2.6 P.L.C 의 사양 및 CPU 유니트 ［전 원 전 압 ］： DC 24V, AC 110/220V 단상, 50/60Hz(선택형,Free Volt) p.l.c의 CPU부는 PC(개인용 컴퓨터)의 구조와 거의 동일하다 또한 그들의 기능도 거의 동일하다. CPU의 주요부분은 다음과 같이 구성되어 있다. - 마이크로 프로세스( CPU) - 시스템 메모리 - 프로그램 메모리 - 데이터 메모리 이며 이를 더욱 나누어보면 아래와 같이 구분된다． ［프로그램 방식］： 내장 프로그램(Stored Program)방식 ［제 어 방 식］ ： 정주기 반복/외부 인터럽트 실행 ［입출력 제어 방식］ ： 스캔 동기 일괄처리방식 ［명령어］： 시퀸스 명령 17종류 기본 명령 15종류 응용 명령 177종류 ［처리속도(시퀀스명령)］： 0.2μs/step ［프로그램 용량］： 30k step ［데이터 종류］： P（ 입출력 1024점） M （내부 릴레이 1024점） K （keep 릴레이 512점） L （링크 릴레이 1024점） F （ 특수릴레이 512점） T（ 타이머 256점） C （ 카운터 256점） S（ 스텝 콘트롤러 100Stage × 100 ） D（ 데이터(16비트) 레지스터 10K word ） ［네트워크］： p.l.c간 링크， 1Mbps, 최대 4Km ［리모트 I/O］： 1Mbps, 최대 4Km ［범 용］：네트워크 ，RS-232C 또는 RS-422 선택 ［특수 유니트］： 아날로그 입. 출력 유니트, PID, 위치결정 유니트, 고속카운터 유니트 LAN유니트 2.7 명령어 및 메모리 구성 가． 명령어 p.l.c의 사양에 설명되어진 명령어는 CPU에서 사용되는 명령어가 아니라 PC의 프로그램 언어와 같이 사용자가 시퀀스 프로그램을 작성할 때 사용토록 p.l.c 메이커에서 만들어낸 명령어 이다. p.l.c 메이커 마다 명령어가 다를 수 있어나 사용 명령어의 형태만 상이할 뿐이지 기능은 대동소이 하다. 명령어의 종류는 통상 2가지로 나눈다. １）기본명령, 시퀀스 명령 : 기본 명령어는 릴레이회로의 시퀀스 전개도와 같이 시퀀스를 p.l.c내에서 실현하기 위한 명령어로 제어신호의 입력과 출력 명령어 , AND, OR 와 같은 기본 논리 연산 명령어로 구성되어 있다. ２）응용 명령어 : 전송, 4칙 연산, 비교, 데이터 형식의 변환과 같은 고도의 시퀀스제어 프로그램을 작성할 수 있도록 다양한 기능을 제공하여준다. 응용 명령어를 사용함으로서 프로그램의 작성시간과 오류시간을 단축시키고 고속, 고기능의 제어 기능을 제공하여준다. 응용 명령어는 메이커에 따라 다소 다르다. 나． 메모리 구성 메모리 구성은 다음과 같이 구분된다． 1) 데이터 메모리 신호의 입출력을 위한 메모리는 프로그램 내부에서 특정한 부호로 정해지고, 메모리 영역이 할당되어 있다. 가） 입출력메모리 （P） 입출력 P는 외부와 대응되는 영역으로서 입력기기로 사용되는 스위치나 센스등 에서 직접 데이터를 받아들이는 입력부와 출력기기로 사용되는 솔레노이드, 모터, 램프 등에 연산 결과를 전달하는 출력부가 해당되는 영역이다. 입력부 P에 대해서는 p.l.c의 내부 메모리에 입력상태가 보존되므로 a, b 접점이 사용가능하며 출력부 P는 a 접점 출력만 가능 하다. 입출력에 사용하지 않는 P영역은 보조 릴레이 M과 같이 사용할 수 있다. 나）보조 릴레이（M） p.l.c내의 내부 릴레이로서 외부로 직접 출력이 불가능 하나 입출력 P와 연결하여 외부 출력이 가능하다. 출력의 목적이 아니라 논리회로를 구성하기 위해 필요한 내부 릴레이에 사용된다. 