PLC란 무엇이며 HVAC에 왜 중요한가요?

산업 자동화 기술의 핵심 장치 중 하나인 PLC(Programmable Logic Controller)는 공장과 빌딩 자동화 분야에서 가장 널리 사용되는 제어 장치입니다. 본래는 복잡한 기계 제어를 효율적으로 수행하기 위해 개발되었지만, 현재는 HVAC, 엘리베이터, 발전소, 식품 생산, 교통 제어, 폐수 처리 시설, 빌딩 보안 시스템 등 다양한 분야에서 핵심 제어장치로 자리 잡았습니다.

 

과거에는 릴레이 기반 로직 시스템을 통해 기계나 설비를 제어했지만, 배선이 복잡하고 유지보수가 어렵다는 한계가 있었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 1968년 딕 몰리(Dick Morley)가 최초의 PLC를 개발하였고, 이후 소프트웨어 기반의 자동 제어가 빠르게 보급되었습니다.

 

HVAC 분야에서는 특히 PLC를 활용하여 온도, 습도, 압력, 유량 등 다양한 센서를 기반으로 정밀한 장비 제어를 수행할 수 있습니다. 자동화가 필요한 대형 시설일수록 PLC의 존재는 필수적입니다.

🔧 PLC 시스템의 주요 구성 요소

PLC는 기본적으로 입력(Input), 연산(CPU), 출력(Output)이라는 구조를 갖고 있습니다. 여기에 전원 공급과 통신 모듈이 더해지면 하나의 제어 시스템이 완성됩니다.

 

✅ 입력(Input) 모듈

입력 모듈은 센서나 스위치와 같은 외부 장치로부터 디지털(ON/OFF) 또는 아날로그(연속값) 신호를 받아, PLC가 인식 가능한 형태로 변환해줍니다.

• 디지털 예시: 도어 스위치, 압력 스위치, 수위 알람
• 아날로그 예시: 온도 센서, 유량계, 습도 센서

이러한 입력값은 시스템의 현재 상태를 알려주는 중요한 정보로, 제어 명령의 기초가 됩니다.

 

🧠 중앙처리장치(CPU)

CPU는 PLC의 두뇌 역할을 하며, 입력 데이터를 기반으로 논리 연산, 조건 판단, 시간 지연, 비교 연산 등을 수행합니다. 프로그램된 로직에 따라 어떤 출력을 줄지 판단하고 실행합니다.

 

✅ 출력(Output) 모듈

출력 모듈은 CPU의 판단에 따라 외부 장비를 실제로 작동시키는 부분입니다.
예를 들어 HVAC에서 다음과 같은 동작을 제어할 수 있습니다:

• 모터, 펌프 작동
• 댐퍼 개폐
• 팬 속도 제어
• 히터 ON/OFF 전환

🔋 전원 공급 장치

PLC가 정상적으로 작동하기 위해서는 안정적인 전원이 필요합니다. 일부 시스템은 무정전 전원 공급(UPS) 기능을 통해 정전 시에도 데이터 손실 없이 시스템이 유지될 수 있도록 구성됩니다.

 

💻 PLC는 어떤 언어로 프로그래밍하나요?

PLC는 사람이 작성한 명령어를 기반으로 장비를 제어하는 시스템이므로, 프로그래밍 언어가 필요합니다. 현장에서 자주 쓰이는 세 가지 대표 언어는 다음과 같습니다:

 

🔗 Ladder Logic (래더 로직)

가장 널리 사용되는 언어로, 전기회로와 유사한 시각적 구조를 가지고 있어 직관적입니다.
각 줄(Rung)은 특정 조건이 충족되면 동작을 실행하는 형태로 구성됩니다. 예를 들어, "온도가 25도 이상이면 팬을 작동"과 같은 논리를 손쉽게 구현할 수 있습니다.

 

🧱 Function Block Diagram (FBD)

블록 단위로 기능을 조합하여 제어 흐름을 구성합니다. 블록마다 타이머, 연산기, 비교기 등 명확한 기능이 있으며, 복잡한 흐름을 시각적으로 쉽게 구성할 수 있습니다.

 

📄 Structured Text (ST)

일반적인 텍스트 기반 프로그래밍 언어와 비슷하며, 복잡한 조건문, 반복문, 수학 계산을 필요로 하는 경우 매우 효과적입니다.
예를 들어, 특정 시간 간격마다 센서 데이터를 기록하거나 평균값을 구하는 연산이 필요한 경우에 적합합니다.

 

🏢 PLC가 실제로 사용되는 곳은 어디인가요?

