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PLC 정의와 출현

1.정의

PLC(Programmable Logic Controller)란 종래에 사용하던 제어반에 사용하는 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 LSI, 트랜지스터 등의 반도체 소자로 대체시켜, 소형화 하고, 기본적인 시퀀스 제어 기능에 수치 연산기능을 추가하여 프로그램 제어가 가능하도록 한 자율성이 높은 제어 장치이다.

미국 전기공업협회(NEMA : National Electrical Manufacturers Association)에서는 “디지털 또는 아날로그 입출력 모듈을 통하여 논리연산, 시퀀스제어, 타이머, 카운터, 연산과 같은 특수한 기능을 수행하기 위하여 프로그램 가능한 메모리를 사용하고, 여러 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 작동의 “전자 제어 장치“ 라고 정의한다.

2. 출현

PLC는 아래와 같은 문제점에 의해서 출현하게 되었다.

• 시퀀스를 작성하고 결선을 한 다음 실제로 장치를 작동시켜 보아야 만 제대로 된 시스템인지 알 수 있어 현장에서의 수정 작업이 빈번하게 발생했다.
• 제작 공정상 완벽한 시퀀스의 설계, 결선도 작성, 각종 부품 구매, 검사, 시험, 현지 시운전 등 여러 단계를 거치다 보니 긴 시간이 필요했다.
• 설비는 고급화, 거대화 추세이므로 제어에 사용되는 릴레이 수량도 많아지고 릴레이 접촉 신뢰성의 한계로 인하여 빈번한 고장이 발생했다.

3. PLC의 요건

이상과 같은 여러 가지 원인에 의해 1969년 미국 GM사의 자동차 조립라인에 제어장치를 설치하기 위하여 PC(Programmable Controller)에 대한 10가지 조건을 제안하게 되었고, 이 제안에 따라 모디컨(Modicon)사의 084 등이 발표되면서 탄생한 PLC는 컴퓨터 기술과 반도체 기술의 발달에 힘입어 산업현장에서 꼭 필요한 장치로 자리잡게 되었다.

 

GM criteria for programmable controller

- Easy to program
- Easy to maintain
- Highly reliable in an industrial environment 
- Expandable
- Cost competitive
- Compact
- Communicate
- Accept 120 VAC input signals 
- Operate 120 VAC devices
- Over 4k memory

4. 특징

시퀀스 릴레이 제어, PC 제어 등에 비해 기능의 다양화, 고기능성 조작의 간편성, 유지 보수의 편리성, 고 신뢰성, 설치의 간편성 등이 특징이다.

구분	릴레이제어반	PLC
가격	매우 저가	저가
크기	대형	매우 소형
처리속도	느림	빠름
노이즈	우수	양호
제어	설계와 설치 시 많은 시간 소요	간단
복합 기능	없다	있다
기능의 변화	매우 어렵다	매우 쉽다
유지 보수	매우 어렵다	매우 쉽다

5. 적용분야

구분	릴레이제어반
식료산업	컨베이어 총괄 제어, 생산 라인 자동제어
제철, 제강 산업	작업장 하역 제어, 원료 수송 제어, 압연 라인 제어, 하역 운반 제어
섬유, 화학 공업	원료 입고/출하 제어, 컨베이어 제어, 직조 염색 라인 제어
자동차 공업	전송 라인 제어, 자동 조립 라인 제어
기계 산업	산업용 로봇 제어, 공작 기계 제어, 송/배수 펌프 제어
상하수도	정수장 제어, 하수처리 제어, 송/배수 펌프 제어
물류 산업	자동 창고 제어, 하역 설비 제어, 반송 라인 제어
공장 설비	프레스 제어, 호이스트 제어
공해 방지산업	쓰레기 소각로 자동 제어, 공해 방지기 제어

6. IEC 표준 언어

PLC 제조사마다 사용 언어, 통신 네트워크가 서로 달라 많은 불편함이 있었다.

이를 해소하기 위해 IEC에서는 기본 기능 및 용어의 정의, 설비의 요구 기능 및 시험조건, 프로그램 언어, 사용자 지침, 통신네트워크 등의 내용으로 구성하여 제정하였다. 현재는 IEC61131-3이 PLC표준규약이며 Part3에서 표준언어로써 6개를 설명하고 있다.

• IL(Instruction List): 어셈블리 형태의 방식
• LD(Ladder Diagram): 릴레이 로직 표현 방식
• FBD(Function Block Diagram): 블록화된 기능을 서로 연결하는 방식
• Function Chart

      - SFC(Sequential Function Chart): 플로챠트(Flow Chart)와 유사한 형태로 순차 전개 방식

      - CFC(Continus Function Chart): SFC의 순차 전개 방식에 자유도를 높인 방식

 

• ST(Structured Text): 파스칼 형식의 고 수준 방식

7. 구조

마이크로프로세서 및 메모리를 중심으로 구성되어 있으며, 중앙처리장치(CPU), 입 출력부, 전원부, 메모리에 PLC 언어를 기록하는 주변 장치(로더)로 구성되어 있음. 로더는 프로그램을 의미하기도 하고 장치(컴퓨터)를 의미하기도 한다.

 

 

I/O	구분	릴레이제어반	PLC
INPUT	조작입력	제정반 및 조작반	푸시버튼스위치 선택스위치 토글스위치
	검출입력(센서)	기계장치	리밋스위치 광전스위치 근접스위치 레벨스위치
OUTPUT	표시경보출력	제어반 및 조작반	파일럿램프 부저
	구동출력 (액추에이터)	기계장치	솔레노이드벨브 전자클러치 전자브레이크 전자개폐기

8. 래더도(LADDER DIAGRAM)

사다리 형태의 표현 방식으로 전원을 생략하여 로직을 표현한다.

시퀀스도의 릴레이로직과 유사한 도형기반의 언어로 현재 가장 많이 사용하고 있다. (본 포스팅과 관련된 포스팅에서 사용하게 되는 언어이다.)

LD언어로 작성된 PLC제어프로그램

래더도에서 로직 및 출력코일은 시퀀스도와 비슷하므로 시퀀스도와 비교하여 설명한다.

구분	릴레이로직	PLC로직	내용
A접점			평상시 개방(Open)되어 있는 접점 N.O. (Normally Opened) PLC : 외부입력, 내부출력 ON/OFF 상태를 입력
B접점			평상시 폐쇄(Closed)되어 있는 접점 N.C. (Normally Closed) PLC : 외부입력, 내부출력 ON/OFF 상태의 반전된 상태를 입력
C접점		없음	A, B 접점 혼합형으로 PLC에서는 로직의 조합으로 표현
출력코일			이전까지의 연산 결과 접점 출력
응용명령	없음		PLC 응용 명령을 수행