프로그램 가능 로직 제어기(PLC)이란?

프로그램 가능 로직 제어기(PLC)는 산업 자동화 분야에서 핵심적인 역할을 하는 산업용 컴퓨터입니다. 공장 생산 라인, 기계, 로봇 장치 등 높은 신뢰성, 쉬운 프로그래밍, 그리고 공정 오류 진단이 필요한 제조 공정을 제어하기 위해 견고하게 설계되었습니다.

 

PLC는 어떻게 작동하나요?

PLC는 기본적으로 다음과 같은 네 가지 단계를 반복적으로 수행하며 작동합니다.

1. 입력 스캔 (Input Scan): PLC는 센서, 스위치 등과 같은 연결된 입력 장치의 상태를 지속적으로 모니터링하여 데이터를 수집합니다.
2. 프로그램 스캔 (Program Scan): 수집된 입력 데이터를 기반으로 PLC 내부에 저장된 사용자 프로그램을 실행하여 논리 연산을 수행하고 어떤 출력을 내보낼지 결정합니다.
3. 출력 스캔 (Output Scan): 프로그램 스캔 결과에 따라 모터, 밸브, 램프 등과 같은 연결된 출력 장치를 제어하는 신호를 보냅니다.
4. 하우스키핑 (Housekeeping): 통신, 내부 진단 등 PLC 시스템의 안정적인 작동을 위한 내부 작업을 수행합니다.

이러한 과정은 매우 빠른 속도로 반복되며, 이를 통해 PLC는 실시간으로 입력 변화에 반응하여 정해진 시간 내에 출력을 생성할 수 있습니다.

 

 

PLC의 주요 구성 요소

• 중앙 처리 장치 (CPU): PLC의 두뇌 역할을 하며, 메모리에 저장된 프로그램을 해석하고 실행하여 입력 신호를 처리하고 출력 신호를 생성합니다.
• 전원 공급 장치 (Power Supply Unit): AC 전압을 PLC 내부에서 사용하는 DC 전압으로 변환합니다.
• 입출력 (I/O) 모듈: 외부 센서 및 액추에이터와 PLC 간의 신호를 연결하고 변환하는 역할을 합니다. 디지털 입력/출력, 아날로그 입력/출력 등 다양한 종류가 있습니다.
• 메모리: 사용자 프로그램, 데이터, 시스템 설정 등을 저장하는 데 사용됩니다. 전원이 끊어져도 내용이 보존되는 비휘발성 메모리가 주로 사용됩니다.

 

PLC의 장점

PLC는 기존의 릴레이 기반 제어 시스템에 비해 다음과 같은 다양한 장점을 제공합니다.

• 높은 유연성: 하드웨어 변경 없이 소프트웨어 프로그램 수정만으로 제어 로직을 쉽게 변경하고 재구성할 수 있습니다.
• 뛰어난 신뢰성 및 내구성: 열악한 산업 환경(먼지, 열, 진동, 전기적 노이즈 등)에서도 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다.
• 유지 보수 용이성: 내장된 진단 기능을 통해 문제 발생 시 원인을 빠르게 파악하고 해결할 수 있어 가동 중단 시간을 줄입니다.
• 생산성 및 효율성 증대: 반복적인 작업을 자동화하고 정밀하게 제어하여 생산 효율성을 높이고 인적 오류를 줄입니다.
• 안전성 향상: 위험한 작업 환경에서 수동 작업을 줄이고, 오류 발생 시 시스템을 즉시 중단시키는 등 안전 기능을 프로그래밍할 수 있습니다.
• 컴팩트한 크기: 기존 릴레이 시스템에 비해 차지하는 공간이 적어 제어반의 크기를 줄일 수 있습니다.
• 확장성: 필요에 따라 모듈을 추가하거나 교체하여 시스템을 쉽게 확장할 수 있습니다.

 

 

PLC의 종류

PLC는 주로 다음과 같은 유형으로 분류됩니다.

