PLC 프로그래밍: Siemens 예를 통한 기계 요약

프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)는 다음을 포함한 모든 최신 자동화에 필수적인 고급형 마이크로 프로세서 기반 전자 부품입니다.

• 프로세스 과중 산업(예: 석유 및 가스, 핵, 제강, 폐수 처리)
• 개별 작업 제어에 중점을 둔 산업(예: 일반적인 공장 자동화, 자동화 창고, 패키징, 식품 및 음료, 의료 장치 제조)

이러한 설치에서 PLC는 전통적으로 PLC 모듈(논리 및 디스패치 명령을 실행하는 CPU 사용)과 보완 전원 공급 장치 모듈, 응용 제품별 기능 모듈 및 디지털/아날로그 I/O 모듈을 수용하는 슬롯을 가진 DIN 레일 실장 또는 제어 캐비닛 랙 시스템에 있습니다.

물론 PLC가 자동화 제어를 위한 유일한 옵션은 아닙니다. 계전기 기반 시스템은 광범위한 응용 분야에서 필수 불가결성을 유지하며, 프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러(PAC) 또는 산업용 PC(IPC) 및 패널 PC(제어 전자 장치가 있는 HMI)는 다양한 수준의 분산 제어를 필요로 하는 많은 기계 설계 및 시스템에 대한 다른 대안입니다. 산업용 Microsoft Windows OS를 실행하는 PAC 및 IPC는 특히 최고의 설계 유연성을 제공합니다.

이러한 제어 시스템 각각은 모든 유형의 제어 설계를 그 어느 때보다 발전되고 사용자 친화적으로 만들기 위해 다양한 기교를 갖춘 소프트웨어로 구성 및 프로그래밍됩니다. 이를 통해 OEM 기계 제조업체와 공장 엔지니어는 최대 효율성, 생산성 및 IIoT 연결로 시스템 구축, 업그레이드 및 마이그레이션을 신속하게 시행할 수 있습니다.

제어 프로그램을 위한 도구 - PLC 포함

그림 1: PLC는 특별히 구축된 하드웨어의 모든 강점(신뢰성 포함)을 제공합니다. 반면 PAC는 최고의 유연성을 제공합니다. 일부 제조업체는 엔지니어가 동일한 통합 소프트웨어 환경에서 두 가지 제어 유형을 모두 프로그래밍할 수 있도록 허용합니다. 이러한 환경은 또한 디지털화된 자동화, 엔지니어링 및 작동 모니터링 도구에 대한 무제한적 액세스를 부여할 수 있습니다. (이미지 출처: Siemens)

오늘날 거의 모든 PLC는 PC 기반 소프트웨어를 통해 구성 및 프로그래밍됩니다. 일반적인 자동화 및 PLC 제품 이외에 광범위한 프로그래밍 가능 동작 제어, 감지, 작동 및 기계 인터페이스 부품을 제공하는 대규모 벤더는 일반적으로 고유한 통합 프로그래밍 환경(설계, 구성, 프로그래밍, 운영 및 관리 모듈까지 포함하는 PC 기반 Windows 호환 소프트웨어)에서 이러한 모든 부품의 프로그래밍을 허용합니다. 예를 들어 스마트 모터 또는 PLC 기능이 있는 HMI와 같이 벤더 라인업에 사전 통합된 제품이 포함된 경우 특히 그렇습니다.

통합 프로그래밍 환경은 학습하기 어려울 수 있지만 한 번 마스터되면 기계 설계 속도를 크게 향상시킵니다.

이러한 소프트웨어 환경의 이점 중 하나는 기호, 변수 또는 태그 이름에 대해 오류가 없고 편집 가능하며 보편적으로 적용 가능한 데이터베이스를 제공하는 방법입니다. 통합 환경은 부품(PLC 포함)의 주소에 할당된, 사람이 읽을 수 있는 영숫자 이름을 제공함으로써 복잡한 레지스터 주소를 직접 사용하던 이전의 표준 관행을 개선합니다. 이러한 정렬 및 검색 가능한 장치 태그는 자동, 수동, MotorOn, 고장 또는 리셋과 같은 일반적인 기계 기능에 대한 것을 포함하여, 정보를 제공하는 기계 및 작업셀 태그에 의해 보완됩니다.

다양한 용도별 패키지가 포함되어 있고 Siemens SIMATIC(Siemens Automatic) 소프트웨어 관리 환경을 통해 액세스할 수 있는 Siemens STEP 7 TIA Portal(완전 통합 자동화) 소프트웨어를 고려해 보세요. STEP 7 소프트웨어는 기능 및 신뢰성에 대한 풍부한 검증과 함께 산업 자동화에서 세계적으로 가장 널리 사용되는 소프트웨어이기 때문에 PLC 프로그래밍에 대한 가장 일반적인 접근 방식을 설명하는 데 편리합니다. 대부분의 추정에 따르면 Siemens PLC는 전 세계 PLC 설치의 거의 1/3에서 사용되고 있습니다.

