소형 PLC를 사용하여 그린 에너지, 건물 자동화 및 산업용 시스템에서 다양한 이점을 누리는 방법

산업용 네트워크 설계자는 소규모 자동화 및 디지털화 프로젝트에서 우수한 성능을 지원하기 위해 기존의 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러)와 산업용 사물 인터넷(IIoT) 기술을 좁은 공간에 통합해야 한다는 압박을 받고 있습니다.

컨트롤러는 크기가 콤팩트하면서도 기존의 자동화 기능과 IIoT를 연결하고 정보 기술(IT) 및 운영 기술(OT) 네트워크를 통합할 수 있어야 합니다. 강력한 이중 코어 프로세서, microSD 카드 슬롯, 최소 18개의 아날로그 및 디지털 I/O 채널이 필요합니다.

유연성을 극대화하려면 I/O에 직접 구성 연결을 위한 RS-485 직렬 포트와 USB-C 포트가 포함되어야 합니다. 일부 응용의 경우, CANopen 통신 포트(선택 사항)의 이점을 누릴 수 있습니다. OT와 IT 통합을 지원하려면 두 개의 고유 IP 주소를 지원할 수 있는 이더넷 포트가 두 개(현장 장치용 그리고 SCADA 또는 클라우드 연결용) 있어야 합니다.

신속한 배포를 위해서는 사용자가 자동화 프로젝트와 시스템을 빠르게 구축할 수 있는 CODESYS 3.5 통합 개발 환경(IDE)이 지원되어야 합니다. 오픈 소스 애플리케이션 실행 시 Docker 컨테이너를 지원할 수 있다면 유연성이 더욱 향상되고 배포 속도가 빨라집니다.

이 기사에서는 WAGO 콤팩트 컨트롤러 100 계열의 다양한 기능을 중점적으로 소개합니다. 이러한 컨트롤러가 건물 자동화, 배터리 에너지 저장, 마이크로그리드, 산업용 기계, 그린 에너지 시스템 등 다양한 응용 분야를 위한 우수한 자동화 솔루션의 신속한 개발 및 배포를 어떻게 지원하는지 보여줍니다.

콤팩트 컨트롤러 100(CC100) PLC는 크기가 55mm(L) x 108mm(W) x 90mm(H)에 불과하여 손바닥 안에 쏙 들어갑니다. 크기가 작아, 다양한 자동화 기능을 디지털화할 수 있는 강력한 잠재력이 과소평가되는 경우가 종종 있습니다.

최대 4개의 디지털 출력, 8개의 디지털 입력, 최대 2개의 아날로그 입력 및 2개의 아날로그 출력, 모드버스 RTU와 같은 프로토콜을 위한 RS-485 인터페이스, 백금(Pt) 또는 니켈(Ni) 저항 센서를 위한 온도 입력이 필요하신가요? 그렇다면, 모델 751-9301이 답입니다. CANopen 연결도 필요한 경우에는 모델 751-9401을 사용할 수 있습니다(그림 1).

그림 1: CC100 모델 751-9401은 모델 751-9301과 동일한 I/O 조합에 CANopen 인터페이스(오른쪽 모서리)가 추가되었습니다(이미지 출처: WAGO).

스위치로 사용하거나 두 개의 개별 IP 주소로 구성할 수 있는 이중 이더넷 포트를 통해 현장 및 OT 장치에 대한 전용 연결은 물론 SCADA, IT 또는 클라우드 시스템에 대한 별도의 연결을 지원할 필요가 있나요? 또한 모드버스 TCP/UDP, EtherNet/IP, EtherCAT과 같은 산업용 이더넷 프로토콜을 지원하며, MQTT와 같은 프로토콜을 사용하여 IIoT 및 클라우드 연결을 지원하나요?

SSH, SSL/TLS 암호화, 방화벽, 네트워크 동보 통신 보호와 같은 사이버 보안 기능이 네트워크 보안에 필수인가요? CC100 계열의 두 모델 모두 이 모든 조건을 만족시킬 수 있습니다.