• 일체형 (Compact/Fixed I/O) PLC: 전원, CPU, 메모리, 입출력 기능이 하나의 장치에 통합되어 있습니다. 소규모 또는 단순한 제어 애플리케이션에 적합합니다.
• 모듈형 (Modular) PLC: CPU, 전원, 입출력 모듈 등이 분리되어 있어 필요에 따라 다양한 모듈을 추가하거나 교체하여 유연하게 시스템을 구성할 수 있습니다. 중대규모 시스템에 주로 사용됩니다.
• 랙 장착형 (Rack-mounted) PLC: 모듈형 PLC의 한 종류로, 여러 모듈을 랙에 장착하여 대규모의 복잡한 시스템을 제어하는 데 사용됩니다.
• 프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러 (PAC): PLC의 견고성과 PC 기반 제어 시스템의 유연성을 결합한 것으로, 더 복잡한 제어 및 데이터 처리 기능을 제공합니다.

 

PLC의 응용 분야

PLC는 매우 광범위한 산업 및 일상생활 분야에서 활용됩니다.

• 제조 및 생산: 자동차, 철강, 화학, 식품, 제약 등 다양한 산업의 생산 라인 제어, 조립 기계, 포장 기계 등
• 빌딩 자동화: 엘리베이터, 에스컬레이터, 조명 제어, 공조 시스템, 보안 시스템
• 교통 시스템: 신호등 제어, 철도 제어 시스템
• 수처리 및 폐수 처리: 펌프 제어, 밸브 제어, 필터링 시스템
• 에너지 산업: 발전소, 배전 시스템
• 기타: 세탁기, 보일러, 자동판매기 등 일상생활의 다양한 자동화 장치

PLC는 산업 현장에서 자동화의 핵심 두뇌 역할을 하며, 생산성과 효율성을 높이는 데 필수적인 장치입니다.

 

 

 

이해하기 위한 최정 정리 질문)

프로그램 가능 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)는 메모리에 사용자가 프로그래밍한게 저장되어 있으며, 입력값, 즉, 센서등에서 들어오는 신호값을 처리 분석하여 메모리에 사용자가 프로그래밍한것에 맞춰서 출력하는 소형컴퓨터 인가요?

 

네, 정확하게 이해하고 계십니다. 프로그램 가능 로직 제어기(PLC: Programmable Logic Controller)는 말씀하신 대로 다음과 같은 특징을 가진 소형 컴퓨터입니다.

• 메모리 기반 프로그래밍: 사용자가 작성한 제어 프로그램(로직)이 PLC 내부 메모리에 저장됩니다. 이 프로그램은 주로 릴레이 시퀀스 제어를 모방한 래더 다이어그램(Ladder Diagram) 형식으로 작성되지만, 기능 블록 다이어그램(Function Block Diagram), 구조화된 텍스트(Structured Text) 등 다양한 언어를 지원하기도 합니다.
• 입력 신호 처리: 센서, 스위치 등 외부 장치로부터 들어오는 디지털 또는 아날로그 형태의 신호(입력값)를 받아서 처리합니다.
• 논리적 분석 및 연산: 메모리에 저장된 프로그램 로직에 따라 입력 신호를 분석하고, 논리 연산(AND, OR, NOT 등), 타이머, 카운터 등의 기능을 수행합니다.
• 출력 제어: 분석 및 연산 결과에 따라 모터, 밸브, 램프 등 외부 액추에이터를 제어하는 신호(출력값)를 내보냅니다.

요약하자면, PLC는 산업 현장에서 기계 및 공정을 자동화하기 위해 사용되는 특화된 소형 컴퓨터로, 사용자가 프로그래밍한 로직에 따라 입력 신호를 처리하고 출력 장치를 제어하는 역할을 수행합니다.

 

 

추가질문)

PLC의 외형은 특정 분야에 맞춰 모양과 형태가 다른가요?

