[눈높이 기술] 스마트 팩토리의 두뇌 PLC
자동차 생산 공장에서 조작하는 사람이 보이지 않는데도 바삐 움직이며 차체에 부품을 조립하는 기계들을 보신 적 있을 거예요. 이 기계들은 어떻게 스스로 움직이는 걸까요? 두뇌가 인간의 팔다리를 움직이게 하듯 기계에도 그 작동을 제어하는 장치가 있는데요. 바로 PLC(Programmable Logic Controller)입니다. 스마트 팩토리가 확대됨에 따라 PLC의 중요도 역시 높아지고 있어요. LS ELECTRIC 자동화연)개발팀의 최기홍 시니어가 ‘LS 공장 자동화 솔루션’을 통해 PLC의 개념과 발전 경향을 설명해드립니다.
1. 기초 학습
PLC란?
PLC의 작동 방식은 컴퓨터와 유사해요.
PLC는 산업 현장에서 정해진 순서와 조건에 따라 기계를 동작하게 하는 제어 장치예요. 신호를 입력하면 프로그램 연산을 통해 출력 장치인 기계를 움직이게 하죠. 뭔가 떠오르는 것이 있지 않으신가요? 맞아요. 바로 컴퓨터죠. PLC의 작동 방식은 컴퓨터와 유사해요. 산업 현장의 기기들은 대부분 온·오프, 수치 제어, 시간 제어, 위치 이동 등의 한정적인 동작을 반복해 수행하는데, PLC에 기기가 수행할 동작과 그 순서를 미리 저장해 두었다가 프로그램 연산과 신호의 입출력을 통해 동작을 실행시키는 것이죠. 동작 조건이나 순서를 변경하고 싶다면 프로그램을 수정하면 된답니다.
잠깐 개념 정리! 릴레이 로직과 PLC
PLC는 1969년 미국 자동차 생산 기업인 GM에 의해 탄생했어요. PLC가 등장하기 이전에는 '릴레이 로직'으로 기기를 제어했는데요. 하드웨어 기반의 릴레이 로직은 PLC에 비해 불편함이 많았어요. 배선이 매우 복잡했고, 제어 환경을 변경하려면 이 배선을 모두 재구성해야 했죠. 부품 수명 문제로 신뢰도도 낮았어요. 이를 개선하기 위해 개발된 장치가 바로 PLC예요. 소프트웨어 기반인 PLC는 물리적 배선이 존재하지 않고, 부품을 최소화했기에 신뢰도도 높죠. 무엇보다 제어 프로그램을 유연하게 변경할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이에요. 릴레이 로직은 하드웨어를 기반으로 하지만 PLC는 소프트웨어 기반이기 때문이죠!
1987년 국내 최초로 PLC 독자 개발에 성공한 LS ELECTRIC은 지금까지 다양한 기종의 PLC를 개발·생산해오고 있는데요. LS ELECTRIC의 ‘LS 공장 자동화 솔루션’을 통해 PLC의 종류를 살펴볼까요? 먼저 PLC는 그 크기와 형태에 따라 일체형과 모듈형으로 구분돼요. 일체형은 전원 장치, CPU, 메모리, 입출력 유닛이 하나의 기기로 구성된 PLC로 주로 소규모 공정에 쓰여요. 모듈형은 전원 장치, CPU, 메모리 등을 모듈 형태로 연결할 수 있는 PLC예요. 원하는 기능을 모듈로 추가해 규모를 늘릴 수 있기에 중·대형 공정에 적합하죠.
2. 궁금해요
PLC는 어떠한 방향으로 발전하고 있을까요?
설비 자동화를 위해 고속화, 고기능화되고 있어요.
산업 현장에 기기 제어의 효율화와 생산성 향상을 가져다 준 PLC. 최근에는 설비 자동화와 고능률화의 요구에 따라 고속화, 고기능화되고 있어요. 이러한 추세의 선두에 있는 것이 바로 LS ELECTRIC의 LS 공장 자동화 솔루션이에요. LS 공장 자동화 솔루션은 고속, 대용량 제어가 가능한 다양한 기종의 PLC와 관련 기기들로 구성되어 있는데요. 그중에서도 이중화 시스템을 지원하는 XGR을 예로 살펴볼까요?
