습니다.이는 다른 컨트롤러, 모니터링 시스템 및 프로그래밍 장치와의 통합을 지원합니다.이러한 인터페이스를 통해 대규모 시스템 전반에 걸쳐 자동화를 조정할 수 있습니다.

PLC 유형

컴팩트 PLC

그림 4. 컴팩트 PLC

컴팩트 PLC는 고정된 입력, 출력 및 처리 기능을 하나의 장치에 갖춘 독립형 컨트롤러입니다.공간과 비용이 제한된 소규모 자동화 작업을 위해 설계되었습니다.그림은 모든 제어 기능이 단일 하우징에 통합되는 방식을 보여줍니다.컴팩트 PLC는 설치가 쉽고 최소한의 배선만 필요합니다.이는 간단한 제어판 및 독립형 기계에 일반적으로 사용됩니다.고정된 설계로 인해 안정적이고 잘 정의된 요구 사항이 있는 애플리케이션에 적합합니다.컴팩트 PLC는 시스템 확장 없이도 안정적인 제어를 제공합니다.

모듈형 PLC

그림 5. 모듈형 PLC

모듈형 PLC는 중앙 컨트롤러에 연결된 별도의 모듈로 구성됩니다.각 모듈은 처리 또는 신호 처리와 같은 특정 기능을 수행합니다.그림은 완전한 시스템을 형성하기 위해 모듈이 나란히 배열되는 방식을 보여줍니다.모듈형 PLC를 사용하면 시스템 요구 사항이 변경됨에 따라 모듈을 추가하거나 제거할 수 있습니다.이러한 유연성 덕분에 중대형 자동화 시스템에 적합합니다.컨트롤러 전체를 교체하지 않고도 확장이 가능합니다.모듈형 PLC는 확장 가능하고 적응 가능한 제어 솔루션을 지원합니다.

랙 장착형 PLC

그림 6. 랙 장착형 PLC

랙 장착형 PLC는 대규모 제어 시스템용으로 설계된 대용량 컨트롤러입니다.전용 랙을 사용하여 여러 기능 모듈을 체계적인 구조로 유지합니다.그림은 랙 내의 공유 백플레인에 설치된 모듈을 보여줍니다.랙 장착형 PLC는 다수의 신호와 복잡한 구성을 지원합니다.높은 신뢰성과 장기간의 작동이 필요한 시스템용으로 제작되었습니다.이러한 구조로 인해 유지보수 및 모듈 교체가 용이합니다.랙 장착형 PLC는 까다로운 자동화 환경에 적합합니다.

안전 PLC

그림 7. 안전 PLC

안전 PLC는 안전 관련 제어 기능을 처리하도록 설계된 특수 컨트롤러입니다.안정적인 안전 작동을 보장하기 위해 표준 제어 로직과 별도로 작동합니다.그림은 보호 작업에 사용되는 전용 안전 모듈과 연결을 강조합니다.안전 PLC는 비정상적인 상황이 발생할 때 신호를 모니터링하고 안전한 시스템 상태를 유지합니다.중복성 및 오류 감지 기능으로 구축되었습니다.안전 PLC는 안전이 중요한 시스템에서 제어되고 예측 가능한 응답을 보장합니다.

PLC 프로그래밍 언어

래더 로직(LD)

LD(Ladder Logic)는 기존 릴레이 제어 회로를 모델로 한 그래픽 PLC 프로그래밍 언어입니다.이는 전기 사다리 다이어그램과 유사하게 두 개의 수직 레일 사이에 배열된 가로대를 사용하여 제어 논리를 나타냅니다.접점과 코일은 논리적 조건과 제어 동작을 시각적으로 표현하는 데 사용됩니다.이 구조를 통해 제어 관계를 쉽게 인식하고 따라갈 수 있습니다.래더 로직은 논리적 조건이 어떻게 결합되어 제어 결정을 형성하는지 명확하게 보여줍니다.친숙한 레이아웃으로 인해 초보자도 쉽게 읽을 수 있습니다.LD는 명확하고 유지 관리가 가능한 PLC 제어 로직을 생성하는 데 널리 사용됩니다.

기능 블록 다이어그램(FBD)

FBD(Function Block Diagram)는 제어 기능을 시각적으로 표현하는 데 사용되는 블록 기반 PLC 프로그래밍 언어입니다.제어 로직을 신호 라인으로 연결된 기능 블록으로 구성합니다.각 블록은 논리 처리, 비교 또는 신호 조작과 같은 특정 작업을 수행합니다.블록 간의 연결은 데이터가 제어 로직을 통해 어떻게 흐르는지 보여줍니다.이 시각적 구조는 복잡한 제어 관계를 단순화하는 데 도움이 됩니다.FBD는 논리적이고 연속적인 제어 기능을 표현하는 데 매우 적합합니다.이는 PLC 프로그램을 구축하는 명확하고 구조화된 방법을 제공합니다.

구조화된 텍스트(ST)

ST(Structured Text)는 고급 텍스트 기반 PLC 프로그래밍 언어입니다.구조화된 형식으로 배열된 읽기 가능한 명령문을 사용하여 제어 논리를 설명합니다.이 접근 방식을 사용하면 복잡한 조건과 계산을 명확하게 표현할 수 있습니다.구조화된 텍스트는 제어 논리에 정확한 수학적 또는 논리적 표현이 필요할 때 유용합니다.서면 형식은 논리를 깔끔하고 논리적인 순서로 구성하는 데 도움이 됩니다.이는 일반적으로 고급 및 데이터 기반 제어 애플리케이션에 사용됩니다.

