Industry 4.0과 PLC

PLC(Programmable Logic Controller, PLC)가 발명된 이래 진화 발전하여 1960년대부터 제너럴 모터스를 비롯한 제조기업에서 사용하기 시작했다.

새로운 종류의 PLC가 제조 및 산업 시스템에 대한 접근 방식에 대한 엄청난 기여로 새로운 산업 혁명 또는 Industry 4.0(제4차 산업혁명)의 시대가 왔다고 사람들은 말한다.

이러한 흐름 속에서 PLC가 어떻게 작동하는지, 그리고 현대 아키텍처 속에서 어떤 역할을 하는지 살펴보자.

PLC(Programmable Logic Controllers)

PLC는 산업 및 제조 시스템과 프로세스를 실행하는 데 도움이 되는 아주 중요한 컴포넌트이다.

PLC에 대해 기본을 이해하는 가장 좋은 방법 중 하나는, PLC가 없는 하드웨어를 생각해 보는 것이다.

캠 기반 타이머나 디지털 방식이 아니고 프로그래밍할 수 없는 다른 물리적 장비뿐만 아니라 기계식 릴레이 스위치와 아날로그 릴레이 스위치까지 포함된다.

또 하나는 PLC는 프로그래밍의 변화와 사용 환경을 받아들여 현대의 자동화를 지속적으로 진화 발전시켜 온 사실이다.

PLC & Sensors

엔지니어들은 제조업 또는 산업 장비를 제어하는 데 도움이 되는 'feed loop'를 위해 PLC를 사용하는 프로세스를 이야기한다.

PLC로 관리되는 로봇 시스템의 능력을 고도화하는데 컴퓨터 비전과 센싱도 중요하다.

엔지니어들은 센서와 액츄에이터 같은 부품을 사용하여, PLC로 제조 및 산업 장비의 주변 환경에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 실시간으로 파악할 수 있는 환경을 구축한다.

액체의 흐름이나 압력, 건물 내의 온 습도, 또는 용기의 캡핑 또는 밀봉과 상태의 제어와 출력을 관리할 수 있다.

또한 안전과 환경 그리고 위험을 모니터링하는 중요한 기능을 수행한다.

PLC는 어떤 의미에서 제조 주변 환경을 '느끼고' 그에 따라 응용 변수를 조절할 수 있는 기능을 한다고 말할 수 있다.

PLC 및 관련 하드웨어의 정교함은 AI(인공지능)/ML(기계학습)의 진보에 따라 발전하였고, 데이터 사이언스는 자동화가 산업 분야에서 할 수 있는 역할을 확장하였다.

PLC와 제어 수준(LEVEL)

일부 전문가들은 새로운 하드웨어 시스템을 활용하여 관리할 수 있는 제조 운영을 5단계로 나누어 수준을 설명한다.

· 매니지먼트 레벨(Management level)

· 계획 레벨(Planning level)

· 관리감독 레벨(Supervisory level)

· 제어 레벨(Control level)

· 현장 레벨(Field level)

여기서 PLC는 제어 레벨 범주의 일부가 되며, 현장 레벨의 일부가 되는 센서 및 액추에이터 같은 구성 요소와 함께 작동한다.

더 높은 수준의 중앙 집중화된 소프트웨어는 모든 레벨을 하나로 통합한다.

PLC와 ERP

PLC는 매니지먼트 레벨에 있는 ERP 소프트웨어로 연결될 수 있다.

ERP 소프트웨어의 범위는 제조 영역보다 더 넓으며, 포괄적인 의사결정 지원 외에도 생산량의 평가와 표준 프로세스 준수 관리 감독 같은 또 다른 측면에서의 매니지먼트를 목적으로 구축한다.

일반적으로 시스템 통합은 PLC 자신의 역할 수행보다 자신보다 더 상위 레벨의 무언가에 연결된다는 것을 의미한다.

이러한 중앙 집중식 시스템과 개별 제조 하드웨어 기기들이 소프트웨어를 통해 서로 '대화'하는 M2M(Machine to Machine)이라는 이전의 접근 방식과는 다르다.

ERP 시스템은 일반적으로 보다 글로벌한 모델이다.

PLC는 무엇을 할까? 

PLC는 응용 프로그램들을 감시하는 일을 도울 수 있고, 기기의 기능이나 작업 가동을 실행할 수 있다. 

일부 감시 PLC들은 파이프 또는 도관이 손상되거나 누출되는지를 센싱하는 센서와 연결되어 있을 수도 있다.

이상 시 오퍼레이터들에게 알림 경고를 보내고 자동으로 제어할 수도 있다. 

PLC와 IoT

산업 시스템의 다양한 유형의 PLC들이 IoT(사물인터넷)의 개념에도 기여하고 있다.

IoT는 일반적으로 여러 종류의 하드웨어 구성요소들이 무선으로, 인터넷을 통해 연결되는 상황의 기술을 말한다.

로컬 지점에서 데이터를 수집하여 다른 목적지로 송수신하기 위해 로컬 지역 네트워크를 인터넷 전체와 연결하는 것을 의미한다. 

예를 들어, IoT와 연결된 소비재 가전제품이나 기기에서 현장 데이터를 수집하여 공급업체나 다른 원격 관리자에게 보내져 사용 환경에서의 품질이 평가되고 원격으로 제어되곤 한다. 한편, PLC의 역할은 IoT보다 더 로컬화할 수 있다. 로컬 환경에서의 제어에 주로 초점을 맞추어 케이블로 연결된 이더넷 시스템들을 통해 연결되기도 한다.

PLC와 새로운 아키텍처

PLC는 이러한 현대 산업 시스템의 핵심 구성 요소이다. 

산업 프로세스에서 수 많은 감시기능과 수정 및 관리하는 일을 대신하여 사람의 일을 도와왔다.

다시 말해서, 사람들은 앉아서 PLC를 통해 기계가 사람을 위해 더 많은 일을 하도록 할 수 있었다. 

한편, Industry 4.0 지지자들은 종종 '루프 안에 인간' 또는 그 프로세스 내에 인간의 역할이 있어야 한다고 제안한다. 

그러나 PLC와 다른 구성 요소들은 사람이 물리적으로 현장에 있어야 하는 부담을 훨씬 덜어주면서 주어진 하드웨어 시스템을 쉬지 않고 직접 감시하는 역할을 한다.

참조 | https://www.manufacturingtomorrow.com/story/2023/09/the-role-of-plcs-in-the-modern-industrial-revolution/21227/