PLC (r20210301판)

 

1. 프로그래밍 가능한 논리 제어기
1.1. 개요
1.2. 역사
1.3. 시대별 변천 특징
1.4. GM이 발표한 전자제어장치의 10대 조건
1.5. 장점
1.5.1. 높은 신뢰성
1.5.2. 좋은 확장성(호환성)
1.5.3. 간편한 사용
1.5.4. 저렴한 가격
1.5.5. 용이한 유지/보수
1.6. 단점
1.6.1. 수치계산의 애로사항
1.7. 취업
1.8. 제품 목록



1. 프로그래밍 가능한 논리 제어기



1.1. 개요


Programmable Logic Controller

PLC와 시퀀서는 호칭이 다를 뿐 같은 기기를 말한다.
PLC 제조업체는 10개 안팎이 있다.

시퀀스제어(Sequential Control)란 바꿔 말해, 기기와 설비가 수행할 각 동작과 순서, 그리고 고장일 때의 처치 등을 제어장치에 입력해두고, 제어장치가 내보내는 각 명령 신호에 따라 운전을 진행하는 제어를 말한다. 미리 정해진 순서에 따라 제어의 각 단계를 점차로 진행하는 제어다. 불연속적인 작업을 행하는 공정제어 등에 널리 이용된다.

이는 일종의 스위치나 버튼을 사용하여 전기회로의 부하를 운전하기도 하고, 부하의 운전상태나 고장상태를 알리기도 하는 일련의 제어를 말한다. 예로 빌딩이나 공장 등에서 엘리베이터를 움직이고 고장을 알리기도 하고, 세탁기, 냉장고, 자동판매기 등도 시퀀스적으로 동작하고 있다.

파일:시퀀스도의 실례.jpg 출처
시퀀스도의 실례

주로 산업현장에서 많이 쓰이며, 각종 플랜트나 대형 선박, 무선 중계국, 엘리베이터, 각종 빌딩의 중앙시스템 등 저렴하고 비교적 간단한 동작의 제어가 필요한 정말 광범위한 곳에서 사용된다.

일반적으로는 PC에서 사용되는 Line형태의 프로그래밍 언어와는 다른 Ladder(래더 - 라다 라고 하는 사람도 있음)의 형태로 원하는 프로그램을 작성하게 된다.[1] 각각의 입력과 출력이 그림으로 표현되어 동작에 대한 조건을 쉽게 확인할 수 있고, 직관적인 확인이 가능하다.

과거의 릴레이 제어반의 불편함 (고장시 고장 부품 찾기 어려움, 공장의 라인이 길어지면 제어반의 부피증가, 직접배선으로 인한 제품수명 짧음, 등) 때문에 GM (General Motor) 사에서 개발한 획기적인 자동화 설비, 공장 자동화의 선두주자이다.

생산 자동화 자격증 실기시험엔 이 PLC와 CAD(인벤터, 솔리드웍스 등)를 본다. 하지만 PLC는 4년제 대학에는 거의 없는 편이므로 본인이 만약 PLC를 배우고 싶다면 공업고등학교나 전문대의 자동화과에 진학하도록 하자.[2]

1.2. 역사


1960년대말 GM(General Motor)사는 자동차 조립 라인에서 복잡한 릴레이 제어반 시스템을 교체할 때 발생하는 비용을 줄이고자 Sequence 전자제어장치의 10대 조건을 발표했다

이러한 조건에 맞는 제어장비를 Modular Digital Controller (MODICON)라는 이름으로 Medford사가 제안하고 슈나이더 일렉트릭 과 같은 여타 회사들도 PDP-8에 근거한 시스템들을 제안하였다. MODICON 084 는 그렇게 하여 탄생한 세계 최초의 PLC가 되었다.

1970년대 초 마이크로프로세서의 출현과 함께 새로운 전자제품의 개발로 기존 제어장치의 기능을 향상시켰고 이를 기초로 릴레이 제어반에 비해

  • 경제성
  • 신뢰성
  • 편의성

등 여러가지 장점을 가지게 되어 자동차, 철강,화학등의 대형공장에서 소규모 사업장까지 급격하게 보급되었다.

