PLC란 무엇인가?

 

- PLC란 무엇인가?

 

PLC란 Programmable Logic Controller로 직역하자면 프로그램 가능한 논리 제어장치이다. 순차제어(Sequential Control)를 위해 종래에 사용되던 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 반도체 IC 소자로 대체시켜, 필요한 논리연산 기능과 수치연산 기능을 소프트웨어적인 처리가 가능하도록 만들어진 논리 제어기기이다.

 

미국 전기공업협회규격(NEMA)에서는 PLC를 "디지털 또는 아날로그 입·출력 모듈을 통하여 로직, 시퀀스, 타이밍, 카운팅, 연산과 같은 특수한 기능을 수행하기 위해 프로그램 가능한 메모리를 사용하고 여러 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 동작의 전자 장치"로 정의하고 있다.

 

PLC 프로그램을 설계하기 위해서 소프트웨어(Software Tool)가 필요하며, 누구나 쉽게 접근할 수 있는 래더(Ladder) 방식으로 구성이 가능하다. 스위치 등을 통해 입력 신호가 들어가면 래더 다이어그램(LD : Ladder Diagram)의 동작 기술에 의해 내부에서 처리되고 결과물은 최종적으로 출력 코일(Output Coil)에 나타나며 출력된 제어 대상의 동작이 전체 시스템을 제어하게 된다.

 

PLC는 순차제어에 사용되는 대표적 장치이다. 크기와 형태에 따라 일체형과 모듈형으로 구분되며 일체형은 전원 장치, CPU, 메모리, 입·출력 유닛이 하나의 기기로 구성된 PLC로 주로 소규모 공정에 사용되고 모듈형은 전원 장치, CPU, 메모리 등을 모듈 형태로 연결할 수 있는 PLC다. 원하는 기능을 모듈로 추가해 규모를 늘릴 수 있기에 중·대형 공정에 적합하다.

 

자동화 기술의 한 분야인 PLC는 최근 급속도로 많은 발전을 보인 산업 기술 분야이다. 산업 사회가 점점 자동화 시스템으로 변천됨으로써 작업의 극대화, 능률화 및 정확성을 요구하고 있기 때문에 PLC 기기를 활용한 자동화 분야는 이제 거의 모든 산업의 분야로 확대되고 있다.

 

특히, 전지전자와 컴퓨터 기술의 발달로 인해 PLC의 하드웨어와 소프트웨어의 기능과 성능 기술이 더욱 발전되고 네트워크 기술이 향상되어 매우 광범위하게 활용되고 있는 실정이다.

 

오늘날의 산업구조는 대량 생산 시스템으로부터 소량 다품종 생산을 거쳐 대량 다품종 생산 시스템으로 진화하고 있으며 공장 자동화(FA : Factory Automation)의 발달과 생산 설비의 고도적 라인화, FMS(Flexible Manufacturing System)화에 따라 생산 설비 사이클의 단축, 기계 가동 운전 상황 및 공구류 사용상에 대한 모니터링, 자동화 공정의 수시 변경 등이 요구되고 있으므로 PLC의 필요성이 더해가고 있다.

 

또한 아날로그 제어(Analog Control), PID(Proportional Integral Differential) 제어, 로봇 제어(Robot Control)를 비롯한 컴퓨터와의 통신을 통하여 산업용 생산 시스템 제어에 기여하고 있다.

 

PLC의 구조

- 4차 산업혁명과 PLC

 

요즘 산업계의 핫이슈가 4차 산업혁명이다. 4차 산업혁명은, 사물 인터넷(IoT : Internet of Things)를 통해 생산기기와 생산품 상호 소통 체계를 구축하고 전체 생산 과정의 최적화를 구죽하는 과정이다.

 

4차 산업의 중심이 될 공장 자동화는 이더넷(Ethernet)이라는 네트워크를 기반으로 하여 사무실과 현장으로 구분되던 기존 체제는 사라지고, 사무실에서 발생되는 여러 가지 생산 정보가 생산 현장에 즉시 반영되어 제품이 만들어지는 새로운 형태로 진화하고 있다. 이 공장 자동화의 핵심에 바로 PLC 제어기술이 있다.

 

오늘날의 공장 자동화에 로봇을 사용해야하는 이유는 인간의 노동력을 대체하기 위한 용도가 아닌 인간의 능력으로 만들 수 없는 최첨단 제품을 만들기 위함이다.

 

스마트폰에 들어가는 복잡한 인쇄 회로 기판(PCB : Printed Circuit Board)에 돋보기로 보아야 할 만큼의 작은 전자부품을 고정하는 납땜 작업이나, ㎛ 단위의 정밀도를 요하는 반도체 부품의 조립과 OLED 패널의 조립 등에 로봇을 필요로 한다.

 

로봇을 독립적으로 동작할 수 있지만, 공장 자동화에 사용될 때는 PLC의 제어지령에 의해 동작한다.

 

공장 자동화에 사용되는 수많은 자동화 장치와 로봇이 동작하기 위한 프로그램은 여전히 사람만 작성 가능하고, 자동화 장치와 로봇의 점검과 유지보수도 사람만이 할 수 있다.

 

그러므로 4차 산업혁명으로 대표되는 공장 자동화의 기술이 확대되고 발전할수록 이 분야의 인력 수요는 꾸준히 증가할 것이다.

 

따라서 새로운 형태의 공장 자동화에 필요로 하는 기술 인력은, 고전적인 방식의 PLC 입·출력을 이용한 제어기술과 통신을 이용한 원격제어 기술 능력을 갖춘 인재라고 할 수 있다.

