PLC와 PC의 강점을 결합한 PAC 주요 특징

첨단 제어 기능을 요구하는 현대 산업의 애플리케이션

OPTO22

현대 산업의 애플리케이션을 구현하면 까다롭고 때로는 벅찬 요구 사항이 혼합될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 제어 시스템은 간단한 센서 및 액추에이터의 신호와 인터페이스를 구현해야 하지만, 현대 산업 애플리케이션에서는 첨단 제어 기능, 네트워크 연결, 장치 상호 운용성 및 기업 데이터 통합이 점점 더 요구되고 있다.

최근 요구 사항의 PLC는 래더 로직(ladder logic)을 사용하여 프로그래밍 되며, 제어 시스템에서 개별 물리적인 릴레이 및 타이머의 레이아웃과 연결을 설명하는데 사용되는 배선 다이어그램에서 시작된다. 이 모델에서 벗어나거나 확장된 애플리케이션은 래더 논리에서 프로그래밍하기가 점점 더 어려워진다.

예를 들어, 온도 제어에 사용되는 PID 루프와 같은 수학적으로 복잡한 애플리케이션에는 부동 소수점 산술(floating-point arithmetic)이 포함된다. 이러한 계산을 수행하려면 별도의 프로그래밍된 하드웨어 카드로 PLC를 향상시켜야 한다.

PLC를 PC처럼

PLC를 사용하여 네트워크 연결, 장치 상호 운용성 및 기업 데이터 통합에 대한 최신 애플리케이션 요구 사항을 충족하면 다른 문제가 발생한다.

이러한 유형의 작업은 일반적으로 컴퓨터(PC)의 기능에 더 적합하다. PLC 기반 응용 프로그램, 추가 프로세서, 네트워크 게이트웨이 또는 변환기, 별도의 PC에서 실행되는 ‘미들 웨어(middleware)’소프트웨어 및 엔터프라이즈 시스템용 특수 소프트웨어에서 이 기능을 제공하려면 시스템에 통합해야 한다.

PC를 PLC처럼

반면에, 산업 환경을 위해 패키지된 PC는 최신 애플리케이션, 특히 네트워킹 및 데이터 통신에 필요한 많은 기능을 제공한다. PC와 같은 작업을 수행하기 위해 PLC를 확장하는 것과 유사하게, 기계 또는 프로세스 제어와 같은 PLC와 같은 작업을 수행해야 하는 산업용 PC도 확장이 필요하다.

예를 들어, PC는 고성능의 결정적인 산업 애플리케이션에 최적화되지 않은 운영 체제를 사용하고 있을 수 있다. 고성능, 결정적 또는 거의 결정적인 작업을 제공하기 위해 추가 I/O 확장 카드 또는 특수 확장을 PC 운영 체제에 통합해야 할 수도 있다.

PAC 소개

자동화 제조업체는 PLC 기반 디터미니스틱한 기계 또는 프로세스 제어의 장점과 PC 기반 시스템의 유연한 구성 및 기업 통합 강점을 결합한 산업 제어 장치를 통해 현대 산업 애플리케이션의 요구 사항이 증가함에 따라 대응했다. 이러한 장치를 PAC(Programmable Automation Controller)라고 한다.

산업 제어를 위해 PLC와 PC기반 기술을 결합하려는 아이디어는 이전에 시도되었지만, 추가적인 미들웨어 프로세서 또는 하나 이상의 PLC와 함께 사용하는 ‘add-on‘ 유형의 접근 방식을 통해서만 수행되었다.

그러나 PAC에는 설계에 필요한 고급 기능이 있다. 예를 들어, 카운팅, 래칭, PID 루프 제어 및 데이터 수집 그리고 전달과 같은 기능을 수행하려면 일반적인 PLC 기반 제어 시스템에는 추가적이며 값비싼 하드웨어가 필요하다. PAC에는 이러한 기능이 내장되어 있다.

PAC는 모듈식 설계 및 구성은 물론 개방형 아키텍처를 사용하여 다른 장치 및 비즈니스 시스템과의 확장성과 상호 연결성을 제공한다. 특히 PAC는 효율적인 처리 및 I/O 스캔과 기업 비즈니스 시스템과 통합할 수 있다.