전원 ON시와 RUN 시작 시 전부 0으로 소거되고 a, b 접점 모두 사용가능하다. 다） 킵(Keep) 릴레이 （K） 보조 릴레이 M과 사용용도는 동일하나 전원 ON시나 RUN 시작 시에는 그전의 데이터를 보전하는 영역으로 a, b 접점의 사용이 가능합니다. 즉 전원을 OFF하여도 다음 ON 할 때 까지 Data가 보존된다. 데이터의 소거할 경우는 로더(Loader)의 "Data Clear"기능으로 수행할 수 있습니다. 라） 링크 릴레이 （L） 상 하위 기종과의 데이터 링크용으로 외부에 직접 출력이 불가능하다. 전원 ON시와 RUN 시작 시에는 파라메타로 지정한 영역을 제외한 부분을 0으로 소거하고 Defalt 불휘발성 영역은 없다. 링크용과 고속카운터용으로 사용하지 않는 경우에는 보조릴레이 M과 동일하게 사용할 수 있다.(소형 p.l.c에는 이 기능이 없다) 마） 특수 릴레이 （F） p.l.c의 운전상태, 고정종류와 카드번호, 시스템과 사용자 클럭 접점을 가진 것으로 단지 입력 명령의 Operand로만 가능 하다. a, b 접점의 사용이 가능 하다. 바）타이머 （T） 5종류의 명령어가 있으며 명령에 따라 계수 방법이 다르다. 입력조건이 성립되면 카운트를 시작하여 설정 시 또는 0에 도달하면 접점출력이 on되고 최대 설정치는 FFFFh까지 가능하며 10진이나 16진수로 표현 가능하며， 아래는 타이머의 종류이다. - ON Delay - Off Delay - 적산 ON Delay - Monostable - Retriggerable 사）카운터（C ） 입력 조건의 입상(Rising Edge)에서 카운터하며 Reset 입력에서 카운터의 동작을 정지하고 현재치를 0 으로 소거하거나 설정치로 대치한다. 4종의 명령에 따라 계수 방법이 다르고 최대 설정치는 FFFFh 까지 가능하며 10진이나 16진수로 표현 가능하며 아래는 카운터의 종류이다． - Up Counter - Down Counter -Up/Down Counter -Ring Counter 아）스텝 제어 릴레이 （S） 자） 데이터 레지스터 （D） 내부 데이터를 보관하는 곳으로 기본 16비트, 2배 32비트로 읽고 쓰기가 가능하고 32비트로 지정한 경우에는 지정한 번호가 16비트, 지정한 번호+1이 상위 16비트로 처리된다. 2.8 특수 유니트 가． 디지틀 유니트 1) 입력 유니트 p.l.c의 디지탈 입력 유니트는 입력기기로부터 ON, OFF신호를 입력받을 때 사용한다. 이것은 기기의 상태정보를 입력받는데 주로 사용된다. 조작 판넬의 푸시버턴이나 스위치, 기계에 부착돤 각종 SENSOR가 연결되어 있는데 이들은 각각 다른 전력과 전압을 사용하므로 이것에 적합한 입력 유니트를 선정하여야 한다. 모듈타입의 p.l.c의 경우는 적용업무에 적합한 입력을 선정하여 사용하며 블력타입의 p.l.c는 입력기기에 적합한 부가회로를 추가하여 적용전압과 전력으로 변환하여 사용해야 한다. 입력 전압의 형태에 따라 DC 입력, AC 입력 유니트가 있고 각각은 절연형과 비 절연형이 있다. 여기서 절연형 이라함은 입력부에 포토커플러를 두어 외부 입력 신호와 내부 입력신호사이에 절연한 것으로 노이즈에 강한 구조로 되어 있다. 입력 유니트의 사양은 아래와 같다. ［입 력 형 식］： DC 입 력 AC 입 력 ［정격 입력 전압］：DC 24V(무극성) AC100-120v 50/60Hz ［정격 입력 전류］： 10mA/점 ［동작 전압］： ON ： 19V 이상， AC80V 이상 OFF ： 6V 이하， AC30V 이하 ［응답 시간］： OFF→ON： 10mS 이하 ON→OFF： 10mS 이하 ［입 력 표 시］： 녹색 LED ［절 연 방 식］： 포토 커플러 절연 2) 출력 유니트 디지탈 출력 유니트는 ON 또는 OFF 신호를 작동기기에 출력하여 기계장치를 동작시킨다. 