오늘은 PLC 회로를 설계하는 방법에 대해서 알아보고자 합니다.
학교 다니실때 회로이론 같은 과목을 들었던 기억이 있으시죠? 그런것 보다 훨씬 재미있습니다. ㅎㅎㅎ 어렵지 않고 간단하고 재미있는 내용이니 차근차근 같이 알아보시지요. 가장 기초적인 DI(Digital Input), DO(Digital Output), AI(Analog Input), AO(Analog Output) 이 4가지를 순서대로 알아보도록 하겠습니다.
먼저 산업용 PLC에서는 대부분 DC 24V를 사용합니다. 연구소나 가정에서 우리가 사용하는 기기들은 DC 5V가 많습니다. 컴퓨터도 전원은 DC 9V를 사용하지만 내부에서는 5V를 주로 사용합니다. 그런데 왜 산업용에서는 24V를 사용하는 걸까요? 그건 전압이 높으면 높을 수록 노이즈에 강하기 때문입니다. 노이즈는 우리가 Digital 신호를 주고 받을때 간섭하여 신호의 변조를 가져오게 됩니다. 노이즈도 결국에는 전압신호인 샘이지요. 그런데 높은 전압을 사용하면 노이즈의 영향을 줄일 수 있습니다. 예를 들어 5V 신호를 주고 받는데 4~5V노이즈가 들어오면 신호가 변조되지만 24V 신호를 주고 받는데 4~5V노이즈가 들어온다고 한들 신호의 변조는 생기지 않습니다. 그렇기 때문에 높은 전압을 사용하게 되었고, 예전에는 DC48V도 사용했었습니다. 그러다가 차폐기술이 발전하고 케이블의 성능향상이 되면서 이제는 DC24V정도에서 안착이 되었습니다. 지금 자동차에서는 DC 12V를 사용하지요? 언젠가는 산업현장에서는 DC 12V를 주로 사용하게 될지도 모르는 일이지요.
1. Digital Input
그럼 본격적으로 회로설계를 알아보겠습니다.
Digital Input. 줄여서 DI라고 부릅니다. 거창해 보이지만 사실은 접점의 ON/OFF 유무 확인. 이게 전부입니다. 그림으로 한번 내용을 알아볼까요?
위 그림을 보면 굉장히 간단하지요? DI 접점의 회로를 간단히 표현하면 위와 같은 상황이 되는 겁니다. 설명을 하자면 PLC에 파란색 스위치가 하나 연결되어 있고, 파란색 스위치가 열려있을때는 빨간색 화살표 방향으로 출발한 전기가 노란색 화살표 방향으로 돌아오지 못합니다. 그런데 파란색 스위치가 닫히게 되면 빨간색 화살표방향으로 출발한 전기가 노란색 화살표 방향으로 돌아와서 PLC가 이 전기신호를 검출하게 되는 것입니다. 이게 DI Point의 내용입니다. 간단하죠?
그래서 DI Point에 사용하는 Field Instrument들은 전부 스위치라고 생각하시면 됩니다. Level Switch, Pressure Switch, Limit Switch등등 모두 결국에는 Switch인 셈이지요. 여기서 PLC DI Card의 내부 전원을 사용할 것인가 외부 전원을 사용할 것인가로 나뉠 뿐입니다. 보통은 외부전원을 사용 합니다.
DI Point 같은 경우 Sink(싱크)타입과 Source(소스)타입으로 나뉘게 됩니다. 간단히 얘기하자면 싱크타입은 플러스 COM과 마이너스 스위치, 소스타입은 마이너스 COM과 플러스 스위치 입니다. 이게 PLC가 NPN타입인지 PNP타입인지로 나뉘는데 자세한 내용은 아래 포스팅을 참조 해 주세요.
PNP, NPN SENSOR 와 PLC #3
오늘은 PNP와 NPN에 대하여 이야기해 보고자 합니다. 정확히 얘기하면 PNP&NPN PLC와 PNP&NPN SENSOR에 대해서... 그리고 상호 결선에 대한 이야기를 하려고 합니다. PLC나 제어회로를 프로그래밍 하거
mech19.tistory.com
여튼 각 PLC 메이커 별로 싱크타입인지 소스타입인지 다르기 때문에 카달로그를 참조해야 합니다. 카달로그에 배선에 관한 내용이 잘 설명되어 있습니다. 예시로 LS산전 모델을 한번 볼까요? 특이하게도 LS산전은 싱크과 소스 두 타입 모두를 지원합니다.
위 도면에서 빨간색 원으로 표시된 부분을 잘 보십시오. 저 부분이 의미하는 것은 COM단자인 TB17번에 DC24V의 플러스를 연결해도 되고 마이너스를 연결해도 된다는 의미입니다. 그건 포토커플러 부분이 양방향 모두를 지원하기 때문이죠. 만약에 PLC가 싱크타입이라면 COM단자에 플러스를 연결해야하고, 소스타입이라면 COM단자에 마이너스를 연결해야 합니다. 간단하죠?? 아 물론 이렇게 COM을 묶기도 하지만 안묶고 개별 포인트마다 각각 2단자를 사용하기도 합니다.
이러한 내용을 도면으로 표현하면 아래와 같습니다.
