[커버스토리] PLC, 통신 적용으로 효율 극대화

PC 기반의 PAC 등장으로 기술혁신 진행중

이 서 윤 기자

PLC는 산업자동화를 지원하는 중추로서 이 기술에 구현되는 최신기술은 시스템의 복잡성을 최소화하고 공정을 최적화함에 따라 생산성 및 효율향상을 실현한다. PLC 기술은 일본, 독일 등 선진국이 원천기술을 확보하고 있는 상황으로 국내에서는 특히, 일본 브랜드가 높은 시장 점유율을 차지하고 있다.

PLC 분야는 최근 통신이 접목되면서 그 적용 범위가 다양해지고 확장되는 상황이며, 업계는 PLC에 무선통신과 인터넷을 연결해 네트워크화한 PLC를 생산해내는 수준까지 기술력의 진전이 이뤄지고 있다.

최근에는 중국시장을 중심으로 원자재, 부품 등의 글로벌 아웃소싱 확대와 노동력 등 원가절감을 위한 글로벌 생산시스템이 확산되고 있다. 이에 따라 전 세계 PLC 제조사들이 중국시장 선점을 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

뿐만 아니라 PC 시스템이 리얼타임 OS와 통합된 형식의 PAC(Programmable Automation Controllers) 기술의 대두에 따라 개방적인 산업기준과 확장된 영역 기능성, 공통 개발 플랫폼 등의 이점을 제공하며 향후 PLC 시장의 향방에 기대를 모으게 한다.

Market Trend

PLC의 가장 큰 매출을 이끌어내는 분야는 FPD, 반도체, 자동차, 전기전자 분야이다. 이 분야가 PLC의 전체 매출을 담당하고 있으며, 최근 기술력의 임계점에 다다른 PLC 분야에서도 EPC, 플랜트 산업 분야에서 일부 투자가 진행된 것으로 분석된다.

지멘스인더스트리의 윤웅현 과장은 “한국의 PLC 시장규모가 오는 2016년에는 2,600억원 정도로 예상되며, 2013년 대비 성장폭이 크지는 않은 것으로 보인다. 전반적으로 2012년부터 2014년까지 저성장 기조를 유지한 것으로 분석된다”며, “OEM 고객들을 타깃으로 한 업체의 경우, 일정 부분 성장을 했을 것으로 판단되며 당사 또한 2015년에는 OEM 고객을 타깃으로 개발을 진행하고자 한다”고 설명했다.

지멘스 윤 과장의 언급처럼 최근 2~3년간 PLC 시장에서의 특이할 만한 규모확장은 관찰되지 않고 있으나 국내 자동차 기업들의 국외 공장건립 등에서 추가적인 투자가 진행된 것으로 확인된다.

국내 PLC 시장은 이미 포화상태가 언급될 만큼 추가적인 성장보다는 현 상태 유지가 관건인 상황이다. 국내 PLC 시장에는 로크웰오토메이션코리아, LS산전, 지멘스인더스트리, 한국미쓰비시전기오토메이션 등 LS산전을 제외하고는 다국적 기업이 시장에서 치열한 경쟁을 진행하고 있는 상황이며 이로 인한 가격경쟁 또한 치열하게 진행되고 있다.

이에 따라 업계는 고객의 요구를 충족시키기 위해 저렴하면서도 고객 편의성을 갖춘 소프트웨어의 개발을 이어가고 있으며, 이에 더해 오픈 네트워크까지도 기본으로 제공하고 있는 것이 시장동향이다.

글로벌 PLC 시장은 국내외 기업들의 공장이 중국현지에 진출하고 있으며, 중국시장의 빠른 자동화 대체 추세에 따라 중국이 최대시장으로 부상하면서 이미 전 세계 PLC 제조사들은 중국시장 진출을 위해 치열한 경쟁을 펼치고 있다.