PLC릴레이 기능

  • 분기 기능 : 릴레이 코일 1개의 입력 신호에 대해 출력접점 수를 늘림 → 신호 분기로 동시에 몇 개의 기기를 제어
  • 증폭 기능 : 릴레이 코일에 흘려지는 전류를 ON OFF 하여 출력접점 회로에서는 큰 전류를 개폐
  • 변환 기능 : 릴레이의 코일부와 접점부는 전기적으로 분리되어 있으므로 각각 다른 성질의 신호를 취급
  • 반전 기능 : 릴레이의 b 접점을 이용하면 입력이 OFF일 때 출력은 ON이 되고, 입력이 ON일 때 출력은 OFF가 되어 신호를 반전
  • 메모리 기능 : 릴레이는 자신의 PLC접점에 의해 입력상태의 유지가 가능하여 동작 신호를 기억

단순 Sequence 제어장치에서 출발하여 연산, 계수기능,통신등 컴퓨터의 기능까지 이르렀다.당초 GM이 발표한 시방에 맞는 제품을 여러 업체들이 개발, 발표하였는데 이 새로운 제품을 PLC(Programmable Logic Controller)라 하였다. 이유는 이 제품이 주로 로직 연산을 하는 것이었기 때문이다. 그후 일반 마이크로프로세스를 도입한 콘트롤러가 발표되면서 고급기능인 연산기능이 추가되어 PLC → PC( Programmable Controller) 로 개칭되었으나 오늘날 개인용 PC(Personal Computer)와 구별하기위해 PLC라는 명칭이 일반화 된 것이다.


1.3. 시대별 변천 특징


  • 1970년대
    이 시대에 지배적인 PLC기술은 순차제어와 비트 단위의 처리였다. AMD 2901,2903는 Modicon과 A-B PLC에서 많이 적용하였다. 오늘날도 2903에 근거한 제품이 존재하며 Modicon의 경우 2901에 근거하여 그들이 제작한 984A/B/X보다 빠른 PLC를 만들지 못하고 있다.
    1973년에 통신기능에 대한 요구가 나타났고 최초의 시스템은 Modicon's Modbus였 다.오늘날 PLC는 통신기능이 기본으로 여겨진다.하지만, 지속적으로 변화하는 기 술에 부합하는 표준화의 부재는 PLC 통신이 물리적 네트워크와 프로토콜간에 부합하지 않는 경우를 야기시켰다.

  • 1980년대
    GM사의 Manufacturing Automation Protocol(MAP)에 준한 통신규약 표준화가 시도 되었다. 그것은 또한 기존 전용 프로그래밍터미널을 PC에서 대체하여 프로그램할수 있는 소프트웨어의 탄생과 PLC자체의 크기를 줄이는 계기가 되었다.

  • 1990년대
    새로운 프로토콜의 등장은 줄어들었다. IEC 1131-3는 이 규약 아래 PLC프로그래밍언어를 표준화하려고 노력하고 있다. 우리는 function block, instructionlists,C, structured text 등이 동시에 가능한 PLC를 접하게 되었다.어떤 분야에서는 PC가 PLC를 대체하고 있다(주차관리,엘리베이터등). PC based control system은 다음 세기의 주요 흐름이 되지 않을까 생각한다.

  • 2000년대
    PC기반 자동화가 많이 이루어지고 있으나 아직까지고 안정성을 고려한 산업현장에서는 PLC의 비중이 크다.
    PLC는 Ethernet 통신, Field Bus등 새로은 통신규약에 호환성을 갖고 있으며 점점 빠른 연산속도의 초소형 PLC로 발전해 나가고 있다.

  • 2010년대
    2000년대 닷컴버블 현상때문인지 산업용 장비에 윈도XP, NT를 OS로 하는 PC기반의 자동화 설비가 시도 되었으나, PC기반 자동화 설비의 안정성, 확장성, 유지보수의 문제 때문에 오래가지 못 하였다. 이후 대부분 폐기 되거나 PLC 설비로 개조 되었다.
    이후 PLC는 메모리 용량, 속도가 대폭 향상되어 더이상 리소스의 부족에 관련 된 문제는 생각하지 않아도 될 만큼 진화 되었다. 물론 기존의 안정성, 확장성, 호환성, 유지보수의 편의성은 더 편리하도록 진화하고 있으며, 대부분의 PLC 메이커에서 시뮬레이션 기능을 제공하고 있어서 프로그램 설계 단계에서 기본적인 버그는 손쉽게 수정 할 수 있게 되었다.


