[PLC의 이해] PLC회로의 이해

PLC 제어 회로

우선 기존 회로와  PLC회로의 차이점을 회로도로 확인해볼게요

왼쪽은 일반적인 전등회로이고 오른쪽은 PLC를 통한 전등회로입니다.

 

 전기회로를 PLC 로 제어할 경우에는 오른쪽 그림처럼 스위치를 입력부, 전등을 출력부로 구분하여 회로를  구성합니다.

입출력을 별도로 구성하고 입출력간의 연결 구성은 PLC 의 프로그램에 의하여 작성합니다.

이전 회로와의 가장 큰 차이점은 입력부(스위치)와 출력부(전등)이 소프트웨어로 연결되었다는 점입니다.

PLC 의 프로그램은 소프트웨어적으로 처리되기 때문에 LD(래더프로그램)을 통한 수정 및 편집이 자유스럽습니다. 따라서 입출력만 결선하고 나면 프로그램에 의하여 모듬 로직 회로를 자유롭게 변경 및 수정이 가능합니다.

예를 들면 스위치를 한번 누르면 전등이 계속 켜졌으면 좋겠다. 

이렇게 생각을하면 일반적인 경우에는 물리적인 변화가 필요할 것인데 PLC를 활용하면 클릭한번으로 바꿀 수 있다는 장점이 있어요.

 

 

PLC 프로그램의 이해

컴퓨터는 하드웨어(Hardware)만으로는 동작할 수 없습니다. 하드웨어 속에 있는 기억 장치에 일의 순서를 넣어야만 비로소 기억된 일을 할 수가 있습니다. 이 일의 순서를 프로그램이라 하며, 기억장치인 이 메모리에 일의 순서를 넣는 작업을 프로그래밍이라 합니다.

다음은 PLC와 릴레이 회로의 차이점입니다

 

1) 직렬처리와 병렬처리

PLC 와 기존 전기회로(릴레이) 와의 근본적인 차이점은 아래그림에 나타낸 것과 같이 “ 직렬 처리” 와 “ 병렬 처리” 라는 동작상의 차이에 있습니다. PLC 는 메모리에 있는 프로그램을 순차적으로 연산하는 직렬 처리 방식이고 릴레이 시퀀스는 여러 회로가 전기적인 신호에 의해 동시에 동작하는 병렬 처리 방식입니다. 따라서 PLC 는 어느 한 순간을 포착해 보면 한 가지 일 밖에 하지 않습니다.

연산 처리 방식

간단한 예를 들면 오른쪽 그림의 시퀀스도가 있을 때  A,B,D,E가 한번에 닫히면

기존회로의 경우 C와F가 동시에 ON되지만

PLC회로의 경우에는 C가 먼저 ON이 되고 F가 ON이 됩니다.

 

2)  사용 접점 수의 제한

 

릴레이는 일반적으로 1 개당 가질 수 있는 접점 수에 한계가 있습니다. 따라서 릴레이 시퀸스를 작성할 때에는 사용하는 접점 수를 가능한 한 줄여야 합니다..  이에 비하여 PLC 는 동일 접점에 대하여 사용 회수에 제한을 받지 않습니다. 이는 동일 접점에 대한 정보(ON/OFF)를 정해진 메모리에 저장해 놓고, 연산할 때 메모리에 있는 정보를 읽어서 처리하기 때문입니다. 

 

3) 접점이나 코일 위치의 제한

PLC 시퀀스에는 릴레이 시퀀스에는 없는 규정이 있습니다. 
하나는 코일 이후 접점을 금지하는 사항입니다. PLC 시퀀스에서는 코일을 반드시 오른쪽 모선에 붙여서 작성해야 합니다.

또 PLC 시퀀스에서는 항상 신호가 왼쪽에서 오른쪽으로 전달되도록 구성되어 있습니다.
따라서, PLC 시퀀스는 릴레이 시퀀스와는 다르게 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르는 회로나, 상하로 흐르는 회로 구성을 금지하고 있습니다.

PLC 는 아래그림에서 보는 바와 같이 맨 위 좌측의 명령어부터 우측으로, 그리고 다시 아래방향으로 한 명령어씩 실행하게 됩니다. 이러한 방법으로 모든 명령어를 실행하고 나면 맨 마지막으로END 명령을 만나게 됩니다. END 명령은 자기진단기능, 타이머,카운터처리,통신,입출력 리프레쉬를하고서 프로그램 실행 순서를 맨 처음으로 되돌려 주는 역할을 하게 됩니다. 따라서 프로그램 시작부분으로 되돌아 가면서 동일한 방법으로 반복해서 프로그램을 연속하여 실행하게 됩니다. 

 

 

PLC 연산처리

이 부분때문에 실제 프로그램을 작성할때 헷갈리고 혼란스러웠던 부분이 많았어요. 

꼭 이해하고 지나가야되는 부분이라고 생각합니다.

