PLC 기초

배선을 바꾸지 않고 동작을 바꾸는 장치

예전에는 설비 동작을 릴레이와 배선으로 만들었어요. 동작을 바꾸려면 전선을 다시 깔아야 했습니다. PLC는 그 논리를 프로그램으로 옮긴 장치예요. 이제는 배선 대신 코드를 고칩니다.

릴레이 제어 vs PLC

PLC의 구성

[전원] [CPU] [입력모듈] [출력모듈] [통신모듈]
                ↑            ↓
          센서·스위치    릴레이·솔레노이드·램프

스캔 방식 — PLC가 일하는 순서

PLC는 이 3단계를 끝없이 반복합니다.

① 입력 읽기(Input Scan)   — 모든 입력 상태를 메모리에 복사
② 프로그램 실행           — 위에서 아래로 순차 연산
③ 출력 반영(Output Scan)  — 결과를 실제 출력에 반영
   ↺ 다시 ①로 (스캔타임: 보통 1~50ms)

> 중요: 프로그램 실행 중에는 입력이 바뀌어도 반영되지 않아요. 그 스캔 시작 시점의 값으로 계속 계산합니다. 아주 짧은 펄스 신호는 놓칠 수 있어서, 그럴 땐 인터럽트나 고속카운터를 씁니다.

입출력 배선 — 싱크와 소스

현장에서 가장 많이 헷갈리는 부분이에요.

• 싱크(Sink, NPN): 센서가 전류를 빨아들임. 일본계(미쓰비시·옴론) 장비에서 흔함
• 소스(Source, PNP): 센서가 전류를 내보냄. 유럽계(지멘스) 및 최근 표준

둘을 섞으면 동작하지 않거나 모듈이 손상됩니다. 센서 교체 시 반드시 확인하세요.

I/O 점수 세기

PLC를 선정할 때 필요한 입출력 개수를 셉니다.

입력: 시작/정지 버튼 2, 비상정지 1, 리밋스위치 6,
      근접센서 4, 도어스위치 2          = 15점
출력: 솔레노이드 5, 모터기동 3, 램프 4,
      부저 1                            = 13점

→ 여유 20~30% 확보하여 입력 24점 / 출력 16점 급 선정

증설 여유를 두지 않으면 나중에 센서 하나 추가할 때 PLC를 통째로 바꿔야 해요.

현장에서 신입이 자주 만나는 상황

> 입력 LED가 켜지는지 보는 것만으로도 절반은 진단됩니다. 센서가 문제인지, 프로그램이 문제인지 구분할 수 있어요.

안전 관련 주의

• 비상정지는 PLC 프로그램이 아니라 하드웨어 회로로 구성해야 합니다. PLC가 멈추면 프로그램도 멈추기 때문이에요
• 안전 관련 회로는 안전 릴레이/안전 PLC 사용
• 프로그램 수정 후에는 반드시 무부하 시운전부터

전기 회로도처럼 생긴 프로그래밍 언어

래더(Ladder)는 사다리 라는 뜻이에요. 좌우 세로선 사이에 가로줄(rung)이 놓인 모양이 사다리를 닮았습니다. 전기 기술자가 회로도 읽듯 프로그램을 읽을 수 있게 만든 언어예요.

기본 기호

─┤ ├─    a접점 (NO, Normally Open)   : 신호가 ON일 때 통전
─┤/├─    b접점 (NC, Normally Closed) : 신호가 OFF일 때 통전
─( )─    출력 코일                    : 결과

전기가 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다고 상상하며 읽으면 됩니다.

AND / OR

직렬 = AND (둘 다 만족해야)
  ├──┤ X0 ├──┤ X1 ├──( Y0 )──┤
     시작버튼   안전도어    모터

직렬 = OR (하나만 만족해도)
  ├──┤ X0 ├──┬──( Y0 )──┤
  │          │
  └──┤ X1 ├──┘

자기유지 회로 — 가장 중요한 기본 패턴

버튼에서 손을 떼도 계속 동작하게 만드는 회로예요. 모든 설비의 기본입니다.

