일반 제어와 안전 제어를 통합하기 위한 3가지 주요 기술을 소개합니다.

일반 제어와 안전 제어를 통합하기 위해서는 안전 CPU에서 일반 프로그램과 안전 프로그램을 모두 실행할 필요가 있습니다.
기존에는 안전 프로그램을 연산하여 END 처리 내에서 안전 입력/출력을 처리하였습니다(그림 5(a)).
그러나 이 처리에 일반 프로그램의 연산을 추가하면 스캔 타임이 늘어나므로 안전 입력/출력의 응답 성능을 확보할 수 없었습니다. 따라서 MELSEC iQ-R 시리즈의 안전 CPU는 안전 프로그램의 연산 및 안전 입력/출력 처리를 일정 주기(안전 사이클 시간)의 인터럽트 처리로 실행합니다(그림 5(b)).

그림 5. 일반 제어와 안전 제어 실행

일반 제어와 안전 제어를 통합하기 위해서는 안전 CPU에서 일반 프로그램과 안전 프로그램을 모두 실행할 필요가 있습니다.
기존에는 안전 프로그램을 연산하여 END 처리 내에서 안전 입력/출력을 처리하였습니다(그림 5(a)).
그러나 이 처리에 일반 프로그램의 연산을 추가하면 스캔 타임이 늘어나므로 안전 입력/출력의 응답 성능을 확보할 수 없었습니다. 따라서 MELSEC iQ-R 시리즈의 안전 CPU는 안전 프로그램의 연산 및 안전 입력/출력 처리를 일정 주기(안전 사이클 시간)의 인터럽트 처리로 실행합니다(그림 5(b)).

따라서 일반 프로그램을 실행하는 스캔 타임에 영향을 받지 않고 안전 프로그램을 실행할 수 있으며, 안전 입력/출력의 응답 성능을 확보할 수 있습니다.
이 기술에 추가하여 MELSEC iQ-R 시리즈 시스템 버스 성능 향상, CPU의 연산 처리 성능 향상 및 CC-Link Safety보다 빠른 CC-Link IE 필드의 채택에 의해, 기존 MELSEC QS 시리즈에 비해 안전 응답 시간(최악값)을 1/3이하로 단축하였습니다(표 1).

표 1. 안전 응답 시간(최악값) 비교

일반 제어와 안전 제어를 통합하기 위해 안전 CPU에서 일반 프로그램과 안전 프로그램을 모두 실행하면, 일반 제어부의 고장, 메모리 데이터의 깨짐(소프트웨어 에러) 등으로 인해 안전 제어부에 대한 부정 쓰기가 발생할 가능성이 있으며, 이를 검출할 필요가 있습니다.

따라서 MELSEC iQ-R 시리즈의 안전 CPU는 일반 제어와 안전 제어를 모두 실행하는 안전 CPU와 안전 제어만을 실행하는 안전 기능 모듈의 2개의 모듈에서 안전 프로그램과 자기 진단을 실행하여, 프로그램 실행 결과에서 얻을 수 있는 안전 출력값과 자기 진단 결과를 대조합니다(그림 6). 따라서 안전 CPU에서 일반 제어부의 부정한 쓰기를 검출할 수 있습니다.

그림 6. 일반 제어에서의 부정 쓰기 검출

국제 안전 규격에서는 안전 제어하는 회로의 전원에 안전 제어를 계속할 수 없는 이상 및 고장이 발생한 경우, 셧다운시켜 안전 상태로 이행하는 등의 대책이 필요합니다.

기존의 MELSEC QS 시리즈 안전 PLC는 안전 CPU에서 내부 전원과 시스템 전원을 감시하여, 전압 이상 시 안전 전원 모듈에서 시스템 전원을 차단하여 셧다운시키는 방법을 취하였습니다(그림 7(a)).

MELSEC iQ-R 시리즈 안전 PLC는 동일 베이스 모듈상에 일반 모듈과 안전 모듈이 장착되어 전원 모듈에서 시스템 전원이 공급됩니다. 안전 제어하는 회로의 전원에 안전 제어를 계속할 수 없는 이상 또는 고장이 발생한 경우, 안전 모듈을 셧다운시켜 안전 상태로 이행할 필요가 있습니다. 또한, 전원 모듈에서 공급되는 시스템 전원에서 안전 제어하는 회로의 전원을 생성하므로, 전원 모듈의 이상 또는 고장이 발생해도 안전 상태로 이행할 필요가 있습니다.

또한, 안전 모듈인 안전 CPU를 셧다운시키면, 안전 CPU 내의 일반 제어를 계속할 수 없습니다. 따라서 안전 상태로 이행한 후에도 정보계 처리 등의 일반 제어를 계속하는 시스템에서는 일반 CPU와 안전 CPU의 멀티 CPU 구성에서 안전 CPU의 셧다운 후에도 일반 CPU는 동작을 계속할 필요가 있습니다.

따라서 안전 모듈에서 내부 전원과 시스템 전원을 감시하여, 이상 또는 고장이 발생하였을 때는 안전 모듈 내부에서 시스템 전원을 차단하여 셧다운시킵니다(그림 7(b)). 따라서 안전 모듈 이외의 모듈에 대한 전원 공급이 유지되어 일반 모듈은 제어를 계속할 수 있습니다. 또한, 일반 모듈과 안전 모듈에서 전원 모듈을 함께 사용할 수 있습니다.

그림 7. 안전 모듈의 전원 차단

일반 제어와 안전 제어를 통합시킨 MELSEC iQ-R 시리즈 안전 PLC에 대하여 제품의 특징과 일반 제어와 안전 제어의 통합을 위한 기술에 대해 소개하였습니다.
규격과 법제도의 정비에 따라 안전 PLC에 대한 요구가 나날이 증가하고 있는데, 이러한 기능ㆍ성능ㆍ지원 등의 요구에 대응하기 위해 앞으로도 제품력 강화를 위해 노력하겠습니다.