위 도면의 내용은 외부전원을 사용한 DI POINT 결선도면이며, 상부의 하얀색 박스부분이 PLC Panel에서 외부 인입케이블 결선 터미널단자를 의미합니다. P24가 외부 인입케이블 결선 터미널단자에 바로 연결되었고, N24가 PLC모듈로 바로 들어갔으니 이건 소스타입으로 결선을 한것이지요. 감이 잡히시나요?
2. Digital Output
그 다음은 Digital Ouput입니다. DO Point는 크게 3가지로 나뉩니다. Tr출력 Sink, Tr출력 Source, Relay출력 이렇게 3가지 입니다. 하나하나 알아보겠습니다 Tr 출력 Sink(싱크)는 보통 싱크출력이라고 부릅니다.
먼저 DO Point의 개념은 위와 같습니다. DI와는 반대로 PLC가 스위치 역할을 한다고 생각하면 됩니다. 위 그림에서 녹색박스를 우리가 작동시켜야 하는 부하라고 생각해 보세요. 저 부하를 작동시키려면 전원이 들어가야 하고, 그 전원의 ON/OFF를 PLC에서 해주는 겁니다. 그러니 PLC안에 스위치가 있는것과 같은거죠. 실제로도 있구요. 이해되시죠? 그럼 이걸 기본으로 기억하시고 위에서 얘기한 세가지 타입을 알아보겠습니다.
먼저 싱크 출력입니다. 싱크 출력은 아까 위에서 DI이야기 할때 얘기했던것과 같이 마이너스 부분이 스위치로 연결되어야 하죠? 아래 도면에서 빨간색 동그라미 부분을 자세히 보십시오.
빨간색 동그라미 부분에서 외부 전원이 연결되어 있고, 그게 TB09번 단자를 통해 PLC 내부로 바로 입력되게 되어있지요? 이게 전원의 마이너스쪽이고 PLC내부에 스위치가 있으니 마이너스가 스위치쪽으로 바로 연결된 것입니다. 이해되시요? 그럼 소스 출력은 어떨까요?
네. 맞습니다. 빨간색 동그라미 친 부분을 보시면 알 수 있듯이 외부전원의 플러스 쪽이 PLC내부로 바로 들어가서 스위치에 연결된 모양을 보입니다. 간단하죠? 전혀 어렵지 않습니다. (참고로 네모는 우리가 작동시켜야 하는 부하를 의미합니다.) 결국 싱크 타입 출력은 PLC내부로 들어간 마이너스가 부하로 출력되는 것이고, 소스 타입 출력은 PLC내부로 들어간 플러스가 부하방향으로 출력되는 것입니다.
그럼 마지막으로 Relay 출력에 대해서 알아볼까요? Relay 출력도 간단합니다.
위 회로도를 보시면 아시겠지만 PLC 내부에 릴레이가 있고, 외부 접원을 이용해서 릴레이 접점으로 부하로 가는 전원을 ON/OFF해주는 것입니다. 사실 Tr출력 타입과 동일하지만 이 Relay 출력의 경우 사양에 따라서 DC나 AC모두 사용이 가능하고, 더 높은 출력도 사용이 가능합니다.
하지만!!! 저는 PLC자체의 DO Point를 Relay출력으로 사용하는 것을 별로 좋아하지 않습니다. Tr출력을 바로 사용하는 것도 좋아하지 않습니다. 왜냐하면 외부의 사고를 PLC 내부까지 들어오기 전에 한번 끊어주고 싶기 때문입니다. PLC card는 isolator기능이 있다고 하여도 포인트 하나의 사고가 카드 전체에 영향을 미칠 수 있기 때문에 애초에 PLC Card에 사고의 영향이 미치지 않게 해주는 것이 좋습니다. 그래서 저는 외부 Relay를 사용합니다. 아래 도면이 바로 그 방법입니다.
클릭하시면 확대됩니다.
상부 하얀 박스가 PLC DO Card 입니다. P24(플러스)가 PLC내부로 바로 들어간걸 보니 Tr출력 Source(소스)타입인것을 유추해 볼 수 있습니다.
그리고 위와 같이 외부 릴레이를 하나 더 사용했습니다. DR001, DR002, DR003이 외부 릴레이 입니다. 우리는 PLC 출력으로 외부 릴레이를 ON/OFF시키고 이 외부 릴레이의 A접점에 외부 인입 제어 케이블을 연결시켜서 사용합니다. 외부에서 인입되는 제어 케이블이 연결되는 터미널단자는 TB-6 단자이겠네요. 물론 이 릴레이 A접점에 연결되는 부하에 맞는 전원은 또 따로 구성을 해주어야지요. 이해가 되실까요?
이걸 쉽게 그림으로 표현해 보자면 아래와 같습니다.
PLC는 릴레이를 살리고 우리는 릴레이를 스위치로 사용하여 부하에 전원을 ON/OFF 시켜주는 방식입니다. 이렇게 하면 부하나 외부 케이블에서 사고가 발생하여도 PLC까지 사고가 미치지 않고 릴레이가 한번 끊어줄 수 있습니다.
이렇게 DI, DO point의 PLC회로를 구성하는 방법에 대해서 알아보았습니다. 이제 AI(Analog Input), AO(Analog Output)에 대해서 알아보아야 합니다. 그런데 포스팅이 너무 길어지니 다음 포스팅에서 이어서 하도록 하겠습니다. 감사합니다.
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