차별화된 PLC 개발전략

[산업일보]
PLC는 산업 자동화 영역 전반에 걸쳐 핵심적인 기기로서의 위치를 이미 확고히 자리잡고 있다. 종래 단위기계 시퀀스 제어 분야는 물론이고, 반도체 생산라인, 수처리, 빌딩자동화, 조선, 철강 등의 산업자동화 분야에서 상당한 위치를 차지하고 있다. 이러한 PLC 적용 분야의 확대는 CPU 성능의 향상과 함께 아날로그 계측, 제어 및 네트워크의 지속적인 기능 향상에 기인 한다고 할 수 있다.
현재의 PLC는 시대의 흐름에 맞추어 발빠르게 발전하고 있다. 갈수록 고속화를 요구함과 동시에 다양한 기능, 유연성을 요구하고 있다.
케이디티시스템의 CIMON PLC는 이러한 요구를 바탕으로 개발되었으며, 이러한 PLC 발전 동향과 비교하여 당사의 CIMON-PLC 제품의 현황을 소개하고자 한다.

CIMON PLC의 네트워크
그동안 산업현장에서는 수많은 네트워크가 제안되고 적용되어 왔다. 필드버스로 통칭되는 수많은 네트워크들이 상품화되어 산업현장에서 사용되고 있지만, 시장을 장악한 네트워크 방식은 없는 상태이다. 이중에서도 현재 가장 인기있는 네트워크는 고속통신에서 이더넷이고, 저속통신에서는 시리얼 통신방식(RS232C/485/422)이다.

(1) 이더넷 고속통신 네트워크
이더넷의 도입은 멀티 드롭 방식보다 많은 이점을 제공한다. 네트워크 토폴로지상 스타구조를 가지게 되므로 네트워크에 포함된 기기의 분리와 접속이 자유롭다. 또한 문제가 생긴 노드를 찾을 때도 전체 시스템에 영향을 주지않고 간단한 명령으로 찾을 수 있다. 그리고 큰 대역폭은 많은 장비를 연결할 수 있도록 하기 때문에 네트워크의 구성도 간단해 진다.

<그림 2>는 CIMON PLC의 이더넷 방식의 PLC링크 설정의 예이다. CIMON PLC는 그림에서와 같이 송신/수신 블록을 등록하는것 만으로 데이터링크를 설정할 수 있다. 이런 간단한 설정만으로 송신 PLC에 지정된 메모리영역을 읽어, 수신 PLC에 지정된 메모리 영역에 주기적으로 복사할 수 있다. 이더넷의 전송 속도가 빠르므로 많은 양의 데이터를 짧은 시간에 전송할 수 있다.

(2) 시리얼 통신방식(RS232C/485/422)
시리얼 통신방식이 가장 많이 선택되는 이유는 가장 보편적이고, 가장 저렴하며 구성이 간편하기 때문이다. 이런 인기에 따라 수많은 회사에서 만든 제품에는 고유의 프로토콜을 채택하고 있다. 심지어는 간단한 센서와 계측기기 조차도 지능화하여 통신기능을 지원하고 있는 실정이다. PLC는 다양한 프로토콜에 적극 대응하기 위해 사용자가 프로토콜을 정의하여 여러 종류의 기기와 통신할 수 있는 기능을 지원하고 있다.

<그림 3>은 CIMON PLC의 사용자 정의 프로토콜 편집화면이다. 화면에서와 같이 프로토콜에 따라 프레임을 구성하면 다른 타기기와의 통신이 가능하다.
특히 CIMON PLC는 주기적인 프레임의 전송을 프레임 정의에서 지정할 수 있기 때문에 별도의 스캔 프로그램을 작성하지 않고 프로토콜의 마스터로 동작할 수 있다. 이 기능은 프로그램 작업시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 그리고 여러 종류의 프로토콜이 공존하는 현장에서 각종 장비의 데이터를 집중적으로 수집하고 명령할 수 있는 핵심장비로 사용할 수 있다.
다른 분야와 마찬가지로 PLC 분야의 향후 발전 방향은 네트워크에 집중될 것으로 예상된다. 특히, 이더넷의 확산 추세는 다른 방식의 네트워크에 많은 영향을 미치게 될 것으로 보인다.
이러한 발전 방향을 바탕으로 개방적이고 융통성 있는 네트워크 기능과, 보다 편리하고 강력한 PLC 프로그래밍 환경의 개발 및 다양한 제품군의 개발에 지속적인 노력을 기울여야 할 것이다.