IMS리서치 시장조사에 따르면, 오는 2016년에는 일본을 제외한 아시아 태평양 지역의 PLC 시장규모가 36억달러에 이를 것으로 전망됐는데, 이는 다른 지역의 PLC 시장 성장세와는 차별화된 성장률이다. 이 보고서에 따르면 아시아 PLC 시장이 2016년에는 세계에서 두 번째로 큰 규모가 될 것으로 예측되고 있다. 그 중심에는 일본과 중국의 역할이 클 것으로 보인다.

PLC

PLC는 ‘Programmable Logic Controller’의 약자로 디지털, 아날로그 입출력 모듈을 통해 로직, 시퀀싱, 타이밍, 카운팅, 연산과 같은 특수한 기능을 수행하기 위해 프로그램 가능한 메모리를 사용하고 여러 종류의 기계나 프로세서를 제어하는 디지털 동작의 전자장치를 일컫는다.

PLC 기술은 90년대 이후로 꾸준한 성장세를 이어오고 있으며, 주로 일본, 독일 등의 선진국이 원천기술을 확보하고 있다. 특히, 일본의 경우 1999년 이후 수입다변화제도가 해제됨에 따라 본격적으로 국내 PLC 시장을 잠식하고 있다.

PLC는 2000년대 이후로 통신속도, 분산제어능력, 디바이스간의 통신능력 향상, 모니터링 등의 기능이 업그레이드됨에 따라 점차 DCS 시장까지도 대체하고 있다. 기능적으로 DCS는 프로세스 제어, PLC는 기계적 제어로 명확한 차이가 있었지만 최근 PLC의 기능 업그레이드를 통해 DCS 역할을 일부까지도 PLC가 대체하는 수준에 이른다.

또한, PLC 기술에 있어서 주목해야 할 바는 통신 시스템의 변화이다. 과거 PLC 업체들은 저마다 각자의 프로토콜을 가짐으로써 독립적 제품군으로서 인식돼 왔지만, 최근 PLC는 이더넷 통신, 필드버스 등 상이하게 사용돼오던 통신 프로토콜의 표준화 및 통합 등을 통해 타 제품과의 호환 및 상하위 연계가 가능한 수준까지 기술의 진전이 이뤄진 상황이다.

지멘스 윤 과장은 “PLC의 기술개발은 단품 개념에서 출발해 지금은 전체 시스템 및 아키텍처의 개념으로 역할이 확장됐다”며, “이제는 PLC 엔지니어가 PLC 기술력뿐만 아니라 네트워크 기술력까지도 보유해야 한다”고 설명했다.

Technology

PLC는 호스트 MCU(마이크로컨트롤러), I/O, 메모리, 전원 장치 및 HMI와 같은 유닛으로 구성된다. 특히, MCU는 주로 호스트, 전원 장치 및 휴먼 머신 인터페이스에서 사용된다.

MCU의 경우, 과거 8비트나 16비트를 사용하던 추세에서 점차 32비트 또는 64비트를 채택하는 방향으로 진행되고 있으며, 이에 따라 더 많은 데이터 처리와 빠른 컴퓨팅 속도가 가능해졌다.

이는 고객들의 요구사항에 따른 것으로 과거 PLC는 엄격한 요구사항이 필요치 않았기에 MCU의 처리능력 또한 제한이 없었지만 이제는 PLC의 기능에서 타임라인과 처리속도가 중요해짐에 따라 MCU도 고성능 저전력의 성능이 요구케 됐다.

또한, PLC 통신 기능에서 보면 일반 PLC의 경우 RS-232, RS-485를 사용해 통신을 연결하지만, 하이엔드 PLC는 더 빠른 USB 또는 이더뎃 연결을 사용한다. 최근 고객들은 하이엔드 성능의 PLC를 요구하고 있어 이에 따라 업체들은 높은 통신속도를 갖는 제품군 생산을 위해 고성능 MCU를 개발하고 있다.

