자동화 제어 옵션의 이해:
PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러),
PAC(프로그래머블 자동화 컨트롤러),
PCbA(PC 기반 컨트롤러)
지멘스
진화를 거듭하는 제조 산업의 모든 것이 그렇듯이 자동화 시스템도 끊임없이 진화하고 있다. 진화의 한 단계는 1968년 등장한 PLC였다. 그 전까지 전 세계의 제조 산업, 특히 자동차 업종은 수백, 수천 개의 릴레이, 캠 타이머, 드럼 시퀀서, 전용 폐-루프 컨트롤러를 기반으로 하는 시스템에 의존하고 있었는데 제조 변경 사항이 있을 때마다 각 컴포넌트를 재 배선해야 했기 때문에 해마다 모델을 교체하는 일은 고비용에 많은 시간이 걸리는 악몽 같은 작업이었다.
Bedford Associates의 딕 몰리(Dick Morley)가 발명한, 단순한 래더 로직과 전용 인터페이스 패널을 갖춘 초창기 PLC는 제조업에 혁명을 일으키며 이전 시스템을 대체하고 멸종시켰다. 자동차 산업에서의 모델 연식 교체가 훨씬 간단해지자 자동차 이외의 산업에서도 이 장치를 도입하기 시작했다. 40여 년이 흐른 지금도 효율성과 신뢰성에 대한 새로운 고객 요구에 따라 새로운 솔루션이 속속 등장하면서 진화는 빠르게 지속되고 있다. 몰리는 틀림없이 현대식 PLC를 알아보는 데 어려움을 겪었을 것이다. 더 중요한 것은 산업 제어가 더 이상 ‘PLC`에만 의존하지 않는다는 점이다.
시드니 맥로린(Sidney McLaurin) 지멘스 PC 기반 자동화 마케팅 매니저는 “요즘 최종 사용자에게는 자동화 제어 시스템에 관한 수많은 옵션이 있어서 혼란스러울 수도 있습니다."라고 말한다. "시중에 매우 많은 옵션이 있기 때문에 최종 사용자가 찾고 있는 기능을 명확히 이해해야 적합한 아키텍처 및 구매 결정을 할 수 있습니다."
현재 자동화업체로부터 구할 수 있는 기본적인 자동화 제어 플랫폼은 PLC와 PC 기반 컨트롤러 2가지이다. PLC는 하드웨어 옵션이 광범위하고 현재 시장에서 가장 확실히 자리 잡은 자동화 제어 옵션이다. 대조적으로 PC 기반 컨트롤러는 산업용 컴퓨터에 설치된 소프트웨어 컨트롤러를 사용한다. 높은 수준의 컴퓨터 프로그래밍이나 다른 PC 기능을 자동화 시스템 제어에 적용할 수 있는 장점이 있다.
‘PAC`는 산업 자동화 분야에서 비교적 새로운 용어로서 일부 업체가 PLC의 대안으로 제시하고 있다. 업체들이 PAC를 논할 때에는 보통 PLC와 차별화된다고 주장하는 특정 기능들에 대해 이야기한다. 실제로는 많은 업체가 이러한 기능을 분리하지 않는 상태로 현재 PLC 제품에 포함시켜 제공하며 별도의 PAC 하드웨어 플랫폼으로 판매하지는 않는다. 맥로린은 “공급업체, 통합업체, 분석업체의 기술 설명 방식은 선택 과정에 혼란을 가중시킵니다."라고 말한다. “예를 들면 지멘스는 PAC를 전혀 언급하지 않습니다. 단순히 PLC를 분류하는 또 다른 방식이라고 생각하기 때문입니다. PAC의 모든 기능은 SIMATIC S7 PLC 제품군에 포함되어 제공되고 있으며 끊임없는 진화로 새로운 기능을 추가하고 있습니다.”
사람들이 PAC를 이야기할 때에는 보통 PLC와 차별화된다고 생각하는 특정 기능들에 대해 이야기한다. 이러한 기능에는 일반적으로 동일한 하드웨어 플랫폼으로 로직, 모션, 연속 제어 시스템을 모두 설계할 수 있는 다중 영역 기능, 데이터 태그를 공통 데이터베이스에 저장할 수 있는 단일 개발 플랫폼, 엔지니어가 필요한 장비만을 사용할 수 있는 개방형 모듈식 아키텍처, 엔지니어가 다중 밴더 시스템을 효율적으로 설계할 수 있게 다수의 표준(비동기식부터 결정론까지)과 다양한 프로그래밍 언어(IEC 61131-3 준수는 물론 더 고수준의 프로그래밍 언어)를 사용한 통신 유연성이 포함된다.
맥로린은 “이러한 기능은 모두 SIMATIC S7 PLC 제품군에 통합되어 있습니다.”라고 말한다. “우리가 보기에 개방형 표준 인터페이스, 다중 영역 기능, 분산 모듈식 아키텍처, 첨단 소프트웨어 능력은 진정한 통합 산업 자동화 솔루션의 필수 요소입니다.”