PLC는 단순 공장 자동화에 국한되지 않고, 다음과 같은 다양한 현장에서 광범위하게 사용됩니다.

분야	적용 예시
공장 자동화	생산라인 제어, 로봇 팔 동작, 자동 포장
상업용 빌딩 HVAC	공조 시스템 제어, 온도/습도 유지, 외기량 제어
호텔/병원	객실별 팬코일 제어, 에너지 효율 관리, 정숙 제어
교통 시스템	신호등 제어, 고속도로 요금소 자동화
폐수 처리 시설	펌프 및 밸브 자동 제어, 수질 모니터링
보안 시스템	출입문 제어, 알람 시스템 연동

특히 HVAC 분야에서는 다음과 같은 용도로 사용됩니다:

• 냉동기(Chiller) 제어
• AHU와 RTU의 댐퍼 및 팬 제어
• 온도, 습도, CO₂ 센서 데이터 기반 통합 제어
• 스케줄 기반 운전 및 절전모드 전환

 

❄️ PLC + 칠러 시스템 연결 시뮬레이션

한 번쯤은 칠러를 처음 세팅할 때 어떤 순서로 준비하는지 헷갈린 적 있으시죠? 실제 시뮬레이션 과정을 간단히 정리해보면 다음과 같습니다:

 

🦺 1단계: 안전 보호구 착용

기본 PPE인 귀마개, 보안경을 착용하며, 현장의 규정에 따라 절연장갑, 안전화 등도 준비합니다.

 

🔍 2단계: PLC 상태 사전 점검

PLC 본체나 입출력 모듈에 오류 램프 또는 통신 이상 표시가 없는지 확인합니다. 정상 상태가 확인된 후 다음 단계로 넘어갑니다.

 

💻 3단계: HMI 소프트웨어 연결

노트북에 설치된 HMI(Human-Machine Interface) 프로그램을 실행하고, 이더넷 케이블을 통해 PLC와 연결합니다.
PLC 엔클로저 내부에서 IP 주소를 확인하여 소프트웨어에 입력하고, 장비가 정상 연결되었는지 확인합니다.

 

📡 4단계: 시스템 상태 확인

HMI 상에서 경고 알람 여부, 현재 수온, 운전 상태 등을 확인합니다. 만약 기존 알람 이력이 있다면 그 내용을 검토하고 초기화 여부를 판단합니다.

 

🌡️ 5단계: 냉방 세트포인트 조정

냉방이 시작되도록 설정 온도를 낮추고, 단시간 내 재가동 방지를 위한 타이머(anti-short cycle) 설정을 확인합니다. 또한 펌프의 상태를 확인하여 냉수 흐름이 정상적인지 확인합니다.

 

🧊 6단계: 칠러 작동 상태 모니터링

운전 시작 후 냉수 온도가 세트포인트에 도달하는지 확인하며, 냉매 압력, 팬 모터 속도, 배출 온도 등도 함께 체크합니다. 문제가 없을 경우 시스템 준비가 완료됩니다.

 

✅ 마무리하며

PLC는 단순한 기계 제어를 넘어, 스마트 HVAC 시스템의 핵심 구성 요소로 자리잡고 있습니다. 특히 복잡한 건물이나 에너지 효율을 중요시하는 대형 상업 공간에서는 PLC 없이는 안정적인 제어가 어려울 정도입니다.

프로그램만 수정하면 시스템 동작을 쉽게 변경할 수 있고, 오류 분석이나 자동 보고 기능까지 탑재된 현대의 PLC는 HVAC 기술자에게 반드시 익혀야 할 도구입니다.

 

📌 PLC와 HVAC 제어 요약 차트 

 

구분	내용 요약
📘 정의	PLC는 소프트웨어 기반의 자동 제어 장치로, 센서 데이터를 바탕으로 장비를 논리적으로 제어합니다.
🏢 활용 분야	공장 자동화, HVAC, 병원, 호텔, 폐수처리, 교통 제어, 보안 시스템 등
🔧 주요 구성 요소	입력 모듈, CPU(연산), 출력 모듈, 전원 공급 장치, 통신 포트
💻 주요 언어	Ladder Logic, Function Block Diagram, Structured Text
🌡️ HVAC 내 활용	온도/습도 제어, 댐퍼 및 팬 제어, 냉동기/보일러 제어, 타이머 및 센서 기반 자동화
🧊 시뮬레이션 절차	안전 확인 → PLC 상태 점검 → HMI 연결 → 알람/상태 확인 → 세트포인트 조정 → 냉방 운전 모니터링