PLC 기초원리란 무엇인가
PLC 기초원리는 센서와 액추에이터를 안정적으로 제어해 설비를 예측 가능하게 운전하는 원리의 집합이다. 산업 환경의 전기적 노이즈, 온도 변화, 진동에 강한 구조를 바탕으로 입력을 읽고 로직을 계산해 출력을 구동하는 반복 주기를 유지한다. 이 글은 핵심 개념을 스캔 주기, 하드웨어, 주소 체계, 언어, 신뢰성, 통신, 안전, 시뮬레이션 관점에서 정리한다.
PLC 기초 이론
PLC 기초이론의 중요성
PLC 기초이론은 자동화 시스템의 설계 및 운영에 있어 필수적인 근본 원리를 제공합니다. 이를 이해함으로써 시스템의 효율성과 안정성을 높일 수 있습니다.
PLC는 산업용 컴퓨터로서 결정적(deterministic) 동작을 목표로 한다. 처음 출발점은 “입력→연산→출력”의 주기적 순환이며, 사용자는 래더·FBD·ST 같은 IEC 61131-3 언어로 로직을 기술한다. 결과적으로 일정한 스캔타임과 안정적인 I/O 처리, 그리고 예측 가능한 시퀀스를 만드는 방법을 설명한다.
동작 스캔의 이해
- 입력 갱신: PLC는 디지털·아날로그 입력을 샘플링해 입력 버퍼(메모리 이미지)에 최신 상태를 기록한다.
- 프로그램 실행: PLC는 래더 네트워크와 함수 블록, 타이머·카운터 로직을 순차 평가해 내부 메모리 값을 갱신한다.
- 출력 갱신: PLC는 계산 결과를 출력 버퍼에 반영하고, 릴레이·솔레노이드·인버터·서보 등 액추에이터를 구동한다.
일반적으로 스캔타임은 수 ms~수십 ms 범위이며, 과도하게 길어지면 응답 지연과 위치 정밀도 저하가 발생한다. 고속 이벤트는 인터럽트 태스크, 캡처/비교, 고속 카운터로 일반 스캔과 분리해 처리한다. PLC 기초원리 관점에서 스캔타임, 태스크 우선순위, 버퍼 동기화의 균형은 실전 품질을 좌우한다.
하드웨어 구성요소
PLC 기초원리는 전원부, CPU, I/O 모듈, 통신 모듈, 베이스/랙이 상호작용하는 구조 위에 선다. 전원부는 서지·EMI 억제와 접지를 담당하고, CPU는 연산·진단·시계와 비상 정지 시의 안전 상태를 보장한다. 디지털 I/O는 ON/OFF를, 아날로그 I/O는 압력·온도·유량 같은 연속 값을 처리한다. 위치 제어 모듈은 펄스/사인코스, EtherCAT/SSCNET 등으로 서보를 제어하며, 안전 모듈은 SIL/PL 요구사항을 충족한다. 모듈러 구조 덕분에 PLC 기초원리를 유지하면서 슬롯만 추가해 확장할 수 있다.
입출력과 주소 지정
주소 체계는 제어의 지도다. X/Y(디지털 I/O), D/W(데이터 레지스터), M(내부 릴레이), T/C(타이머/카운터) 등으로 영역이 구분되며 비트·워드·더블워드 단위로 연산한다. 입력 노이즈와 접점 바운스는 필터·디바운스로 완화하고, 아날로그는 스케일링·선형화로 공정 단위(℃, bar, kPa, mm)로 변환한다. 기준 전압, 분해능, 업데이트 주기, 노이즈 대책을 적절히 설계하는 것이 PLC 기초원리의 품질을 결정한다.
프로그래밍 언어의 선택
IEC 61131-3는 래더(LD), 함수 블록도(FBD), 구조적 텍스트(ST), 명령어 목록(IL, 폐지 추세), 순서도(SFC)를 정의한다. 실무에서는 래더로 시퀀스를 구성하고, ST로 알고리즘·배열 처리·상태 머신을 모듈화한다. 네임스페이스와 라이브러리, 심볼 태깅을 표준화하면 유지보수 비용이 크게 줄어든다. 이는 “가독성·재사용성·추적성”을 강화하는 핵심 요소다.