이러한 중요한 기능 외에도 CC100 PLC는 구성을 간소화하고 속도를 높일 수 있는 USB 프로그래밍 포트와 펌웨어 업데이트 및 기타 기능을 위한 마이크로 SD 카드 슬롯을 제공합니다. 두 모델 모두 DIN 레일 장치(DIN 43880에 따른)로서 소형 배전반에도 빠르게 장착할 수 있습니다.

프로그래밍 및 전원

기본 설치를 완료하려면 이러한 PLC에 프로그래밍과 전원이 필요합니다. 다시 한 번 강조하지만, CC100 계열은 뛰어난 성능과 가능성을 제공합니다. LD(래더 다이어그램), FBD(기능 블록 다이어그램), SFC(순차 기능 차트), ST(구조화된 텍스트), IL(명령어 목록) 등 하나 이상의 IEC 61131-3 언어 또는 Node-RED, C++, Python 같은 옵션으로 CODESYS 3.5를 사용하여 프로그래밍할 수 있습니다.

CC100 계열은 Docker 컨테이너를 지원하여 추가 애플리케이션을 실행하고 기능을 확장할 수 있습니다. 내장된 웹 서버를 통해 HTML5 시각화를 생성할 수 있어 운영 및 유지 관리가 용이합니다.

이러한 PLC는 전기 및 수도 시설에서 SCADA 시스템의 원격 장비를 모니터링하고 제어하는 데 사용되는 DNP3를 비롯한 유틸리티 기반 프로토콜을 사용하여 활성화할 수 있습니다. IEC61850 및 IEC60870은 변전소, 마이크로그리드 자동화, 재생 에너지 및 저장 시스템에서 일반적으로 사용됩니다. 또한 건물 자동화 분야를 위한 BACnet 통신을 지원합니다.

WAGO의 787-2850 전원 공급 장치는 24V_DC 1.25A를 제공하며, 콤팩트한 설치에 적합하도록 설계되어 CC100 계열 PLC에 이상적인 전원입니다(그림 2). EN 61010-2-201/UL 61010-2-201에 따른 안전 초저전압(SELV) 및 보호 초저전압(PELV) 요건을 충족하는 전기 절연 출력 전압과 +40°C에서 250만 시간 이상의 인상적인 MTBF(EN/IEC 61709 기준)가 장점입니다.

그림 2: 이 787-2850 전원 공급 장치는 CC100 PLC의 요구 사항에 잘 부합합니다(이미지 출처: WAGO).

광범위한 가능성

CC100 계열의 통합 I/O는 자동화 솔루션 구현을 위한 견고한 기반을 제공하며, 가능성은 무한합니다. 750 계열 I/O 모듈(500개 이상 사용 가능)과 I/O 커플러를 조합하여 I/O 용량을 확장할 수 있습니다.

예를 들어, I/O 모듈 750-1506을 사용하여 기본 CC100 PLC에 8개의 디지털 입력과 8개의 디지털 출력을 추가할 수 있습니다. 다양한 750 커플러를 추가하여 필요한 필드버스 연결을 제공할 수 있습니다. 커플러는 이더넷 케이블을 사용하여 CC100에 연결되며 CC100을 다양한 필드버스에 연결하는 브리지 역할을 합니다.

예를 들어, 750-348은 모듈형 WAGO 750 계열 I/O 시스템을 CANopen 네트워크와 인터페이스하여 CC100의 I/O 용량을 확장하는 데 사용되는 CANopen 필드버스 커플러입니다(그림 3). 750-362 커플러는 모드버스 네트워크와의 연결을 지원하며, EtherNet/IP 또는 EtherCAT을 마스터로 사용할 수 있는 다른 커플러도 있습니다.

그림 3: 750-348은 CANopen 필드버스 커플러입니다(이미지 출처: WAGO).

커플러가 연결되면 CODESYS 3.5 소프트웨어를 사용하여 PLC를 프로그래밍하는 것은 간단한 문제입니다. 그런 다음 컨트롤러는 커플러를 통해 I/O 모듈과 통신하여 모든 I/O 지점을 관리합니다. 다양한 커플러가 연결된 모든 I/O를 자동으로 감지합니다.

