산업용 IoT(IIoT)는 기계, 센서, 컨트롤러, 미터 및 기타 산업 장비를 연결하여 데이터를 수집, 분석, 자동화된 의사결정에 활용할 수 있도록 합니다. 신뢰할 수 있는 통신망은 IIoT 시스템에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다.
PLC 통신, 또는 전력선 통신는 기존 전력선을 통해 데이터를 전송하여 산업용 장치를 연결하는 한 가지 옵션입니다. 이로 인해 추가 통신 케이블 필요성을 줄이면서 원격 모니터링, 제어 및 데이터 전송이 가능해집니다.
이미 전력 인프라가 존재하지만 새로운 통신 배선 설치가 어렵거나 비용이 많이 드는 산업 환경에서는 PLC 통신이 산업용 IoT 응용에 실용적인 통신 계층을 제공할 수 있습니다.
산업용 IoT를 위한 PLC 통신이란 무엇인가요?
산업용 IoT용 PLC 통신 전력선과 통신 데이터를 모두 전송하기 위한 전력선. 매칭이 필요해 IEEE 1901 표준 도시 프로젝트에서 사용될 때.
각 장치 간에 별도의 통신 케이블을 설치하는 대신, PLC 지원 장치는 기존 전기 네트워크를 통신 경로로 사용할 수 있습니다.
일반적인 IIoT PLC 시스템은 다음을 포함할 수 있습니다:
기본 통신 과정은 다음과 같습니다:
산업용 장치 → PLC 모듈 → 전력선 → PLC 게이트웨이 → 이더넷/4G/5G → 클라우드 또는 IIoT 플랫폼
이 아키텍처는 현장 장치가 완전히 별도의 유선 통신망 없이도 상위 산업 관리 시스템과 통신할 수 있도록 합니다.
산업용 IoT에서 PLC 통신은 어떻게 작동하나요?
PLC 통신은 디지털 데이터를 전력선에 변조하여 작동합니다.
PLC 통신 모듈은 전력 네트워크에 연결되어 다른 PLC 지원 장치들과 데이터를 교환합니다. PLC 기술과 네트워크 설계에 따라 장치는 포인트 투 포인트, 다중 노드, 또는 메쉬와 유사한 네트워크 아키텍처를 통해 통신할 수 있습니다.
단순화된 IIoT 통신 아키텍처는 다음과 같습니다:
센서 및 산업용 장치
↓
PLC 통신 모듈
↓
산업 전력망
↓
PLC 게이트웨이 / 데이터 집중기
↓
이더넷 / 4G / 5G
↓
엣지 컴퓨팅 / 클라우드 플랫폼
↓
산업용 IoT 응용
PLC 계층은 현장 장치 간 통신을 처리하며, 게이트웨이는 로컬 PLC 네트워크와 IP 기반 네트워크 또는 클라우드 플랫폼 간의 인터페이스를 제공합니다.
이 분리 덕분에 비교적 단순한 현장 장치를 현대 IIoT 플랫폼에 연결할 수 있습니다.
산업용 IoT에 PLC 통신을 사용하는 이유가 무엇인가요?
PLC 통신의 가장 큰 장점 중 하나는 이미 이용 가능한 인프라를 사용할 수 있다는 점입니다.
많은 산업 시설에서는 이미 전기 케이블이 기계, 조명 장비, 제어 캐비닛, 미터기 및 기타 장치를 연결합니다. 두 번째 통신망 설치는 추가 케이블, 관로, 인력 및 설치 시간이 필요할 수 있습니다.
PLC 통신은 기존 전기 인프라를 통신 네트워크의 일부로 활용할 수 있습니다.
1. 기존 전선 사용
PLC 통신의 주요 장점은 통신 데이터가 기존 전력선을 통해 전송될 수 있다는 점입니다.
이는 특히 다음과 같은 분야에서 유용할 수 있습니다:
- 공장
- 창고
- 이식
- 조선소
- 발전소
- 산업 단지
- 대형 상업 시설
- 지방 자치 시설
- 야외 산업 환경
통신 배선 설치가 어려운 경우, PLC는 분산 장치를 연결하는 또 다른 방법을 제공할 수 있습니다.