1.4. GM이 발표한 전자제어장치의 10대 조건


  1. 프로그램 작성 및 변경이 용이하고 Sequence 변경을 현장에서 할 수 있을 것
  2. 유지 보수가 용이할 것
  3. 현장에 있어서 신뢰성이 릴레이 제어반 보다 높을 것
  4. Size는 릴레이 제어반 보다 작을 것
  5. 중앙 제어장치로 데이터 전송이 가능할 것
  6. 릴레이 및 무접점 방식이 가능할 것
  7. 입력은 AC 115V를 받을 수 있을 것
  8. 출력은 AC 115V 2A 이상으로 솔레노이드 밸브,모타의 기동, 조작이 가능할 것
  9. 제어 시스템의 확장은 기본 시스템의 작은 변경으로 가능할 것
  10. 프로그램의 확장은 최저 4Kbyte Word까지 가능할 것


1.5. 장점



1.5.1. 높은 신뢰성


PC를 사용한 제어의 경우, 프로그램 자체에서 리소스에 대한 부분을 신경써줘야 하며, 치명적인 버그 등이 발생하여, 중요한 부분이 오작동등으로 멈추는 경우가 발생할 수 있으나, PLC의 경우에는 산업용 컨트롤러 답게, 이러한 오류가 발생할 조건이 최소화 되어 있어 몇년이 지나더라도 처음과 같은 동작이 가능하다.

노이즈 현상에 상당히 강한 편이다. 노이즈에 민감한 산업현장에서 가장 많이 신뢰할 수 있는 제어 장치 중 하나이다.

1.5.2. 좋은 확장성(호환성)


PLC는 각종 산업용 기기와 연결 호환성이 좋다. PC에서는 죽은것이나 다름이 없는, Serial 통신 시스템이 산업 현장에서는 높은 신뢰성으로 아직도 사용되고 있으며 PLC는 아직도 지원을 하고 있으며 동축 케이블을 이용한 통신, 인터넷을 이용한 통신도 물론 이용이 가능하고 통신 프로토콜 또한 Fieldbus, Modbus, TCP/IP 등등... 마음먹은대로 각종 산업용 기기와 통신하고 데이터를 주고 받을 수 있다.


1.5.3. 간편한 사용


A스위치와 B스위치를 누를 경우 전등C가 켜진다는 동작 조건을 구현할 때, 일반적인 랭귀지 프로그래밍은

If (a==true && b == true) {
c = true;
} /* true : 켜짐, false : 꺼짐 */

이런식으로 작성한다면 래더 프로그램은

A
ㅡㅡ| B |ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ( C )

의 형태로 작성된다!

만약 스위치(새 조건)를 10개 추가한다고 할때 랭귀지 프로그램에서는 if 분기문을 10개 추가해야 하지만 래더 프로그램에서는 10개의 접점기호만 B와 C 사이에 추가하면 적용이 가능하다! 또한 C의 동작 조건이 궁금할 경우에는 C의 앞부분의 A, B 조건을 직관적으로 확인할 수 있다.

약간 다른 의견이 있어 아래와 같이 기술한다. 위의 설명이 완전히 잘못된 것은 아니지만 사실 PLC의 장점이라고 내세우기에는 조금 잘못된 예로 생각한다. 먼저 위 설명은 C언어에 대해 잘 몰라서 하는 설명이다. 만약 C언어를 사용하는 사람이 단지 위의 로직이 필요했다면 아래와 같이 쓸 것이다.

c = a & b;
(a와 b, 둘 다 1일때만 c가 1이 된다.)

둘다 해본 입장에서 단순히 프로그래밍 부분만 따져보면 C언어가 더 편하다. 하지만 PLC에서는 C언어가 주지 않는 몇가지 다른 장점이 있다. 일단 래더라고 하는 매우 직관적인 편집화면이 그것이다. 여기에 대다수의 PLC 제조사에서 실시간 모니터링을 지원함으로써 매우 쉬운 디버깅이 가능해진다. 그리고 컴파일 및 장치에 write하는 것도 매우 쉽다.


