IIoT와 PLC: 대립이 아닌 공존

산업용 사물 인터넷은 기계 재설계, 프로세스 재구성, 빅 데이터의 능력 활용을 통한 생산성 및 수익성 향상을 약속합니다. 일부 연구에 따르면 프로그래밍 가능한 논리 컨트롤러(PLC)와 같은 친숙한 아키텍처와 장치가 사라질 수 있다고 합니다. 데이터 수집의 급속한 증가로 인해 공장 전체의 거의 모든 곳에 배치할 수 있는 마이크로 또는 나노 PLC와 같은 더 많은 수의 더 작은 장치로 전환될 것이라는 견해도 있습니다.

빅 데이터, 새로운 아이디어인가?

산업용 사물 인터넷은 클라우드에서 집중 분석을 위해 프로세스 및 장비에서 대량의 데이터를 수집하는 활동을 기반으로 합니다. 그 목표는 프로세스의 재최적화 및 재구성을 개선하여 폐기물 감소 및 고객 요구에 대한 응대 속도 향상과 같은 개선을 추구하는 것입니다. 4차 산업혁명(인더스트리 4.0)의 공장에는 장비 및 작업 영역 전반에 걸쳐 모터 전류 및 진동, 주변 온도 및 습도, 최종 제품 테스트 및 검사 측정, 일련 번호, 배치 번호, 타임스탬프 등 다양한 측면을 보고하는 수천 개의 센서가 사용될 것입니다.

인더스트리 4.0이 성공하기 위해서는 수천 개의 데이터 채널이 클라우드에 효율적으로 수집되어 저장되고, 우선 순위가 지정되며, 그룹화 및 분석을 거쳐, 궁극적으로 기계에 전달되는 개선된 지침과 현명한 비즈니스 의사 결정을 위한 정보로 변환되어야 합니다. 기계, 제어 시스템 및 공장 통신 네트워크의 설계가 크게 변경될 수 있으며, 이는 지금까지 일반적인 자동화에서 데이터 수집, 처리 및 제어 작업을 지배해온 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러)와 같은 기존 장치에 위협이 될 수 있습니다.

제조 수율을 향상시키고 비즈니스 의사 결정을 지원하기 위해 더 많은 데이터를 수집하려는 바람은 인더스트리 4.0에서 시작된 것이 아닙니다. 기업들은 클라우드 훨씬 이전부터 장비에서 점점 더 많은 양의 데이터를 수집하고 공장 현장과 백오피스 분석 시스템 간의 교환을 자동화하고자 했습니다. 산업용 PC(IPC)는 기업 LAN에 대한 의사 결정자와의 원활한 데이터 흐름의 이점을 통해 PC 기반 자동화를 가능하게 하기 위해 등장한 개념의 한 예입니다. 그러나 PLC는 긴 수명 주기와 높은 신뢰성을 비롯한 여러 이점을 유지하고 있으며, 또한 처리 능력을 높이고 추가 기능을 제공하며 PC 기반 표준을 통합함으로써 시장 요구를 충족하도록 발전했습니다.

대립

차세대 산업 시대의 공장 전반에 걸친 센서 및 기타 데이터 수집 활동의 확산은 잠재적으로 현재 PLC의 역량을 압도할 수 있습니다. 일부에서는 센서 데이터가 MQTT(메시지 대기 텔레메트리 전송)와 같은 경량 프로토콜을 사용하여 클라우드로 직접 수집될 것이라고 제안합니다. 데이터가 풍부한 오늘날 제조 환경의 주요 이점은 일반적인 폴/응답 프로토콜을 사용하는 경우 네트워크를 방해할 수 있는 대량의 불변 데이터를 MQTT가 우회할 수 있다는 것입니다. MQTT의 게시/구독 모델을 통해 스마트 센서가 이를 수신하도록 구성된 장치에 대한 새 데이터만 게시할 수 있습니다. 일부 중요한 소비자 IoT 및 소셜 플랫폼은 프로토콜의 낮은 대역폭 요구, 낮은 대기 시간, 낮은 전력 소비를 활용하는 것으로 알려져 있습니다. MQTT는 제어 시스템에서의 사용에 매우 적합하며 MQTT 모듈은 IIoT 데이터를 클라우드로 직접 전송하기 위한 경로를 제공할 수 있습니다. 이는 연결된 공장에 전반적으로 분포된 여러 센서에서 생성된 데이터를 처리하는 실용적인 수단을 제공합니다.

