PLC의 기초: 도입부터 현대 자동화까지(Fundamentals of PLCs: From Inception to Modern Automation)

 

Chapter 01: PLC 개요 (PLC Overview)

이 장에서는 PLC에 대한 전반적인 개요와 기본 개념을 학습한다. 우선 PLC가 세상에 출현하게 된 계기와 국내 PLC의 산업 현황에 대해 간략하게 살펴본다. 그리고 PLC에 의해 제어되는 자동화 시스템 구현에 필요한 자동화 장치 요소가 무엇인지, 각각의 구성요소에는 어떤 종류가 있는지 알아본다. 그 후에 PLC에서 처리하는 숫자나 문자와 같은 데이터 단위의 기본인 2진수의 표현 방법과, 2진수를 이용한 10진수, 16진수, BCD 코드에 대해 학습한다.

1.1 PLC의 발전사 (History of PLC Development)

세계 최초의 PLC(Programmable Logic Controller)는 1969년 베드퍼드(Bedford) 사에서 개발한 모디콘(MODICON)(Modular Digital Controller)이라는 명칭의 'MODICON 084'이다(그림 1-1). 1958년부터 PLC가 개발되기 직전까지 약 10년간은 디지털 집적회로(IC) 기술을 적용한 제어 기술이 크게 발전한 시기이다. 1965년에 IC를 적용한 미니컴퓨터가 제어용 컴퓨터로 실용화되면서, 시퀀스(sequence) 제어에도 미니컴퓨터를 적용하는 접근이 검토되기 시작하였다(그림 1-2).

