PLC 특수 모듈은 특정 전문 기능이나 고속 처리, 복잡한 연산 등을 수행하기 위해 PLC 시스템(주로 모듈러 타입)에 추가되는 전용 하드웨어 모듈입니다

1. 정의

PLC 특수 모듈은 기본적인 디지털 입출력(DI/DO)이나 아날로그 입출력(AI/AO) 기능 외에, 특정 전문 기능이나 고속 처리, 복잡한 연산 등을 수행하기 위해 PLC 시스템(주로 모듈러 타입)에 추가되는 전용 하드웨어 모듈입니다.

이러한 모듈들은 종종 자체적인 프로세서나 전용 회로를 내장하여 해당 기능을 독립적으로 처리함으로써, PLC의 주 CPU 부담을 줄이고 시스템 전체의 성능과 응답성을 향상시키는 역할을 합니다.

 

2. 특수 모듈 사용 목적

• CPU 부하 경감: 고속 처리나 복잡한 연산이 필요한 작업을 특수 모듈이 전담하여, 주 CPU는 기본적인 시퀀스 제어 및 로직 처리에 집중할 수 있게 합니다. 이를 통해 전체 스캔 타임을 단축할 수 있습니다.
• 고속 성능 확보: PLC의 일반적인 스캔 주기보다 훨씬 빠른 응답 속도나 정밀한 타이밍이 요구되는 기능을 수행합니다. (예: 고속 펄스 카운팅, 정밀 위치 제어)
• 특수 신호 처리: 표준 입출력 모듈로는 직접 연결하거나 처리하기 어려운 특정 센서나 액추에이터와의 인터페이스 및 필요한 신호 변환/처리 기능을 제공합니다. (예: 온도 센서의 선형화, 로드셀 신호 증폭)
• 복잡한 기능 구현: PID 제어 알고리즘, 통신 프로토콜 처리 등 복잡한 기능을 하드웨어 또는 펌웨어 수준에서 직접 구현하여 제공합니다.
• 프로그래밍 간소화: 자주 사용되거나 복잡한 기능들이 미리 구현되어 있어, PLC 프로그램에서는 간단한 명령어나 설정만으로 해당 기능을 쉽게 활용할 수 있게 하여 개발 시간을 단축합니다.

3. 주요 특수 모듈의 종류

다양한 종류의 특수 모듈이 있으며, 대표적인 예는 다음과 같습니다.

