PLC의 발전동향과 적용사례

[산업일보]
현재 야스카와 PLC는 고속 대용량으로 통합제어가 가능하며, 분산 배치된 드라이브를 총괄 제어하기 때문에 정보를 일원화해 관리할 수 있다. 또한 모듈 고장이 발생할 때에도 활선 교체 및 통신이중화가 가능해 시스템을 중단하지 않고 가동할 수 있으며, 설비의 제어특성에 따라 처리속도를 고속 및 저속처리로 나누어 제어 할 수 있다.
본고에서는 이러한 기능을 가진 야스카와 PLC CP-317에 대해서 소개하고자 한다.

서론
설비용 시스템 컨트롤러로 개발되어 85년 제품화한 야스카와 PLC는 핵심기종으로 철강설비를 시작으로 수많은 설비시스템에 적용되어 왔다. 그 후 일렉트로닉스의 기술진보와 동반하여 91년에 연산모듈고속화와 기능강화를 이룩하였으며 96년에는 종래의 제품과 호환성을 유지한 NEW FDS(Flexible Drive System)시리즈 컨트롤러가 개발되었다. 분산제어 부분에 적합한 고성능화, 고기능화, 소형화를 이룩한 컨트롤팩 CP-317이 개발되어 주제어장치의 역할로 각종 설비에 적용되어 왔다.


현재 시대적 흐름은 기존 전기시스템의 교체시기를 맞이하고 있지만 설비투자의 억제로 설비교체에 동반하는 코스트 퍼포먼스를 최대로 하고 교체공사 기간을 가능한 단축하도록 요구하고 있다. 이와 같은 요구에 대응 가능한 교체성, 호환성, 고성능, 고신뢰성을 가지고 있는 CP-317의 특징 및 적용사례를 보다 상세히 소개하고자 한다.



특징과 사양
CP-317은 다음과 같은 특징을 가지고 있다.
(1) 종래제품과의 호환성 유지
CP-317은 하나의 마운트 베이스에 최대 2대의 CPU를 구축할 수 있으며 기존제품의 어플리케이션 소프트웨어 구성의 호환성을 확보하고 있다. 또 풍부한 옵션모듈의 적용을 가능하게 하고 종래제품과 시스템 구성 레벨에서의 호환성도 확보하고 있다.
(2) 높은 성능의 확보
고속프로세서와 고속대용량 메모리를 채용하였으며, 최대 256K step상당/멀티 CPU를 구축으로 어플리케이션 소프트웨어의 여유를 가지고 실행할 수 있는 고성능을 확보하고 있다.
(3) Compact화 실현
큰 폭으로 기판 및 부품수의 절감을 실현하였으며, 자기진단 기능으로 신뢰성 향상을 실현하고 있다.
(4) 유연한 시스템 구성
적용시스템의 규모와 용도에 맞추어 연산모듈 멀티화 및 듀얼화가 가능하며 또한 확장마운트베이스를 사용하여 최대 4rack의 확장이 가능하므로 풍부한 통신 인터페이스의 장착이 용이하여 설비증설에서도 유연하게 대응할 수 있다.


간략한 시스템 구성과 신뢰성 확보를 위한 기술
CP-317은 Compact화 및 신뢰성 향상을 위해 다음과 같은 기능을 가진다.
(1) Compact화
기존제품과 비교하여 기판수를 1/9, 부품수를 1/5로 줄였으며 또 크기는 체적비로 1/6로 감소되어, 모듈의 추가 확장이 용이하다<그림 2>.
(2) 내구성 향상
부식성 가스 대책으로서 종래의 도포 방식에 추가로 기판을 금을 활용하여 도금했으며, 또 구성기판의 매수를 최소로 하여 유접점 부품 콘넥터 수를 큰 폭으로 줄였다.
(3) 듀얼시스템과 자기진단 기술을 통한 신뢰성 향상
듀얼시스템에서는 자기진단 기술을 통하여 고장모듈의 접점 확인과 정상운전 모듈의 지속적 운전여부 확인이 가능하다. CP-317에서는 클럭 이상검출, 각종 실행/정체의 검출, 그리고 버스 억세스 정체검출, 데이터 페리티체크 등을 실행함으로서 자기진단 기능을 강화했다.