• 1965년에 IC(집적 회로, Integrated Circuit)를 적용한 미니컴퓨터가 제어용 컴퓨터로 실용화된 것IC(집적 회로)의 도입
  • 집적 회로(IC)란 무엇입니까?기본 정의역할역사
    • 1950년대: 집적 회로의 초기 개발.
    • 1960년대: 수천 개의 트랜지스터를 단일 칩에 집적.
    • 1970년대: 대규모 집적과 초대규모 집적으로 수백만 개의 구성 요소 집적.
    • 2000년대: 극초대규모 집적으로 수십억 개의 구성 요소 집적.
    유형
    • 디지털 IC: 컴퓨터와 마이크로프로세서에 사용.
    • 아날로그 IC: 소리와 빛 같은 아날로그 신호를 처리.
    • 혼합 신호 IC: 디지털과 아날로그 회로를 결합.
    • 메모리 IC: 데이터를 저장.
    • ASIC: 특정 작업을 수행하도록 설계된 IC.
    제조 과정미래 전망집적 회로의 중요성
    • 주요 단어 해석
      1. 집적 회로 (IC, Integrated Circuit): 실리콘 반도체 소재로 만들어진 소형 전자 칩으로, 트랜지스터, 저항기, 콘덴서 등의 여러 전자 부품이 집적되어 있음.
      2. 트랜지스터 (Transistor): 전기 신호를 증폭하거나 스위칭하는 데 사용되는 반도체 소자.
      3. 저항기 (Resistor): 전류의 흐름을 제한하거나 조절하는 전자 부품.
      4. 콘덴서 (Capacitor): 전기를 저장하는 데 사용되는 전자 부품.
      5. 반도체 (Semiconductor): 전기 전도성이 도체와 절연체의 중간 정도인 재료로, 실리콘이 대표적임.
      6. 마이크로프로세서 (Microprocessor): 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)를 구성하는 소형 IC로, 데이터 처리와 제어 기능을 수행.
      7. 증폭기 (Amplifier): 전기 신호의 크기를 증폭하는 장치.
      8. 메모리 (Memory): 데이터를 저장하는 장치, RAM과 ROM이 대표적임.
      9. 포토리소그래피 (Photolithography): 빛을 이용해 실리콘 기판에 전자 회로를 인쇄하는 기술.
      10. 디지털 IC (Digital IC): 컴퓨터 및 마이크로프로세서와 같은 디지털 기기에서 사용되는 IC.
      11. 아날로그 IC (Analog IC): 연속적인 신호를 처리하는 IC, 예를 들어 소리나 빛과 같은 아날로그 신호.
      12. 혼합 신호 IC (Mixed-Signal IC): 디지털 및 아날로그 회로를 모두 결합한 IC.
      13. 메모리 IC (Memory IC): 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 IC.
      14. ASIC (Application-Specific Integrated Circuit): 특정 응용 프로그램을 위해 맞춤 설계된 IC.
      15. 양극성 접합 트랜지스터 (BJT, Bipolar Junction Transistor): 전류 증폭 및 스위칭을 위한 트랜지스터 유형.
      16. 초대규모 집적 (VLSI, Very-Large-Scale Integration): 수십만 개의 트랜지스터를 단일 칩에 집적하는 기술.
      17. 극초대규모 집적 (ULSI, Ultra-Large-Scale Integration): 수억 개의 트랜지스터를 단일 칩에 집적하는 기술.
      18. 2.5D-IC 및 3D-IC: 칩을 평면 상에 나란히 배치(2.5D)하거나 쌓아 올린(3D) 집적 회로 기술.
      19. 열방출 (Thermal Dissipation): 전자 장치에서 발생한 열을 방출하는 과정.
      20. 팹리스 (Fabless): 직접 제조하지 않고 설계만 하는 반도체 기업.
      21. 웨이퍼 (Wafer): 반도체 소자가 형성되는 얇은 실리콘 원판.
      22. 이중 인라인 패키지 (DIP, Dual In-line Package): IC 패키지 유형 중 하나로, 두 줄의 핀을 가지는 패키지.
      23. 핀 그리드 어레이 (PGA, Pin Grid Array): 많은 핀이 그리드 형태로 배열된 IC 패키지 유형.
      24. 쿼드 플랫 패키지 (QFP, Quad Flat Package): IC 패키지 유형 중 하나로, 칩의 네 면에 핀이 있는 패키지.
      25. 볼 그리드 어레이 (BGA, Ball Grid Array): 칩의 하단에 볼 형태의 접점이 배열된 IC 패키지 유형.
    • 주요 단어 해석
  • 집적 회로가 없다면 대부분의 현대 기술은 존재할 수 없으며, 이는 전자 기기의 소형화와 성능 향상에 필수적인 요소입니다.
  • 2.5D 및 3D 집적 회로 기술은 상호 연결 밀도를 높이고, 더 작은 공간에서 더 많은 처리 능력을 제공합니다. 그러나 열 방출 문제는 여전히 큰 과제입니다.
  • 집적 회로는 포토리소그래피를 사용해 구성 요소를 단일 기판에 인쇄하여 만들어집니다. 이는 비용 절감, 신뢰성 향상, 고속 성능 및 저전력 요구 사항을 제공합니다.
  • 집적 회로는 거의 모든 현대 전자 기기의 핵심 구성 요소입니다. 마이크로프로세서, 증폭기, 메모리 등의 역할을 하며, 다양한 기기에서 작동합니다.
  • 집적 회로(IC)는 실리콘 반도체 소재로 만들어진 작은 전자 칩입니다. 이 칩에는 트랜지스터, 저항기, 콘덴서 등 여러 전자 부품이 집적되어 있습니다.
  • 요약: 집적 회로(IC)란 무엇입니까?
   

 

