자동화는 생산성을 높이고 생산 비용을 줄이는 열쇠 중 하나입니다. 계전기, PLC 및 IPC(산업용 PC)와 같은 기술 발전은 기계와 사람이 상호 작용하는 방식을 변화시키는 산업 자동화를 주도하고 있습니다. 이 기사에서는 산업 자동화, PLC 및 산업용 PC에서 널리 사용되는 보조 제어 시스템 하드웨어에 대해 설명합니다. 또한 애플리케이션의 요구 사항에 따라 어떤 유형의 이중 제어 시스템이 가장 적합한지 논의할 것입니다.
PLC란 무엇입니까?
프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 제조 공장의 프로세스를 자동화하는 데 널리 사용됩니다. 1970년대에 PLC는 자동화 시스템의 게임 체인저였습니다. PLC는 전기 패널과 정션 박스를 대체하도록 설계되었습니다. 시간이 지남에 따라 PLC는 보다 견고한 설계, 확장 가능한 기능 및 프로그래밍 가능한 시스템으로 업그레이드되었습니다. 또한 PLC용 프로그래밍 언어(래더 로직이라고 함)는 기계 자동화를 위한 PLC의 유연한 사용자 정의를 허용합니다. 이러한 신뢰성과 다용도성으로 인해 PLC는 구형 릴레이 및 정션 박스를 대체하는 데 널리 사용됩니다.
산업용 컴퓨터란?
반도체 미세회로의 기하급수적인 발전 과정에서 개인용 컴퓨터(PC)도 발전했습니다. 컴퓨터 칩이 더욱 강력해지고 작아지고 저렴해짐에 따라 산업용 컴퓨터는 자동화 산업에서 기반을 다지고 있습니다. 산업용 PC는 PLC 감독 제어를 제공할 수 있지만 HMI, 게이트웨이, AI 애플리케이션 등과 같은 더 많은 워크로드가 있습니다. 산업용 PC는 이러한 워크로드를 GPU, TPU, VPU, NVMe SSD 등과 같은 성능 가속기로 통합할 수 있습니다. 워크로드를 통합하는 기능은 공장에서 하드웨어 공간을 줄여줍니다. 기존 및 산업용 컴퓨터는 CPU, RAM, SSD 및 GPU와 같은 기본 구성 요소가 매우 유사합니다. 그러나 산업용 PC는 극한의 온도에서 충격 및 진동에 이르기까지 극한의 환경 조건을 견디도록 제작 및 설계되었습니다. 일반 PC는 열악한 환경에 노출되면 매우 빠르게 고장납니다. 산업용 PC의 내구성을 극대화하는 일부 설계 및 구성 재료는 팬리스 설계, 일체형 케이스 및 산업용 등급 재료입니다. 또한 산업용 컴퓨터가 널리 사용됩니다. 최신 기술을 지원할 뿐만 아니라 직렬 포트, COM, M12 커넥터, DIO, GPIO 등과 같이 공장 자동화에 일반적으로 사용되는 기존 기술도 지원하여 공장 자동화에서 산업용 PC의 급속한 성장을 이끌고 있습니다.
산업용 컴퓨터와 PLC의 차이점은 무엇입니까?
1. 운영
PLC는 연결된 장치의 입력을 지속적으로 모니터링한 다음 프로그램에 따라 의사 결정 명령을 실행하는 실시간 운영 체제와 함께 제공됩니다. 또한 PLC의 운영 체제(OS)는 제어 작업을 수행하도록 특별히 설계되었습니다. 따라서 PLC는 일반적으로 바이러스 백신 프로그램이나 레지스트리 클리너를 필요로 하지 않으므로 작동 중 처리 성능이 향상됩니다.