XGR은 주로 수력 발전소 수문 제어나 환경 소각로 제어 등에 쓰이는 PLC예요. 대단위 자동화에 쓰이기 때문에 연산 속도와 대용량 데이터 처리 능력이 중요하죠. PLC의 연산 속도는 컴퓨터와 마찬가지로 CPU의 처리 속도에 달려 있는데, XGR의 CPU는 한 개 명령을 처리하는 데 걸리는 시간이 42나노초에 불과할 정도로 동급 최강의 속도를 자랑해요.
XGR에는 운전 전환 속도라는 게 있는데, 이 속도 역시 22~43밀리초에 불과할 만큼 짧아요. 운전 전환 속도란 마스터 PLC에서 스탠바이 PLC로 운전이 전환되는 속도를 말해요. PLC의 노후화 등으로 기기가 멈추거나 오작동할 경우를 대비해 2대의 PLC로 시스템을 구성한 것인데, 이를 이중화 시스템이라 불러요. 여러 기기가 연동 운영되는 대단위 자동화에 있어선 한 개 기기의 오작동이 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에 고안된 방식이죠. XGR은 스탠바이 PLC로의 운전 전환 속도가 매우 짧을 뿐만 아니라 스탠바이가 마스터 PLC의 제어 내용을 그대로 기억하고 있어 연속적인 제어가 가능하답니다.
3. 더 알기
정밀 제어에도 쓰이는 PLC
XMC를 적용하면 기계의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있어요.
PLC가 고속화, 고기능화됨에 따라 그 적용 범위도 확대되고 있는데요. 특히 단순 반복적인 작업에서 정밀 제어로 응용 분야가 확장되고 있어요. LS 공장 자동화 솔루션 중에서도 모션 컨트롤러의 일종인 XMC는 PLC와 거의 유사한 기능을 수행하는 제어 장치인데요. 범용성에 초점을 맞춘 PLC에 비해 모션 제어에 특화되어 있어 기계의 움직임을 보다 정밀하게 제어할 수 있어요. 예를 들어 반복적인 이동 작업에 주로 활용되는 델타 로봇(여러 개의 팔로 구성된 로봇)에 XMC를 결합하면 보다 정밀한 위치 제어가 가능하죠. 델타 로봇 외에도 컨베이어, 로터리 커팅 공정에 XMC를 결합함으로써 제품 포장에서 운반, 분류 작업을 효율화할 수 있어요.
근래 들어서는 고도화되고 있는 IT 기술과의 융합도 활발해요. 예를 들면 클라우드에 PLC를 연동하는 거죠. PLC에서 취득한 생산 현장의 정보를 클라우드로 보내고, 이렇게 축적한 빅데이터를 머신러닝 등을 거쳐 고객에게 유용한 정보로 변환할 수 있어요. 이를 통해 제품뿐만 아니라 자동화에 필요한 종합 솔루션을 고객에게 제공할 수 있답니다.
4. 핵심 정리
소규모 공작 기계에서 대규모 시스템 설비에 이르기까지 다양한 영역에서 설비 자동화를 이끌고 있는 LS ELECTRIC. 특히 LS 공장 자동화 솔루션에는 초고속, 고기능화로 무장한 차세대 PLC 제품군이 총집합해 있죠. 설비 자동화를 필요로 하는 영역이라면 로봇이나 기계 제어에서 생산, 조립 라인 등의 대단위 공정에까지 모두 LS ELECTRIC의 PLC를 적용할 수 있어요. 그럼 마지막으로 지금까지 살펴본 LS 공장 자동화 솔루션의 특장점을 정리해볼까요?
이것만 기억하세요!
LS 공장 자동화 솔루션 특장점
1.단독 제어에서 대단위 자동화까지 적용 가능한 PLC 제품군
2.실시간 제어가 가능한 초고속 CPU 탑재
3.오픈네트워크 시스템으로 타사 기기와의 연동 원활
4.기기 정밀 제어 분야에도 적용 가능