  ├──┤ X0 ├──┬──┤/ X1 ├──( Y0 )──┤
  │  시작    │    정지     모터
  │          │
  └──┤ Y0 ├──┘
      자기유지(자신의 출력을 되먹임)

동작 순서

1. X0(시작) 누름 → Y0 ON
2. Y0가 ON이므로 아래 가지로 전기가 흐름 → X0에서 손을 떼도 유지
3. X1(정지) 누름 → b접점이 끊김 → Y0 OFF

> 정지 버튼은 반드시 b접점으로 씁니다. 배선이 끊어지면 자동으로 정지되도록(페일세이프) 하기 위해서예요.

인터록 — 동시에 켜지면 안 되는 것

정회전과 역회전이 동시에 켜지면 단락 사고가 나요. 서로의 b접점을 넣습니다.

  ├──┤ X0 ├──┤/ Y1 ├──( Y0 )──┤   정회전
  ├──┤ X1 ├──┤/ Y0 ├──( Y1 )──┤   역회전

타이머 (TON)

  ├──┤ X0 ├──[ TON  T0  K50 ]──┤
  ├──┤ T0 ├──────( Y0 )────────┤

K50 = 설정값 50
0.1초 단위 타이머면 → 5초 후 T0 접점 ON

카운터 (CTU)

  ├──┤ X0 ├──[ CTU  C0  K100 ]──┤
  ├──┤ C0 ├──────( Y0 )─────────┤

X0가 100번 ON되면 C0 접점 ON
리셋 명령으로 초기화

생산 수량 카운트, 일정 개수마다 배출 등에 씁니다.

실전 예제 — 컨베이어 제품 배출

조건: 센서가 제품을 감지하면 2초 후 실린더 전진,
      1초 유지 후 후진

  ├──┤ X0 ├───────[ TON T0 K20 ]──┤   센서 감지 후 2초
  ├──┤ T0 ├───────( Y0 )──────────┤   실린더 전진
  ├──┤ Y0 ├───────[ TON T1 K10 ]──┤   전진 후 1초
  ├──┤ T1 ├───────( Y0 리셋 )─────┤   후진

읽는 순서 — 위에서 아래로

래더는 위 줄부터 순서대로 실행돼요. 그래서 같은 코일을 여러 줄에서 쓰면 마지막 줄의 결과만 남습니다(이중 코일 문제). 초보자가 가장 많이 하는 실수예요.

모니터링이 최고의 학습법

PLC 소프트웨어를 온라인으로 연결하면 통전되는 접점이 색으로 표시됩니다. 실제 설비가 움직이는 걸 보면서 래더를 따라가면 이해가 훨씬 빨라요.

연습 과제

1. 시작/정지 자기유지 회로 그리기
2. 정·역회전 인터록 추가
3. 시작 3초 후 모터 기동하도록 타이머 추가
4. 100개 생산 시 램프 점등 카운터 추가

브랜드마다 용어가 다릅니다

부울경 제조 현장에서는 미쓰비시와 지멘스가 가장 흔하고, LS일렉트릭(구 LS산전)도 많이 씁니다.

> 지멘스는 바이트.비트 표기(I0.0 ~ I0.7 = 8점)를 씁니다. 미쓰비시는 8진수(X0~X7, X10~X17)라 X8, X9가 없어요. 처음 보면 헷갈리는 부분입니다.

IEC 61131-3 — 5가지 프로그래밍 언어

복잡한 계산은 래더보다 ST가 훨씬 읽기 좋아요. 요즘은 혼용합니다.

유지보수 가능한 프로그램 작성법

만든 사람이 아니라 나중에 고칠 사람을 생각해서 써야 합니다.

• 주석(코멘트)을 반드시 — 디바이스 이름, 회로 목적
• 디바이스 할당표 작성 (X0=시작버튼, Y0=1축 전진…)
• 기능별로 블록 분리 (초기화 / 수동 / 자동 / 알람 / 출력)
• 매직 넘버 금지 — K50 대신 상수 정의
• 이중 코일 사용 금지

버전 관리가 중요합니다

현장에서 가장 큰 사고는 "어느 게 최신 프로그램인지 모르는 것" 이에요.

• 파일명에 날짜·버전·변경자 포함 (예: LINE2_v1.3_20260804_홍길동.gxw)
• 변경 이력을 별도 문서로
• 수정 전 반드시 백업 — PLC에서 업로드해 현재 동작본을 확보
• 백업은 설비 옆이 아니라 서버·클라우드에 (화재·침수 대비)

온라인 수정의 위험

가동 중 프로그램을 고치는 온라인 편집은 편리하지만 위험해요.