산업용 PC는 PLC와 동일한 작업을 수행할 수 있지만 운영 체제를 통해 PLC가 할 수 없는 다양한 응용 프로그램과 프로그램을 실행할 수 있습니다. 이러한 기능을 통해 IPC는 단순한 관리 목적 이상으로 사용됩니다. 산업용 PC는 워크로드를 통합하여 하드웨어에 대한 부담을 줄일 수 있습니다. 그러나 Windows 및 Linux와 같은 IPC 운영 체제는 사이버 공격에 취약하지만 기존 바이러스 백신 소프트웨어 및 방화벽은 이러한 위험을 완화할 수 있을 만큼 충분히 발전했습니다.
2. 프로그래밍
산업용 PC와 PLC의 다음 차이점은 프로그램이 개발되고 실행되는 방식입니다. PLC는 일반적으로 스캔 기반 프로그램 실행을 구현하는 반면 산업용 PC는 일반적으로 이벤트 기반 소프트웨어입니다. 예를 들어 PLC 소프트웨어 로직은 래더 로직 또는 기타 벤더별 언어와 같은 IEC 61131-2 표준에 지정되어 있습니다. 반대로 산업용 PC는 C/C++/.NET과 같은 프로그래밍 언어를 사용하여 잘 알려진 Windows 또는 Linux 운영 체제에서 실행됩니다. 결과적으로 산업용 PC는 개발자들 사이에서 인기가 높기 때문에 프로그래밍하기가 더 쉽습니다. 또한 C++와 같은 범용 프로그래밍 언어 덕분에 시스템이 래더 로직보다 더 많은 기계 및 장치와 통신할 수 있습니다. 이를 위해서는 특별한 교육이 필요합니다.
3. 보안
안전은 공장 자동화의 단점 중 하나이며 심각하게 고려하지 않으면 회사는 잃을 것이 많습니다. 산업 시스템은 두 가지 기본 안전 원칙을 고려해야 합니다. 첫째, 무단 외부 접근으로부터의 공격을 차단합니다. 둘째, 사용자의 액세스는 자신의 권리 또는 할당에 따라 제한됩니다. 과거에는 PLC가 맬웨어 공격에 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있었습니다. 그러나 일부 공격자는 Siemens PLC가 손상되었을 때 Stuxnet에서 발생한 것처럼 PLC 맬웨어를 개발하기 시작했습니다. 그러나 산업용 PC는 맬웨어에 취약하며 바이러스 백신 소프트웨어 또는 하드웨어 모듈을 통한 포괄적인 보호가 필요합니다. 일부 산업용 컴퓨터는 마더보드에 내장된 TPM(Trusted Platform Module) 2.0을 사용하여 데이터를 암호화합니다.
4. 품질
빌드 품질과 관련하여 PLC와 산업용 PC는 모두 극한 조건에서 작동하도록 설계되었습니다. 산업용 PC는 기존의 데스크탑이나 워크스테이션과 다르기 때문에 산업용 PC는 매우 견고하고 내구성이 뛰어납니다. 다음은 산업용 PC의 산업적 특성입니다.
팬리스 디자인
넓은 온도 범위
충격 및 진동 방지
높은 IP 등급
확장 가능한 모듈
레거시 기술을 지원하는 고급 I/O
빌드 품질 측면에서 PLC와 산업용 PC는 잘 어울립니다. 그러나 산업용 PC는 컴팩트한 크기가 장점입니다. PLC는 종종 부피가 크고 설치 옵션이 제한적입니다. 일부 PLC는 설치 중에 열 발산이 좋지 않아 과열될 수도 있습니다. 이에 비해 산업용 PC는 비교적 작으며 VESA 마운트, 랙 마운트 및 DIN 레일 옵션을 비롯한 다양한 장착 옵션이 제공됩니다. 또한 일부 산업용 PC에는 점화 제어 시스템이 장착되어 차량에서 사용할 수 있습니다.