PAC의 특성

산업 분석 회사인 ARC Advisory Group이 “PAC”라는 용어를 시작했다는데 대부분이 동의한다. ARC는 이 용어를 두 가지 이유에서 만들었으며, 자동화 하드웨어 사용자가 애플리케이션 요구를 보다 잘 정의하고 자동화 하드웨어 벤더에게 제품의 기능을 보다 명확하게 전달할 수 있는 용어를 제공하기 위해서였다.

ARC에 따르면 프로그래머블 자동화 컨트롤러는 다음 요구 사항을 충족해야 한다.

• 논리, 모션, 드라이브 및 프로세스 제어를 포함하여 여러 도메인에서 단일 플랫폼을 사용하여 운영
• 다양한 분야의 개발 작업을 위해 공통 태깅 및 단일 데이터베이스를 사용하여 단일 개발 플랫폼을 사용
• 컨트롤러 하드웨어와 소프트웨어를 긴밀하게 통합
• 여러 기계 또는 장치에 ‘flow’ 프로세스를 지원을 위해 제어 프로그램을 설계 할 수 있는 소프트웨어 도구를 사용하여 프로그래밍이 가능해야 함.
• 공장의 기계 레이아웃에서 공정 플랜트의 단위 작업에 이르기까지 산업 애플리케이션을 미러링하는 개방형 모듈식 아키텍처에서 운영
• 네트워크 멀티 벤더 시스템의 일부로 데이터를 교환 할 수있는 네트워크 인터페이스, 언어 및 프로토콜에 대한 사실상의 표준을 사용
• 효율적인 처리 및 I/O 스캐닝을 제공

개발 및 기능적 이점

PAC 특성 장점에는 PLC가 추가 구성 요소를 요구하는 복잡한 요구 사항을 독립적으로 충족할 수 있으며 하드웨어와 소프트웨어가 긴밀하게 통합되어 제어 시스템 성능이 향상되는 것이다.
PAC를 프로그래밍 하는 데 사용되는 IDE(Integrated Development Environment)에는 모든 개발 도구가 공유하는 단일 태그 이름 데이터베이스가 포함되어 있다.

PAC는 여러 공급 업체의 여러 소프트웨어 패키지 및 유틸리티를 사용하는 대신 하나의 소프트웨어 패키지를 사용하여 기존 및 향후 자동화 요구를 해결한다.
PAC의 또 다른 이점은 제어 시스템을 쉽게 업그레이드 할 수 있다는 것이다. 모듈식 프로세서 하드웨어는 기존 센서 및 액추에이터 배선을 제거할 필요 없이 교체 할 수 있다. 크기가 작기 때문에 PAC는 소중한 캐비닛 공간을 절약한다.

PAC는 최신 네트워킹 및 통신 기능을 통해 생산 정보를 거의 실시간으로 제공한다. 결과적으로 수집된 데이터가 보다 정확하고 시기 적절하게 이루어지므로 비즈니스 용도로 더 유용하다.

재정적 이점

PAC는 여러 가지 재정적 이점을 제공할 수 있다. 하드웨어가 저렴하고 개발 및 통합 시간이 덜 필요하므로 제어 시스템의 전체 비용이 절감된다. PAC를 구매하는 것이 비슷한 기능을 갖도록 PLC를 보강하는 것보다 종종 저렴하다.

또한 자동화 시스템의 애플리케이션 범위(도메인 전문 기술)를 확장하여 자산 수익률이 증가하고 수명주기 비용이 감소하며 총 소유 비용(TCO)이 감소한다.
마지막으로, cash flow가 향상되었다. I/O를 별도의 모듈로 추가 할 수 있다는 것은 초기 개발에 필요한 최소수의 모듈만 설계 중에 사용할 수 있으며 나머지 모듈은 프로젝트 끝에 추가 할 수 있음을 의미한다.

현대 산업 애플리케이션에 PAC 적용

첫 페이지 그림에 나와 있는 공장 애플리케이션을 사용하여 PAC가 현대 산업 분야에 어떻게 적용되는지 자세히 살펴본다.

