그린에너지·빌딩 자동화·산업 시스템을 위한 ‘컴팩트 PLC’ 활용 방법

소형 자동화·디지털화 프로젝트가 확산되면서, 제한된 공간 안에서 PLC와 IIoT, 그리고 OT·IT 네트워크를 동시에 수용할 수 있는 컨트 롤러에 대한 요구가 커지고 있다. 컴팩트 PLC는 더 이상 기능을 제한한 보조 컨트롤러가 아니다. 제한된 공간 안에서 제어, 통신, 보안, 데이터 처리를 동시에 구현해야 하는 소형 자동화·디지털화 프로젝트에서 핵심 플랫폼으로 자리 잡고 있다. 이 기사는 이러한 기술적 요구사항을 충족하는 컴팩트 PLC 적용 사례를 중심으로, 소형 자동화 시스템 설계와 적용 방향을 살펴본다.

소형 자동화 프로젝트가 요구하는 새로운 PLC 조건

산업 자동화 프로젝트가 소형화·분산화되면서, 제어 시스템에 대한 요구 조건도 빠르게 변화하고 있다. 한정된 제어반 공간 안에서 PLC, 통신, 보안, 데이터 처리 기능을 동시에 구현해야 하는 경우가 늘고 있으며, 동시에 시스템 성능과 확장성에 대한 기대 수준도 높아지고 있다.

이러한 환경에서는 컨트롤러의 크기만 줄이는 것으로는 충분하지 않다. 전통적인 자동화 제어 기능을 유지하면서도 산업용 사물인터 넷(IIoT)과 연계할 수 있어야 하고, 정보기술(IT)과 운영기술(OT) 네트워크를 동시에 수용할 수 있는 구조가 요구된다. 이를 위해서는 강력한 듀얼 코어 프로세서, microSD 카드 슬롯, 그리고 최소 18 채널 이상의 아날로그·디지털 I/O 구성이 기본 요건으로 꼽힌다.

유연한 시스템 구성을 위해 RS-485 시리얼 포트와 현장 설정을 위한 USB 포트도 중요하다. 일부 애플리케이션에서는 CANopen 통신을 지원하는 인터페이스가 요구되며, OT와 IT 네트워크를 분리해 운용하기 위해서는 서로 다른 IP 주소를 지원하는 이중 이더넷 포트가 사실상 필수 조건으로 자리 잡고 있다.

빠른 구축과 확장을 좌우하는 소프트웨어 환경

하드웨어 구성 못지않게 중요한 요소는 소프트웨어 환경이다. 자동화 시스템의 구축과 변경 주기가 짧아지면서, 개발과 배포 속도를 높일 수 있는 개발 환경에 대한 요구도 커지고 있다.

CODESYS 3.5와 같은 통합 개발 환경은 IEC 61131-3 기반의 자동화 프로젝트를 신속하게 구현할 수 있도록 지원하며, 다양한 언어와 라이브러리를 통해 시스템 확장성을 확보할 수 있다. 여기에 Docker 컨테이너 기반의 애플리케이션 실행 환경이 더해지면, 오픈소스 소프트웨어나 추가 기능을 유연하게 통합할 수 있어 소형 프로젝트에서도 높은 기능 밀도를 구현할 수 있다.

이러한 요구사항을 반영한 컴팩트 PLC 구성의 한 사례로, WAGO의 Compact Controller 100(CC100) 시리즈를 들 수 있다. 해당 시리즈는 빌딩 자동화, 배터리 에너지 저장 시스템, 마이크로그리 드, 산업용 기계, 그린에너지 설비 등 다양한 분야에서 소형 자동화 시스템 구현을 위한 플랫폼으로 활용되고 있다.

<그림1> CANopen 인터페이스를 포함한 CC100 시리즈 모델 예. 컴팩트한 폼팩터에 다양한 통신과 I/O 기능을 통합했다. (이미지 출처: WAGO)

손바닥 크기에 담긴 제어 성능

CC100 PLC는 55mm(L) × 108mm(W) × 90mm(H)의 소형 폼팩터를 갖추고 있어, 공간 제약이 큰 제어반 환경에서도 적용이 가능하다. 그러나 외형적 크기와 달리, 자동화 시스템에 요구되는 다양한 기능을 집약적으로 제공한다는 점이 특징이다.