5. 확장성
PLC와 산업용 PC 모두 제어, 모니터링 및 통신을 위한 다양한 장치를 제어해야 합니다. 따라서 PLC 및 산업용 PC에는 기존 기술을 포함하여 여러 COM 포트 및 기타 I/O 기능이 장착되어 있습니다. 일부 일반적인 산업용 통신 프로토콜은 CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT 및 EhterNET/IP입니다. 이러한 기술은 이미 대부분의 PLC에 내장되어 있지만 둘 다 지원할 수 있습니다. 반면 산업용 PC에는 확장 슬롯이 내장되어 있어 다용도성을 높일 수 있습니다. 따라서 산업용 PC는 처리할 수 있는 I/O 작업 수에 대한 임계값이 더 높습니다. 또한 산업용 PC에는 다양한 COM, LAN, USB 및 HDMI 포트가 장착되어 있습니다. 이러한 기능을 통해 산업용 PC는 PLC뿐만 아니라 서로 다른 장비의 워크로드를 통합할 수 있습니다. 예를 들어, 산업용 PC는 자체적으로 HMI 애플리케이션을 실행할 수 있는 반면, PLC는 디스플레이 패널에 무언가를 표시하기 위해 별도의 HMI 애플리케이션이 필요합니다. 산업용 PC를 더욱 특별하게 만드는 것은 무선 네트워크 카드, 5G 모듈, SSD 드라이브에서 GPU 가속기에 이르기까지 수많은 확장을 지원할 수 있는 능력입니다.
6. 컴퓨팅 파워와 스토리지
PLC는 마이크로프로세서가 특정 기능을 수행하도록 설계되었기 때문에 제어 자동화를 위한 강력한 컨트롤러입니다. PLC는 고속 I/O 및 소규모 자동화 애플리케이션을 쉽게 처리할 수 있습니다. 그러나 자동화 프로젝트는 점점 더 발전하고 있으며 더 많은 컴퓨팅 리소스가 필요합니다. 산업용 PC가 구출되는 곳입니다. 산업용 PC는 컴퓨팅 집약적이고 스토리지 집약적인 애플리케이션을 실행할 수 있는 워크스테이션 컴퓨터와 같은 더 많은 스토리지 공간과 본격적인 프로세서를 사용합니다. 또한 GPU, TPU, CPU 및 VPU와 같은 성능 가속기를 통해 산업용 컴퓨터는 머신 비전 애플리케이션과 협력하여 지능형 조립 라인에 있는 것처럼 지능형 계산을 수행할 수 있습니다.
7. 비용
요컨대 PLC와 IPC의 비용을 비교하면 PLC가 소규모 애플리케이션에 더 저렴하고 IPC가 초기 비용이 더 높다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 애플리케이션이 더욱 복잡해지고 더 많은 컴퓨팅 리소스가 필요해짐에 따라 PLC의 총 비용이 산업용 PC의 비용을 초과할 수 있습니다. PLC의 초기 비용은 저렴하지만 추가 처리 능력이나 주변 장치가 필요할 때 가격은 기하급수적으로 증가합니다. 반대로 산업용 PC는 초기 비용이 높지만 처리 능력 업그레이드 및 확장성이 필요할 때 훨씬 저렴합니다.
산업용 PC 및 PLC 선택 방법
산업 자동화 시스템을 위한 프로그래밍 가능한 컨트롤러를 선택할 때 PLC와 산업용 PC가 모두 적합해야 합니다. PLC는 기능이 엄격한 소규모 자동화 시스템을 실행하는 데 더 적합합니다. 또한 PLC는 산업 배치를 위해 안정적이고 경제적이며 매우 안정적입니다. 반면에 산업용 PC는 컴퓨팅 리소스와 스토리지에 대한 수요가 높은 솔루션에 매우 적합합니다. 컨트롤러 다기능성이 필요한 복잡한 애플리케이션의 경우 산업용 PC의 총소유비용(TCO)이 낮습니다. PLC는 무선 연결이 없기 때문에 안전하고 산업용 PC는 최첨단 사이버 보안 소프트웨어 덕분에 안전하며 표준 하드웨어는 매우 안정적입니다. 일부 애플리케이션은 PLC와 산업용 PC를 모두 사용하여 비용과 이점의 균형을 서로 맞출 수 있습니다. 결국 생산 프로세스에서 구현되는 기능에 따라 다릅니다.
