지능형 산업용 컴퓨터 'PLC'를 위한 상호 연결 솔루션

June 10, 2024

산업 자동화가 급속히 발전함에 따라 PLC(Programmable Logic Controller)는 이제 모든 제조 환경에서 필수가 되었습니다. PLC는 산업용 및 상업용으로 사용되는 디지털 컴퓨터입니다. 이러한 컴퓨터는 종종 여러 입력 장치들에 연결되어 사전에 프로그램된 대로 작업을 수행합니다. PLC는 애플리케이션의 요구 사항에 따라 프로그래밍 또는 재프로그래밍이 가능하고 전선을 변경하지 않고도 공장 환경 변화에 --적응할 수 있다는 점에서 기존의 유선 릴레이 로직에서 가장 앞서 있고 신뢰할 수 있는 형태로 여겨지고 있습니다.

-이번 포스트에서는 향후 인더스트리 4.0의 개발 과정에서 PLC가 수행하는 역할과, 제조회사가 공장에서 PLC를 연결할 때 도움이 될 수 있는 상호 연결 솔루션에 대해 알아보겠습니다.

지능형 산업용 컴퓨터 'PLC'를 위한 상호 연결 솔루션 (출처: Buffaloboy – adobestock)

PC와 스마트폰은 여러 프로그램을 처리할 수 있지만 PLC는 단일 세트 또는 사전 정의된 작업을 수행하도록 설계되었습니다. PLC도 일반 컴퓨터와 마찬가지로 프로세서, 버스, I/O 모듈, 프로그래밍 장치와 메모리를 가지고 있습니다. 프로세서는 입력을 처리한 후 프로그램을 제어하고 출력 장치에 명령을 보내는 역할을 하는 핵심 장치입니다. 그들은 논리 연산, 산술 연산, 컴퓨터 인터페이스 등 다양한 기능을 수행합니다. 버스는 PLC에 대한 통신 경로입니다. 앞서 언급했듯이 PLC는 사전에 프로그래밍된 로직을 기반으로 작동하기 때문에, 버스는 이 컨트롤러로 바이너리 형식의 데이터를 전송합니다. 따라서 이들 로직과 데이터는 메모리에 저장됩니다. I/O 모듈에는 PLC를 다른 애플리케이션과 연결하는 모든 인터페이스가 포함됩니다. 여기에는 솔레노이드 및 모터 등의 출력 장치에 대한 센서 같은 입력 장치가 포함됩니다.

-오늘날 사용 가능한 PLC의 유형은 모듈형에서 통합형까지 매우 다양합니다. 일반적으로 PLC는 높은 온도와 진동, 습도 등 극한의 조건에서 작동이 가능하도록 설계되었습니다. 쉽게 프로그래밍이 가능한 이 장치는 컨트롤러 내에 입력 및 출력 인터페이스를 포함하고 있습니다. PLC는 복잡한 시스템을 제어하기 위한 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 프로그램 변경이 가능할 뿐 아니라, 여러 애플리케이션을 지원할 수 있도록 뛰어난 유연성과 재사용 기능을 제공합니다.

인더스트리 4.0 시대의 PLC

PLC는 공장 내에서 로봇이나 서보 모터 같은 기계류를 제어하도록 설계되었습니다. 이들은 극한의 온도와 습도를 견딜 수 있도록 직사각형 캐비닛 안에 포장된 프로그래밍 가능한 컴퓨터입니다. 모듈형이므로, 사용자가의 필요에 따라 장치를 여러 대 쌓아올려서 추가적인 제어 작업을 수행할 수 있습니다. 센서로부터 입력을 제공받아 처리 결과를 알람, 디스플레이 또는 프린터로 출력하는 코드를 쉽게 실행할 수 있습니다. 이들 코드는 입력 또는 클럭에 의해 루프 및 트리거됩니다.

-인더스트리 4.0 이전에는 한 대의 PLC로 공장 내 여러 대의 기계류를 처리했습니다. 인더스트리 4.0이 도입되면서 이제는 모든 로봇이나 서보 모터가 자체적으로 컨트롤러를 탑재함에 따라 공장 부지 내에 여러 대의 PLC가 산재될 수 있습니다. 이제 컨트롤러는 상호간 및 클라우드와 통신하고, 공장 내 와이파이를 통해 인증을 수행하여 보안을 유지하고, 고객 주문에 응답해야 합니다. 유연성, 속도, 신뢰성, 소형화는 더 이상 선택이 아닌 필수입니다.