• 제어용 컴퓨터로의 실용화
  1. 소형화와 비용 절감: 미니컴퓨터는 크기가 작고 가격이 저렴하여, 다양한 산업 현장에 쉽게 도입될 수 있었습니다.
  2. 신뢰성과 성능: IC 기술 덕분에 미니컴퓨터는 높은 신뢰성과 빠른 처리 속도를 제공하였습니다.
  3. 프로그램 가능성: 미니컴퓨터는 프로그램을 통해 다양한 제어 작업을 수행할 수 있었으며, 이는 유연하고 복잡한 공정 제어를 가능하게 했습니다.
  시퀀스 제어의 도입시퀀스 제어의 중요성
  1. 자동화의 핵심: 시퀀스 제어는 산업 자동화의 핵심 요소로, 기계나 프로세스가 미리 정의된 순서에 따라 작동하게 합니다.
  2. 유연성: 프로그램 가능한 미니컴퓨터를 사용함으로써, 시퀀스 제어는 더 유연해지고, 변경 및 업데이트가 용이해졌습니다.
  3. 효율성 향상: 자동화된 시퀀스 제어는 생산 효율성을 크게 향상시키고, 오류를 줄이며, 생산 공정을 최적화할 수 있게 했습니다.
  결론
• 1965년에 IC를 적용한 미니컴퓨터의 실용화는 제어 시스템에 큰 혁신을 가져왔습니다. 미니컴퓨터는 기존의 대형 컴퓨터에 비해 소형화되고 비용 효율적이었으며, 높은 신뢰성과 성능을 제공했습니다. 이러한 컴퓨터를 시퀀스 제어에 적용함으로써, 산업 자동화는 더 유연하고 효율적인 시스템으로 발전할 수 있었습니다. 이로 인해 PLC(Programmable Logic Controller)와 같은 현대의 자동화 시스템이 발전할 수 있는 기초가 마련되었습니다.
• 시퀀스 제어(sequence control)는 미리 정해진 순서에 따라 제어 동작을 수행하는 방식입니다. 1965년 이후 미니컴퓨터가 제어 시스템에 도입되면서, 시퀀스 제어에도 이러한 컴퓨터를 적용하는 접근이 검토되었습니다.
• 미니컴퓨터가 제어용 컴퓨터로 사용되기 시작하면서, 다양한 산업 공정의 자동화에 큰 도움이 되었습니다. 여기에는 다음과 같은 이유가 있습니다:
• 미니컴퓨터는 기존의 대형 메인프레임 컴퓨터와 달리 상대적으로 소형화된 컴퓨터로, 비용 효율성과 사용 편의성을 제공했습니다. 이러한 미니컴퓨터는 산업 현장에서 제어용 컴퓨터로 실용화되기 시작했습니다. 대표적인 예로는 Digital Equipment Corporation(DEC)에서 개발한 PDP 시리즈가 있습니다.
• 미니컴퓨터의 등장
• IC는 여러 전자 부품을 하나의 작은 칩에 집적하여 소형화, 고속화, 그리고 신뢰성을 향상시킨 기술입니다. IC의 발명으로 인해 컴퓨터는 더 작고 강력해졌으며, 이는 미니컴퓨터의 발전으로 이어졌습니다.
• 1965년에 IC(집적 회로, Integrated Circuit)를 적용한 미니컴퓨터가 제어용 컴퓨터로 실용화된 것은 산업 자동화와 제어 시스템에 있어 매우 중요한 발전이었습니다. 이 시기의 기술 발전과 관련하여 더 깊이 설명해 드리겠습니다.

그림 설명

• 그림 1-1: MODICON 084
• 그림 1-2: 1940 ~ 1970년대 PLC 개발을 위한 전자 기술의 발전 현황
  • 1947년: 트랜지스터 발명
  • 1958년: IC 발명
  • 1965년: IC를 이용한 미니컴퓨터 개발
  • 1969년: PLC 개발
  • 1971년: Intel 4004 CPU 개발

이 자료는 PLC의 발전 과정을 소개하며, 초기 PLC인 MODICON 084의 개발과 관련된 역사적 배경을 설명합니다. 1958년부터 1969년까지의 전자 기술 발전과, 특히 1965년 미니컴퓨터의 발전이 PLC 개발에 어떤 영향을 미쳤는지를 다룹니다.

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릴레이 시퀀스 제어의 문제점:

1. 복잡한 시퀀스 배선 작업을 위한 숙련된 기술자가 필요함.
2. 기능 변경 시 시퀀스 회로 변경이 어려움.
3. 시퀀스 회로 기술에 대한 보안이 불가능함.
4. 설계에서 시운전까지 많은 시간이 소요됨.
5. 설치 시 많은 공간이 필요함.
6. 장시간 사용 시, 릴레이 접점의 마모로 유지보수가 필요함.
7. 릴레이 동작 속도가 느려서 고속 설비에는 적용이 불가능함.
8. 신호선, 비모동선 같은 기능 구현을 하지 못함.