이 소프트웨어를 사용하여 엔지니어는 PLC 및 기타 산업용 컨트롤러의 기능과 관련된 프로세스 제어, 개별 자동화, 에너지 관리, HMI 시각화 또는 시뮬레이션 및 디지털 트윈 프로그래밍을 생성할 수 있습니다. PLC의 경우 Siemens의 STEP 7(TIA Portal) 엔지니어링 소프트웨어는 기존 SIMATIC STEP 7 소프트웨어에서 발전하여 S7-1200, S7-1500 및 S7-1500 컨트롤러뿐만 아니라 S7-400 및 SIMATIC WinAC 컨트롤러와 함께 ET 200SP I/O CPU 및 레거시 S7-300 CPU(지속적인 업계 필수품)를 지원합니다. STEP 7의 전문가용 및 특별 라이선스 복사본에는 추가 기능, 논리 편집기 및 기존 엔지니어링 소프트웨어의 통합이 포함됩니다.

이 기사의 범위를 벗어나기는 하지만, 다기능 PLC에 대한 산업용 제어 대안은 보완 소프트웨어를 통해 구성 및 프로그래밍할 수 있다는 점에 주목할 가치가 있습니다. Siemens 제어의 방대한 에코시스템은 많은 예를 제공합니다.

1. LOGO! 논리 모듈은 일반적인 소규모 자동화 응용 제품을 충족하여 계전기와 마이크로 프로세서 기반 산업용 컨트롤러 사이의 간극을 메웁니다. 이러한 모듈은 Soft Comfort 엔지니어링 소프트웨어, LOGO! Access Tool, 간단한 구성 및 설계 작업을 위한 LOGO! Web Editor와 함께 Siemens LOGO! 소프트웨어를 통해 프로그래밍됩니다.
2. 프로세스 제어 시스템은 SIMATIC PCS 7 시스템 소프트웨어를 통해 프로그래밍할 수 있는 Siemens SIMATIC PCS 7 컨트롤러 제품을 사용합니다.
3. IIoT 연결이 필요한 분산 제어 및 기계를 위한 랙(레일), 패널 및 박스 산업용 PC(IPC) 제품은 IPC Image and Partition Creator, IPC DiagMonitor, IPC Remote Manager, IPC FirmwareManager 및 SIMATIC Industrial OS를 포함한 Siemens SIMATIC IPC 소프트웨어 모듈을 기반으로 합니다.
4. 기계 상의 제어를 위한 패널 PC 역할을 하는 HMI는 SIMATIC WinCC Unified(TIA Portal) 소프트웨어와 SIMATIC WinCC(TIA Portal), WinCC flexible, WinCC V7, WinCC OA, ProAgent 프로세스 진단 소프트웨어, 모바일 장치용 알림 소프트웨어 등을 사용합니다.

SIMATIC PLC와 다른 기계 제어 중에서 선택하는 것은 엔지니어에게 주어진 설계의 물리적 배치(제어 캐비닛이 필요한지 또는 분산 제어가 필요한지) 및 다음에 대해 묻는 온라인 클라우드 기반 선택 도구(또는 오프라인 변형) 형태의 더 많은 소프트웨어를 통해 단순화됩니다.

• 센서, 스위치 및 액추에이터를 포함하여 예상되는 I/O의 개수.
• 래더 다이어그램(LD), 구조화된 제어 언어(SCL) 또는 기능 블록 다이어그램(FBD)에 관계없이 사용할 프로그래밍 언어, 고급 수준의 구조화 텍스트(ST), 그래프 기반 순차 함수 차트(SFC) 및 연속 함수 차트(CFC), 또는 고급 언어.
• 필요한 동작 제어 수준(해당되는 경우) - 간단한 속도 및 위치 제어부터 전자식 캠 및 고급 운동학적 제어까지 포함
• 하드웨어 기본 설정 및 IPC에서 실행되는 소프트웨어 PLC 프로그램이 가장 적합한지 여부.

PLC 프로그램 프로젝트

PLC 제조업체 소프트웨어로 작성된 PLC 프로그래밍은 대개 프로젝트에 포함되어 있습니다. 이는 다음과 같은 집중된 응용 분야별 작동과 연결됩니다.