여러 도메인에서 운영되는 단일 플랫폼

첫 페이지의 예에 표시된 단일 PAC는 생산 라인, 화학 공정, 테스트 벤치 및 운송 활동을 모니터링하고 관리하기 위해 여러 도메인에서 운영되고 있다. 이를 위해 PAC는 온도 및 압력과 같은 아날로그 값을 동시에 관리해야 한다(즉, 밸브 및 스위치 또는 표시기의 디지털 온/오프 상태 그리고 재고 추적 및 테스트 장비의 일련 데이터) 동시에, PAC는 OPC(OLE for Process Control) 서버, 운영자 인터페이스 및 SQL(Structured Query Language) 데이터베이스와 데이터를 교환한다.

추가 프로세서, 게이트웨이 또는 미들웨어 없이 이러한 작업을 동시에 처리하는 것이 PAC의 특징이다.

표준 통신 프로토콜 지원

PAC, 운영자 및 사무용 워크 스테이션, 테스트 장비, 생산 라인 및 프로세스 센서 및 액추에이터 및 바코드 리더는 시설 전체에 설치된 표준 10/100Mbps 이더넷 네트워크에 연결되어 있다(첫 페이지의 공장 예). 경우에 따라 온도 센서와 같은 내장 이더넷 연결이 없는 장치는 중간 이더넷 가능 I/O 장치의 I/O 모듈에 연결되어 PAC와 통신한다.

이 이더넷 네트워크를 사용하여 PAC는 원격 I/O 모듈 랙과 통신하여 아날로그, 디지털 및 직렬 신호를 읽고 쓸 수 있다. 네트워크는 또한 PAC를 OPC 서버, 운영자 인터페이스 및 SQL 데이터베이스와 연결한다. 무선 세그먼트는 네트워크의 일부이므로 PAC는 지게차 및 임시 운영자 워크 스테이션과 같은 모바일 자산과 통신 할 수도 있다.

PAC는 사용하는 것과 동일한 표준 네트워크 기술 및 프로토콜을 사용하므로 이 광범위한 장치 및 시스템과 데이터를 제어, 모니터링 및 교환할 수 있다. 이 예에는 유선 및 무선 이더넷 네트워크, 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크 전송, OPC 및 SQL이 포함된다. 다른 제어 상황에서는 모뎀을 통한 Modbus?, SNMP(Simple Network Management Protocol) 및 PPP(point-to-point 프로토콜)와 같은 일반적인 애플리케이션 수준 프로토콜이 필요할 수 있다. PAC는 이러한 다양한 통신 요구 사항을 충족할 수 있다.

기업 시스템과 데이터 교환

공장 예에서 PAC는 제조, 생산 및 재고 데이터를 기업 SQL 데이터베이스와 교환한다. 이 데이터베이스는 ERP(Enterprise Resource Planning) 시스템, OEE(Operational Equipment Efficiency) 시스템 및 공급망 관리(SCM) 시스템을 포함하여 여러 주요 비즈니스 시스템과 데이터를 공유한다. 공장 현장의 데이터는 PAC에 의해 지속적으로 자동 업데이트되므로 모든 비즈니스 시스템에 적시에 유용한 정보를 지속적으로 제공할 수 있다.

RTU, 데이터 수집 및 PAC

RTU(remote terminal unit)는 센서 및 기타 데이터를 수집하기 위해 원격 위치에 설치되는 컨트롤러와 유사한 장치이다. 수십 년 동안 널리 사용된 RTU는 일반적으로 감독 제어 및 데이터 수집(SCADA) 네트워크의 일부로 사용되며, 여기서 RTU는 SCADA 마스터에 데이터를 보낸다. RTU는 또한 SCADA 마스터로부터 정보를 수신하여 원격 위치에서 필드 장치를 작동시킨다.

RTU와 PLC 비교

RTU는 주로 먼지역에 배치되어 파이프 라인, 원천, 리프트 스테이션 또는 통신 시설과 같이 원격으로 분산 된 자산을 모니터링, 획득 및 제어한다. 기존 PLC는 이러한 유형의 애플리케이션에 사용되는데 필요한 통신 기능을 기본적으로 갖추고 있지 않다.

또한 PLC는 일반적으로 열악한 환경 조건이나 대부분의 RTU 애플리케이션에 필요한 유연한 I/O 구성을 견딜 수 있는 견고성을 제공하지 않는다. 이러한 기능이 없으면 RTU는 통신 기능, 열악한 환경에 대한 적합성 및 유연한 I/O 구성에 중점을 두고 특별히 개발되었다.