1.5.4. 저렴한 가격


산업용 설비 또는 공장을 가동할 때 규모에 관계없이 PLC를 이용한 구성만큼 저렴한 것이 없다. 예를 들어, 물류 이송 컨베이어 라인을 구성하게 될 경우 5기 이내일 경우엔 간단한 릴레이 회로로 구성을 하는게 간편하고 저렴하지만, 그 컨베이어의 숫자가 50개를 넘어가고 또 그 컨베이어가 유기적으로 연결되어 물류를 구분하여 이송을 해야한다면 릴레이 회로로 구성하려면 시간, 돈, 인력이 많이 든다. 이럴때에 PLC를 설치하여 각 컨베이어를 프로그램으로 만들어 구성한다면, 저렴한 가격으로 효과적인 시스템을 구성 할 수 있다.


그리고 요즘 각 산업용 컨트롤러를 생산하는 메이저 기업들은 DCS(분산제어시스템)이라 하여, PLC와 HMI/SCADA, Database 시스템을 통합한 시스템을 주력 상품으로 선보이고 있는데, 그 가격이 상상을 초월한다. 대규모의 플랜트에선 개발/유지보수/확장성이 용이해 고려해볼만 하지만, 중소규모 산업 현장이라면 수지가 맞질 않는다. 이럴때에 PLC로 구성된 시스템이 적격이다.

1.5.5. 용이한 유지/보수


PLC로 시스템을 만들게 되면, 설비의 유지 보수나 증설이 용이해 진다. 가령, 어떤 공장 설비를 PCB기판 컨트롤 또는 릴레이 회로로 구성하였다면, 그 시스템이 흐름(프로세스)이 변하게 될때에 그것을 변경하기가 굉장히 까다로워 진다. PCB기판으로 프로세스를 박아 놓았다면, 변경된 새로운 프로세스를 다시 넣은 기판을 새로이 설치해야 하며, 릴레이 회로로 구성하였다면... 다 포기하고 PLC를 이용한 새로운 컨트롤 시스템을 놓는것이 시간과 예산을 절약하는 길이다.

All in One 타입이라고 할 수 있는 블럭타입의 PLC가 있고 조립 PC와 비슷한 형태의 모듈타입 PLC가 있다. 블럭타입 PLC는 저가 / 소형의 장비에 사용하고 (주로 많이 쓰이는) 모듈타입 PLC는 현재 상황에 맞도록 PLC를 조립할 수 있도록 되어 있으며 따라서 PLC에 고장이 발생하더라도 고장난 부분의 모듈만 교체해 주면 이전과 같이 사용이 가능하다.

1.6. 단점


  • 해킹에 안전하다고는 하지만 정보기관을 적으로 돌리면 그렇지 않다. 미국 정부가 이란의 핵 시설용 원심분리기를 공격하기 위해 만든 스턱스넷은 지멘스 PLC를 공격한다.

  • 생각보다 낮은 PC와의 호환성. PC끼리는 호환성이 좋아 프로그램 전송이 용이하지만 PLC는 오로지 전용 소프트웨어가 탑재된 PC의 프로그램만 가지고 작동한다. 게다가 PLC마다 CPU타입, 모듈타입 등 다른 등 여러가지 복잡한 요소를 맞춰야하는 덕에 PC → PLC는 호환성이 떨어지는 편이다.

1.6.1. 수치계산의 애로사항


PLC는 논리적인 조건 / 입출력 프로그램에는 상당한 강점을 지니고 있으나, 수치 계산 관련 프로그램이 상당히 번거롭다. 기본적인 사칙연산을 진행하는데에도 다수의 행이 필요하며, 실수나 부동소수점을 사용하고자 하면... 시간과 예산만 주어진다면 게임을 만드는 용자들도 있다.

하지만, 시간이 지날 수록 PLC도 발전하여, Rockwell사의 제품을 사용한다면 수치 계산은 더 이상 문제가 되지 않는다. 허용하는 메모리 안에서 자유롭게 실수와 부동소숫점을 사용하고 사칙연산 또한 1개의 펑션안에서 자유롭고 편리하게 사용이 가능하다. 앞으로 타 제조사도 제품이 발전한다면, 보다 더 쉽게 사용이 가능할 듯 싶다.

미쯔비시의 melsec PLC는 기본적인 사칙연산 뿐만아니라 실수나 부동소수점을 사용하는데 있어서도 문제가 되지 않는다. 지수, 로그, 삼각함수등의 계산도 명령어 한줄에 실행 할 수 있다.