• 가열, 혼합, 충전, 계량 및 관개
• 이동, 조향, 사이클링, 위치 지정 및 제동
• 그립, 절단, 펀칭 및 슬라이싱
• 용접, 접착, 마킹 및 디스펜싱
• 감지, 추적, 시퀀싱 및 표시

가장 진보된 옵션은 디지털 계획 및 통합 엔지니어링을 지원하며, 작동 중인 사용자별 화면이 있는 HMI를 통해 쉽게 액세스할 수 있는 투명한 운영을 지원합니다. 즉, 이러한 PLC 소프트웨어는 기계 조작자, 기술자, 공장 관리자 또는 비즈니스 관리자의 다양한 정보 요구를 충족하기 위해 다른 디스플레이에 적절한 PLC 정보를 표시할 수 있습니다.

PLC 제조업체 소프트웨어 환경 내의 시뮬레이션 도구는 주어진 제품의 출시 시간을 단축하고 완제품의 처리량을 높일 수도 있습니다. 소프트웨어 기반의 개선 사항은 에너지 관리 기능 및 진단 기능으로 완성됩니다.

소프트웨어로 작성된 프로그램을 통해 PLC 검증 및 로드

그림 2: Siemens SIMATIC PLC 및 자동화 시스템은 1950년대에 처음으로 도입되었습니다. 오늘날, SIMATIC S7 제품(여기에 표시된 SIMATIC S7-1500 PLC 부품 포함)은 다양한 산업 자동화 응용 제품을 지원하도록 진화되었습니다. (이미지 출처: Siemens)

최적의 PLC 기능의 핵심은 프로그래밍의 품질입니다. 모든 코드는 소프트웨어 개발 산업 표준 및 모범 사례를 충족해야 합니다. 그 외에도, 검증 프로세스(수동 및 자동)는 심각한 오류부터 코드 비효율성에 이르기까지 모든 것을 드러낼 수 있습니다. SIMATIC S7 제품의 프로그래밍을 다시 고려해 보세요. Siemens 에코시스템 내에서, TIA Portal Project Check 응용 프로그램은 이러한 특정 PLC에 대한 프로그래밍 스타일 가이드에 의해 정의된 규칙에 대해 특정 코드를 자동으로 비교할 수 있습니다. 그러면 엔지니어는 비교 결과를 XML 또는 Excel 파일로 내보낼 수 있습니다. C# 또는 Visual Basic(.NET)의 Project Check 소프트웨어 개발 키트(또는 SDK)를 통해 사용자 정의 규칙 세트(복합적 유형도 가능)를 추가할 수도 있습니다. 이 SDK는 기본적으로 프로그램의 유형을 검증합니다.

표 1: PLC 프로그래밍 검증에서는 수동 및 자동 접근 방식을 활용할 수 있습니다. 자동 접근 방식의 경우 유형 및 기술을 확인하는 데 특히 유용합니다. (차트 출처: Siemens)

PLC용으로 설계된 프로젝트가 완전히 작성 및 검증되면 해당 PLC로 로드되어야 합니다. 대부분의 경우 해당 프로그래밍을 PLC 마이크로 일렉트로닉스에 로드하기 위해 PC(예: 랩톱)가 이더넷 케이블 또는 특수 PC USB - PLC COMM 어댑터를 통해 PLC에 일시적으로 연결됩니다. 이제 PLC가 I/O 모듈을 통해 제어된 부품에 연결됩니다. 시작 시 추가 확인이 수행 및 완료되면 PLC는 네트워크로 연결된 액추에이터에 명령을 내리고(다양한 신호 유형을 통해) 현장 장치에서 반환된 피드백에 대한 응답으로 실시간 조정을 수행하여 프로그램을 실행합니다.

때때로 기계 또는 자동화된 작업셀은 조정, 문제 해결 또는 수리가 필요할 수 있으며 일부 유형의 프로그래밍 PC 연결을 통해 PLC에 피드백에 대한 PLC 기본 응답을 강제로 재정의해야 합니다. 이는 PLC가 마치 특정 피드백이 특정 값인 것처럼(실제로 그렇지 않음) 작동하도록 '속이는' 것입니다. 예를 들어 오작동하는 액추에이터의 다운스트림 스테이션을 제거해야 할 때 이 전술을 사용합니다. 다른 경우에는 기계 또는 작업셀에서 수정을 통해, 설치된 PLC 파라미터에 대해 현장 조정을 수행해야 할 수 있습니다. 이러한 조정 시에는 적절한 트리거, 변수 값 또는 표, 카운터 및 타이머를 참조해야 합니다.

결론

광범위한 Siemens 자동화 및 산업 제어 제품을 사용하면 설계 엔지니어가 PLC 및 기타 하드웨어 유형을 포함한 오늘날의 제어 옵션에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. 이는 자동 설치를 위해 궁극적으로 선택한 브랜드 또는 하드웨어의 하위 유형에 상관이 없습니다.