시스템 구성
CP-317은 플랜트설비 규모와 용도에 대응하여 복수연산모듈을 사용한 멀티 CPU구성이 가능하다. 메모리 용량과 다양한 구성으로 규모에 맞는 사양으로 선택이 가능하다.
(1) 싱글 메인 시스템 구성

CP-317의 기본이 되는 시스템 구성으로 마운트베이스의 하나에 하나의 CPU모듈을 장착한 구성이다. 입출력이나 통신옵션모듈을 장착하기 위해 마운트베이스를 최대 4대까지 확장하는 것이 가능하다<그림 3, 4>.
(2) 듀얼 메인 시스템 구성
하나의 마운트베이스에 두 대의 CPU모듈을 장착하고, 연산모듈을 이중화하는 것으로 시스템의 고신뢰성이 요구되는 용도에 활용한다. 두 대의 CPU모듈은 동일연산 동일타이밍으로 동기하여 실행하며, CPU모듈의 고장이 발생했을 경우는 대기하고 있는 CPU모듈에서 운전을 이어 받아 시스템의 논스톱운전이 가능하다.
또 연산 모듈 이중화에 맞춰 전원모듈, 통신모듈, 전송로의 이중화도 가능하다. 더욱 이중화된 모듈은 활선 교체기능으로 온라인에서의 모듈 교환이 가능하다<그림 5, 6>.
(3) 멀티 메인 시스템 구성
하나의 마운트베이스에 두대의 CPU모듈을 장착하여 대규모 시스템에 활용한다. 두 대의 CPU모듈은 설정에 따라 스캔 또는 스캔비동기에 동작하는 것이 가능하고, 싱글 메인 시스템 구성과 마찬가지로 CPU모듈 내에서 각 CPU사이의 공유메모리를 통해 데이터의 공유가 가능하다<그림 7>.

중대 규모시스템으로의 적용
CP-317은 중대규모 시스템을 충분히 커버할 수 있는 컨트롤러로서 각종 설비시스템 어플리케이션의 적용범위를 <그림 8>에 나타낸다.

철강고로 설비로의 CP-317의 적용 예
철강에서 대규모 시스템 중의 하나인 고로 설계시스템에 CP-317을 적용한 경우를 아래와 같이 서술한다. 고로 플랜트 설비는 제선 공정의 중심이 되는 로의 내화물 수명에 따라 15~20년 간격으로 개수공사가 필요하며 그 개수공사와 동시에 제어시스템의 갱신이 실시되고 있다.
고로 본체 설비는 크게 원료 평량 제어부, 노정장입부로 나누어진다. 종래 시스템에서는 프로그램, 메모리 용량에 따라 그리고 설비구분에 따라 기능을 분담하고 복수대의 컨트롤에 의한 제어를 실시하고 있었지만, 최근 제어 기능의 발달로 인하여 컨트롤러 수량이 감소하는 경향이 있으며, 특히 CP-317은 256K step상당/멀티 CPU를 구축할 수 있어 고로 본체를 한대의 컨트롤러로 집중제어 할 수 있다.
고로 설비시스템에서의 사용자의 요구는
① 안정조업을 위한 높은 신뢰성
② 개수 갱신기간의 단축
③ 개수 갱신의 빠른 엔지니어링
④ 소프트웨어 유용등 등이 있고,
이러한 요구에 대응하기 위해 대용량 시스템 컨트롤에 의한 집중제어, 보수성의 확보, 기존의 소프트웨어 데이터베이스의 유용을 통한 시스템 구축과 제안을 실시한다.

전기 계장통합 시스템 YEIIS
계장제어기능을 시스템 컨트롤 베이스에서 실현한 YEIIS를 88년부터 적용해 왔다. 용량의 확대와 추리능력의 향상으로 대규모인 설비를 한대의 시스템 컨트롤로서 EI통합제어를 하는 것이 가능하다.
다음은 YEIIS시스템 특징을 나타낸다.
① FBD(Function Block Diagrams)에 계장제어 프로그램 작성이 가능하므로 온라인 기능에 따라 리얼타임성의 우수한 모니터링이 가능
② 최고 1ms의 고속계장 루프 추리가 실현가능
③ FBD에서 프로그램을 작성할 때, 사용자에 의해 임의로 정의할 수 있는 관수를 사용함으로써 복잡한 연산도 하나의 함수(Functio n Block)로 표현이 가능
④ 표현식언어에 따라 인터록의 작성이나 모니터링에 의한 보수보전이 쉬움
⑤ 계장제어 전용의 입출력모듈이 필요없음

맺음말
이상 시스템 컨트롤 CP-317의 특징. 사양. 주요한 기능 및 철강 설비용 시스템의 적용 예를 소개했다. 앞으로도 신기술을 적극적으로 받아들여 보다 좋은 산업용 시스템의 실현에 노력하며, 최적의 솔루션제공에 힘쓰리라 생각한다.

문의: (054)293-4445

이 동 주 / (주)와이테크

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