시퀀스 제어는 미리 정해진 순서(Sequence) 또는 논리적인 조건에 따라 제어 동작을 **단계적(Step-by-Step)**으로 진행하는 제어 방식

1. 정의

시퀀스 제어는 미리 정해진 순서(Sequence) 또는 논리적인 조건에 따라 제어 동작을 **단계적(Step-by-Step)**으로 진행하는 제어 방식입니다. 어떤 동작이 완료되거나 특정 조건(시간 경과, 센서 감지 등)이 만족되면 다음 단계의 동작으로 넘어가는 방식으로 작동합니다.

이는 주로 시스템의 작동 순서, 타이밍, 조건에 따른 분기 등을 제어하는 데 중점을 둡니다. 온도나 압력 같은 연속적인 물리량을 목표값으로 일정하게 유지하는 피드백 제어(폐루프 제어)와는 구분되는 개념입니다.

 

2. 특징

• 순차적 동작: 모든 작업은 미리 정의된 순서에 따라 진행됩니다.
• 조건 기반 진행: 각 단계에서 다음 단계로 넘어가기 위해서는 특정 조건(예: 리미트 스위치 ON, 타이머 완료, 이전 단계 완료 신호 등)이 충족되어야 합니다.
• 이산적(Discrete) 상태 처리: 주로 ON/OFF, 시작/정지, 이동/정지 등과 같은 불연속적인 상태 변화를 다룹니다.
• 논리 연산 기반: AND, OR, NOT, 타이머, 카운터 등의 논리적인 요소들을 조합하여 제어 로직을 구성합니다.

3. 피드백 제어와의 차이점

• 시퀀스 제어: 동작의 순서와 조건에 초점. (예: 1번 밸브 열림 -> 3초 후 -> 2번 펌프 가동)
• 피드백 제어: 출력값을 목표값과 비교하여 오차를 보정하는 데 초점. (예: 온도를 100°C로 유지)
• 실제 자동화 시스템에서는 시퀀스 제어와 피드백 제어가 함께 사용되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 시퀀스 제어로 특정 공정을 시작시킨 후, 해당 공정의 온도나 압력 등은 피드백 제어로 조절할 수 있습니다.

4. 구현 방식

• 릴레이 시퀀스 (Relay Logic - 유접점 시퀀스): 과거에는 전자 릴레이(Electromechanical Relay), 타이머, 카운터 등을 전선으로 직접 연결하여 제어 로직을 구현했습니다.
  • 장점: 구조가 직관적일 수 있음.
  • 단점: 회로가 복잡해지면 부피가 커지고, 배선 작업이 어려우며, 로직 변경 및 유지보수가 매우 어렵고, 릴레이 접점의 수명 문제가 있습니다.
• PLC (Programmable Logic Controller - 무접점 시퀀스): 현대의 표준적인 방식입니다. PLC 내부의 소프트웨어 프로그램을 통해 시퀀스 로직을 구현합니다.
  • 장점: 로직 변경이 용이하고, 복잡한 로직 구현이 가능하며, 부피가 작고, 신뢰성이 높으며, 통신 기능 등 다양한 부가 기능을 활용할 수 있습니다.
  • 주요 프로그래밍 언어:
    • 래더 다이어그램 (Ladder Diagram, LD): 릴레이 시퀀스 회로도와 유사하여 전기 기술자들이 이해하기 쉽고 가장 널리 사용됩니다. 시퀀스 제어 구현에 적합합니다.
    • 순차 기능 차트 (Sequential Function Chart, SFC): Grafcet이라고도 불리며, 복잡한 순차 동작을 스텝(Step)과 전환 조건(Transition)으로 명확하게 표현할 수 있어 설계 및 디버깅에 유리합니다. 시퀀스 제어에 매우 효과적입니다.
    • 기타: 기능 블록 다이어그램(FBD), 구조화 텍스트(ST) 등도 사용 가능합니다.
• 마이크로컨트롤러 / 임베디드 시스템: 특정 제품이나 비교적 단순한 기계의 순차 제어에 사용됩니다.

5. 시퀀스 제어 로직의 주요 요소

• 스텝 (Step): 순차 동작의 각 단계를 나타냅니다.
• 액션 (Action): 특정 스텝에서 수행되는 동작입니다. (예: 모터 ON, 밸브 열림)
• 전환 조건 (Transition): 현재 스텝에서 다음 스텝으로 넘어가기 위해 만족되어야 하는 논리 조건입니다. (예: 센서 A=ON AND 타이머 T1=완료)
• 입력 (Input): 제어 로직의 조건 판단에 사용되는 외부 신호입니다. (예: 푸시 버튼, 리미트 스위치, 센서 신호)
• 출력 (Output): 제어 로직에 따라 액추에이터로 나가는 신호입니다. (예: 모터 구동 신호, 솔레노이드 밸브 작동 신호)
• 타이머 (Timer): 설정된 시간만큼 지연시키는 기능을 제공합니다.
• 카운터 (Counter): 특정 이벤트의 발생 횟수를 세는 기능을 제공합니다.
• 인터록 (Interlock): 안전을 위해 특정 조건에서는 특정 동작이 일어나지 않도록 하거나, 동시에 작동해서는 안 되는 동작들을 방지하는 로직입니다.

6. 주요 적용 분야

• 공장 자동화: 컨베이어 라인 제어, 부품 이송 및 분류, 포장 기계, 조립 로봇의 동작 순서, 공작 기계(CNC)의 가공 순서 제어 등
• 프로세스 제어: 화학 플랜트 등의 시동(Start-up) 및 정지(Shutdown) 절차 제어
• 배치(Batch) 공정: 정해진 순서에 따라 원료 투입, 혼합, 가열, 냉각 등을 제어하는 공정
• 빌딩 자동화: 엘리베이터 운행 순서, 교통 신호등 제어(단순 시퀀스)
• 가전제품: 세탁기, 식기세척기의 세척 단계별 동작 순서

7. 장점

• 구조화된 접근: 복잡한 작업을 명확한 단계별 로직으로 구성할 수 있습니다.
• 이산적(Discrete) 공정 제어에 적합: 이벤트 발생 및 ON/OFF 상태 기반의 시스템 제어에 이상적입니다.
• 이해 용이성 (특히 LD/SFC): 그래픽 기반 언어를 사용하면 로직의 흐름을 비교적 쉽게 파악하고 문제를 해결할 수 있습니다.
• 유연성 (PLC 사용 시): 하드웨어 배선 변경 없이 프로그램 수정만으로 쉽게 로직을 변경하거나 업데이트할 수 있습니다.

8. 단점

• 연속량 조절 부적합: 온도, 압력, 속도 등 연속적인 물리량을 정밀하게 조절하는 데는 적합하지 않습니다. (피드백 제어 필요)
• 복잡성 관리: 매우 복잡한 시퀀스는 프로그램이 길어지고 관리 및 디버깅이 어려워질 수 있습니다. (SFC가 이를 완화하는 데 도움을 줌)

 

결론적으로, 시퀀스 제어는 미리 정해진 순서와 조건에 따라 작업을 단계적으로 실행하는 자동제어의 기본적인 방식입니다. 특히 이산적인 사건과 상태 변화를 다루는 공장 자동화 및 기계 제어 분야에서 필수적인 기술이며, 현대에는 주로 PLC를 이용하여 **래더 다이어그램(LD)**이나 순차 기능 차트(SFC) 등의 언어로 구현됩니다.