명령어 목록(IL)

IL(명령 목록)은 짧은 텍스트 명령을 기반으로 하는 하위 수준 PLC 프로그래밍 언어입니다.정의된 순서에 따라 실행되는 일련의 명령으로 제어 논리를 나타냅니다.각 명령어는 제어 데이터에 대해 특정 작업을 수행합니다.이 형식은 간결하며 제어 명령이 내부적으로 처리되는 방식과 밀접하게 일치합니다.IL은 기본 제어 논리를 표현하는 직접적이고 구조화된 방법을 제공합니다.이는 개별 제어 작업의 흐름을 설명하는 데 도움이 됩니다.명령어 목록은 간결하고 질서정연한 논리 표현에 중점을 둡니다.

순차 함수 차트(SFC)

SFC(순차 기능 차트)는 제어 논리를 순차적 단계로 구성하는 데 사용되는 PLC 프로그래밍 언어입니다.이는 프로세스를 전환으로 연결된 일련의 정의된 단계로 나타냅니다.각 단계는 제어 시퀀스 내의 특정 작동 상태를 정의합니다.전환은 한 단계에서 다음 단계로 이동하는 데 필요한 조건을 나타냅니다.이러한 구조는 전반적인 프로세스 흐름을 이해하기 쉽게 만듭니다.SFC는 다단계 제어 시퀀스를 구성하는 데 이상적입니다.복잡한 프로세스 제어 로직의 구조를 단순화하는 데 도움이 됩니다.

PLC 입력 및 출력 장치

그림 8. PLC 입력 및 출력 장치

PLC 입력 및 출력 장치는 컨트롤러를 물리적 프로세스에 연결하는 외부 구성 요소입니다.입력 장치는 필드에서 PLC로 신호를 보내고, 출력 장치는 PLC에서 제어 신호를 받습니다.그림과 같이 입력장치에는 물리적인 상태를 감지하는 센서와 스위치가 포함됩니다.출력 장치에는 동작을 수행하는 액추에이터, 표시기 및 모터가 포함됩니다.다이어그램은 장치와 컨트롤러 간에 필드 신호가 라우팅되는 방식을 보여줍니다.이러한 상호 작용을 통해 PLC는 프로세스를 모니터링하고 영향을 미칠 수 있습니다.입력 및 출력 장치는 자동화 로직과 장비 간의 통신 링크를 형성합니다.

PLC 사용의 장점

PLC는 산업 자동화에 이상적인 몇 가지 주요 이점을 제공합니다.

• 열악한 환경에서도 높은 신뢰성과 안정적인 작동

• 소프트웨어를 통해 수정 가능한 유연한 제어 로직

• 릴레이 기반 제어 시스템에 비해 배선 감소

• 진단 기능을 통해 더 빠른 문제 해결

• 시스템 확장을 지원하는 손쉬운 확장성

PLC의 응용

1. 제조 및 조립라인

PLC는 컨베이어, 기계 및 자동화된 워크스테이션을 제어합니다.이는 동기화된 운영과 일관된 생산 출력을 보장합니다.이들의 신뢰성은 지속적인 제조 공정을 지원합니다.

2. 공정산업

공정 플랜트에서 PLC는 레벨, 유량, 온도와 같은 변수를 관리합니다.안정적인 작동 조건을 유지하는 데 도움이 됩니다.이러한 제어를 통해 제품 일관성과 공정 안전성이 향상됩니다.

3. 빌딩 자동화 시스템

PLC는 조명, 환기 및 액세스 시스템을 제어하는 데 사용됩니다.이를 통해 건물 운영을 중앙 집중식으로 모니터링할 수 있습니다.이를 통해 에너지 효율성과 시스템 조정이 향상됩니다.

4. 전력 및 유틸리티 시스템

PLC는 전기 및 유틸리티 장비를 모니터링하고 제어합니다.변전소와 처리 시설의 안정적인 운영을 지원합니다.빠른 응답으로 시스템 안정성이 향상됩니다.

5. 교통 및 인프라

PLC는 신호, 모니터링 및 보조 시스템을 관리합니다.안전하고 예측 가능한 작동을 유지하는 데 도움이 됩니다.이는 대규모 인프라 안정성을 지원합니다.

PLC 대 SCADA 대 DCS

매개변수	PLC	SCADA	DCS
주요 역할	직접 제어	모니터링 및 감독	분산 프로세스 제어
시스템 수준	현장 수준	감독 수준	프로세스 수준
제어 실행	예	아니요	예
시스템 아키텍처	중앙 집중식	중앙 집중식 모니터링	분산
일반적인 제어 범위	기계 또는 셀	공장 전체 전경	프로세스 단위
데이터 처리	제어 데이터	대규모 데이터	제어 및 데이터
사용자 인터페이스	최소	그래픽 HMI	통합 HMI
시스템 복잡성	낮음 ~ 중간	중간	높음
네트워크 의존성	낮음	높음	높음
이중화 지원	제한적	소프트웨어 기반	내장
확장 방법	모듈형 I/O	소프트웨어 확장	분산 노드
구성 초점	논리 제어	시각화	프로세스 조정
유지보수 초점	하드웨어 로직	소프트웨어 및 데이터	시스템 전체
통합 역할	제어 노드	감독 계층	핵심 제어 시스템

결론

PLC는 지속적으로 입력을 읽고, 논리를 처리하고, 출력을 업데이트하여 기계를 정확하고 일관되게 제어하는 방식으로 작동합니다.하드웨어 구조, 유연한 컨트롤러 유형 및 표준화된 프로그래밍 언어를 통해 소규모 및 대규모 자동화 작업을 위한 시스템을 설계할 수 있습니다.센서와 액추에이터를 제어 로직에 연결함으로써 PLC는 프로세스를 직접 제어할 수 있습니다.신뢰성, 유연성 및 산업 전반에 걸친 광범위한 사용으로 인해 산업 자동화의 핵심 기술이 되었습니다.