폴란드 슈체친 소재 웨스트 포메라니안 기술대학 전기공학부의 크시슈토프 피에트루세비치(Krzysztof Pietrusewicz) 제어 엔지니어링 및 로보틱스 강좌 조교수는 최근에 “기능의 복합성을 생각하면 어느 컨트롤러가 PAC이고 PLC인지 정의하기 어렵습니다."라고 썼다. “업체들은 설계 및 시장 위치에 있어서 하드웨어-소프트웨어 아키텍처 철학이 유사한 제품들을 분류하는데 PAC라는 두 문자를 사용합니다. 광범위한 기능들이 있기 때문에 컨트롤러를 PLC나 PAC로 단정적으로 분류하기가 어려워졌습니다. 소형 PLC라도 Matlab/Simulink의 자동 코드 생성 도구를 사용하여 프로그래밍할 수 있습니다. CF(Compact Flash) 인터페이스 덕분에 8 GB~32 GB의 데이터 메모리가 주어지면 동일한 컨트롤러도 기계의 예측 유지보수를 위한 데이터 획득 및 분석 도구가 될 수 있습니다. 또한 가상 인터페이스 기술 덕분에 동일한 컨트롤러가 전체 공정의 원격 게이트웨이로 변신할 수도 있습니다."
많은 업체는 현재 PLC 이외에 PC 기반 제어 옵션도 제공한다. 이 솔루션은 소프트웨어 컨트롤러를 산업용 컴퓨터에 설치하여 고수준 컴퓨터 코드와 PC 기능을 통합할 수 있다. “SIMATIC PC 기반 자동화는 단일 산업용 장치에 자동화 제어 기능과 함께 수많은 애플리케이션과 고수준 프로그래밍을 구현하기에 이상적인 플랫폼입니다. 우리의 PC 기반 컨트롤러에는 세계 최초의 TUV 인증 고장안전 소프트웨어 컨트롤러라는 점을 비롯해 수많은 혁신 기술이 적용되었습니다."
지멘스는 최근 PC 기반 애플리케이션을 지원하도록 특수 설계된 SIMATIC IPC 제품군에 새로운 초소형 NanoBox 및 NanoPanel SIMATIC 산업용 PC를 추가했다. 이 컴퓨터들은 최신 Intel Atom 프로세서를 사용하여 강력하고 효율적인 성능을 제공한다.
PC 기반 자동화는 공정에 자동화 제어와 고수준 PC 프로그램 및 다른 PC 기능 간의 긴밀한 통합이 필요한 경우에 가장 효과적이다. “NanoBox와 NanoPanel은 간단한 애플리케이션의 경우 최저 운영비용으로 가장 효율적으로 PC 기능을 통합할 수 있기 때문에 데이터 획득, 품질 및 공정 데이터의 전처리와 버퍼링, 통신, 게이트웨이 기능 등의 용도로 훌륭하게 사용할 수 있습니다.”
“PC 기반 제어 이외에 간편 제어, 시각화, 통신 작업을 위해, 그리고 기계 제작, 트래픽 제어, 건물 자동화 시스템, 에너지 전송과 같은 영역에서의 데이터 로깅을 위해 이 장치를 설계했습니다."라고 맥로린은 말한다.
이제 많은 업체들은 고객이 PLC 컨트롤러와 PC 기반 컨트롤러 간을 쉽게 이동할 수 있도록 제품군을 조정하고 있다. “Siemens는 STEP 7 프로그래밍 언어를 사용하여 견고한 SIMATIC S7 PLC 제품군과 혁신적이고 신뢰성 있는 WIN AC RTX(F) PC 기반 컨트롤러를 모두 프로그래밍하고 있습니다. 사용자는 어느 제어 아키텍처를 사용하든 효과적으로 솔루션을 설계할 수 있습니다. 더욱이 TIA(Totally Integrated Automation) 포털을 사용하여 어느 때보다 수월하게 지멘스 제품으로 전체 제어 시스템을 구축 및 구성할 수 있습니다.”
시간이 흘러감에 따라 계속 확대되는 산업 자동화 소비자의 요구를 충족시키기 위한 새로운 자동화 솔루션 혁신과 개발도 계속될 것이다. 피에트루세비치는 이미 드러난 수많은 동향을 토대로 제어 엔지니어링 분야의 다음 진보를 가늠할 수 있다고 본다. “자동화업체들은 시스템에 안전 기술을 통합하고 있습니다. 더 많은 기업들이 모션 제어 기능을 프로그래밍 도구에 통합하고 있죠. 쾌속 조형은 가장 혁신적인 진화 방법이고 애플리케이션도 이 기능을 수용하게 될 것입니다. 2020년이면 제어 아키텍처가 고도의 개방성을 갖추어 프로세서 및 프로그래밍 도구 수준에서도 서로 다른 업체들의 제어 솔루션과 하드웨어 모듈을 상호 교환하는 데 문제가 없을 것입니다. 그러면 현재 계속 확장하고 있는 개체 지향 프로그래밍 도구의 자연 진화가 빨라질 수 있습니다. 프로그래머 팀이 더 효율적으로 문제를 해결할 수 있게 되면서 도구의 중요성이 감소하는 모습이 첨단 제어 시스템의 미래입니다.”