-그렇다면 커넥티드 컨트롤러(Connected Controller)를 유연하고 빠르며 안정적이고 컴팩트하게 설계하려면 어떻게 해야 할까요? 우선, 멀티 코어 프로세서(MPU)를 사용하는 방법이 있습니다. 그러면 동일한 프로그램을 실행함으로써 시스템의 안전성을 위협하는 오류를 비교하고 포착할 수 있습니다. 또한 신호 처리 기술을 지원하는 MPU는 수학 집약적인 작업을 내려놓음으로써 일반 프로그램 실행 작업만 메인 레지스터에 남겨둘 수 있다는 점도 주목할 만한 대목입니다.

-암페놀의 PLC 지원 솔루션

PLC가 인더스트리얼 4.0에서 중요한 역할을 합니다. 현재 많은 공장 설계자들이 PLC를 이용해 작업을 수행하는 이유가 여기에 있습니다. 하지만 PLC를 공장 자동화 시스템에 어떻게 통합해야 할까요? 암페놀(Amphenol)은 이를 위한 다양한 통합 옵션을 제공합니다.

먼저 PLC의 요소들부터 살펴보겠습니다. PLC는 일반적으로 CPU 모듈, 인터페이스 모듈, 통신 모듈, 전원 모듈, 그리고 랙으로 구성됩니다.

-CPU 모듈

CPU 모듈은 PLC의 뇌로 간주됩니다. 이들은 공장 프로세스를 자동화하는 래더 로직(ladder-logic) 프로그램을 실행합니다. CPU 모듈은 내부 및 외부 커넥터를 모두 가지고 있습니다. 암페놀의 Millipacs ^® Vertical 및 R/A 리셉터클은 CPU 모듈을 PLC 랙 및 그 옆에 있는 입력 모듈과 연결하는 데 도움이 되는 백플레인 커넥터입니다. 이와 함께 Minitek ^® 보드투보드 2.00mm 커넥터도 CPU 모듈 내부에 포함되어 있습니다. 뿐만 아니라 CPU 모듈의 입력/출력 커넥터에는 D-Sub 및 RJ45 커넥터가 포함되어 있습니다.

-인터페이스 및 통신 모듈

인터페이스 및 통신 모듈은 D-Sub 표준 보드 실장 커넥터에 연결하는 D-Sub 커넥터를 가지고 있습니다. 이는 이 모듈이 서보 드라이브 컨트롤러 및 릴레이 같은 제어 캐비닛의 다른 소자들과 통신할 수 있게 해줍니다. SAS PCIe 및 DDR4 같은 암페놀의 커넥터 제품들은 데이터 전송 장치 및 네트워크의 다른 시스템과의 통신을 지원하며, BergStak ^® 0.80mm/0.50mm 같은 메자닌 커넥터는 애드-인-카드를 통해 PLC 내부의 마더보드와 인터페이스합니다.

-PLC 랙

PLC 랙에는 CPU, 통신, 전원공급장치 같은 각각의 모듈을 랙에 연결할 수 있는 일련의 Millipacs® 수직 헤더가 포함되어 있습니다. PLC 랙은 PLC의 통신 및 동기화 센터 역할을 합니다. 또한 Minitek ^® MicroSpeed, Minitek ^® Pwr,및 Minitek® 1.25mm, USB 커넥터 및 모듈형 잭(RJ45) 역시 PLC 랙에 포함되어 있습니다.

-산업 자동화의 급속한 발전과 함께, PLC는 이제 모든 제조 환경에서 필수 요소로 자리잡았습니다. PLC는 강력하고 견고한 프로그래밍 및 재프로그래밍이 가능한 모듈로서, 열악한 산업 및 상업용 애플리케이션에서 하드 와이어드 릴레이 로직을 대체할 수 있습니다. 컴퓨터와 마찬가지로, PLC는 랙 하우징 내에서 서로 연결해야 하는 많은 소자들로 구성됩니다. 암페놀 커뮤니케이션 솔루션즈(Amphenol Communications Solutions)는 설계 엔지니어가 보다 비용 효율적인 PLC 솔루션을 공장에 통합할 수 있도록 다양한 상호 연결 솔루션을 제공합니다.