CIMON PLC의 아날로그 및 온도계측 모듈
(1) 간편한 모듈 초기화
PLC의 프로그래밍 작업에서 가장 까다로운 과정이 모듈의 초기화 프로그램이다.
또한, PLC 기종마다 그 방법이 많은 차이가 있기 때문에 이것이 PLC 기종 변경을 어렵게하는 이유 중의 하나이기도 하다. CIMON-PLC는 모듈의 초기화 작업을 CICON(전용LOADER PROGRAM) 상에서 진행할 수 있도록 함으로써, 복잡한 프로그래밍 작업의 필요성을 제거하였다. 이 작업은 대화상자를 통하여 진행되므로 매우 이해가 쉽고 PLC가 제공하는 세밀한 기능까지도 무리 없이 활용할 수 있게 된다.


(2) 아날로그 모듈
CIMON PLC 아날로그 모듈의 경우 부호있는 16비트 바이너리 데이터(디지털 변환값 14비트)의 변환이 가능하다. 즉 0~16,000의 고분해능이 가능하다.
모듈의 종류에 따라 4채널, 8채널, 16채널의 A/D 혹은 D/A 변환이 가능하며 채널당 변환속도는 10~28ms에 달한다. 또한 정밀도도 ±0.1%로 크게 향상시켰다.

(3) 온도계측 모듈
온도계측은 여러형태의 온도측정 센서를 연결가능하도록 하였다.
첫번째로, 백금 측온 저항체인 Pt100, JPt100 또는 Pt1000을 사용하여도 입력된 온도 데이터를 변환하는 RTD 모듈이 있다. 두번째로, 7종류의 열전대를 직접 접속하여 온도데이터로 변환하는 TC모듈이 있다. 이는 K, J, E, T, B, R, S 형의 7종류의 열전대 접속이 가능하다. 세번째로, 타사에서는 제공되지 않는 서미스터의 온도측정의 가능한 서미스터 온도 변환모듈이 있다. 이는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 타입의 측정이 가능하다.
위와 같은 온도 계측모듈들은 입력된 온도 데이터를 부호있는 16비트 바이너리 데이터(디지털 변환값 14비트)로 변환하여 디지털 값 처리가 가능하다. 정밀도는 RTD의 경우 ±0.1%, TC와 서미스터의 경우 ±0.3% 이다.


특수 모듈
(1) 로드셀 계측 모듈
로드셀 계측 모듈의 경우 다른 PLC에는 없는 차별화된 모듈이며 큰 특징 중의 하나이다. 기존 로드셀의 무게 입력 데이터를 계측할 경우 로드셀 인디케이터를 사용하여야 하며 다시 A/D 모듈로 입력을 받아 무게를 계측하였다.
그러나 CIMON PLC의 경우 로드셀 계측모듈을 이용하여 로드셀과의 직접 연결이 가능하다. 한 모듈로 2채널 또는 4채널의 로드셀 입력을 받을 수 있는데 Unload Scale, Bin Scale, Mixing Scale, Filling Scale(Packaging) 등 다양한 응용 분야에 대응 가능하다<그림 5>.
이는 24 비트의 시그마델타 AD 변환을 하므로 고분해능의 디지털 데이터를 취할 수 있다.
내장 기능으로는 계측된 중량만을 시퀀스프로그램에서 이용하여 고유의 시스템 동작을 구성하는 경우 사용되는 단순계량 기능과 지령 또는 전용명령 WGBATCH 1회에 한 번의 투입계량 배칭프로그램이 진행되는 자동 투입계량 배칭 기능이 있다.


(2) 데이터로거 모듈
데이터로거 모듈 또한 타사 PLC에서는 찾아볼 수 없는 CIMON PLC 만의 특화된 제품 중의 하나이다. 이는 대용량 불휘발성 로그 메모리를 장착하여 자체적으로 현장의 데이터를 실시간 샘플링으로 저장이 가능한 모듈이다. 데이터로거 모듈은 자사의 주력 제품 중의 하나인 CIMON HMI S/W와 통신 연결하여 데이터로거 모듈에 저장되어 있는 로그데이터를 상시 취득할 수 있다. 최대 32워드의 데이터를 최고 10ms 간격으로 동시 고속샘플링이 가능하며 정주기, 트리거, 이벤트 등의 형태로 데이터 로깅이 가능하다. 또한 통신이상 유무, 메모리 수명, 여유 저장 공간 확인 등 각종 자체 진단기능을 내장하고 있다.