 

GM이 제시한 자동화 제어장치 설계 조건 10대 조건:

1. 프로그램 작성 및 변경이 용이하고, 시퀀스 변경이 용이할 것.
2. 점검 및 유지보수가 용이할 것, 플러그 인(plug-in) 방식일 것.
3. 주요 유닛이 교체 가능할 것, 릴레이 시퀀스 제어보다 신뢰성이 높을 것.
4. 릴레이 시퀀스 제어보다 소형일 것, 배선 연결이 쉬울 것.
5. 표준 신호를 통하여 다른 수치 시스템에 연결될 것.
6. 전원을 AC 115V로 할 것.
7. 전원이 끊어진 후 재가동시 문제 없을 것.
8. 확장성이 가능할 것.
9. 메모리가 있을 것.
10. 가격이 저렴할 것.

이 조건을 바탕으로 GM은 새로운 제어 장치를 설계했고, 이로 인해 PLC가 개발되기 시작했습니다. 초기 PLC는 릴레이를 대체하기 위해 개발되었으며, 경제성, 신뢰성, 변경의 용이성 등이 특징이었습니다.

문서의 마지막 부분에서는 1970년대 중반부터 통신 기능에 대한 요구가 나타나기 시작했고, 이에 따른 최초의 PLC 통신 기술인 MODBUS가 개발되었다고 설명합니다. 이 통신 기술은 현재까지도 널리 사용되고 있습니다.

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PLC의 도입과 발전:

1. 도입 배경:
   • 1980년대 초반, PLC가 일본, 미국, 유럽으로부터 도입되면서 국내에서 사용되기 시작했습니다.
   • 이때부터 금성계전(현재의 LS산전), 삼성생명, 동양화학 등에서 PLC를 개발하여 판매하기 시작했습니다.
   • 현재는 LS산전의 PLC가 우수한 성능을 보여 국내 시장 대부분을 차지하고 있으며, 국산 브랜드의 PLC 시리즈가 높은 점유율을 보이고 있습니다.
2. 주요 업체와 분야:
   • 국내외에서 PLC를 사용하는 분야는 크게 구분되며, 독일의 지멘스와 미국의 AB가 주도하는 PA(Process Automation) 분야, 일본 및 국내의 LS산전이 주도하는 FA(Factory Automation) 분야로 나뉩니다.
   • 일본의 미쓰비시 PLC 역시 높은 점유율을 보이고 있습니다.
3. PAC의 등장:
   • 2000년대 초반부터는 산업용으로 사용되던 PC와 PLC의 장점이 결합된 PAC(Programmable Automation Controller)가 등장하였습니다.
   • PAC는 기존의 PLC에서는 처리하지 못했던 다양한 제어 기능과 데이터베이스와의 통합을 처리할 수 있는 환경을 제공합니다.
   • 오늘날에는 IoT(Internet of Things)와 스마트 팩토리 구현에 PAC의 사용 범위가 점차 확대되고 있습니다.

PLC 프로그래밍 언어:

1. IL (Instruction List):
   • 1993년 IEC에서 표준으로 정한 'IEC 1131-3'의 PLC 프로그래밍 언어에서 정의된 언어입니다.
   • 주로 지멘스 또는 AB PLC 프로그램을 작성할 때 사용됩니다.
2. LD (Ladder Diagram):
   • 시퀀스 제어에서 사용하던 릴레이 로직을 표현하기 위해 만들어진 언어입니다.

그림 설명:

• 그림 1-3은 릴레이 제어에서 PAC까지 PLC 기술의 발전 동향을 보여줍니다.
  • 릴레이
  • 스위치
  • 산업용 PC
  • 임베디드 컨트롤러
  • PLC
  • PAC 시스템

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PLC 프로그래밍 언어:

1. FBD (Function Block Diagram):
   • 프로그램의 요소를 블록으로 표현하고, 그들을 서로 연결하여 로직을 표현하는 것으로, 제어 요소 간의 데이터 흐름을 시각적으로 나타냅니다.
2. ST (Structured Text):
   • Pascal과 비슷한 고수준의 언어로, 복잡한 수식 계산이 필요한 시스템에서 사용됩니다.
3. SFC (Sequential Function Chart):
   • 전체 시스템의 액션과 트랜지션을 구체화하여 나타냅니다.
   • 각 액션과 트랜지션은 앞서 설명한 언어들(IL, LD, FBD, ST)로 프로그래밍되며, 각 액션들을 릴레이로 표현합니다.
   • 프로그래밍 오류가 발생할 때 디버깅이 수월합니다.

