PLC를 이용한 제어로직에 관한 연구 김 재 은.

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1 PLC를 이용한 제어로직에 관한 연구 김 재 은

2 PLC(Programmable Logic Controller)란?
순차적으로 진행되는것 즉 프로그램에서 한줄한줄 순서적으로 실행되는것과 비슷하다. PLC의 정의 논리, 산술, 연산기능, 데이터전송기능, 판단 및 제어기능을 가지고 있으며, 메모리의 내용에 의해 하드웨어를 제어하는 전자장치. 시퀀스 제어내용을 기본으로 한다. PLC의 특징 높은 경제성 소형화, 모듈화로 하드웨어가 저렴하다. 기획의 우수성 PLC전용 명령어에 의한 간단한 프로그래밍으로 구성 개발기간이 짧고 전문적인 회로지식을 요구하지 않음 고 신뢰도 구성소자가 반도체와 IC로 구성되어 본질적인 신뢰성이 높음 보수의 용이성 동작표시기능, 이상표시기능, 모니터링, 회로Check 기능 보유

3 PCL의 장점 단순화된 시스템 구축공정 기존 회로시스템(릴레이)과 PLC의 설치구조 전개 접속도 작성 부품 확보 결선도 구성
배선 작업 운전 시험 회로수정 제 어 내 용 의 결 정 PLC 구매 PLC 설치 운전 시험 프로그래밍 프로그램수정 제품 출하

4 PCL의 장점 사용자 측면 운영자 측면 원가절감 및 운영단가의 절감 / 제어의 기밀 유지 유지보수 용이, 회로의 신뢰성이 높음
확장 및 간단한 제어만으로 재사용이 가능 하드웨어 고장시 감수하는 위험성 및 손해비용 저하 운영자 측면 Total Cost의 절감 / 생산성 향상 장치의 표준화로 납기기간 단축 / 테스트기간 단축 개발 및 확장의 효율성 증대 제품 변경에 따른 하드웨어적 변경 및 확장 불필요 (프로그램의 변경으로 해결가능)

5 PCL의 단점 속도처리문제 전송간 신뢰성 문제 PLC 도입의 충족요건 문제 고속 전송의 구현이 어렵다.
고속 전송의 구현이 어렵다. 전력선을 이용함으로써 양질의 통신선(광케이블 등)에 비해 느리다. 많은 기능이 첨가될수록 전송 속도가 급격히 저하된다. 각 주변기기가 병렬로 연결되기 때문에 전송속도가 느려진다. 전송라인의 병목현상 발생 전송간 신뢰성 문제 전송중 에러 발생률이 다른 방식에 비해 매우 높다. 전력선을 통한 전송으로 강전 / 약전의 전기적 변화에 의한 에러율 증가 PLC 도입의 충족요건 문제 소규모 제어회로(공장, 홈네트워크)에서는 가격이 비싸다. 릴레이 회로 10개 이상일 경우 PLC도입 원가 충족 만족

6 PCL의 기능 제어기능 CPU Module : 시퀀스제어 프로그램을 수행
Programming Loader : 제어 프로그램을 CPU Module로 전달 Input/Output : 외부제어장치와 입출력 신호교환 Input Output CPU 입력기기 스위치 / 센서 등 입 력 부 입 력 제 어 데이터메모리 출 력 제 어 출 력 부 출력기기 램프, 모터 전자기기 연산 / 프로세싱 프로그램메모리 프로그래밍 로더

7 PCL의 기능 입•출력 Data 처리기능(I/O Handling Function) Indirect vs Direct 제어방식
Indirect 제어방식(Refresh방식, 스캔동기 일괄처리 방식) 1회 실행시 입력부에서 Data를 받아 마지막 제어내용까지 일괄적으로 출력부로 보내는 방식 Direct 제어방식 1회 실행시 프로그램의 Step마다 입력부에서 Data를 받아 출력부로 한 Step씩 보내는 방식 Indirect vs Direct 제어방식 Direct 방식은 한 Step씩 제어를 실행하는 것으로 일반적인 프로그래밍을 할 때 Debug 방식으로 해석할 수 있다. Indirect 방식은 반대로 프로그래밍을 한 후 한번에 모든 코딩소스를 해석하여 출력물을 확인할 수 있는 방식으로 해석된다. 개발단계에서는 Direct방식을 사용하며, 설치단계에서 Indirect방식으로 모드를 변환하여 사용

8 PCL의 기능 시퀀스 처리기능 Timer와 Counter 기능
일반 회로의 하드웨어적인 제어로 처리되는 시퀀스를 논리적인 AND, OR, NOT, XOR등의 Logic 개념으로 처리한다. Timer와 Counter 기능 Timer기능 시스템의 작동시간을 제어할 수 있다. 예) 홈네트워크의 전등제어 등 Counter 기능 Timer기능의 확장개념으로 등장 Counter방식은 UP(Increment), Down(Decrement)방식 PLC CPU의 DeadLock을 방지하기 위한 방법 예) PLC내부의 명령처리 중 다른 입력이 끼어들면 교착상태

9 PCL의 기능 연산처리기능 산술논리연산처리 데이터전송처리 코드변환 비교연산 분기 및 함수연산
10진수(BCD), 16진수(BIN) 값을 사칙연산수행 논리적(Logic)연산 처리 수행(AND, OR, NOT 등) 데이터전송처리 명령을 8Bit 또는 16bit단위로 전송하여 간결한 명령 유지 코드변환 10진수(BCD) 및 16진수(BIN)의 Data변환, ASCII Code 변환 (외부입력기기와 출력기기간의 상호구동가능) 비교연산 16bit단위로 비교연산을 수행하여 최적화된 모델을 Set한다. 분기 및 함수연산 Jump, Call 등의 분기 및 함수연산 수행