2. 추가 통신 배선 감소
전통적인 산업용 통신망은 전용 이더넷, RS-485, 광섬유 또는 기타 통신 케이블이 필요할 수 있습니다.
PLC가 모든 통신 인프라의 필요성을 없애지는 않지만, 현장-장치 수준에서 필요한 전용 통신 배선의 양을 줄일 수 있습니다.
이는 대규모나 분산 시설에서의 배포를 단순화할 수 있습니다.
3. 분산 기기에 적합함
산업용 IoT는 종종 넓은 물리적 영역에 분산된 다수의 장치를 포함합니다.
예시는 다음과 같습니다:
- 에너지 미터
- 온도 센서
- 장비 모니터
- 조명 제어기
- 펌프 컨트롤러
- 모터 관련 모니터링 장치
- 환경 센서
- 산업용 액추에이터
PLC 통신은 분산 장치와 중앙 집중식 게이트웨이 간의 통신 계층을 제공할 수 있습니다.
4. 원격 모니터링 및 제어 활성화
PLC 장치가 IIoT 게이트웨이에 연결되면 데이터를 엣지 또는 클라우드 플랫폼으로 전송할 수 있습니다.
이로 인해 다음과 같은 기능이 가능해집니다:
- 실시간 모니터링
- 원격 장치 제어
- 에너지 모니터링
- 장비 상태 모니터링
- 경보 보고
- 결함 검출
- 데이터 로깅
- 일정
- 예측 유지보수 응용
따라서 PLC 네트워크는 단순한 로컬 통신 네트워크 이상이 됩니다. 이 기술은 완전한 산업용 IoT 아키텍처의 일부가 될 수 있습니다.
5. 기존 산업 네트워크와 협력
PLC가 반드시 이더넷, 4G, 5G, RS-485 또는 기타 통신 기술을 대체하는 것은 아닙니다.
대신, 이 방법은 현장 통신 계층다른 기술들은 백홀 통신을 제공합니다.
예를 들어:
PLC → 이더넷 → 산업용 서버
또는 :
PLC → 4G/5G 게이트웨이 → 클라우드 플랫폼
이러한 하이브리드 아키텍처는 현장 장치와 클라우드 시스템이 통신 요구가 다른 IIoT 배포에 적합하게 만들 수 있습니다.
PLC 통신과 전통적인 산업 통신 비교
적절한 통신 기술은 애플리케이션에 따라 다릅니다.
| 통신 기술 | 일반적인 세기 | 공통 적용 |
|---|---|---|
| PLC | 기존 전력선 사용 | 분산 산업 장치 |
| 이더넷 | 높은 대역폭과 IP 연결 | 산업 네트워크, 컨트롤러, 서버 |
| RS-485 | 간단하고 신뢰할 수 있는 유선 통신 | 센서, 미터, 컨트롤러 |
| 광섬유 | 장거리 및 강한 EMI 내성 | 산업 백본 네트워크 |
| 와이파이 | 무선 연결 | 모바일 또는 유연한 기기 |
| 4G/5G | 광역 무선 통신 | 원격 사이트 및 게이트웨이 |
PLC는 특히 흥미로울 때 전력 인프라는 이미 갖춰져 있지만 전용 통신 케이블 설치는 어렵습니다.
예를 들어, 산업용 조명 시스템은 이미 창고 전체에 전원 케이블이 설치되어 있을 수 있습니다. PLC 통신은 이러한 전력선을 이용해 조명 컨트롤러와 센서를 연결할 수 있고, 게이트웨이는 로컬 네트워크를 클라우드 플랫폼에 연결할 수 있습니다.
IIoT용 PLC 통신 아키텍처
실용적인 산업용 IoT PLC 네트워크는 네 개의 계층으로 나눌 수 있습니다.
레이어 1: 현장 장치
필드 계층에는 센서, 컨트롤러, 미터, 액추에이터 및 기타 장치가 포함됩니다.
예시는 다음과 같습니다:
- 조명 컨트롤러
- 온도 센서
- 에너지 미터
- 모션 센서
- 장비 센서
- 산업용 스위치
- 액추에이터
PLC 통신 모듈은 이 장치들에 직접 통합할 수 있습니다.
