[화요특집-PLC] 기술 동향

논리연산 제어장치(PLC:Programmable Logic Controller) 관련 기술이 급변하고 있다.

특히 PC 베이스 컨트롤, 윈도 NT, SCADA 소프트웨어 패키지, 필드버스 관련 기술의 약진은 종래 전용기기의 약점이었던 비개방성과 비호환성을 해소하는 등 종전과 전혀 다른 격변의 시대에 접어들었다.

최근들어 급변하고 있는 PLC 기술동향을 표준화 및 규격화라는 측면에서 살펴본다.

흔히 PLC는 「공장 자동화(FA)의 첨병」이라 불린다. 이는 PLC가 공장 자동화에 있어 그만큼 필수적이고 핵심적인 장치임을 나타내는 말이기도 하다.

원래 PLC는 지난 68년 미국의 GM(General Motors)사에서 기존 릴레이 제어반을 대체하기 위해 새로운 전자화 제어기기에 대한 10가지 구매 시방서를 제시하고 이에 근거, DEC(Digital Equi-pments Corp.)사가 「PDP 14」라는 최초의 PLC를 개발함으로써 세상에 알려지게 된다.

그후 PLC는 전자화 제어기기로서 눈부신 발전을 거듭, 세계시장 규모가 50억달러를 상회하는 FA의 핵심기기로 자리매김하게 된 것이다.

그러나 PLC 산업의 급성장에도 불구하고 지멘스와 앨런브래들리(AB) 등 거대 공급업체들이 독특한 PLC 기술을 폐쇄적으로 운영함으로써 제품마다 △프로그래밍 방법 △애플리케이션 프로그램의 호환 △프로그램 언어상의 차이 △PLC 시스템의 개념과 구조가 완전이 상이했다.

이같은 환경은 PLC 사용자가 PLC 메이커의 기술에 절대적으로 종속돼야 할 뿐만 아니라 사용자에 의한 기술 발전이나 제3자에 의한 기술 발전이 원천봉쇄될 수밖에 없다는 것을 의미한다. 또한 PLC 사용자가 PLC 종류가 바뀔 때마다 끊임없이 재교육을 받아야 할 뿐만 아니라 종래의 애플리케이션 프로그램도 각 PLC 종류가 바뀜에 따라 끊임없이 재프로그래밍하는 상황에 처하게 된 것이다.

이에 따라 PLC는 사용의 편이성, 데이터의 호환성, 메이커간 서로 다른 조작방법 및 통신 표준 등으로 인해 정보화 조류에 뒤처지게 되는 계기가 됐으며 이를 극복하기 위한 이식성(호환성) 및 개방성에 대한 사용자 요구가 거세지게 됐다.

특히 공정제어 애플리케이션 소프트웨어의 성능이 5년마다 2배로 향상되고 있으며 하드웨어의 성능은 매년 25%의 향상을 보이고 있다. 이에 따라 프로그램 용량 역시 지난 80년 평균 2Kb에서 90년에는 20Kb, 2000년에는 2백Kb에 이를 것으로 전망되고 있으며 2백Kb 수준의 프로그램은 시퀀스 컨트롤 뿐 아니라 MMI(Man Machine Interface), 통신, 품질계통 등도 포함하게 될 것으로 예측된다.

따라서 새로운 프로그램 방법이 개선되지 않을 경우 프로그램을 작성하는데 필요한 기간도 2000년에는 무려 2년여가 걸릴 것으로 예상되며 향상된 프로그램 품질관리기능이 도입되지 않는다면 2000년의 프로그램 에러발생은 80년의 1백배에 이를 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

이같은 문제를 극복하기 위해 PLC는 개방형으로 나갈 수밖에 없는데 그 개방형의 기초는 IEC나 IEEE 등의 표준규격에 두고 있다.

현재 국제적으로 추진되고 있는 개방형 시스템의 표준화 가닥은 이식성(Portability)과 연결성(Connectivity)이다. 이식성은 유저로 하여금 어떤 시스템용으로 개발된 애플리케이션을 다른 시스템에도 적용할 수 있도록 해주는 기능으로 유저가 개발한 전체 애플리케이션 프로그램 혹은 부분적인 애플리케이션 프로그램을 다른 플랫폼에도 사용할 수 있도록 해주는 것이다.

예를 들면 유저가 특정한 애플리케이션 영역을 위해 하나의 소프트웨어 라이브러리를 개발했다면 나중에 그 라이브러리를 또다른 PLC에도 이식해 사용할 수 있다는 것이다.