10 PCL의 기능 통신기능 자기진단기능 PLC의 기본 Base 통신 및 증설 Base간 통신지원
PLC와 주변기기(PC, Station, Loder 등)간의 통신 PLC의 Remote I/O, Computer Link 등 국제표준 Network Protocol을 통한 통신(ANSI, IEEE표준) 자기진단기능 Watch Dog Timer(타이머를 지키는 개) 프로그램의 폭주에 따른 스캐닝타임 지연 / CPU이상동작 감지 Battery 전압저하 Check기능 전압저하에 따른 Data Memory기능(자체내장베터리이용) Code Error 및 Syntax Check기능 프로그램의 Error 검출 및 문법적 오류 검사

11 PCL의 구성 전체적인 구성

12 PCL의 구성 프로세서(CPU) 입출력부(I/O) 전원공급장치 입출력 샷시 PLC의 전반적인 제어를 담당한다.
연산부, Memory부, 외부장치와의 Interface부로 구성 입출력부(I/O) 입출력 인터페이스 회로는 각 입출력 장치 상태를 CPU가 입출력하기 위해서 필요한 번지 DECODE 회로와 데이터 버스 버퍼로 구성 전원공급장치 AC 110V, 220V 상용전원을 DV 5V, 24V로 변환시켜주는 장치 입출력 샷시 프로세서와 입출력 장치, 전원공급장치 등이 함께 되어 있는 일체형인 경우 필요없음. 프로세서, 입출력장치, 전원공급장치, 통신장치등 모듈화한 모듈형인 경우에는 각종 모듈을 설치하기 위하여 필요.

13 PCL의 구성 통신장치 리모트 입출력, 데이터 하이웨이 등과 같이 LAN 인터페이스 장치, 컴퓨터 인터페이스 장치 등으로 분류 사용목적으로 PLC의 확장개념에 관계가 있음 주변기기 각종센서 및 스위치, 각종 Loder 등 PLC 사용용도에 맞도록 각종 주변기기를 제공한다.(필요에 따라 구입하여 사용) 소프트웨어 실행소프트웨어 : 명령 입력에 따른 PLC Set을 담당 (기본적으로 PLC 내부 ROM에 저장됨) 사용자소프트웨어 : PLC의 사용목적에 맞도록 프로그래밍을 위한 소프트웨어(KGL_WIN등)

14 PCL의 사용자 소프트웨어 방식 KGL_WIN 프로그램 레더프로그램 니모닉프로그램
회로의 동작을 그림을 그리듯 회로도를 구성할 수 있도록 하는 프로그램 모드 GUI interface 제공으로 비전문가도 회로를 쉽게 구성할 수 있다. 니모닉프로그램 홈네트워크 소프트웨어 분야 개발에 강력한 시스템 서포트 제공 알고리즘을 쉽게 구현하도록 어셈블리 언어로 회로를 구성한다.

15 PCL를 이용한 시스템의 동작 입력부와 출력부의 주소체계 데이터 용량 P 입출력 P000 ~ P11F (192점) M
내부릴레이 M000 ~ M63F(1024점) K Keep릴레이 K000~ K31F(512점) L 링크릴레이 L000~ L11F(192점) F 특수릴레이 F000~ F15F(256점) T 100ms타이머 T000 ~ T191(192점) 10ms타이머 T192~ T255(64점) C 카운터접점 C000~ C255(256점) S 스텝컨트롤러 S00.00~ S63.99(64조 ×100스텝) D 데이터(16bit)레지스터 D000~D1023(1024레지스터) ※ 국제 표준 체계(IEEE P1901)

16 PCL를 이용한 시스템의 동작 입력부와 출력부의 주소체계 P0000 1 P0010 1 P0003 2 2 P00A0 P000A
Power NC Mode Power NC Mode <Input> <output>

17 PLC 제어를 이용한 홈네트워크

18 PCL를 이용한 홈네트워크 구축 홈네트워크 소개

19 PCL를 이용한 홈네트워크 구축 홈네트워크 소개 2
2006 홈네트워크관람회 : 5. 30(화) ~ 6. 3(토) / KINTEX(일산호수공원앞)

20 PCL를 이용한 시스템의 동작 예제) PLC를 이용한 램프제어 1 입력 : 1출력 : 1 0 : 열림 / 1 : 닫힘

21 현재까지 연구성과 기본적인 디바이스 컨트롤 완성 홈네트워크 모델 구현
PLC 전용 제어 프로그램에 의존하지 않고, Visual Basic 컴파일러를 통한 응용 S/W 개발 완성 홈네트워크 모델 구현 홈네트워크 시스템으로 사용할 수 있는 개념 정립 완전 자동화 시스템이 아닌 반자동화 시스템 완성 (PLC의 자동제어가 아닌 일부 사용자제어 요구)

22 2006년 2월 국제 표준화기구(ISO) 정보통신기술위원회(JTC1/SC6 WG1) 회의에서 채택
향후 연구과제 유선 네트워크 시스템의 무선화 현재 공간적인 제약이 있는 PLC 프로그램 및 시스템을 무선화 PLC 전용 프로그램이 아닌 모바일 응용 S/W 모델 개발 PC용 응용 S/W → 임베디드 컴파일러를 이용한 모바일 S/W 실질적인 운영모델 구현 무선 네트워크를 활용한 시스템 정착 실현 미니어처 모델 및 운영시스템 구현 유비쿼터스 개념의 도입(2차적 개발) PLC 컨트롤의 광역화 모델 구현(원격 프로그래밍 등) 유비쿼터스 사업에 맞춘 리얼한 원격 제어모델 구현 2006년 2월 국제 표준화기구(ISO) 정보통신기술위원회(JTC1/SC6 WG1) 회의에서 채택