기획연재 ❷ PLC의 구조와 주요 특성

PLC의 구조와 동작 원리

1. PLC의 구조

PLC를 구성하는 하드웨어와 소프트웨어 중 하드웨어의 구조는 기본적으로 마이크로프로세서와 메모리를 중심으로 구성되어 있다. 이에 더해 인간의 두뇌 역할을 하는 CPU와 PLC와 외부 기기의 신호를 연결시키는 입·출력부, 각 부에 전원을 공급하는 전원부, PLC 내의 메모리에 프로그램을 기록하는 주변 장치가 PLC를 구성한다.

위의 그림은 앞서 설명한 것을 토대로 그린 PLC의 전체 구성도이다. PLC의 두뇌라고 할 수 있는 CPU 연산부는 메모리에 저장되는 프로그램을 해독한 후 내용을 실행하는데, PLC의 메모리는 ▲ 사용자 프로그램 메모리 ▲ 데이터 메모리 ▲ 시스템 메모리 등으로 구분된다. 이 중 사용자 프로그램 메모리는 사용자가 제어하고자 하는 시스템 규격에 따라 작성된 프로그램이 저장되는 내용으로, 제어 내용이 프로그램 완성 전이나 후에도 바뀔 수 있어 RAM이 적용된다. 데이터 메모리는 ▲ 입·출력 릴레이 ▲ 보조 릴레이 ▲ 타이머와 카운터의 접점 상태 및 설정값 ▲ 현재값 등의 정보가 저장되는 영역인데, 정보가 수시로 바뀌는 경우가 많아 RAM이 적용된다.

시스템 메모리의 경우, PLC 제조사가 작성한 시스템 프로그램이 저장되는 영역으로, 이 시스템 프로그램이 PLC의 기능이나 성능을 결정하는 데에 중요한 영향을 미치기 때문에 PLC 제조사가 직접 프로그램을 작성한 ROM을 적용한다. 한편, PLC의 입·출력부 중 입력부는 외부 기기로부터 받은 신호를 CPU의 연산부로 전달하는데, 입력의 종류에는 DC 24V, AC 110V 등이 있고, 특수 입력 모듈에는 A/D 모듈, 고속 카운터 모듈 등이 있다.

출력부는 내부 연산 결과를 외부에 접속된 전자 접촉기나 솔레노이드에 전달하는데, 이 같은 출력의 종류에는 릴레이 출력, 트랜지스터 출력, SSR 출력 등이 있으며, 출력 모듈에는 D/A 모듈, 위치 결정 모듈 등이 있다.

위에서 설명한 출력 모듈을 출력 신호와 개폐 소자에 기반해 분류하면 다음 표 2와 같다.

PLC의 소프트웨어 구조를 살펴보면, PLC가 소프트와이어드 로직에 기반을 두고 있다는 것을 알 수 있는데, 이 방식은 프로그래밍을 통해 하드웨어 속의 기억 장치에 입력된 일의 순서인 프로그램을 메모리로 넣는 것을 의미한다. 이는 기존의 릴레이 제어 방식이 일의 순서를 회로도에 전개해 이에 필요한 제어기기를 결합한 후 리드선을 통한 배선 작업으로 사용자가 요구하는 동작을 수행했던 하드와이어드 로직과는 다른 것이다.

2. PLC의 기본 동작 원리

PLC는 사용자가 설정한 프로그램에 따라 본체에 연결된 외부 입·출력기기를 제어하는데, 이 때문에 사용자는 PLC가 정확한 동작을 구현할 수 있도록 입·출력기기의 올바른 배선과 프로그램, PLC 제어 특성에 대해 올바르게 이해해야 한다. 한편, PLC의 동작 수행을 위한 프로그램을 작성하는 데에 쓰이는 프로그래밍 언어로는 ▲ 니모닉 ▲ 래더도 ▲ SFC가 주로 활용된다. 니모닉은 명령어를 직접 입력하는 방법으로, 회사별로 상이한데다가 직관적이지 못하지만 휴대용 프로그램 입력기를 통한 간단한 로직 프로그래밍에는 유효하다고 평가받고 있다.

래더도는 사다리 형태로 전원을 생략해 로직을 표현하는 릴레이 로직과 유사한 도형 기반 언어로, 가장 널리 활용된다.

사용자가 PLC의 기본 동작을 이해하려면 먼저 외부 접점과 PLC 연산 관계에 대한 지식을 습득해야만 한다.

PLC의 기본 동작 점선 내부는 PLC의 CPU에 저장되어 동작하는 프로그램인데, 사용자는 프로그램 로더(KGL-WIN, 휴대용 프로그램 입력기 등)를 통해 이를 입력할 수 있다. 만약 사용자가 입력 단자와 COM 단자 사이에 DC를 인가할 시 입력이 형성되는데, 이 때 출력 단자와 COM 단자 사이에 부하를 연결한 후 부하 구동 전원을 연결하면 기본적인 PLC의 동작 구현이 가능해진다. 

자료 제공: 연암공과대학교