• 고속 카운터 모듈 (High-Speed Counter Module): 엔코더, 근접 센서, 펄스형 유량계 등에서 발생하는 고속의 펄스 신호를 PLC 스캔 타임과 관계없이 정확하게 계수(Counting)합니다. 위치 추적, 속도 측정, 길이 측정 등에 사용되며, 설정값과의 비교 출력 기능 등을 내장하기도 합니다.
• 위치 결정 모듈 / 모션 제어 모듈 (Positioning Module / Motion Control Module): 서보 모터나 스텝 모터를 정밀하게 제어하기 위해 사용됩니다. 정확한 펄스열(PTO: Pulse Train Output)을 출력하거나 아날로그 속도/토크 명령을 생성하여 모터의 위치와 속도를 제어합니다. 가감속 프로파일 제어, 보간(Interpolation), 동기(Synchronization) 제어 등 다양한 모션 제어 기능을 제공합니다.
• 온도 입력 모듈 (Temperature Input Module): 열전대(Thermocouple, TC) 또는 **측온 저항체(RTD)**와 같은 온도 센서를 직접 연결하여 온도를 측정하는 전용 아날로그 입력 모듈입니다. 센서 종류별 비선형 특성을 보정하는 선형화(Linearization) 기능, 열전대의 경우 냉접점 보상(Cold Junction Compensation) 기능, 단선 감지 기능 등을 내장하여 정확한 온도 측정을 지원합니다.
• PID 제어 모듈 (PID Control Module): PID(비례-적분-미분) 제어 알고리즘 연산을 모듈 자체에서 수행합니다. CPU의 연산 부담을 줄여주며, 특히 빠르고 안정적인 제어가 필요한 루프(Loop)에 사용될 때 효과적입니다. 오토 튜닝(Auto-tuning) 기능을 제공하기도 합니다.
• 통신 모듈 (Communication Module): PLC CPU에 내장되지 않은 특정 통신 기능을 추가할 때 사용됩니다.
  • 특정 필드버스(PROFIBUS, DeviceNet, CC-Link 등) 마스터 또는 슬레이브 기능
  • 특정 산업용 이더넷(PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT 등) 기능
  • 추가적인 시리얼 통신 포트(RS-232C, RS-422/485) 제공
  • 특정 장비와의 전용 프로토콜 통신 지원
• 로드셀 모듈 / 중량 계측 모듈 (Load Cell Module / Weighing Module): 스트레인 게이지 방식의 로드셀 센서를 직접 연결하여 무게를 정밀하게 측정하기 위한 모듈입니다. 미세한 신호 증폭, 노이즈 필터링, 중량 값 변환(Calibration) 등의 기능을 수행합니다.
• 네트워크 인터페이스 모듈: 특정 네트워크(예: ControlNet, AS-i)에 접속하기 위한 인터페이스를 제공합니다.
• ASCII/BASIC 모듈: 모듈 내에서 간단한 BASIC 또는 유사 언어 프로그램을 작성/실행하여, 비표준 시리얼 통신 처리나 데이터 가공 등 사용자 정의 기능을 구현할 수 있게 합니다.
• RFID 인터페이스 모듈: RFID 리더/라이터 장치와 직접 통신합니다.
• 비전 시스템 인터페이스 모듈: 산업용 카메라나 비전 시스템과의 고속 데이터 교환을 지원합니다.

4. 선정 시 고려사항

• 기능의 적합성: 구현하고자 하는 **특수 기능(예: 모션 제어 방식, 카운터 속도, 통신 프로토콜 종류)**을 해당 모듈이 정확히 지원하는지 확인해야 합니다.
• 성능: 요구되는 처리 속도, 정밀도, 분해능, 정확도 등의 성능 사양을 만족하는지 확인합니다.
• 호환성: 사용 중인 PLC CPU, 베이스/랙, 프로그래밍 소프트웨어와의 완벽한 호환성을 반드시 제조사 문서(매뉴얼, 카탈로그)를 통해 확인해야 합니다.
• 설정 및 구성: 모듈의 파라미터 설정 방법(프로그래밍 소프트웨어 내 설정, 전용 유틸리티 사용, 하드웨어 스위치 등) 및 편의성을 고려합니다.
• 프로그래밍 인터페이스: PLC 래더 프로그램 등에서 해당 특수 모듈의 기능을 어떻게 호출하고 데이터를 주고받는지(전용 명령어, 기능 블록(FB), 입출력 맵핑, 버퍼 메모리 방식 등) 확인합니다.
• 채널 수 / 축 수: 모듈 하나가 지원하는 입력/출력 채널의 수 또는 제어 축(Axis)의 수를 확인합니다.
• 비용: 일반 I/O 모듈에 비해 가격이 높으므로, 비용 대비 효과(CPU에서 소프트웨어로 구현하는 것과의 비교 등)를 고려해야 합니다.
• 기술 지원: 해당 특수 모듈에 대한 제조사의 기술 지원 및 자료 제공 수준을 확인합니다.

 

결론적으로, PLC 특수 모듈은 표준 I/O 모듈의 한계를 넘어 PLC 시스템의 기능을 확장하고 성능을 향상시키는 강력한 도구입니다. 고속 카운팅, 정밀 모션 제어, 복잡한 통신, 특수 센서 인터페이스 등 전문적인 기능이 필요할 때 사용됩니다. 따라서 적용하려는 기능의 요구사항, 성능, 시스템 호환성, 비용 등을 종합적으로 신중하게 검토하여 최적의 특수 모듈을 선택하는 것이 중요합니다.

 

미쯔비시 모션제어 모듈