공존

또는 일반적인 중앙 PLC를 모니터링하는 센서 및 제어하는 메커니즘에 더 가깝게 배치된 여러 개의 더 작은 PLC로 대체할 수 있습니다. IIoT의 일부로 통신하도록 설계된 마이크로 또는 나노 PLC가 이러한 유형의 역할을 수행하기 위해 등장하고 있으며 모듈식 확장 옵션과 함께 작은 실장 면적에 I/O 채널을 제공합니다.

Crouzet은 em4 나노 PLC 제품군(예: em4 이더넷)을 통해 이 기회를 활용하고 있습니다. em4는 124.6mm x 90mm 크기이며 선별된 아날로그/디지털 IO 및 계전기 출력을 제공합니다. 또한 디지털 및 아날로그 I/O 확장 모듈도 제공하여 대규모 또는 소규모 설치를 수용할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이 장치는 로컬 네트워크의 어디에서나 프로그래밍하거나 디버깅할 수 있으며 추가 모듈 없이 필요에 따라 인터넷에 연결할 수 있습니다(그림 1). 센서에서 데이터를 수집할 수 있는 간편한 수단으로서, em4는 이메일 또는 FTP로 간단한 예약 데이터 로그를 보내거나 응용 프로그램의 제어에 따라 이메일 경고를 보낼 수 있습니다. em4는 네트워크에 있는 최대 16개의 다른 장치와 통신할 수 있으며 연결된 최대 8개의 em4 장치를 자동으로 감지할 수 있습니다. 18 x 4 흑백 디스플레이와 6버튼 키패드는 프론트 패널에서 직접 PLC를 관리할 수 있는 옵션을 제공합니다.

그림 1: em4 이더넷 나노 PLC는 LAN 또는 인터넷상의 다른 장비에 쉽게 연결됩니다.

Panasonic은 분산 모니터링 및 제어 또는 장비 소형화에 적합한 공간 효율적인 울트라 콤팩트 PLC를 제공합니다. FP0R 계열은 90mm 높이 및 25mm 너비이며, 다축 모터 제어를 허용하는 펄스 출력을 포함한 I/O를 제공합니다. 최대 3개의 확장 모듈을 추가할 수 있습니다. 내장된 FeRAM은 배터리가 필요 없는 자동 데이터 백업을 제공하여 데이터 손실 없이 장비의 전력을 차단할 수 있도록 합니다. PLC는 FP Web Server 2 모듈로 이더넷 네트워크에 연결된 PLC-Link를 통해 최대 16개의 유사 장치와 정보를 공유할 수 있습니다. 모터 제어의 다른 특징으로는 카운터 및 PWM 출력이 있습니다. 널리 사용되는 프로토콜을 사용하는 연결형 CC_LINK 및 IO/LINK 모듈은 네트워킹 및 센서 모니터링을 위한 추가적인 유연성을 제공합니다. Crouzet em4 및 Panasonic FPOR은 해당 제조업체의 표준 프로그래밍 소프트웨어를 사용하여 프로그래밍됩니다.

Maxim Integrated는 마이크로 PLC 플랫폼을 사용하여 기존 PLC보다 훨씬 적은 양으로 더 높은 성능을 제공하는 작업에 착수했습니다(그림 2). 마이크로 PLC 디지털 및 아날로그 IO 모듈(예: MAXREFDES60 0V ~ 10V 아날로그 출력 모듈)은 신용 카드 크기 정도의 공간에 들어갑니다. 이 작은 폼 팩터를 통해 개발자는 표준 PLC와 비교하여 약 10%에 해당하는 공간에서 절반의 전력으로 비슷한 연결을 달성할 수 있습니다. 4채널 아날로그 입력 모듈, 8채널 디지털 입력/출력 모듈, RS-485 통신 카드를 비롯한 다른 마이크로 PLC 모듈도 제공됩니다. 모두 예제 C 소스 코드와 테스트 데이터가 함께 제공되므로 인더스트리 4.0을 준비하는 차세대 콤팩트 PLC의 구현을 가속화하는 데 도움이 됩니다.

그림 2: Maxim Integrated 마이크로 PLC는 사용자가 신용 카드 크기의 다양한 I/O 기판을 선택할 수 있는 콤팩트한 모듈식 플랫폼입니다.

결론

PLC는 프로세스 및 장비를 모니터링하고 제어하는 신뢰할 수 있고 견고한 수단을 제공하기 위해 산업 자동화의 역사를 통해 발전해 왔습니다. 시장 수요와 새로운 연결 및 통신 표준을 수용하는 PCL는 산업용 장비 및 공장 설계자들에 의해 계속해서 널리 사용되고 있습니다. 최신 마이크로 및 나노 폼 팩터는 IIoT와 인더스트리 4.0의 핵심에서 PLC의 위치를 확고히 할 것입니다.