계층 2: PLC 통신 네트워크
PLC 네트워크는 전력 인프라를 통한 통신을 제공합니다.
PLC 지원 장치들은 전력선을 통해 정보를 교환하며 로컬 통신망을 형성합니다.
이 층의 설계는 다음 조건에 따라 달라집니다:
- 전력선 토폴로지
- 케이블 길이
- 전기 부하
- 소음 수준
- 결합 방법
- PLC 변조 기술
- 네트워크 밀도
- 통신 프로토콜
레이어 3: PLC 게이트웨이
PLC 게이트웨이는 로컬 PLC 네트워크와 상위 계층 네트워크 사이의 다리 역할을 합니다.
게이트웨이는 다음과 같은 인터페이스를 지원할 수 있습니다:
- 이더넷
- 4G
- 5G
- RS-485
- 와이파이
- 기타 산업 통신 인터페이스
게이트웨이는 여러 PLC 장치에서 데이터를 수집하여 엣지 컴퓨터, 서버 또는 클라우드 플랫폼으로 전송할 수 있습니다.
레이어 4: IIoT 플랫폼
상위 계층은 데이터 시각화, 장치 관리, 분석 및 자동화를 제공합니다.
일반적인 기능은 다음과 같습니다:
- 대시보드 모니터링
- 에너지 관리
- 장치 구성
- 원격 조종
- 경보 관리
- 역사적 데이터 분석
- 결함 검출
- API 통합
- 클라우드 기반 장치 관리
이러한 계층화된 아키텍처는 PLC 통신 네트워크가 더 큰 산업용 IoT 시스템과 통합될 수 있도록 합니다.
PLC 통신의 일반적인 산업용 IoT 응용
PLC 통신은 다양한 산업 현장에 적용할 수 있습니다.
스마트 팩토리
스마트 팩토리에서는 PLC 통신을 통해 분산 센서와 장치를 IIoT 플랫폼에 연결할 수 있습니다.
가능한 응용 분야는 다음과 같습니다:
- 장비 모니터링
- 에너지 모니터링
- 환경 모니터링
- 기계 상태 수집
- 생산 구역 조명 제어
- 원격 장치 관리
PLC 네트워크는 현장 장비와 산업 게이트웨이 간의 통신 경로를 제공할 수 있습니다.
산업용 조명
산업용 조명은 조명 장치가 이미 전력을 필요로 하기 때문에 PLC 통신에 특히 적합한 응용 분야입니다.
PLC 지원 조명 시스템은 다음을 결합할 수 있습니다:
파워 + 통신 + 제어
같은 전기 인프라 위에서.
이로 인해 다음과 같은 것이 가능해질 수 있습니다:
- 원격 조명 제어
- 개별 램프 제어
- 그룹 통제
- 디밍
- 일정
- 에너지 모니터링
- 결함 검출
- 점유 기반 통제
- 중앙집중식 관리
대형 창고, 공장, 항만, 산업 시설의 경우, 이 아키텍처는 별도의 통신망 설치의 복잡성을 줄일 수 있습니다.
창고
대형 창고에는 수백에서 수천 개의 조명 기구가 넓은 지역에 분산되어 있을 수 있습니다.
PLC 통신은 기존 전력선을 통해 조명 제어기를 연결할 수 있습니다.
센서와 결합할 경우, 시스템은 다음을 지원할 수 있습니다:
- 점유 기반 조명
- 존 컨트롤
- 자동 디밍
- 에너지 모니터링
- 원격 고장 감지
이로 인해 기존 조명 네트워크를 산업용 IoT 지원 조명 시스템으로 전환합니다.
항구 및 조선소
항구와 조선소에는 종종 넓은 야외 공간과 널리 분산된 전기 인프라가 있습니다.
이러한 환경에서 통신 배선을 설치하고 유지하는 것이 어려울 수 있습니다.
PLC 통신은 다음과 같은 응용 분야에 사용할 수 있습니다:
- 하이 마스트 조명
- 야드 조명
- 에너지 모니터링
- 장비 모니터링
- 원격 조명 제어
PLC 게이트웨이는 현장 데이터를 수집하여 이더넷 또는 셀룰러 네트워크를 통해 중앙 집중식 관리 플랫폼으로 전송할 수 있습니다.
