PLC 시스템은 단독 타입의 제어에서 네트워크를 활용한 공장 전체의 자동화까지 광범위하게 산업용 애플리케이션에 이용되어 왔습니다. 최근에는 소형 기계 장치 시장에서도 장치 전체의 기능 향상에 따라 이를 제어하는 PLC에 고기능 탑재를 요구하는 목소리가 커져 가고 있습니다. 또한, 인건비 상승에 대응하기 위해 장치 기동 시 엔지니어링 비용 및 고장, 조정 시 메인터넌스 비용의 절감이 중요한 과제가 되고 있습니다.
한편 당사는 "iQ-Platform"에 의한 기종 간 제어의 고속화와 사용 편리성 향상(수평 연계) 및 정보 시스템과 생산 현장의 정보 연계(수직 연계)에 의해 TCO(Total Cost of Ownership) 절감을 실현하는 FA(Factory Automation) 통합 솔루션 "e-F＠ctory"를 제창하여 왔습니다.
또한, iQ-Platform의 한 축을 담당하는 초소형 PLC에도 생산 설비의 첨단화ㆍ복잡화에 대응하기 위한 성능ㆍ기능 향상 및 생산 현장의 정보를 활용하기 위한 상위 정보계와의 연계 기능 강화가 요구되고 있습니다.
이러한 배경을 바탕으로 기본 성능 향상과 내장 기능 강화, 구동 기기와의 연계 강화, 엔지니어링 환경 진화를 달성하기 위해 차세대 초소형 PLC MELSEC iQ-F 시리즈를 개발하게 되었습니다.
이 글에서는 이들 기능을 실현하기 위해 적용한 기술과 MELSEC iQ-F 시리즈의 특징에 대해 소개합니다.

MELSEC iQ-F 시리즈(이하 "iQ-F 시리즈")의 특징에 대해 소개합니다.

(1) 기본 성능 향상과 내장 기능 강화

(2) 구동 기기와의 연계 강화

(3) 엔지니어링 환경 진화

iQ-F 시리즈 시스템 성능을 강화함으로써, 증설 모듈에 대한 액세스 속도 향상 및 CPU 성능 향상, 내장 기능 강화를 실현하였습니다. 아날로그 입출력 및 Ethernet 포트, SD 메모리 카드 슬롯을 표준 탑재함으로써, 단독 타입 적용은 물론 네트워크를 포함한 시스템 제안까지 가능하게 되었으며, 내장 위치결정, 고속 카운터의 기능 향상, 파라미터 설정에 의한 사용 편리성 향상도 실현하고 있습니다.
또한, 성능 향상과 내장 기능 강화를 실현하면서도 LSI의 사용량을 절감함으로써 기존 제품과 같이 저렴한 가격에 제공할 수 있도록 하였습니다. 표 1에 iQ-F 시리즈와 기존 "MELSEC FX 시리즈(이하 "FX 시리즈")"의 기능ㆍ성능의 비교를 나타냅니다.

표 1. 기능ㆍ성능 비교

기능을 옵션으로 추가하는 증설 모듈의 고기능화 및 사용 편리성 향상(리모트 I/O의 자동 리프레시 등)에 따라 증설 버스상의 통신량도 증가하는 경향이 있습니다. 기존 제품에서는 고기능의 증설 모듈을 사용한 경우, 스캔 타임의 증가에 의해 시스템 성능이 저하되어 기본 성능을 활용할 수 없는 문제가 있었습니다.
iQ-F 시리즈는 증설 버스 제어용 LSI를 새로 개발하여 고속 시리얼 버스를 새로 채택하였습니다(그림 1). 이 고속 시리얼 버스에 의해 기존 제품 대비 150배의 버스 속도 향상을 꾀하였으며, 차동 신호를 채택하여 내노이즈성 ㆍ신뢰성 향상도 실현하였습니다. 이 LSI를 모든 모듈에 탑재함으로써 설계의 공통화 및 원가 절감도 가능하게 되었습니다.