이중화 시스템
CIMON-PLC의 이중화는 <그림 6>과 같이 로컬베이스를 완전히 분리하고, 분리된 두 CPU는 시스템 통신을 사용하여 서로의 상태를 항상 확인하고 있는 구성을 갖는다. 두 CPU는 각각 Active와 Backup 모드로 운전되며, Active측의 이상이 감지되면 Backup 모드에 있던 CPU가 즉시 하위의 증설 베이스에 대한 통제권을 확보함과 동시에 Active로 전환되는 방식이다. Active와 Backup의 상태가 모두 정상인 상태에서는 항상 시스템 통신을 경유하여 Active측의 프로그램 및 각종 동적 데이터가 Backup으로 전달 되므로, Active에 고장이 발생되기 직전의 상태에서 Backup이 연속하여 작업을 진행하는 Hot-Backup 기능이 제공된다. Active와 Backup 측의 모듈구성은 동일하게 한다. Active와 Backup CPU간의 데이터 전달은 이중화용 통신 모듈을 통하여 이루어지며, 일부 데이터는 증설 통신 기능을 사용하여 교환된다. 유저프로그램은 Active측에만 다운로드하면 운용 가능하다.
이중화용 MMI 모듈에는 Primary/Secondary 설정 스위치, 상태표시 LED, Test 버튼 등이 있다. Primary/Secondary 설정 스위치는, 전원 On시 초기에 어느 쪽이 Active로 동작할 것인지를 선택하는데 사용하며, 상태표시 LED는 현재 모드가 Active인지 Backup인지를 표시한다. Test 버튼을 누르면 Active/Backup 모드가 전환되며, 이것은 동작 Test시 또는 사용자의 필요에 따른 모드 전환시에 사용한다.
CIMON PLC는 통신이중화도 가능하다. Active측이나 Backup측이 항상 동일한 데이터를 가지고 있으며 상위 HMI S/W 등과 통신 연결할시에 어느 쪽으로 통신이 연결되어도 동일한 데이터를 취득할 수 있다. 그리고 전원 이중화부분에 관한 설명도 하도록 하겠다.
CPU부분에는 Active측의 전원 투입이 불가능해지면 자동으로 Backup측으로 절체가 된다.
즉 베이스가 분리되어 있다는 것만으로도 그 자체가 전원 이중화로 볼 수 있다. 그리고 증설부분이다. 증설측 베이스에는 전원모듈 두개를 장착하며 전원감시모듈이 동시에 맨앞단에 장착하게 된다. 어느 한쪽의 전원입력이 불량인 경우에도 다른하나의 전원모듈을 통해서 전원공급이 가능하게 되며, 그 상태를 PLC 전원감시모듈을 통해 모니터링이 가능하다. 전원감시모듈은 각 전원모듈의 상태에 따라 24V출력 발생이 가능하며, 이는 PLC 입력모듈로 입력이 가능해져 그에 따른 적절한 조치가 이루어질 수 있다.

맺음말
당사는 발빠르게 변화하는 산업동향에 맞춘 뛰어난 유연성을 갖춘 PLC 개발에 중점을 두고 있으며 항상 고객의 입장에서 보다 편리하며 뛰어난 성능을 지닌 고성능의 PLC를 공급하고자 노력한다.
좀더 개방적이고 융통성 있는 네트워크 기능과, 보다 편리하고 강력한 PLC 프로그래밍 환경의 개발 및 다양한 제품군의 개발에 지속적인 노력을 기울일 것이며, 기존 틀에서 탈피된 차별화된 PLC 공급을 약속한다.
문의 : (031)322-8303

용어해설
문자집합
데이터를 명시하기 위해 선택된 문자라 부르는 표현요소의 정의된 집합문자는 각각 다르고 주어진 문자집합의 문자 총수는 일정하다.
예 : 문자 A~Z, ,구두점, 공백
문자부호 : 각종 시스템에서 문자를 표현하기위해 사용되는 요소(비트, 천공카드의 구멍 등)의 특정조합
2진화 10진수(BCD) : 각 10진 숫자를 4비트(2진숫자)의 집단으로 나타낸 수치표현, 비트는 각각 8-4-2-1의 가중치로 할당되어 있다. 2진화 10진수에서는 숫자 14는 0001 0100으로 표현된다.

백 경 일 / (주)케이디티시스템즈

<저작권자 ⓒ 자동제어계측(www.autocontrol.co.kr) 무단전재 및 재배포 금지 >