발전소 및 산업 에너지 시스템
발전소 및 기타 에너지 집약적 시설은 장비와 에너지 소비에 대한 광범위한 모니터링이 필요합니다.
PLC 통신은 분산 모니터링 장치에 추가적인 통신 옵션을 제공할 수 있습니다.
잠재적 응용 분야는 다음과 같습니다:
- 에너지 모니터링
- 전기 장비 모니터링
- 환경 감지
- 산업용 조명
- 원격 상태 수집
PLC 통신 계층은 시각화 및 분석을 위해 IIoT 플랫폼에 연결할 수 있습니다.
스마트 산업 단지
산업 단지는 여러 건물, 도로, 조명 시스템, 에너지 계량기 및 기타 분산 인프라를 포함할 수 있습니다.
PLC 통신은 기존 전기 인프라를 이용해 분산 장치를 연결하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
중앙 집중식 플랫폼은 다음과 같은 기능을 제공할 수 있습니다:
- 조명 관리
- 에너지 관리
- 장비 모니터링
- 경보 관리
- 원격 유지보수
산업용 IoT에서의 PLC 통신 과제
PLC 통신은 중요한 장점이 있지만, 모든 산업 환경에 적합한 것은 아닙니다.
전기 잡음
산업 환경에서는 다음과 같은 전자기 간섭이 발생할 수 있습니다:
- 모터
- 가변 주파수 드라이브
- 인버터
- 스위칭 전원 공급 장치
- 용접 장비
- 산업 기계
이러한 장치들은 통신 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 PLC 네트워크 설계는 전기 환경의 특성을 고려해야 합니다.
전력선 토폴로지
물리적 전기적 토폴로지는 PLC 통신에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
엔지니어는 다음을 평가해야 합니다:
- 케이블 길이
- 지부
- 트랜스포머
- 서킷 브레이커
- 분배 캐비닛
- 상 연결
- 다양한 전력 회로
통신 경로는 실제 작동 조건에서 테스트되어야 합니다.
다양한 전기 회로
PLC 신호가 모든 전기 부품을 효과적으로 통과하지 못할 수도 있습니다.
예를 들어, 변압기, 필터, 절연 장치, 특정 전력 장비가 신호 전송에 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 PLC 네트워크 계획은 전기 시스템 분석과 함께 수행되어야 합니다.
통신 신뢰성
산업용 IoT 애플리케이션은 모니터링과 제어를 위한 신뢰할 수 있는 통신이 필요할 수 있습니다.
견고한 PLC 구현은 다음을 고려해야 합니다:
- 신호 품질
- 패킷 손실
- 네트워크 토폴로지
- 재전송
- 오류 감지
- 네트워크 관리
- EMI 억제
- 소자 밀도
까다로운 환경에서는 PLC 통신이 실험실 테스트에만 의존하지 않고 실제 작동 조건에서 검증되어야 합니다.
PLC 통신 신뢰성 향상 방법
여러 설계 관행이 PLC 네트워크 성능을 향상시킬 수 있습니다.
1. 전기 환경 분석
PLC 네트워크를 배치하기 전에 주요 소음원과 전기 장비를 식별하세요.
특히 다음 사항에 주의하세요:
- 모터
- 인버터
- 스위칭 장치
- 고출력 부하
- 전력 변환기
2. PLC 신호 품질 테스트
전기 네트워크 내 대표적인 지점에서 통신 성능을 측정하세요.
산업 장비가 시작되거나 멈출 때 전기 잡음이 변할 수 있으므로 시험에는 다양한 작동 조건이 포함되어야 합니다.
3. 적절한 EMI 필터링 사용
일부 용도에서는 EMI 필터나 신호 절연 부품이 원치 않는 간섭을 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다.
하지만 필터링은 신중하게 설계되어야 하며, 부적절한 필터는 PLC 통신 신호를 감쇠시킬 수도 있습니다.
4. 게이트웨이 위치를 신중하게 설계하세요
PLC 게이트웨이는 의도된 PLC 네트워크와 효과적으로 통신할 수 있는 곳에 설치되어야 합니다.
