PLC와 Modbus 통신의 이해

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PLC란 무엇인가?

PLC(Programmable Logic Controller)는 공장 자동화에서 핵심적인 역할을 하는 제어 장치입니다. PLC는 공장의 기계와 장비를 제어하는 데 사용되며, 복잡한 논리 연산, 타이머, 카운터 기능 등을 통해 프로세스를 자동화합니다. 초기 PLC는 릴레이 기반의 하드웨어 시스템을 대체하기 위해 설계되었으나, 현재는 소프트웨어 기반으로 복잡한 제어를 수행할 수 있습니다.

 

PLC의 주요 특징:

• 내구성: 공장 환경에 적합하도록 설계되어 고온, 습도, 진동에 강합니다.
• 유연성: 다양한 입력/출력 장치와 쉽게 연결할 수 있어 확장이 용이합니다.
• 프로그래밍 가능: 사용자가 원하는 제어 논리를 프로그래밍 언어(예: Ladder Diagram, Function Block Diagram)를 통해 구현할 수 있습니다.

Q. PLC와 컴퓨터의 차이점은? 
A. PLC는 산업 현장의 혹독한 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계된 특수 장치입니다. 일반 컴퓨터와 달리, PLC는 특정한 제어 작업에 최적화되어 있으며, 높은 신뢰성과 실시간성을 제공합니다.

 

Modbus란 무엇인가?

Modbus는 1979년 Modicon(현 Schneider Electric)에서 개발한 산업용 통신 프로토콜입니다. PLC, 센서, 액추에이터와 같은 장치들 간의 데이터를 교환하기 위해 설계되었습니다. Modbus는 간단하면서도 신뢰성이 높아 현재까지도 널리 사용되고 있습니다.

Modbus의 주요 특징:

• 개방형 프로토콜: 제조사에 관계없이 누구나 사용할 수 있어 다양한 장비 간의 상호 운용성을 보장합니다.
• 범용성: PLC, HMI, 센서 등 대부분의 산업용 장비와 통신이 가능합니다.
• 단순성: 데이터 프레임 구조가 직관적이고 구현이 쉬워 배우기 쉽습니다

Q. Modbus가 아직도 사용되는 이유는?"
A. Modbus는 단순한 구조 덕분에 낮은 비용으로 구현할 수 있으며, 특히 오래된 장비와 최신 시스템 간의 호환성 문제가 중요한 산업 환경에서 강력한 장점을 제공합니다.

 

Modbus의 주요 통신방법

Modbus는 데이터 전송 방식에 따라 여러 변종이 있습니다:

• Modbus RTU (Remote Terminal Unit): 직렬 통신(예: RS-232, RS-485) 기반의 프로토콜로, 바이너리 데이터 형식을 사용하여 높은 통신 효율을 제공합니다.
• Modbus ASCII: 텍스트 기반의 직렬 통신 프로토콜로, 사람이 읽기 쉬운 형태로 데이터를 표현합니다.
• Modbus TCP/IP: 이더넷 기반의 프로토콜로, IP 네트워크에서 데이터 전송을 지원합니다. 현대적인 산업 네트워크에서 주로 사용됩니다.

 

PLC와 Modbus의 결합: 왜 중요한가?

PLC와 Modbus의 결합은 산업 자동화에서 핵심적인 역할을 합니다.

1. 장치 간의 호환성: Modbus는 개방형 프로토콜이기 때문에 다양한 제조사의 PLC와 장치를 연결하는 데 유리합니다.
2. 데이터 교환의 단순화: PLC는 센서에서 데이터를 읽고 이를 제어 신호로 변환해야 하는데, Modbus는 이 과정을 간단하게 만듭니다.
3. 확장성: Modbus를 사용하면 새로운 장치를 기존 네트워크에 쉽게 추가할 수 있습니다.

 

Modbus 통신의 기본 구조

Modbus는 마스터-슬레이브 아키텍처를 기반으로 작동합니다:

• 마스터: 통신을 주도하며, 데이터를 요청하거나 명령을 보냅니다.
• 슬레이브: 마스터의 요청에 응답하며, 데이터를 제공하거나 명령을 실행합니다.

Modbus에서 데이터를 교환하기 위한 주요 단위는 **프레임(Frame)**입니다. 프레임은 다음과 같은 구조로 구성됩니다:

1. 주소 필드: 슬레이브 장치의 주소를 지정합니다.
2. 기능 코드: 수행할 작업(예: 데이터 읽기, 쓰기)을 나타냅니다.
3. 데이터 필드: 요청이나 응답 데이터를 포함합니다.
4. 오류 검출 코드: 데이터 전송 중 오류를 확인합니다(CRC 방식).

 

산업 현장에서의 Modbus 적용 사례

• 제조업: 생산 라인에서 센서 데이터를 PLC로 전달하고 장비를 제어합니다.
• 에너지: 전력망의 송배전을 모니터링하고 제어합니다.
• 수처리: 수위와 유량 센서를 통해 정수 시설을 자동으로 관리합니다.