래더 로직 프로그래밍 입문 — 릴레이 회로부터 다시 이해하기

도식 1작성 Rhymbro

기계 설계를 오래 했어도 전장 도면 앞에서는 늘 반쯤 손님이었다. PLC를 제대로 배우기로 하면서 처음 잡은 원칙은 하나다. 래더 로직을 소프트웨어가 아니라 릴레이 회로의 연장으로 이해하자는 것.

래더 로직 프로그래밍(Ladder Logic Programming)은 릴레이 시퀀스 회로도를 닮은 사다리 형태의 도식으로 PLC의 제어 동작을 기술하는 방식이다. 좌우 전원 모선 사이에 접점(조건)과 코일(출력)을 가로줄(렁)로 배치하며, IEC 61131-3이 정의한 PLC 프로그래밍 언어 중 LD(Ladder Diagram)에 해당한다.

인터록 조건마다 렁을 만들어 같은 코일을 반복해 이중 코일 경고가 난 처음 방식과, 세 접점을 한 렁에 직렬로 묶어 코일을 한 번만 쓴 고친 방식을 비교한 도식 — 개념도 — 인터록 세 개를 한 코일에 거는 두 방식. 본문 내용을 바탕으로 자체 제작

래더가 사다리 모양인 이유

래더 다이어그램의 좌우 세로줄은 전원 모선이다. 왼쪽이 (+), 오른쪽이 (-)라고 생각하면, 가로로 걸린 각 렁(rung)은 결국 하나의 릴레이 회로다. 접점(a접점·b접점)이 조건이고, 오른쪽 끝의 코일이 결과다. 여기까지는 배선 릴레이 시퀀스와 완전히 같다.

차이는 실행 방식에 있다. 실제 릴레이는 모든 회로가 동시에 살아 있지만, PLC는 스캔 사이클로 돈다. 입력을 한 번에 읽고 → 래더를 위에서 아래로 연산하고 → 출력을 한 번에 내보낸다. 이 순서를 모르면 “왜 같은 코일을 두 번 쓰면 아래쪽만 먹히는지”(이중 코일 문제)를 영영 이해할 수 없다.

실제 릴레이와 달리 연산이 위에서 아래로 진행되기 때문에 이중 코일 문제가 생긴다. 본문 설명을 순서도로 옮겼다.

기계쟁이에게 익숙한 비유

스캔 사이클은 캠축과 비슷하다. 한 회전(스캔)마다 정해진 순서로 각 캠(렁)이 동작하고, 회전이 끝나야 결과가 실제 출력에 반영된다. 회전 속도(스캔 타임)가 수 ms라서 사람 눈에는 동시처럼 보일 뿐이다. 인터록을 기구로 걸던 감각 그대로, 소프트웨어 인터록은 b접점 직렬로 건다고 생각하면 절반은 온 셈이다.

내가 잡은 학습 순서

① 자기유지 회로 하나를 릴레이 배선과 래더로 각각 그려보고 같음을 확인 ② 스캔 사이클과 이중 코일 금지 이유 이해 ③ 타이머(TON)·카운터로 컨베이어 기동 시퀀스 만들기 ④ 그다음에야 미쓰비시 GX Works, 지멘스 TIA Portal 같은 툴 차이로 넘어간다. 툴부터 잡으면 버튼은 외워도 회로가 안 보인다.

사례 적용 — 인터록 세 개를 한 코일에 걸 때

이중 코일 문제를 처음 실감한 건 인터록 조건이 늘어났을 때다. 기동 코일 하나에 안전도어 닫힘, 이전 공정 완료, 비상정지 해제 세 조건을 모두 걸어야 하는 상황에서, 조건마다 별도 렁을 만들고 같은 출력 코일을 반복해서 썼다가 이중 코일 경고를 만났다. 스캔이 위에서 아래로 돌기 때문에 마지막 렁의 결과만 남는다는 원리를 몰랐던 탓이다.

고친 방법은 단순했다. 세 접점을 하나의 렁에 직렬(AND)로 묶어 코일은 한 번만 쓰는 구조로 바꿨다. 조건을 늘릴 때마다 코일을 새로 만드는 대신 같은 렁에 접점을 더하는 습관이 붙자, 이후로는 인터록이 몇 개로 늘어나도 이중 코일을 걱정할 일이 없었다.

R2R 설비로 옮겨서 봐도 같은 원칙이 적용된다. 코터·슬리터·와인더처럼 공정이 이어지는 설비는 기동 조건에 걸리는 인터록이 한둘이 아니다. 조건을 하나 추가할 때마다 코일을 새로 만드는 방식으로는 렁 수가 금방 불어나고, 어느 렁이 최종 결과를 결정하는지도 헷갈리게 된다. 조건은 늘어도 코일은 하나로 유지한다는 원칙을 처음부터 정해두면, 나중에 인터록이 추가되어도 회로를 통째로 다시 그릴 일이 줄어든다.