연결된 출력장치는 주로 램프, 마그네트(MC), 릴레이등 이며 마그네트나 릴레이의 후단에는 작동기기인 모터나 밸트 등에 연결되어 있다. 이들 작동기기는 각각 다른 전력과 전압을 사용하므로 이것에 적합한 출력 유니트를 선정하여야 한다. 모듈타입의 p.l.c의 경우는 적용업무에 적합한 출력를 선정하여 사용하거나 적합한 부가회로를 추가하여 사용하며 블럭타입의 p.l.c는 출력기기에 적합한 부가회로를 추가하여 적용전압과 전력으로 변환하여 사용해야 한다. 출력 유니트는 출력 접점의 형태에 따라 릴레이출력, TR 출력, SSR 출력 유니트가 있다. 출력 유니트의 사양은 릴레이 출력을 기준으로 아래와 같다. ［정격 부하 전압］： AC 250V， 50/60Hz， DC 24V 전압, 전류, 온도, 압력, 유량, 속도 등과 같이 연속해서 변화하는 물리량을 아날로그 값이라 부른다.. 아날로그 신호는 컴퓨터나 p.l.c와 같은 디지탈 기기의 CPU에 신호로 입력 할수 없다. 따라서 물리량(아날로그 값)을 전기적 신호 즉, 직류전압 또는 전류 형태로 변환하고 이 전기신호를 디지탈로 변환하여 입력 하여야 한다. 또한 아날로그 신호로 동작하는 서보모터나, 모터 가변속 장치와 같은 기계장치에 아날로그 신호를 출력하기 위해서는 CPU의 디지탈 신호를 아날로그로 변화 시켜 출력 한다. 1) 입력 유니트(A/D변환기) 아날로그/디지탈(Analog/Digital) 변환을 위한 유니트이다. 앞 에서 언급한 바와 같이 p.l.c의 CPU에 아날로그 신호를 입력하기 위해 사용한다. 아날로그 값의 디지탈값 화 하는 원리는 입력된 아날로그 값을 그에 상응하는 디지탈 값으로 나타낸다. AD변환기는 종류에 따라 입력 전압의 범위와 출력 비트수, 변환 시간이 다르다. AD변환기는 출력 비트 수에 의해 분해능이 결정된다. 분해능은 다음과 같은 식에 의해 결정된다. 따라서 분해능은 출력 비트가 클수록 커진다. 분해능
= 2(N승) (N = 출력 비트수) 디지탈/아날로그 (Digital/Analog) 변환을 위한 유니트이다. 앞 절에서 언급한 바와 같이 p.l.c의 CPU에서 아날로그 신호를 출력하기 위해 사용한다. 디지탈 값의 아날로그 값 화 하는 원리는 출력된 디지탈 값을 그에 상응하는 아날로그 값으로 나타낸다. 분해능은 입력되는 디지탈의 비트 수에 비례하며(2N승) 0V에서 기준 전압사이의 아날로그 신호로 변환한다. 0-5V의 전압 출력의 아날로그 출력에서 디지탈 값 102에 대응하는 아날로그 값을 구해보기로 하자. 먼저 분해능은 256, 전압차는 5V, 따라서 디지탈 1의 변화는 아날로그신호 0.019531V(5/ 256)이다. 그래서 102 x 0.019531V ≒ 2 V가 계산된다. 통상 아날로그 모듈은 제어의 효율성을 높이기 위해, 특수 모듈에 별도의 CPU와 메모리를 채용하여 독립적으로 기능을 수행하여 p.l.c CPU에 데이터를 전송한다. 그리고 메모리는 CPU와 버퍼 메모리(공용메모리)를 사용한다. 다. PID 제어 유니트 PID제어기는 제어 변수와 기준 입력 사이의 편차에 근거하여 계통의 출력이 기준전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로, 오늘날 산업체의 설비에 가장 많이 사용되고 있는 제어기 형태이다. 1)비례동작(Proportional action) - P 동작 제어기는 기준 입력과 현재값 과의 편차를 줄이는 방향으로 제어한다. 