래더 로직

3. 기본 구조 및 문법

래더 로직은 릴레이 로직 다이어그램을 기반으로 만들어졌으며, "렁(rung)"이라고 불리는 가로 행으로 구성된다. 각 렁은 입력 조건(접점)과 출력(코일)으로 구성되며, 논리 연산을 통해 출력을 제어한다.^[2] 래더 로직은 절차적 언어보다는 규칙 기반 언어로 간주된다. 렁은 규칙을 나타내며, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로 구현될 때는 일반적으로 규칙이 순차적으로 실행되지만, 충분히 빠른 속도로 실행되어 동시적이고 즉각적인 실행 효과를 얻을 수 있다.^[2]

래더 로직은 논리 검사기(접점)와 액추에이터(코일) 간의 연결 집합으로 볼 수 있다. 렁의 왼쪽에서 출력 사이에 참(true 또는 "닫힘") 접점을 통해 경로를 추적할 수 있으면 렁은 참이 되고 출력 코일은 참(1)이 된다. 경로를 추적할 수 없으면 출력은 거짓(0)이 된다.^[2]

래더 로직은 회로를 연결하거나 끊어 코일을 제어하는 접점을 가지고 있다. 각 코일 또는 접점은 프로그래머블 컨트롤러 메모리에서 단일 비트의 상태에 해당한다. 전기 기계식 릴레이와 달리 래더 프로그램은 단일 비트의 상태를 여러 번 참조할 수 있다.^[2]

일반적으로 래더 로직의 각 렁은 맨 오른쪽에 하나의 코일을 갖지만, 일부 제조업체는 렁에 둘 이상의 출력 코일을 허용하기도 한다.^[2]

3. 1. 접점 (Contact)

• 평상시 열린 접점 (Normally Open Contact, NO): `—[ ]—` 기호로 표시되며, 해당 접점을 제어하는 입력 또는 코일이 활성화(참, True, 1)될 때 닫히는(회로가 연결되는) 접점이다. 즉, 평상시에는 열려 있다가 조건이 만족되면 닫힌다.
• 평상시 닫힌 접점 (Normally Closed Contact, NC): `—[\]—` 기호로 표시되며, 해당 접점을 제어하는 입력 또는 코일이 활성화되지 않았을 때(거짓, False, 0) 닫히는 접점이다. 즉, 평상시에는 닫혀 있다가 조건이 만족되면 열린다.

3. 2. 코일 (Coil)

• 일반 코일 ( --( )-- ): 렁의 논리 연산 결과가 참(true)일 때 활성화된다.
• 반전 코일 ( --(/)-- ): 렁의 논리 연산 결과가 거짓(false)일 때 활성화된다.

3. 3. 논리 연산

• AND 연산: 여러 개의 접점이 직렬로 연결된 형태로 표현된다. 모든 접점이 닫혀야만(참) 출력이 활성화된다. 예를 들어, 은행 금고 문의 경우, 두 개의 키 스위치(키 스위치 1 AND 키 스위치 2)가 모두 닫혀야 모터가 작동하여 문이 열린다.

• OR 연산: 여러 개의 접점이 병렬로 연결된 형태로 표현된다. 하나 이상의 접점이 닫히면(참) 출력이 활성화된다. 예를 들어, 자동차의 전동 도어록은 내부 잠금 해제 스위치나 외부 잠금 해제 신호 중 하나만 참이 되어도(내부 잠금 해제 OR 외부 잠금 해제) 잠금이 해제된다.

• NOT 연산: 평상시 닫힌 접점(—[\]—)을 사용하여 표현되며, 입력 조건의 반대 결과를 출력한다. 즉, 입력이 거짓일 때 출력이 참이 된다. 예를 들어, 문을 닫는 버튼을 누르고(문 닫기) 장애물이 없는 경우(NOT 장애물)에만 문이 닫히도록 할 수 있다.

래더 로직에서 렁(rung)은 규칙을 나타내며, 각 렁은 왼쪽에서 오른쪽으로 평가된다. 복잡한 시스템에서는 여러 개의 렁이 순차적으로 실행되어 복잡한 논리 연산을 수행할 수 있다.