이러한 이유로 PLC 기술에서 MCU 기술력은 불가분의 관계에 있는 것으로 인식되고 있다. 최근에는 개별 기능에 전용 MCU를 사용하는 방식까지 구현되는 등 PLC 제품을 향한 다양한 요구사항을 충족시키기 위해 MCU의 기술력 또한 진화를 거듭하고 있다.

Key Point

최근 PLC 업계에서 이슈가 되는 키워드로는 PAC가 꼽히고 있다. PAC는 PC와 PLC의 결합으로 진화된 제품으로서 현재 업계는 PLC에서 PAC로의 전환기를 맞이하고 있다.

PAC는 PC의 장점인 고사양의 제어부분이나 PLC 제품군과는 확연히 차이나는 빠른 처리속도를 가진 동시에 PLC의 구성라인의 보강, 사용 편의성 등의 장점을 바탕으로 폭넓은 자동화 제어에 사용될 것으로 기대된다.

어드밴텍의 최형재 과장은 “최근 시장은 PLC에서 PAC로 시장이 이동하는 과도기의 시기이다. 미래 PLC는 결국 PC 기반의 PAC로 변화될 수밖에 없다”며, “시스템 구성에 있어서 하위단은 I/O단에서 대응하고 상위단의 데이터는 PC단에서 대응을 하는 것이 일반적인데 PLC의 경우 상위단 데이터를 제공받기 위해 추가로 산업용 PC 등과의 연동이 필수적인 반면, PC를 기반으로 하는 PAC의 경우 추가적인 연동이 불필요하다. PAC는 PC를 기반으로 하기 때문에 한 제품에서 호스트에도 데이터를 전달할 수 있으며, 자체적으로 I/O 컨트롤은 물론 HMI 등 단넷 기반으로도 구성이 가능한 장점이 있다”고 설명했다.

그동안 제품 개발시 PLC 개발자들과 PC 개발자들간 의사소통이 원활하지 않아 일부 개발자들은 이들의 연동에 어려움을 겪어야 했는데 PAC의 등장에 따라 이 둘을 연계할 수 있는 가능성이 확대됐다.

일반적으로 PLC를 사용할 경우, PLC 추가시 I/O 또한 추가해야 하는데, 이 비용이 상당해 생산성에 영향을 미쳐왔다.

이에 대해 최형재 과장은 “PAC는 PC 기반으로서 확장성이 PLC에 비해 월등히 커서 적은 비용으로도 I/O의 적용이 용이하다”고 설명했다.

아직 PAC 시장은 시작 단계이다. 이제 막 시장이 열렸다고도 할 수 있는데 국외의 경우 이미 상당한 레퍼런스가 있지만, 국내에서는 PAC를 산업현장에 적용하기에는 시간이 필요하다. 하지만 업계 관계자들은 결국 PLC가 PAC로 세대교체가 될 것임에는 인식을 같이 하고 있다.

현재 국내에서 PAC 시스템은 작은 SI 프로젝트 등에 적용되고 있지만 향후 새로이 구축되는 PLC 생산환경에 적용이 기대된다. 또한, 현재 구축된 PLC 사용환경 아래에서도 에너지세이빙을 위한 추가 컨트롤러 구성에 있어서도 PAC의 적용이 가능할 것으로 보인다.

Needs

PLC 고객들의 요구가 점차 고성능화, 다양화, 네트워크화의 방향으로 집중되고 있다. 하지만 이러한 기능성의 중심에는 고객이 사용하기 편리한, 즉 전문지식이 없어도 쉽게 프로그램의 작성, 수정, 편집 등의 작업이 가능한 기능의 발전이 있다.

지멘스 윤 과장은 “고객들 사이에서 정보화에 대한 요구가 증가하고 있는데, 상위단의 생산관리 시스템, 타 기기들과의 인터페이스, 인라인 상에서의 정보공유 등에 대한 요구가 눈에 띈다”며, “현대의 공장설비는 과거 가혹환 환경에서 벗어나는 방향으로 구축되고 있으며, 이에 따라 와이어링으로 구축되던 부분들이 점차 네트워크로 전환되고 있다”고 언급했다.