• 설비가 움직이는 중에 로직이 바뀜 → 예상치 못한 동작
• 반드시 안전 확인 후, 가능하면 정지 상태에서
• 수정 전 백업 필수

알람(Alarm) 설계

좋은 알람은 원인과 조치를 바로 알려줍니다.

나쁨: "ERROR 03" 좋음: "2호 실린더 전진 확인 센서 미감지 (3초 초과) — 센서 위치·배선 확인"

• 알람마다 발생 시각 기록
• 알람 이력을 남겨 빈발 알람 분석 → 개선 대상
• 중요도 구분 (정지 / 경고 / 알림)

데이터 수집 연동

스마트팩토리로 가려면 PLC 데이터를 위로 올려야 해요.

• OPC UA — 산업 표준 통신, 벤더 중립
• MQTT — 경량, IIoT에서 많이 씀
• Modbus TCP — 간단, 구형 장비도 지원

기존 PLC에 게이트웨이만 붙여도 생산량·가동상태 수집이 가능합니다. 정부 스마트공장 지원사업의 기초 단계가 대부분 이 구성이에요.

사람과 설비가 만나는 지점

HMI(Human Machine Interface)는 설비 옆의 터치패널이고, SCADA는 여러 설비를 한곳에서 감시·제어하는 상위 시스템이에요.

HMI 화면 설계 원칙

현장에서 장갑 낀 손으로, 소음 속에서, 급한 상황에 쓰는 화면이라는 걸 잊으면 안 돼요.

1. 버튼은 크게

장갑 착용 상태를 고려해 최소 20mm 이상. 인접 버튼 간 간격도 충분히.

2. 색은 의미대로 통일

> 색만으로 구분하면 색약 사용자가 판별 못 합니다. 텍스트나 아이콘을 함께 쓰세요.

3. 계층은 얕게

자주 쓰는 기능은 2번 터치 이내로 도달. 깊게 숨기면 아무도 안 씁니다.

4. 중요한 조작은 확인 단계

공정 초기화, 원점 복귀처럼 되돌리기 어려운 건 확인 팝업을 넣습니다.

5. 다국어 지원

외국인 근로자가 많은 현장은 한국어 + 모국어 병기 또는 전환 기능이 사고를 줄입니다. 픽토그램 병용이 효과적이에요.

절대 하면 안 되는 것 — 비상정지를 화면에

비상정지는 반드시 물리 버튼(적색 버섯형) 이어야 합니다. HMI가 다운되면 터치가 안 먹어요. 안전 기능을 소프트웨어에 의존하면 안 됩니다.

알람 관리 — 알람 홍수를 피하라

알람이 너무 많으면 사람은 무시하게 됩니다. 이게 대형 사고의 전형적 배경이에요.

> 운전자가 상시 마주하는 알람은 분당 1건 이하가 권장 수준이에요. 그보다 많으면 알람 합리화가 필요합니다.

SCADA로 무엇을 볼 수 있나

• 라인별 생산 실적 vs 계획
• 설비 가동/정지/대기 상태 (OEE 자동 산출)
• 알람 이력 및 빈발 순위
• 에너지 사용량 (전력·공압·용수)
• 품질 데이터 추세 (SPC 연동)

수기 일보를 없애는 것만으로도 도입 효과가 큽니다. 사람이 손으로 적으면 시간도 들고 정확도도 떨어져요.

보안 — 이제는 필수입니다

과거에는 공장망이 외부와 분리돼 있었지만, 데이터 수집을 위해 연결되면서 위험이 생겼어요.

• 공장망(OT)과 사무망(IT) 분리 — 방화벽, VLAN
• 기본 비밀번호 변경 (설치 그대로 두는 경우가 많습니다)
• USB 사용 통제 — 감염 경로 1위
• 원격 접속은 VPN + 계정 관리
• PLC/HMI 펌웨어 업데이트

> 랜섬웨어로 생산이 멈추는 사고가 국내 제조업에서도 발생하고 있어요. 백업을 오프라인에 하나 더 두세요.