3. 4. 래치 회로 (자기 유지 회로)

4. 고급 기능

현대의 래더 로직은 기본적인 논리 연산 외에도 다양한 고급 기능을 제공한다. 이러한 기능들은 특수 블록 형태로 제공되며, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 제조업체에 따라 추가될 수 있다.^[2]

PLC는 타이머, 수치 연산, 비교, 테이블 조회, 텍스트 처리, PID 제어, 필터링 기능 등 다양한 특수 블록을 가지고 있다.^[1] 더 강력한 PLC는 일련의 내부 메모리 위치에서 작동하여, 일련의 주소에 대한 연산을 실행할 수 있다. 예를 들어 물리적 순차 드럼 컨트롤러 또는 유한 상태 머신을 시뮬레이션할 수 있다.^[1] 사용자는 자신만의 특수 블록을 정의하여 서브루틴 또는 매크로처럼 사용할 수도 있다.^[1]

특수 블록의 예로, 원격 및 내부 잠금 해제 버튼이 눌린 횟수를 계산하고, 이 정보를 메모리 위치에 저장하는 시스템을 들 수 있다.^[1]

4. 1. 타이머 (Timer)

4. 2. 카운터 (Counter)

4. 3. 수치 연산

프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 타이머, 산술 연산, 비교, 테이블 조회, 텍스트 처리, PID 제어, 필터링 기능 등 다양한 특수 블록을 지원한다. 사용자가 직접 특수 블록을 정의하여 서브루틴이나 매크로처럼 사용할 수도 있다.^[1]

4. 4. 특수 명령 (Special Instructions)

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위의 예시 시스템은 "interior unlock" 과 "remote unlock" 버튼을 누른 횟수를 카운트한다. 카운트 정보는 메모리 A와 메모리 B에 저장된다. 메모리 C에는 문이 자동 잠금 해제된 총 횟수를 보관한다.<sup>[2]</sup>

PLC의 특수 명령에는 타이머, 수치 연산, 비교기, 데이터 검색, 문자열 처리, PID 제어, 필터 등 다양한 종류가 있다. 고기능 PLC에서는 여러 내부 메모리 세트의 처리 및 주소 계산, 예를 들어 물리적인 드럼 컨트롤러나 유한 오토마타를 시뮬레이션할 수 있는 것도 있다. 사용자가 직접 특수 명령을 정의할 수 있는 것도 있다(실제로는 서브루틴이나 매크로이다). 충실한 특수 명령 라이브러리와 고속성으로 인해 매우 복잡한 자동화 시스템에도 PLC가 이용될 수 있게 되었다.<sup>[2]</sup>

5. 래더 로직의 한계 및 다른 프로그래밍 언어

래더 로직은 주로 이진 변수를 다루고 이진 값의 연동과 시퀀싱이 주된 제어 문제인 경우에 가장 적합하다. 하지만 아날로그 값이나 수치 연산은 래더 로직으로 표현하기 어렵고, 각 PLC 제조업체마다 이를 해결하기 위해 서로 다른 확장 표기법을 사용한다.<sup>[2]</sup> 또한 배열과 루프에 대한 지원이 제한적이어서, 다른 프로그래밍 언어에서는 인덱싱된 변수를 사용할 수 있는 경우에도 코드 중복이 발생할 수 있다.<sup>[2]</sup>

모든 병렬 프로그래밍 언어와 마찬가지로, 래더 로직은 연산의 순차적 순서가 정의되지 않거나 모호할 수 있으며, 이로 인해 예기치 않은 결과를 초래할 수 있는 논리 경쟁 조건이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위해 복잡한 렁(rung)은 여러 개의 더 간단한 단계로 나누는 것이 좋다.<sup>[2]</sup>

마이크로프로세서가 더욱 강력해짐에 따라, 순차 기능 차트, 기능 블록 다이어그램과 같은 표기법이 일부 제한된 응용 분야에서 래더 로직을 대체하고 있다. 일부 최신 PLC는 BASIC, C 등 실시간 응용 환경에 적합한 다른 프로그래밍 언어를 지원하기도 한다.<sup>[2]</sup>

5. 1. 한계

5. 2. 다른 프로그래밍 언어와의 비교

• 순차 기능 차트(SFC): 복잡한 순차적 제어 로직을 시각적으로 표현하는 데 유용하다.
• 기능 블록 다이어그램(FBD): 데이터 흐름을 중심으로 제어 로직을 표현하며, 아날로그 신호 처리에 적합하다.
• 구조화 텍스트 (Structured Text, ST): C 언어와 유사한 문법을 가지며, 복잡한 알고리즘 및 데이터 처리에 유용하다.

5. 3. 한국 PLC 시장의 특징

6. 래더 로직과 니모닉

니모닉(Mnemonic)은 컴퓨터 과학에서 사람이 기억하기 쉬운 형태로 이름을 나타내는 기호이다.<sup>[1]</sup> 예를 들어, 어셈블리 언어에서 덧셈을 나타내는 ADD나 곱셈을 나타내는 MUL 등이 니모닉에 해당한다.<sup>[1]</sup> 니모닉 코드라고도 한다.<sup>[1]</sup>

참조

<sub>[1]</sub> 웹사이트 The Basics of Ladder Logic http://ecmweb.com/ar[...]
<sub>[2]</sub> 서적 Industrial Controls and Manufacturing Academic Press 1999
<sub>[3]</sub> 웹사이트 Interactive: The Top Programming Languages https://spectrum.iee[...]