네트워크를 적용함으로써 설치 및 유지보수의 수고는 물론이고 비용절감까지도 가능해졌다. 결국 PLC 시장은 점차 쉽게 설치하고 쉽게 관리할 수 있는 수준으로 기술력이 변화를 거듭하고 있는 것이다.

또한, 최근 OEM 고객들은 설치 및 유지보수의 편리성과 더불어 저렴한 가격, I/O 수량, HMI 연계, 충분한 메모리 용량, 그리고 세이프티까지도 요구하고 있다.

필츠의 김재환 차장은 고객들의 안전이슈에 대해 “플랜트 및 기계가 더 복잡해지고 시장은 국제적으로 개방되고 있다. 이에 따라 점차 고객들의 안전에 대한 요구가 심화되고 있다”며, “자동화기술은 안전의 메커니즘을 바탕으로 확대되고 있으며, 안전기술은 기계와의 상호작용으로서 생산성에 장애를 주지 않으며 동시에 복잡하고 다양한 시스템들이 하나로 통합되고 있다”고 설명했다.

세이프티에 대해서는 B&R산업자동화의 김지영 과장도 의견을 같이 했다. 김 과장은 “아직 국내에서는 세이프티에 대한 인식이 부족한 게 사실이지만 최근 많은 국산 기계들이 국외로 수출되고 있고 더불어 유럽의 기계관련 지침 및 국가별 법률규정의 영향으로 세이프티가 제품 선택에 있어서 중요한 요소로 인식되고 있다”고 설명했다.

Advance

1970년대 후반 산업자동화가 시작된 이후 2014년 현재 이미 모든 산업현장에서는 자동화로 불가능한 게 없어 보인다. 하나의 생산라인에 수십 대의 로봇이 개별작업들을 수행하고, 각각의 공정들은 상호 인터페이스를 통해 필요한 데이터를 주고받으며, 모든 제품들을 완제품이 될 때까지 일괄관리 및 양산의 전 공정 자동화를 이루게 됐다.

기존의 기계제조업체들은 표준화된 기계의 대량생산으로 단순히 생산성만 높이려고 했던 반면, 최근 소비자들은 다양한 제품과 고객 맞춤, 글로벌 규격, 다수의 옵션 등을 요구하고 있다. 따라서 이에 따라 앞으로 제작되는 모든 기계에는 기계 모델의 다양화, 제어축 수의 증가, 향후 업그레이드 가능성 등을 갖춰야 하는 과제를 안고 있다.

더불어 PLC 시장에서의 새로운 기술력으로서 대두된 PAC의 다양한 애플리케이션 확보 또한 하나의 과제가 되고 있다.

PLC 업계 한 관계자는 “PLC 기술력 자체로는 더 이상의 진보는 어려울 것”이라고 언급한 것에서도 확인할 수 있듯이 이제 PLC의 기술력이 아닌 PAC와 같은 고성능 컨트롤러 기술력의 진전을 기대할 때이다.

PLC는 릴레이를 대체하기 위해 개발된 이래 기술력의 혁신과 더불어 사용처의 확대 등을 통해 이제는 DCS의 일부 영역 대체는 물론이고, PC 기반 OS를 적용함으로써 컴퓨터의 영역까지 그 범위가 확대일로를 거듭하고 있다. 이제 PLC는 홈시스템의 영역까지 역할이 침투되면서 공장뿐만 아니라 가정에서도 사용 가능한 범용제품이 있는 상황이다.

앞서 전문가의 언급처럼 더 이상의 기술적 진보는 어려울 것 같다지만 PAC와 같은 또 다른 혁신을 보여주며 생활 곳곳에서 PLC의 활약을 기대할 수 있을 것이다.

FA Journal 이 서 윤 기자 (fa@infothe.com)