 

네, PLC (Programmable Logic Controller)의 외형은 특정 분야나 적용 환경에 따라 모양과 형태가 다를 수 있습니다. 크게 두 가지 주요 형태로 나뉩니다:

1. 일체형 (Compact PLC):
   • 특징: 전원부, CPU, 입출력(I/O)부가 하나의 케이스 안에 통합되어 있는 형태입니다.
   • 장점: 설치가 간편하고 비용이 저렴하며, 소규모 자동화 시스템이나 단순 제어 작업에 적합합니다. 공간 제약이 있는 곳에 주로 사용됩니다.
   • 단점: 입출력 점수가 고정되어 있어 확장성이 제한적입니다.
   • 주요 용도: 소형 기계 제어, 빌딩 자동화, 간단한 생산 라인 등. "나노/마이크로 PLC"라고 불리기도 합니다.
2. 모듈형 (Modular PLC):
   • 특징: 전원, CPU, 입출력(I/O), 통신 등 각 기능이 별도의 모듈로 구성되어 베이스 보드에 장착하는 형태입니다.
   • 장점: 필요에 따라 모듈을 추가하거나 교체하여 입출력 점수나 기능을 자유롭게 확장할 수 있어 유연성이 매우 높습니다.
   • 단점: 일체형보다 초기 비용이 더 들 수 있고, 설치 공간이 더 필요할 수 있습니다.
   • 주요 용도: 대규모 산업 공정 제어, 복잡한 생산 라인, 로봇 제어, 프로세스 제어 (석유 및 가스, 화학, 제약 산업 등), 모션 제어 (로봇, CNC 기계 등) 등 다양한 산업 분야에서 광범위하게 사용됩니다. "중형/대형 PLC"가 이 형태에 해당합니다.

이 외에도 다음과 같은 특징에 따라 PLC의 외형이나 고려 사항이 달라질 수 있습니다:

• 크기: 매우 작은 "나노/마이크로 PLC"부터 대형 시스템을 제어하는 "대형 PLC"까지 다양합니다. 작은 크기의 PLC는 기계 내부에 내장되거나 공간이 협소한 곳에 적합합니다.
• 산업별 특화:
  • 안전 PLC (Safety PLC): 비상 정지 및 고장 감지 기능을 내장하여 작업자 안전이 최우선인 산업 (식품, 제약 등)에 사용됩니다. 특수한 안전 규격(SIL, PL 등)을 충족해야 하므로 일반 PLC와는 다른 설계가 적용될 수 있습니다.
  • 프로세스 제어 PLC: 오일 및 가스, 화학, 제약 산업과 같이 온도, 압력, 유량 등 정교한 프로세스 제어가 필요한 경우에 사용되며, 이러한 환경에 특화된 모듈이나 견고한 외형을 가질 수 있습니다.
  • 모션 제어 PLC: 로봇, CNC 기계 등 정밀한 움직임 제어가 필요한 분야에 사용되며, 고속 통신 및 정밀 제어 모듈이 포함될 수 있습니다.
• 환경 요인: 산업 현장의 극한 환경(고온, 저온, 진동, 습도, 먼지, 부식성 분위기, 전자기 간섭, 폭발성 분위기 등)에 견딜 수 있도록 설계된 PLC는 일반적인 PLC와 다른 외장 재질이나 방진/방수 등급을 가질 수 있습니다.
• 통신 포트 및 인터페이스: 사용되는 통신 프로토콜(Modbus, Ethernet/IP, Profibus 등)에 따라 필요한 통신 포트의 종류와 수가 달라지며, 이는 PLC 외형의 한 부분으로 나타납니다.

결론적으로, PLC의 외형은 단순한 미적 요소가 아니라 해당 PLC가 어떤 환경에서 어떤 작업을 수행하도록 설계되었는지에 따라 기능적, 구조적으로 다르게 형성됩니다.