 

시대의 변화에 따라 기술이 발전하고 이에 따라 일자리의 양상도 바뀌게 된다. 손으로 하던 작업을 도구를 사용하여 처리하고, 도구와 기구를 이용해서 작업하던 것을 수력 및 증기 기관에 의한 기계식 생산 설비를 이용했다.

 

2차 산업혁명이라 불렸던 전기 동력과 컨베이어 벨트에 의한 대량 생산 체계에 접어들었고, 전자 기술과 IT를 통한 부분 자동화로의 진입을 위한 3차 산업혁명에서는 1969년, 자동차 조립 라인에서 복잡한 릴레이 제어반 시스템을 교체할 때 발생하는 비용을 줄이고자 GM(General Motors社)社에서 시퀀스(Sequence) 전자 제어장치의 10대 조건을 발표했고 이러한 조건에 맞는 제어장비를 Medford社가 Modular Digital Controller(MODICON)라는 이름으로 제안했다.

 

이어 슈나이더 일렉트릭社(Schneider Electric社)와 같은 여타 회사들도 PDP-8(디지털 이큅먼트 코퍼레이션(DEC)이 개발한 상업용 미니 컴퓨터)에 근거한 시스템들을 제안하며 세계 최초로 Modicon 084라는 PLC가 등장하게 되었다.

 

- GM社가 발표한 전자 제어장치의 10대 조건

 

① 프로그램 작성 및 변경이 용이하고 시퀀스 변경을 현장에서 할 수 있을 것

② 유지 보수가 용이할 것

③ 현장에 있어서 신뢰성이 릴레이 제어반 보다 높을 것

④ 크기는 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, 모터의 기동, 조작이 가능할 것

⑨ 제어 시스템의 확장은 기본 시스템의 작은 변경으로 가능할 것

⑩ 프로그램의 확장은 최저 4Kbyte Word까지 가능할 것

 

세계 최초의 PLC, Modicon 084

 

국내에서는 1987년 LS 산전에서 최초로 개발에 성공했으며 지금까지 국내 브랜드의 대표 주자로서 다양한 기종의 PLC를 개발·생산하고 있다.

 

PLC는 주로 산업 현장에서 많이 쓰이며 각종 플랜트(Plant)나 대형 선박, 엘리베이터, 각종 빌딩의 중앙 시스템 등 저렴하고 비교적 간단한 동작의 제어가 필요한 곳부터 대형 공장 산업 라인까지 정말 광범위한 곳에서 사용된다.

 

이 PLC 기술은 많은 부분에서 적용되어 3차 산업혁명을 이끌었다고 말할 수 있을 것이다.

 

이를 기반으로 PC와 마이크로 프로세서의 발전에 따라 ICT(IT(Information Technology)와 통신(Communication)이 합쳐져 기존의 IT 보다 좀 더 커뮤니케이션이 강조된 개념)와 제조업의 완벽한 융합이 가능해졌고, 이들은 사물 인터넷 IoT 확산, 사이버물리시스템(CPS : Cyber Physical System) 기반 유연 생산 체계의 구축과 시뮬레이션을 통한 최적 생산들이 가능하도록 발전되어 있다.

 

이들 시스템이 완성되는 2020년 이후에는 완전한 4차 산업혁명 시대로 진입할 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

 

이미 4차 산업혁명을 준비하거나 기술적으로 진입한 국가의 경우 새로운 일자리를 확보하고 세계 속의 경쟁을 준비하고 있다.

 

국내의 경우, 이런 시대적 흐름을 잘 읽고 대응하고 있는 기업들도 있으나 대부분의 기업들이 아직 전문적 지식을 갖지 못하고 있어 아쉬운 부분이다.

 

3차 산업혁명을 주도적으로 이끌어온 장치가 PLC임은 누구나 인정할 수 있을 것이다. 그러나 이제는 PLC만 가지고 할 수 있는 부분은 많지 않을 것 같다.

 

PC와 마이크로 프로세서, 통신 그리고 PLC가 모두 만나 융합형 시스템을 구축할 수밖에 없을 것이다. PLC의 변화가 필요한 시점이다.

 

이런 이종간의 만남과 융합을 특정 전문가만이 하는 기술 인력 시장이 아닌 누구나 이런 일에 참여할 기술을 갖을 수 있도록 해야할 것이다.

 

- PLC 대표 브랜드와 산업별 모델

일본 Mitsubishi社 모듈형 PLC MELSEC

 

자동화를 위한 산업 현장에서는 다양한 모델의 PLC가 사용되고 있다. 국내에서 사용되는 PLC를 산업별로 구문해보면 FPD(Flat Panel Display)와 2차 전지 분야에서는 일본 미쯔비시社(Mitsubishi社)의 멜섹(MELSEC) 시리즈의 PLC가 많이 사용되고, 자동차, 석유공장, 발전소, 플랜트 설비 등에는 독일의 지멘스社(SIEMENS社) PLC 또는 미국 AB社(Allen-Bradley社)의 PLC가 많이 사용되고 있다.

 

미국 Allen-Bradley社 모듈형 PLC LOGIX

 

산업 현장에서 사용되는 PLC의 종류에 따라 프로그램을 작성하는 소프트웨어의 종류와 사용 방법이 다르기 때문에 여러 종류의 PLC를 능숙하게 다룬다는 것은 많은 시간과 노력을 투자해야 가능한 일이다.

 

그러나 PLC 프로그램을 실행하는 방법과 프로그램을 작성하는 원리가 모든 PLC에 동일하다는 것을 이해한다면 다른 기종의 PLC를 배우는 것도 크게 어렵지만은 않을 것이다.