디지털 출력 최대 4개, 디지털 입력 8개, 아날로그 입력 최대 2개와 아날로그 출력 2개, RS-485 인터페이스를 통한 Modbus RTU 통신, 그리고 백금(Pt) 또는 니켈(Ni) 저항 센서를 위한 온도 입력 등은 소형 설비 제어에 필요한 기본 구성을 충족한다. 여기에 CANopen 통신이 요구되는 경우에는 해당 인터페이스를 포함한 모델 구성을 선택할 수 있다.

이와 같은 구성은 단일 컨트롤러로 센서 입력, 액추에이터 제어, 필드 통신을 동시에 처리해야 하는 소형 자동화 시스템에 적합한 예로 볼 수 있다.

OT·IT 통합을 고려한 네트워크 구조

소형 자동화 시스템에서도 네트워크 구조는 점점 복잡해지고 있다. 현장 장비와 직접 연결되는 OT 네트워크와, 상위 SCADA 또는 클라우드 시스템으로 연결되는 IT 네트워크를 분리해 운용해야 하는 요구가 일반화되고 있기 때문이다.

이중 구성 가능한 이더넷 포트는 이러한 요구를 충족하기 위한 핵심 요소다. 포트를 스위치처럼 사용할 수도 있고, 두 개의 서로 다른 IP 주소를 설정해 현장 장비용 네트워크와 상위 시스템용 네트 워크를 물리적으로 분리할 수도 있다. 이를 통해 네트워크 안정성과 보안성을 동시에 확보할 수 있다.

또한 Modbus TCP/UDP, EtherNet/IP, EtherCAT 등 주요 산업용 이더넷 프로토콜을 지원함으로써 다양한 자동화 환경에 대응할 수 있으며, MQTT를 활용한 IIoT 및 클라우드 연계도 가능하다. SSH, SSL/TLS 암호화, 방화벽, 네트워크 브로드캐스트 보호 기능등 보안 요소 역시 소형 시스템에서도 고려해야 할 필수 조건으로 자리 잡고 있다.

<그림2> CC100과 연계해 I/O 확장을 구현하는 750 시리즈 필드버스 커플러 구성 예. (이미지 출처: WAGO)

확장 가능한 I/O 구성과 필드버스 연계

컴팩트 PLC의 통합 I/O는 시스템 구현의 출발점에 불과하다. 실제 현장에서는 요구 사항에 따라 I/O 용량 확장과 필드버스 연계가 필수적으로 뒤따른다. CC100 시리즈는 모듈형 I/O 시스템과의 연계를 통해 디지털 및아날로그 I/O를 확장할 수 있으며, 다양한 필드버스 커플러를 활용해 CANopen, Modbus, EtherNet/IP, EtherCAT 등 여러 네트 워크 환경에 대응할 수 있다.

이때 커플러는 이더넷을 통해 컨트 롤러와 연결돼 브리지 역할을 수행하며, 연결된 I/O 모듈은 자동으로 인식된다. 이와 같은 구조는 소형 시스템에서 요구되는 유연성과 확장성을 동시에 확보하는 방식으로 평가할 수 있다.

<그림3> 컴팩트 PLC를 IIoT 게이트웨이로 활용해 MQTT 기반으로 클라우드 시스템과 연동하는 구성 예. (이미지 출처: WAGO)

IIoT를 위한 클라우드 연계

클라우드 연계를 통해 CC100은 IIoT 애플리케이션을 위한 게이 트웨이 역할을 수행할 수 있다. 통신 설정은 웹 기반 관리 환경에서 구성하며, 클라우드와의 데이터 교환은 전용 라이브러리를 통해 구현된다.

Microsoft Azure, Amazon Web Services, IBM Cloud 등 주요 클라우드 플랫폼과 연동이 가능하며, MQTT 프로토콜을 통해 데이터를 전송한다. 이 과정에서 센서 데이터나 장비 상태 중 필요한 정보만 선택적으로 전송할 수 있어, 네트워크 부하를 줄이고 효율적인 데이터 활용이 가능하다.

자료제공: Digikey(www.digikey.kr)