예를 들어 750-362는 4세대 Modbus TCP/UDP 필드버스 커플러입니다. 연결된 I/O 모듈(디지털, 아날로그 등)의 신호를 변환하여 Modbus TCP/UDP 네트워크를 통해 통신할 수 있도록 합니다. 데이지 체인 토폴로지를 지원하는 2개의 10/100 Mbit/s 이더넷 포트와 함께 IP 주소 설정을 위한 통합 DIP 스위치, 구성 및 관리를 위한 통합 웹 서버를 갖추고 있습니다.

간단하고 강력한 네트워크 관리

CC100은 CC100에 내장된 웹 서버와 이더넷 연결을 사용하여 웹 브라우저를 통해 구성, 작동 및 유지보수를 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 WAGO의 웹 기반 관리(WBM) 소프트웨어와 호환됩니다.

사용자는 HTML5 시각화를 개발 및 실행하고 통합 방화벽, TLS(전송 계층 보안) 암호화, VPN(가상 사설망) 기능과 같은 기능으로 보안 액세스를 관리하여 사이버 공격으로부터 보호할 수 있습니다.

HTML5 시각화는 CC100에서 호스팅되며 대부분의 웹 브라우저에서 원격으로 볼 수 있습니다. 컨트롤러 상태 및 시스템, 네트워크, I/O 상태와 같은 기본 정보는 통합 LED 어레이를 사용하여 컨트롤러에서 로컬로 확인할 수 있습니다.

WBM은 또한 클라우드 솔루션으로의 데이터 전송을 용이하게 하거나 MQTT와 같은 프로토콜을 활용하여 다른 시스템으로 데이터를 배포함으로써 네트워크 데이터 관리를 지원할 수 있습니다. 클라우드 연결 자체에 대한 구성(예: 클라우드 공급자 URL, 보안 인증서 및 인증 세부 정보)은 컨트롤러의 WBM 인터페이스를 통해 설정할 수 있습니다.

클라우드 연결

클라우드 연결을 통해 CC100은 IIoT 응용 분야를 위한 게이트웨이 역할을 할 수 있습니다. 통신 파라미터는 WBM에서 구성하고, 클라우드와 제어기 간에 교환할 데이터는 구성 세부 사항 등의 작업을 처리할 수 있는 CODESYS용 WAGOAppCloud 라이브러리를 사용하여 구성합니다.

CC100은 내장된 이더넷 인터페이스를 통해 인터넷에 액세스하고 데이터를 클라우드로 전송할 수 있습니다. 사용자는 사용할 클라우드 서비스를 지정할 수 있으며, Microsoft Azure, Amazon Web Services 및 IBM Cloud 옵션을 사용할 수 있습니다(그림 4).

그림 4: CC100 PLC는 MQTT 프로토콜과 이더넷 연결을 사용하여 클라우드에 연결할 수 있습니다. (이미지 출처: WAGO)

복잡한 통신 프로세스(보안 연결 설정, JSON(JavaScript 객체 표기법) 형식으로 데이터 포맷 지정, 데이터 전송 처리 등)를 표준 IEC 프로그램 내에서 호출할 수 있는 간단하고 재사용 가능한 코드로 추상화하는 기능 블록과 라이브러리를 사용할 수 있습니다.

또한 IEC 애플리케이션을 통해 사용자는 센서 판독값이나 기계 상태와 같은 제어 변수를 클라우드로 전송할지 여부를 선택할 수 있습니다. 사용자는 데이터 흐름을 제어하고 데이터 전송 시기 및 방법(예: 이벤트 기반 전송과 주기적 전송)을 결정할 수 있습니다. 또한 이 애플리케이션은 CC100에서 데이터 사전 처리를 구현하여 클라우드 연결에 필요한 대역폭을 줄일 수 있습니다.

결론

WAGO의 CC100 컨트롤러는 크기가 작아 건물 자동화, 그린 에너지, 마이크로그리드, 전기 및 수도 시설, 산업용 시스템 등 다양한 응용 분야를 위한 소규모 자동화 및 디지털화 프로젝트에서 막대한 이점을 제공할 수 있습니다. 또한 확장성이 우수해 요구 사항의 변화에 따라 조정하고 적응할 수 있습니다. 네트워크 관리 및 클라우드 연결 기능은 IT 및 OT 시스템 통합을 위한 강력한 지원을 제공합니다.

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