그러나 레거시 RTU 통신 기능은 개인 라디오 또는 전용 회선 네트워크에서 개발되었기 때문에 일반적으로 구식이다. 오늘날 개방형 IP 기반 유무선 근거리 및 광역 네트워크는 보다 유연하고 종종 저렴하다. 이 때문에 기존 RTU를 개조하거나 구식 RTU 기술을 사용하여 새로운 애플리케이션을 구현하는 것은 비즈니스나 기술적으로 적합하지 않다.

반면 PAC는 탁월한 통신 기능, 다양한 I/O 옵션, 광범위한 온도 및 충격 사양을 제공하며 오늘날의 주요 통신 표준을 사용한다. 이러한 기능 덕분에 PAC는 특히 유지보수 비용이나 노후화로 인해 오래된 독점 네트워크가 폐기되는 경우 기존 RTU에 대한 적절한 대안이 된다.

PC 기반 데이터 수집

데이터 수집(DAQ) 시스템은 빠른 신호 수집, 기본 신호 컨디셔닝, 데이터 저장 기능 및 제한된 네트워킹을 제공하는 PC 기반 디바이스이다. 대부분의 DAQ 시스템은 PC 기반이므로 까다로운 물리적 환경이나 원격 위치에서의 사용을 제한한다. 따라서 대부분의 DAQ 시스템은 현장 위치가 아닌 실험실의 안락함에서 집을 찾는다.

PAC는 다양하고 유연한 신호 감지, 컨디셔닝 및 멀티플렉싱(multiplexing)을 제공한다. PAC의 강력한 프로세서와 대량의 글로벌 메모리를 사용하면 수집된 원시 데이터를 데이터베이스 또는 다른 애플리케이션으로 보내기 전에 통합, 점검 또는 처리(예: 원시 데이터를 엔지니어링 단위로 변환) 할 수 있다. 또는 데이터를 로컬에 보관할 수 있다. PAC는 PC가 아니며 PC의 높은 소유 비용으로 인해 방해 받지 않기 때문에 자신 있게 현장 애플리케이션에 배포할 수 있다.

PAC 선택

다양한 산업 자동화 공급 업체에서 PAC 또는 PAC 유사 제품을 제공한다. 어떤 경우에는 제품이 PLC와 유사하고 다른 경우에는 제품이 산업용 PC와 비슷하다. 앞에서 설명한 것처럼 PAC는 이 두 장치의 기능을 통합하므로 PLC 또는 PC 기능을 강조하는 장치는 애플리케이션 요구 사항에 맞거나 맞지 않을 수 있다.

공급 업체의 경험 확인

모든 제품과 마찬가지로, 일부 벤더는 다른 벤더보다 오랫동안 일에 참여해 왔다. 많은 공급 업체가 최근에 새로운 PAC 또는 PAC와 같은 제품을 소개했지만, 소수의 선택된 회사는 용어 자체가 제대로 도입되기 몇 년 전에 PAC 기능을 제공한 성공적인 기록을 보여주었다. OPTO22는 이러한 회사 중 하나이다.

PAC 와 OPTO22

ARC Advisory Group은 PAC 용어를 사용하기 11년 전에(1990년) Opto22는 컴퓨터 기반 mistic ™ 제어기 형태의 PAC 형 하드웨어 장치를 처음으로 출시했다.

현재 Opto22 SNAP PAC 시스템은 반도체 처리, 재료 취급, 수처리 및 폐수 처리, 파이프라인 모니터링 등의 애플리케이션 분야에서 15년 이상의 경험과 수천 개의 성공적인 mistic 및 기타 PAC 설치를 기반으로 한다.

오늘날 Opto22 PAC 시스템을 다른 공급 업체의 시스템과 차별화하는 것은 사용 편의성, 다양성, 확장성 그리고 안정성과 결합된 풍부한 경험이다.

결론
PAC는 PLC 또는 PC 기반 자동화 제어기에 있는 고급 제어 기능, 네트워크 연결, 장치 상호 운용성 그리고 기업 데이터 통합 기능을 단일 소형 제어기에 제공한다. 이러한 기능을 통해 PAC는 현대 산업 응용 분야에서 요구되는 새롭고 다양한 요구 사항을 충족시키는데 필수적인 부분이 되었다.

자료 제공: OPTO22(www.opto22.com)