그림 1. 버스 시스템의 이미지

시퀀스 실행 엔진을 강화하기 위해 ①구조화 프로그램, ②복수 프로그램, ③ST(Structured Text) 언어, FBD(Function Block Diagram) 언어에 대응하는 실행 엔진을 탑재하였습니다. 또한, 처리 속도도 대폭 향상하여 초소형 PLC 분야에서 Top 클래스의 명령 처리 시간을 실현하였습니다(표 2).
명령 처리 시간을 향상시키기 위한 방안으로 명령을 실행하는 연산 장치를 CPU칩에 일체화하였습니다. 기존에는 명령마다 전용 LSI와 CPU 칩에서 처리를 분담하였지만, 전용 LSI와 CPU 칩의 제어권을 전환하는데 시간이 많이 걸려 사용자 프로그램 전체의 성능을 이끌어 내기가 힘들었습니다. 이에, CPU 칩에 의한 연산 방식을 일신하여 사용자 프로그램에 기술되어 있는 명령의 읽는 횟수를 대폭 절감한 새로운 방식을 채택하였습니다.
따라서 CPU 칩 단독으로 기존의 LSI 이상의 연산 성능이 가능해져, 래더 프로그램 전체의 성능을 향상시킬 수 있게 되었습니다.

표 2. 명령 처리 시간 비교

iQ-F 시리즈는 아날로그 입력 2ch/아날로그 출력 1ch를 표준 탑재하였습니다("FX5U CPU"만).
또한, 기존 제품에서는 각종 설정을 시퀀스 프로그램으로 실행할 필요가 있었지만, 설정 내용을 파라미터화함으로써 쉽게 인버터, 유량계 등에 접속하는 것이 가능해졌습니다.
또한, CPU 모듈에 기능을 내장하여 일체화함으로써 A/D(Analog/Digital) 변환, D/A 변환 속도를 더욱 단축하였습니다.

iQ-F 시리즈 CPU 모듈에서는 내장 통신 포트로 PC 등에 표준 탑재되어 있는 Ethernet 포트를 채택함으로써 원격지에서의 프로그래밍ㆍ감시를 가능하게 하였습니다. 또한, SLMP(Seamless Message Protocol) 통신(주 3), Socket 통신, 사용자 독자 프로토콜 등 다양한 프로토콜에 대응 가능한 통신 프로토콜 지원 기능을 실장함으로써, 미쓰비시 FA 기기를 비롯한 다양한 기기와의 친화성을 향상시켜 각종 생산 현장에 유연하게 대응할 수 있게 되었습니다.
Ethernet 포트를 탑재한 PLC는 시퀀스 연산을 하는 제어계와 방대한 데이터 처리가 필요한 통신계의 2종류의 처리가 필요합니다. 통신 부하가 많아지면 제어계 처리의 실시간성에 영향이 있으므로, 여러 CPU 칩을 탑재하여 이 문제를 해결하는 제품이 많이 있습니다. 하지만 iQ-F 시리즈는 통신 부하가 높아졌을 경우에도 실시간성이 손상되지 않게 제어계 처리에 일정한 자원을 할당하는 고유의 스케줄러를 개발하여, 단일 CPU 칩에 의해서도 제어계 및 통신계의 처리를 가능하게 하였습니다.
(주 3) 각종 Ethernet 제품과 CC-Link IE 대응 기기 간에 네트워크의 계층ㆍ경계에 관계없이 애플리케이션 간 통신을 가능하게 하는 프로토콜

iQ-F 시리즈 CPU 모듈은 SD 메모리 카드 슬롯을 표준 탑재하였습니다. PC에서 직접 조작 가능한 SD 메모리 카드에 대응함으로써, PLC가 없는 환경에서도 사용자 프로그램의 복제가 가능하므로 같은 프로그램을 탑재한 장치의 양산이 쉬워 졌습니다. 또한, 향후 각종 데이터의 로깅, 펌 웨어 업데이트 등의 기능에도 대응하도록 할 예정입니다.