 

 

PLC 의 연산 처리 방법은 입력 리프레시(Refresh) 과정을 통해 입력의 상태를 PLC 의 CPU 가 인식하고, 인식된 정보를 조건 또는 데이터로 이용하여 프로그램 처음부터 마지막까지 순차적으로 연산을 실행하고 출력 리프레시(Refresh)를 한다.
이러한 동작은 고속으로 반복되는데 이러한 방식을 ‘ 반복 연산 방식’ 이라 하고 한 바퀴를 실행하는데 걸리는 시간을 ‘ 1 스캔 타임’ (1 연산 주기)라고 한다.

① 입력 이미지 리프레시 
 PLC 는 운전이 시작되면 입력 모듈을 통해 입력되는 정보들을 메모리의 입력 영역으로 받고, 이 정보들은 다시 입력 이미지 영역으로 복사되어 연산이 수행되는 동안의 입력 데이터로 이용된다.  이렇게 입력 영역의 데이터를 입력 이미지 영역으로 복사하는 것을 ‘ 입력 리프레시’ (Input Refresh)라고 한다.
입력 리프레시는 운전이 시작될 때 뿐만 아니라 매 스캔 END 처리가 끝나면 그 순간의 입력 정보를 입력 이미지 영역으로 복사하여 연산의 기본 데이터 또는 연산의 조건으로 활용하게 된다.

 

 ② 프로그램 연산
 입력 리프레시 과정에서 읽어 들인 입력 접점의 정보를 조건 또는 데이터로 이용하여 사전에 입력된 프로그램에 따라 연산을 수행하고 그 결과를 내부 메모리 또는 출력 메모리에 저장하게 된다. GLOFA-GM PLC 에서 프로그램은 크게 스캔 프로그램과 태스크 프로그램의 두 가지로 나눌 수 있는데, 스캔 프로그램이란 PLC 의 CPU 가 RUN 상태면 무조건 수행하는 프로그램이고, 태스크 프로그램이란 특정 조건을 만족해야만 동작하는 프로그램이다. 
 스캔 프로그램 연산을 수행하는 도중에 태스크 프로그램의 실행 조건이 만족되면 스캔 프로그램의 연산을 멈추고, 태스크 프로그램을 수행한 후 태스크 프로그램으로 전이하기 직전에 연산이 수행되던 스캔 프로그램의 위치로 복귀하여 스캔 프로그램의 연산을 계속하게 된다.

 ③ 출력 리프레시
 스캔 프로그램 및 태스크 프로그램의 연산 도중에 만들어진 결과는 바로 출력으로 보내어지지 않고 출력 이미지 영역에 저장되게 된다. 이 과정을 출력 이미지 리프레시라고 한다.

 ④ 자기 진단
 연산의 과정에서 만들어진 결과는 바로 출력으로 내보내지 않고 출력 이미지 영역에 저장되게 된다. 그렇게 하는 이유는 프로그램의 마지막 스텝 연산이 끝나고 나면 PLC 의 CPU 는 시스템 상에 오류가 있는지를 검사하고 오류가 없을 때만 출력을 내보내기 때문이다.
 만일 연산이 성공적으로 끝나서 그 결과가 출력 이미지 영역에 저장되었다고 해도 PLC 의 CPU 는 자기 시스템을 진단하여 시스템 상에 오류가 있다면 출력을 내보내지 않고 에러 메시지를 발생시키게 된다.
 이것을 자기 진단이라고 한다.

 ⑤ END 처리
 연산이 성공적으로 수행되고 자기 진단 결과 시스템에 오류가 없으면 출력 이미지 영역에 저장된 데이터를 출력 영역으로 복사함으로써 실질적인 출력을 내보내게 된다.
 이 과정을 END 처리라 하며 END 처리가 끝나면 다시 입력 리프레시를 실시함으로써 PLC 는 반
복적인 연산을 수행하게 된다.

 

 

즉 정리하자면  

 

입력 Refresh 단계에서 PLC는 입력 모듈로부터 정보를 수신하여 작동 중에 사용할 수 있도록 입력 영상 영역에 복사한다.

 

프로그램 연산 단계는 입력 정보를 조건 또는 데이터로 사용하여 미리 프로그래밍된 동작을 수행하고 그 결과를 내부 메모리 또는 출력 메모리에 저장한다.

 

출력 Refresh단계는 작업 결과를 출력으로 전송하기 전에 출력 영상 영역에 저장한다.

 

자가 진단 단계는 출력을 내보내기 전에 시스템에 오류가 있는지 확인합니다.

 

오류가 없으면 END 처리 단계에서 출력 영상 영역에 저장된 데이터를 출력 영역으로 복사하고 입력 새로 고침과 함께 프로세스를 다시 시작합니다.

 

 

다음 포스팅에서는 기본적인 동작이해에 대해서 다뤄볼게요!