자동화의 5대 요소:

PLC를 잘 이해하기 위해서는 자동화의 5대 요소에 대해 이해해야 합니다. 이 요소들은 산업 현장의 자동화 제어기기의 제작과 운영에 필요한 핵심 요소들로, 다음과 같은 구성 요소들이 포함됩니다:

1. 메커니즘 (기계구조):
   • 기계 시스템을 구성하고 있는 기본적인 기계 구조입니다.
2. 센서 (Sensor):
   • 기계의 동작을 감지하기 위한 센서로, PLC에 해당되는 프로세서로 데이터를 전달합니다.
3. 프로세서 (Processor):
   • PLC의 핵심으로, 여러 대의 기계장치 간의 연동을 위한 네트워크를 포함합니다.
4. 액추에이터 (Actuator):
   • 기계의 구동을 위한 액추에이터입니다.
5. 네트워크 (Network):
   • 여러 대의 기계장치 간의 연동을 위한 네트워크입니다.

그림 1-4 설명:

• 그림 1-4는 자동화의 5대 요소와 그 연관성을 시각적으로 나타낸 것입니다. 중앙에 프로세서(PLC)가 있으며, 이를 중심으로 기계구조, 센서, 네트워크, 액추에이터, 래더(프로그래밍 언어)가 연결되어 있습니다.

추가 설명:

• PLC 프로그래밍 언어는 서로 통합되고 표준화되었습니다. 하지만 PLC를 제조하는 회사별로 각각 다른 프로그래밍 구조를 갖고 있어, 실질적으로는 다른 방식으로 사용될 수 있습니다. 그러나 각 언어의 의미와 구조가 유사하기 때문에, 한 번 익숙해지면 다른 PLC에서도 쉽게 적응할 수 있습니다.

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1.2.1 기계구조

기계란 '다수의 부품으로 구성된 것으로, 일정한 상태 운동에 의해 유용한 일을 하는 동적 장치'를 의미합니다. 18세기 중반부터 시작된 산업혁명에서 물품의 대량생산을 위해 출현한 기계장치는 19세기에는 인간의 노동력을 보조했고, 20세기에는 인간의 노동력을 대체했습니다. 21세기 오늘날에는 인간의 작업 능력으로는 만들 수 없는 반도체, OLED, 휴대전화와 같은 최첨단 제품을 기계장치들이 만들어내고 있습니다.

PLC의 역할

PLC 프로그램은 그러한 기계의 동작을 제어하기 위한 것으로, 기계의 동작 조건은 미리 설계된 동작 순서에 의해 정해져 있습니다. 따라서 PLC 프로그램에는 기계 설계자가 기계를 설계할 때 정해놓은 기계 동작의 순서대로 기계 장치가 움직일 수 있도록 프로그램을 작성하게 됩니다. 따라서 PLC 프로그램을 작성하기 위해서는 미리 제어할 기계장치의 구동 원리와 동작 순서를 잘 파악하고 있어야 합니다.

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기계장치의 동작 순서 파악

기계 설계자는 기계장치를 설계할 때 먼저 기계장치의 목적을 생각하고, 그 목적에 적합한 기계장치를 만들기 위해 필요한 모든 조건을 고려합니다. 그 다음으로 기계의 크기를 정한 후, 기계장치를 움직이기 위한 액추에이터를 결정하고, 동작을 구현할 수 있는 기계구조를 결정한 후에 기계 도면을 작성합니다.

따라서 PLC 프로그램은 기계 설계자처럼 기계의 모든 구성요소에 대해 잘 알고 있어야 합니다. 최소한 기계 도면 또는 기계장치 실물을 보고 기계의 동작 순서를 파악할 수 있어야 하며, 기계에 대한 지식을 갖추어야 기계장치를 정확하게 구동시키는 PLC 프로그램을 작성할 수 있습니다.

1.2.2 액추에이터

액추에이터는 외부로부터 에너지를 공급받아 기계를 움직이는 동력을 생성하는 기기를 의미합니다. 자동화 장치에 사용되는 액추에이터는 크게 모터와 실린더로 구분할 수 있습니다. 모터는 전기를 이용해 회전 운동을 만들고, 실린더는 공기나 유압을 이용해 직선 운동을 만듭니다. 특히 공압 실린더와 유압 실린더는 많이 사용됩니다.