연결성은 유저와 시스템간의 연결이며 이는 원가를 절감시키고 안전성을 증대시키게 된다. 규격화는 서로 다른 플랫폼을 취급하는 엔지니어에 대한 교육시간을 단축할 수 있으며 독일의 경우 세계 규격이 완성되는대로 학교에서 이를 교육하도록 의무화하고 있다. 따라서 다른 시스템간 교체에 대한 노력이 줄어들고 더욱 안전한 시스템과 높은 수준의 프로그램을 지향할 수 있게 된다.

PLC의 규격화는 미국전기공업회(NEMA), 독일국가규격(DIN), 미국의 MIL, 프랑스의 GRAFSET 등 지역별로 진행돼 왔으나 지난 79년 IEC내에 워킹그룹이 결성되면서 상당부분이 규격화된 상태다.

PLC의 국제규격인 IEC-1131은 일반정보, 장치의 요구기능 및 테스트 조건, 프로그램언어, 사용자지침, 통신 등 다섯개 분야로 구성돼 있는데 일본에서는 이미 JIS규격으로 채택됐으며 앨런브래들리, 옴론 등 세계 굴지의 PLC 제조업체 및 사용자를 회원으로 하는 민간단체를 중심으로 활성화되고 있다.

여기에 지난 92년 6월 대학, 소프트웨어 툴업체, PLC업체, 산업용 컨트롤 메이커 등 약 60여개 회원사로 구성된 「PLCopen」이라는 對 메이커 압력단체까지 등장, 규격 적용이 일반화되는 추세다.

이에 따라 97년 이후부터 IEC-1131을 적용한 PLC가 본격적으로 시장을 장악하고 있으며 이같은 추세에 의해 종래의 하드웨어에 종속된 제품에서 소프트웨어가 중심이 되는 제품으로의 급속한 기술변화가 예상되고 있다.

이렇게 될 경우 PC나 워크스테이션 등 산업용 컴퓨터와 같은 범용 컨트롤기기와 영역싸움이 본격화될 전망이며 그에 대한 대응으로 이식성이 우수하고 다양한 소프트웨어 툴과 라이브러리 개발이 가능한 IEC-1131-3형의 PLC가 향후 시장을 주도하게 될 것으로 분석된다.

한편 표준화 및 규격화 측면 이외의 기술동향으로는 PLC가 고기능화, 다양화, 네트워크화를 지향한다는 것이데 기술의 다양화 측면에서 PLC는 기계 컨트롤러, 프로세스 컨트롤러, 정보 컨트롤러의 3가지 분야로 구분할 수 있다.

이같은 다양화가 제대로 이뤄지기 위해서는 크게 3가지 기술이 지속적으로 발전돼야 가능한데, 첫째는 고속시스템 버스에서의 통신기술로 이 분야에서는 데이터 양의 증대와 실시간의 향상이 과제다.

두번째는 프로그램 작동의 용이성이 증대되기 위한 기술 개발로 프로그램리스와 전용 명령이 과제다.

세번째로는 주변기기와 인터페이스를 충실화하는 것으로 아날로그의 다채널화, 고정도화와 위치제어에서의 보간, 다축, 표준언어(G언어)채용, 프로세스 제어에 루프컨트롤(PID, 퍼지) 방식을 도입하는 것, 데이터 처리의 그래픽화, ID, 화면인식, 음성인식기술을 발전시키는 것 등이 여기에 속한다.

이와 함께 네트워크화도 핵심과제 중 하나다.

PLC에서 네트워크 기능이 크게 부각되는 것은 PLC가 로봇이나 컴퓨터 수치제어(CNC) 장치같은 전용 제어기기와 다른 범용 컨트롤러이기 때문이다. 각각의 셀컨트롤러를 FA 컴퓨터와 연결하고 각 공장의 호스트 컴퓨터와 접속시키며 최종적으로 전 회사의 호스트컴퓨터와 연결하는 네트워크 구성이 가능하다.

이처럼 PLC는 고기능, 고성능화, 다양화, 네트워크화의 방향으로 꾸준히 발전되고 있지만 사용자 입장에서는 무엇보다도 손쉽게 사용할 수 있는 것이 중요하다.

따라서 PLC에 대한 전문지식이 없어도 쉽게 프로그램을 작성, 수정, 편집할 수 있는 PLC 지원기기의 발달은 필수적인 것이며 PLC 메이커들의 기술 개발 방향은 기능 다양화 및 기기간 인터페이스, MMI 기능의 강화, 소프트웨어 언어의 다양화, 사용자 인터페이스 기능 강화, 다운사이징화 등에 모아질 수밖에 없을 것으로 보인다.

<박효상 기자>