그때, 제어장치에 동작신호 Z(t)가 주어졌을 때, 조작량 y(t)가 얻어지는 경우, 즉 조작량 y(t)가 동작신호 Z(t)에 비례하여 변할 때의 그 관계식은 y(t) = K Z(t) 가 된다. 이것을 비례동작이라 한다. 여기서 K는 비례정수로 비례동작을 강하게 할 것인가. 약하게 할 것인가를 결정한다. 비례정수의 크기가 크면 기준입력에 현재치가 빠르게 접근하나 출력이 진동하여 제어의 안정성에 악영향을 미칠 수 있고, 비례정수의 크기가 작으면 기준입력에 천천히 현재치가 접근하며 잔류편차가 생길 우려가 있다. 2) 적분동작(Integral control action) - I 동작 제어대상에 주어지는 조작량의 변화속도가 동작신호에 비례 하는 동작, 적분동작은 적분 시간을 조정하여 적분동작을 크게 또는 작게 한다. 즉 적분시간을 길게하면 조작량이 적어지고 따라서 기준치에 접근하는 시간이 길어진다. 적분시간이 짧으면 조작량이 많아지게 되어 기준치에 접근하는 시간이 짧아진다. 적분동작의 관계식은 y(t) = K Z(t) dt 가 된다. 적분동작은 단독으로 사용되지 않으며 P 동작이나 D동작과 결합하여 PI, PID동작에 사용한다. 적분동작은 P동작에서 발생할 수 있는 잔류편차를 없앨 수 있다. 적분시간이 너무 짧으면 제어 불능 상태에 빠질 수 있다. 3) 미분동작(Derivative action) 조작량 y(t)가 동작신호 Z(t)에 미분동작을 한다. 미분동작은 편차의 변화율에 상응하는 조작량을 연산하여 편차의 변화를 억제한다. 미분동작의 관계식은 y(t) = K dZ(t)/dt 가 된다. 미분동작은 단독으로 사용되지 않으며 P 동작이나 D동작과 결합하여 PI, PID동작에 사용한다. 일반적으로 미분동작을 사용한 제어기는 기준 입력에 접근하는 속도나 빨라지고 현재치의 급변이나 외란을 억제하는 효과가 있다. 4) PID 제어 유니트 비례 적분 미분 동작은 위에서 설명한 3가지 동작을 조합한 동작으로 관계식은 y(t) = K ( Z + 1/Ti Z(t) dt + Td dZ(t)/dt ) 가 된다. PID 유니트는 단독으로 사용되지 않으며, 아날로그 입력 유니트와 아날로그 출력 유니트와 함께 사용한다. 라. 고속 카운트 유니트 CPU 내의 카운터는 프로그램을 스캔(SCAN)하므로 스캔 주기는 수 ms이하일 경우가 대부분 이다. 그래서 이보다 더 짧은 펄스 신호를 카운터 할 수 없다. 따라서 고속 카운터 유니트는 p.l.c의 CPU와 독립적으로 펄스를 카운터하여 10μs 이상의 펄스를 카운터 한다. 또한 비교 기능을 가지고 설정치와 카운터 값의 상태( <, >, = )을 출력하여 준다. 또한 가,감산 카운터를 지원하여 CNC와 같은 기계의 위치 검출에도 사용되며 설정치와 카운터 값이 일치할 때의 외부 출력 접점을 가지고 있다. 마. 위치 결정 유니트 서보모터나, 스테핑 모터에 의한 정밀한 모터의 제어를 위해 위치 결정 유니트가 사용된다. X-Y 테이블의 위치 결정 등에 응용되며 등속, 가속 감속 등의 다양한 운전 패턴을 지원한다.바. 데이터 링크 유니트 대규모 시스템에서 p.l.c는 분산된 원거리의 입출력기기나 다른 p.l.c, 상위 컴퓨터 등과의 데이터의 교환이 요구된다. 따라서 데이터 링크 유니트는 원거리의 입출력 접점과의 배선 공사를 줄이고, 분산제어, 데이터의 집중 관리 및 Monitoring을 가능토록 하기위해 사용된다. |
입력의 개수가 2배로 되었다면 실행시간은 어떤 추세로 증가하는가
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