대규모 설치의 경우, 다음 조건에 따라 여러 게이트웨이가 필요할 수 있습니다:
- 네트워크 규모
- 전기적 위상수학
- 통신 거리
- 장치 수량
- 신호 품질
5. 네트워크 확장성 고려
산업용 IoT 시스템은 시간이 지남에 따라 성장하는 경우가 많습니다.
처음에 50대의 기기를 포함하던 네트워크는 결국 수백 대에서 수천 대가 될 수 있습니다.
따라서 PLC 네트워크 계획은 다음을 고려해야 합니다:
- 최대 장치 수
- 주소 관리
- 통신 트래픽
- 게이트웨이 용량
- 네트워크 세분화
- 향후 확장
PLC 통신 프로토콜 및 변조
PLC 기술은 단일 프로토콜이 아닙니다.
서로 다른 PLC 솔루션은 서로 다른 물리 계층 기술, 변조 방법, 주파수 범위, 통신 표준을 사용할 수 있습니다.
예를 들어, PLC 기술은 다음을 사용할 수 있습니다:
- OFDM
- FSK
- 협대역 PLC
- 광대역 PLC
적절한 기술은 필요한 통신 거리, 데이터 전송률, 잡음 환경, 주파수 할당, 응용 요구 사항에 따라 달라집니다.
산업용 IoT 애플리케이션의 경우, 엔지니어는 단지 피크 데이터 전송률만을 기준으로 PLC 기술을 선택하는 대신 전체 통신 스택을 평가해야 합니다.
중요한 매개변수는 다음과 같습니다:
- 데이터 전송률
- 통신 거리
- 지연 시간
- 신뢰성
- 네트워크 용량
- EMI 성능
- 소자 밀도
- 보안
- 상호운용성
PLC 통신 및 엣지 컴퓨팅
PLC 통신은 특히 엣지 컴퓨팅과 잘 결합될 수 있습니다.
모든 원시 현장 수준의 메시지를 클라우드로 직접 보내는 대신, 엣지 게이트웨이는 정보를 로컬에서 처리할 수 있습니다.
예를 들어:
PLC 장치 → PLC 게이트웨이 → 엣지 처리→ 클라우드 플랫폼
엣지 레이어는 다음과 같은 기능을 수행할 수 있습니다:
- 데이터 집계
- 필터링
- 지역 경보
- 프로토콜 변환
- 장치 제어
- 로컬 분석
이로 인해 불필요한 클라우드 트래픽을 줄이고 일부 산업 애플리케이션의 응답 시간을 향상시킬 수 있습니다.
PLC 통신 및 클라우드 IoT 플랫폼
PLC 네트워크는 클라우드 연결 IIoT 시스템의 현장 계층이 될 수도 있습니다.
일반적인 아키텍처는 다음과 같습니다:
센서 / 컨트롤러
↓
PLC 네트워크
↓
PLC 게이트웨이
↓
이더넷 / 4G / 5G
↓
클라우드 플랫폼
↓
대시보드 / API / 애플리케이션
이 클라우드 플랫폼은 여러 공장, 창고, 산업 단지 또는 야외 현장에 분산된 기기들을 중앙집중 관리할 수 있습니다.
이는 여러 원격 시설을 관리하는 기업에 특히 유용합니다.
PLC 통신은 산업용 IoT에 적합한가요?
PLC 통신은 다음과 같은 경우 산업용 IoT에 좋은 선택이 될 수 있습니다:
- 기존 전력선이 이용 가능합니다.
- 기기들은 대규모 시설에 분산되어 있습니다.
- 추가 통신 케이블 설치는 어렵습니다.
- 이 애플리케이션은 적당한 통신 대역폭을 요구합니다.
- 전기 환경은 적절히 분석할 수 있습니다.
- 게이트웨이는 PLC 네트워크를 이더넷 또는 셀룰러 네트워크에 연결할 수 있습니다.
- 시스템은 중앙 집중식 모니터링과 통제가 필요합니다.
PLC는 매우 높은 대역폭, 매우 낮은 결정론적 지연, 또는 강한 전기적 절연이 요구될 경우 덜 적합할 수 있습니다. 이런 경우에는 이더넷, 광섬유 또는 다른 통신 기술이 더 적합할 수 있습니다.