1.7. 취업


전기 업무 중에서 가장 비추천하는 직무 중 하나다. 회사에서 노력을 요구하는 50~60대 이상 어르신들 조차 웬만하면 하지 말라고 할 정도다.

PLC는 오래 일하고, 실력을 쌓으면 높른 연봉을 받을 수 있는 직무이지만 그 만큼 큰 대가가 필요하다. 우선 PLC는 각 현장에 가서 셋업 및 시운전을 해야 하는 업무 특성상 출장 근무가 대부분이다. 지방 출장은 기본이며 해외에도 출장을 간다. 짧게는 3일 ~ 많게는 1년 넘게 간다.

출장시 하루 10시간 이상 근무를 각오해야 하고, 급여는 일한 근무 수에 비해 굉장히 작다고 알려져 있다. (모 카페에서 PLC 신입 면접 때 월~금요일은 무조건 출장, 해외출장은 3달 이상, 9시~22시까지 근무하며, 급여는 세전 200만원이라고 하였다. 모든 회사가 다 저런 근무 형태는 아니니, 많이들 도전했으면 좋겠다. 챙겨주는 회사는 신입때도 세후 200이상은 챙겨준다. 물론 근무시간은 위와 같이 비슷함)

PLC 일하는 직원들 사이에서 역마살이 끼였거나, 결혼은 무조건 포기하고, 친구/가족 버리고 독고다이로 살 수 있다면 추천하는 직업이라고 한다.

하지만 요즘은 시대가 좋아져 저만큼 나쁘지는 않다. 오히려 해외 출장을 나가면 보너스가 쎄기 때문에 많이 나가는 것을 선호하는 사람이 많다.


1.8. 제품 목록


현재 한국내에서 가장 보편적으로 사용되는 PLC는 다음과 같다.

  • 한국
  • 미국
    • Rockwell Automation : Control Logix, Compact Logix
    • General Electric : RX3i
    • Texas Instrument : TI Series
    • Control Technology Inc : CTI Series
  • 독일 / 프랑스
    • SIEMENS : S5 Series, S7 Series
    • BECKHOFF : CX series
    • Schneider Electric: Modicon
  • 일본

싸이몬사의 CIMON PLC 역시 프로그래밍 S/W 인 CICON에 시뮬레이션 SW가 내장되어 있다.
이를 통해 PLC 프로그램을 미리 운전해볼수 있고, HMI 와 통신 연결이 가능하다.

LS일렉트릭에서 다운로드창에 보면 PLC시뮬 무료 소프트웨어를 준다.


2. 제품수명주기


Product life cycle

제품은 성숙기, 쇠퇴기 등등 사이클을 타고 움직인다는 이론. 이걸 관리하는 시스템을 보고 PLM이라고 부른다.


3. 전력선통신


넓은 의미의 전기 분야에서는 위의 Programmable Logic Controller와 Power Line Communication 둘 다 쓰이기 때문에 가끔 용어의 혼선이 오는 편이지만, 세부적으로 들어가면 사용 분야가 다르다. 1의 PLC는 주로 제어, 자동화 분야에서 쓰고, 전력선통신으로서의 PLC는 전력, 통신 분야에서 주로 쓴다.


4. 공개유한회사


Public Limited Company

영국 상법상의 회사 유형. 주식을 발행해 기업을 공개한 유한책임회사로, 대표적 예시로는 BP plc, Rolls-Royce plc, British Airways plc, Barclays plc 등이 있다. 예시를 보면 알겠지만 두문자어임에도 PLC가 아닌 plc로 쓰는 것이 공식적 표기법이다.

[1] IEC_61131-3에서 5가지 표준 언어를 제시하는데 그중에서도 기존의 릴레이 접점 소자와 1대1로 대응 되는 Ladder Diagram이 가장 인기 있다. IL(Instruction List)라는 어셈블리어랑 동급인 언어도 있다.[2] PLC는 단가가 상당히 비싸므로 사립 4년제 대학교에서는 취급을 하는 경우가 거의 없으므로 아예 가르치지 않거나 이론으로만 살짝 배운다. 덕분에 PLC 기술자들은 현장에서 대부분을 배운다.

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