신뢰성과 유지보수
현장의 PLC 기초원리는 신뢰성으로 귀결된다. 접지(PE)와 차폐, 전력/신호 배선 분리, 릴레이 코일의 서지 흡수 소자, 인덕티브 부하의 플라이백 다이오드 등으로 이상 전압을 억제한다. 진단 레지스터와 알람 로그, 시퀀스 단계 표시(스텝 트래킹)를 활용하면 다운타임을 최소화할 수 있다. 변경 이력과 버전 관리는 규제 대응과 감사의 출발점이며, 가상 시뮬레이션과 FAT/SAT는 가동 전 리스크를 줄여 안정성을 체계화한다.
스캔 최적화와 실전 팁
타이머 남발, 과도한 네트워크 호출, 불필요한 부동소수 연산은 스캔타임을 늘린다. 주기적 태스크와 이벤트 태스크를 분리하고, 연산 빈도가 낮은 블록은 느린 태스크로 이동하자. 디바운스는 하드웨어와 소프트웨어를 병행하고, 아날로그 필터는 공정 동특성과 스캔타임을 함께 고려해 컷오프를 잡는다. 이러한 접근은 PLC 기초원리의 “결정적 주기 유지”를 실전에서 구현하는 방법이다.
노이즈 및 전기적 보호
EMI/RFI는 오동작의 주범이다. 실드 케이블의 한쪽 접지, 변압기·모터 전력선과의 이격, 필터가 있는 SMPS 사용, 제어반 내 온도 관리가 기본이다. 서지 보호기(SPD), TVS 다이오드, 코먼 모드 초크 등은 과도 전압을 흡수한다. 접점 파손을 줄이기 위해 SSR나 접점 보호 회로를 쓰면 PLC 기초원리의 신뢰성이 높아진다.
통신과 네트워크
CC-Link, PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT 등 필드버스는 I/O 확장과 상위 SCADA 연계를 돕는다. 통신 사이클과 스캔 주기를 동기화해 지연을 예측 가능하게 만들고, 중요 태그는 워치독과 하트비트를 둔다. QoS와 VLAN, 이중화(RSTP/PRP/HSR) 등 네트워크 설계 원칙은 PLC 기초원리의 결정적 동작을 네트워크 영역으로 확장한다.
안전 제어와 표준
긴급정지(E-stop), 라이트 커튼, 도어 스위치 등은 안전 릴레이·안전 PLC로 이중화한다. SIL/PL 요구사항에 맞춘 하드웨어 아키텍처, 범용 PLC 로직과 안전 로직의 물리적/논리적 분리는 필수다. 이는 PLC 기초원리가 단순 자동화를 넘어 안전 무결성까지 포괄함을 의미한다.
시뮬레이션과 검증
HIL/모델 기반 시뮬레이션으로 인터록, 타이밍, 알람을 사전에 검증한다. 테스트 케이스와 시퀀스 다이어그램을 문서화하면 회귀 테스트가 가능해지고, 이는 PLC 기초원리의 반복 가능성을 보증한다. 가상 커미셔닝은 실제 설비 없이도 로직·통신·HMI를 통합 점검할 수 있다.
자주 하는 실수와 체크리스트
- 스캔타임 대비 지나치게 많은 통신 폴링
- 센서 디바운스·필터 누락으로 인한 챠터링
- 인터록 부재로 발생하는 위험 동작
- 주소 충돌·심볼 불일치
- 알람·이벤트 기록 미구성
체크리스트로 스캔타임, 태스크 분리, I/O 전원·접지, 통신 타임아웃, 안전 회로, 변경 이력을 점검하면 기본기를 탄탄히 할 수 있다.
PLC 기초원리 핵심 요약
- 결정적 주기: 입력 갱신→프로그램 실행→출력 갱신의 엄격한 반복
- 모듈러 하드웨어: 전원·CPU·I/O·통신의 표준화된 확장성
- 명확한 주소·심볼: 유지보수성과 추적성 향상
- 표준 언어 활용: 래더+ST 혼합으로 가독성과 재사용성 확보
- 신뢰성·안전·통신: 노이즈·이중화·안전 표준 준수
- 시뮬레이션·검증: 사전 테스트로 다운타임 최소화
PLC 기초원리는 “예측 가능한 스캔과 안정적 I/O”라는 단순한 명제를, 표준 언어·통신·안전·검증으로 확장해 현장 품질로 전환하는 체계다. 위의 원칙을 일관되게 적용하면 설비는 더 빠르게 가동하고, 더 오래 안정적으로 운전한다.
오늘은 PLC란 무엇인가에대해 기본적인 이론을 공부해 보았어요~
앞으로 LS PLC에 대해 공부할 예정이니 궁금하신 사항은 댓글 남겨주세요!
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