공압 실린더는 압축된 공기를 사용해 기계를 움직이고, 유압 실린더는 기름 같은 액체를 사용합니다. 공압 실린더는 빠른 속도로 움직이지만, 유압 실린더는 더 큰 힘을 낼 수 있습니다. 따라서 필요한 용도에 따라 공압 실린더나 유압 실린더를 선택해야 합니다.

예를 들어 제약회사에서 가루 분말로 단단한 약알을 만드는 경우, 유압 실린더를 사용하면 간단한 기계구조로 큰 힘을 얻을 수 있어 비용을 절감할 수 있습니다. 그러나 유압 실린더에 사용한 기름이 약에 포함되면 제조 과정에서 문제가 될 수 있습니다.

자동차 공장에서는 공압을 많이 사용하는데, 이는 공압이 빠르고 깨끗하기 때문입니다. 제철 공장에서는 큰 힘이 필요한 경우 유압을 사용합니다. 이렇게 다양한 상황에서 적절한 액추에이터를 선택해 사용하는 것이 중요합니다.

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오염 문제 및 액추에이터 선택

OLED 같은 소형 전자제품을 생산할 때는 제품 오염의 문제가 발생하지 않도록 주의해야 합니다. 특히 유압 실린더를 사용하는 경우, 유압유가 누출되면 제품에 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 이런 경우에는 공압 실린더나 모터를 사용하는 것이 적합합니다.

액추에이터의 종류

기계 장치의 다양한 요구를 충족하기 위해 다양한 액추에이터가 사용됩니다. 여기에는 주로 모터와 실린더가 있습니다.

• 모터: 모터는 전기를 사용하여 회전 운동을 만듭니다. 모터는 크게 AC 모터와 DC 모터로 구분할 수 있습니다.
  • AC 모터: 주로 산업 현장에서 사용되며, AC 전원을 사용합니다. AC 모터는 다시 단상용 모터와 삼상용 모터로 나눌 수 있습니다.
  • DC 모터: DC 전원을 사용하며, 정밀한 속도 제어가 필요한 경우 사용됩니다.
• 실린더: 실린더는 공기 또는 유압을 사용하여 직선 운동을 만듭니다.
  • 공압 실린더: 압축 공기를 사용하며, 빠르고 깨끗합니다.
  • 유압 실린더: 유압을 사용하여 큰 힘을 만들 수 있습니다.

PLC와 액추에이터 제어

PLC는 자동화 장치를 제어하는 데 사용됩니다. PLC의 출력 신호로 액추에이터를 제어하며, 이를 통해 다양한 자동화 작업을 수행할 수 있습니다. 예를 들어,

• 밸브 제어: 솔레노이드 밸브를 사용하여 유압 및 공압 실린더를 제어합니다.
• 인버터 제어: AC 모터의 회전 속도를 제어하기 위해 인버터를 사용합니다.

PLC 프로그램을 작성할 때는 제어하려는 장치에 맞는 액추에이터의 종류와 제어 방법을 잘 이해해야 합니다. 따라서 PLC를 효율적으로 사용하기 위해서는 제어하려는 기계장치와 해당 액추에이터의 작동 원리와 제어 방식을 잘 알고 있어야 합니다.

그림 설명

그림 1-6은 PLC로 제어하는 액추에이터의 종류를 보여줍니다. 이 그림에서는 모터와 실린더가 각각 AC, DC 및 공압, 유압으로 구분되어 있습니다. 이는 다양한 제어 방법을 이해하는 데 도움이 됩니다.

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1.2.3 센서

센서는 기계장치와 액추에이터가 결합된 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 기계장치의 동작 범위를 초과하거나 특정 위치에 도달했을 때 이를 감지하여 필요한 제어를 수행합니다.

주요 센서 종류 및 역할

• 리미트 스위치 (Limit Switch): 기계장치의 동작 범위를 감지하여 정해진 범위를 초과하면 신호를 보내는 역할을 합니다.
• 위치 센서: 모터와 스크류의 조합에 의해 기계장치의 위치를 정밀하게 감지합니다.

센서와 PLC의 연동

센서는 PLC의 입력 모듈에 연결되어, 기계의 움직임을 감지한 결과를 전기 신호로 변환하여 PLC에 전달합니다. PLC는 이 신호를 받아 적절한 제어 동작을 수행합니다.