최고의 IIoT 아키텍처는 단일 통신 방식에 의존하기보다는 여러 기술을 결합할 수도 있습니다.
산업용 IoT에서 PLC와 무선 비교
PLC와 무선 통신은 서로 다른 문제를 해결합니다.
무선 통신은 케이블 설치가 어려운 경우 설치를 단순화할 수 있지만, 산업 환경에는 금속 구조물, 전자기 간섭, 장애물 및 무선 신호에 영향을 미치는 기타 조건이 포함될 수 있습니다.
반면 PLC는 기존 전력 인프라를 사용합니다.
실질적인 선발 과정에서는 다음 사항을 고려해야 합니다:
- 기기 위치에 이미 전원이 공급되나요?
- 새 통신 케이블 설치가 어렵나요?
- 전기 네트워크가 PLC에 적합한가요?
- 필요한 통신 거리는 어느 정도인가요?
- 통신하려면 몇 개의 기기가 필요할까요?
- 필요한 데이터 전송률은 얼마인가요?
- 어느 정도의 신뢰성이 요구되나요?
- 무선 통신에 적합한 환경인가요?
이 질문들에 대한 답이 PLC, 무선, 이더넷, 하이브리드 아키텍처 중 어느 것이 최선의 해결책인지 결정합니다.
산업용 IoT용 PLC 네트워크 설계 방법
신뢰할 수 있는 PLC IIoT 네트워크는 체계적으로 설계되어야 합니다.
1단계: 애플리케이션 정의
시스템이 모니터링하거나 제어해야 할 사항을 파악하세요.
예시는 다음과 같습니다:
- 조명
- 에너지
- 온도
- 장비 상태
- 환경 조건
- 산업 공정
2단계: 전기 네트워크 지도 작성
문서:
- 전력 분배
- 전기 패널
- 케이블 노선
- 지선 회로
- 트랜스포머
- 주요 하중
이 정보는 잠재적인 PLC 통신 경로를 결정하는 데 중요합니다.
3단계: 장치 수량 결정
PLC 지원 장치 수를 계산하고 향후 확장 계획을 추정하세요.
4단계: PLC 통신 기술 선택
평가하기:
- 빈도
- 변조
- 데이터 전송률
- 거리
- 네트워크 용량
- 내음성
- 프로토콜 호환성
5단계: PLC 게이트웨이 계획
PLC 게이트웨이를 설치해야 할 위치와 필요한 백홀 인터페이스를 결정하세요.
6단계: 네트워크 테스트
실제 전기 부하 조건에서 현장 시험을 수행합니다.
7단계: IIoT 플랫폼에 연결
PLC 게이트웨이를 필요한 엣지, 클라우드, SCADA 또는 엔터프라이즈 플랫폼과 통합하세요.
8단계: 네트워크 건강 모니터링
배치 후 다음을 모니터링하세요:
- 통신 품질
- 장치 온라인 상태
- 패킷 손실
- 단층
- 에너지 소비
- 네트워크 성능
이를 통해 문제가 전체 시스템에 영향을 미치기 전에 발견할 수 있습니다.
산업용 IoT를 위한 PLC 통신: 주요 요점
PLC 통신은 분산된 산업용 IoT 기기를 기존 전기 인프라를 통해 연결하는 실용적인 방법을 제공합니다.
주요 장점은 다음과 같습니다:
- 기존 전력선 통신 활용
- 추가 현장 통신 배선 감소
- 분산 장치 지원
- 현장 장비와 PLC 게이트웨이 연결
- 이더넷, 4G, 5G 백홀 지원
- 원격 모니터링 및 제어 기능
- 엣지 및 클라우드 플랫폼과의 통합
- 산업용 조명, 에너지 모니터링, 창고, 항만, 산업 시설과 같은 지원 응용 분야
하지만 PLC 배포를 성공적으로 하려면 전기 토폴로지, EMI, 신호 품질, 네트워크 용량, 응용 요구사항을 신중히 고려해야 합니다.
이미 전기 인프라에 연결된 장치가 있는 산업용 IoT 애플리케이션에서는 PLC 통신이 물리적 장비와 현대 IoT 플랫폼 간의 효과적인 현장 수준의 통신 계층을 제공할 수 있습니다.