센서의 분류

센서는 입력 신호의 종류에 따라 아날로그 센서와 디지털 센서로 나뉩니다.

• 디지털 센서: ON/OFF 신호를 PLC로 전달합니다. NPN 타입과 PNP 타입으로 구분됩니다.
• 아날로그 센서: 연속적인 전압 또는 전류 신호를 전달합니다.
  • 전압형 아날로그 센서: 전압 범위에 따라 05V, 15V, 0~10V 등으로 구분됩니다.
  • 전류형 아날로그 센서: 전류 범위에 따라 420mA, 020mA로 구분됩니다.

센서의 발전

최근 센서는 임베디드 시스템과 결합하여 복잡한 작업을 수행할 수 있는 스마트 센서로 진화하고 있습니다. 이는 더 정교하고 다양한 제어가 가능하게 합니다.

그림 설명

• 그림 1-7: 모터와 스크류의 조합에 의한 좌우 이동 기계장치와 위치 감지를 위한 다양한 센서가 나와 있습니다.
• 그림 1-8: PLC 관점에서 분류한 센서의 종류를 보여줍니다. 센서는 전압형, 전류형, 디지털 (NPN, PNP)로 나누어져 있으며, 각 종류의 특징과 적용 범위를 설명하고 있습니다.

센서는 기계 시스템의 중요한 구성 요소로, 정확한 동작과 제어를 위해 다양한 유형의 센서를 적절히 활용해야 합니다.

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1.2.4 프로세서

프로세서는 CPU에 의해 연속적으로 실행되는 프로그램을 의미합니다. 일반적으로 메모리 등에 저장되어 있는 CPU가 실행할 수 있는 기계 코드이며, 프로그램의 상태가 메모리에서 실행되는 작업 단위를 프로세서라고 합니다. PLC에서는 사용자가 작성한 프로그램 이외에도 PLC의 OS에 의해 여러 개의 프로세서가 실행됩니다. 자동화에서는 프로세서가 PLC 자체를 의미하는 것입니다.

1.2.5 네트워크

자동화 장치는 기계구조, 액추에이터, 센서, 프로세서만을 가지고 자동화 작업을 제어할 수 없습니다. 현대의 자동화 장치는 기계 장치가 네트워크로 연결되어 동작합니다. 네트워크를 기반으로 고객 맞춤형 단품 생산, 고정밀, 고품질 소량 생산 시스템이 제조업의 핵심이 되고 있으며, 앞으로도 제조공정이 ICT(Information and Communications Technologies)를 적용하여 스마트 공장으로 발전할 방향을 예고하고 있습니다. 현재는 대기업 중심으로 ICT 기술이 적용된 자동화 기술이 사용되고 있지만, 몇 년 내에 중소기업에도 확산될 전망입니다.

PLC의 네트워크는 선택이 아닌 필수입니다. PLC의 네트워크는 기존의 컴퓨터 네트워크와는 달리 회사별로 표준화한 프로토콜을 사용합니다. 회사별 네트워크 명칭도 각기 다르게 부여하고 있습니다. 그러나 기본 통신 기술은 RS232 또는 RS485 통신을 사용하기 때문에, 한 종류의 PLC 통신 사용법만 익히면 프로토콜을 따라 통신을 쉽게 사용할 수 있습니다.

PLC 통신 방식

PLC에서 사용하는 통신 프로토콜은 통신 방식에 따라 구분됩니다. PLC에서 통신 프로토콜은 여러 종류의 프로토콜이 사용됩니다. RS232C를 기본으로 발전된 3개의 통신 방식이 사용되고 있으며, PLC 통신을 잘 이해하려면 RS232C 통신 방식에 대해 알아야 합니다.

표 1-2: PLC 네트워크의 종류

PLC 제조사 / 통신 방법 RS232C RS422/485 Ethernet

슈나이더	Modbus	Modbus	Modbus/TCP
미쓰비시	-	CC-Link	CC-Link/IE
지멘스	-	Profibus-DP	Profinet
AB	-	Device-net	EtherNet/IP
오므론	-	-	EtherCAT

각 제조사는 고유의 통신 방식을 사용하며, 표에 나온 프로토콜은 대표적인 예시입니다.