[PLC 실무 2편] PLC 실린더 제어 (LS산전 XGK PLC 기준)

PLC를 이용한 자동화 설비에서 공압 실린더 제어는 매우 기본적이면서도 현장에서 자주 사용되는 제어 방식입니다. 컨베이어에서 제품을 밀어내거나, 부품을 고정하거나, 검사 위치로 이동시키는 등 다양한 설비에서 실린더가 사용됩니다. 이번 글에서는 LS산전 XGK PLC를 기준으로 실린더의 기본적인 동작 원리부터 입출력 구성, 래더 프로그램 작성 방법, 자동 운전 및 안전 제어까지 실무에서 활용할 수 있는 내용을 정리해 보겠습니다.

1. 공압 실린더의 기본 구성

공압 실린더를 PLC로 제어하기 위해서는 먼저 실린더가 어떤 방식으로 움직이는지 이해해야 합니다.

일반적으로 현장에서 많이 사용하는 것은 복동 실린더(Double Acting Cylinder)​입니다. 복동 실린더는 압축공기를 이용해 전진과 후진을 모두 수행합니다.

실린더를 전진시키려면 솔레노이드 밸브에 전진 신호를 보내고, 후진시키려면 후진 신호를 보내는 방식입니다.

예를 들어 다음과 같은 구성으로 생각할 수 있습니다.

• 전진 솔레노이드 → 실린더 전진
• 후진 솔레노이드 → 실린더 후진
• 전진 감지 센서 → 실린더가 끝까지 전진했는지 확인
• 후진 감지 센서 → 실린더가 원위치로 복귀했는지 확인

PLC에서는 이 신호들을 디지털 입력과 출력으로 연결합니다.

2. XGK PLC 입출력 구성 예

LS산전 XGK PLC에서 실린더 하나를 제어한다고 가정해 보겠습니다.

실제 주소는 사용하는 XGK CPU 및 입출력 모듈 구성에 따라 달라질 수 있으므로, 아래에서는 이해하기 쉬운 예시 주소를 사용하겠습니다.

입력

• P0000 : 운전 시작 버튼
• P0001 : 정지 버튼
• P0002 : 실린더 후진 위치 센서
• P0003 : 실린더 전진 위치 센서
• P0004 : 비상정지 또는 안전 조건

출력

• P0020 : 실린더 전진 솔레노이드
• P0021 : 실린더 후진 솔레노이드

여기서 중요한 점은 실제 XGK 프로젝트에서는 사용 중인 입력/출력 모듈의 실제 주소를 확인해야 한다는 것입니다. 단순히 예제의 주소를 그대로 적용하는 것이 아니라, XG5000에서 하드웨어 구성과 I/O 파라미터를 확인한 뒤 실제 주소에 맞게 프로그램을 작성해야 합니다.

3. 가장 기본적인 실린더 제어

가장 간단한 동작은 버튼을 누르면 실린더가 전진하고, 다른 조건에서 후진시키는 방식입니다.

예를 들어 시작 버튼을 누르면 실린더가 전진하고 전진 완료 센서가 ON되면 후진하도록 구성할 수 있습니다.

동작 순서는 다음과 같습니다.

시작 버튼 ON → 전진 출력 ON → 실린더 전진 → 전진 센서 ON → 전진 출력 OFF → 후진 출력 ON → 실린더 후진 → 후진 센서 ON → 후진 출력 OFF 이러한 순차 제어가 PLC 실무에서 매우 중요한 개념입니다.

단순히 출력만 ON/OFF하는 것이 아니라 센서의 상태를 확인하면서 다음 동작으로 넘어가는 구조를 만들어야 안정적인 자동화가 가능합니다.

4. 실린더 전진 제어

전진 출력은 실린더를 앞으로 이동시키는 솔레노이드 밸브를 제어합니다.

개념적으로는 다음과 같이 구성할 수 있습니다.

운전조건 AND 전진명령 AND 안전조건 → 전진 솔레노이드 ON

여기서 전진 명령은 내부 릴레이를 이용하여 구성하는 것이 실무적으로 편리합니다.

예를 들어 내부 디바이스 M0000을 실린더 전진 명령으로 사용한다고 가정하면,

M0000 → P0020

형태로 출력 조건을 구성할 수 있습니다.

전진 센서 P0003이 ON되면 전진을 계속 유지할 필요가 없는 시스템이라면 전진 출력의 조건에서 전진 완료 상태를 이용해 출력 OFF가 되도록 구성합니다.

5. 실린더 후진 제어

후진도 같은 원리입니다.

후진명령 AND 안전조건 → 후진 솔레노이드 ON

그리고 후진 센서 P0002가 ON되면 후진 완료로 판단합니다.

여기서 중요한 것은 전진 출력과 후진 출력을 동시에 ON시키지 않는 것입니다.

복동 실린더에 연결된 밸브의 종류에 따라 차이가 있지만, 일반적인 제어에서는 전진과 후진 출력이 동시에 동작하지 않도록 인터록을 구성하는 것이 안전합니다.

예를 들어,전진 출력 조건 AND NOT 후진 출력 또는 후진 출력 조건 AND NOT 전진 출력 과 같은 논리로 상호 인터록을 구성할 수 있습니다.

6. 전진·후진 인터록의 중요성

PLC 프로그램에서 실린더 제어를 작성할 때 초보자가 자주 놓치는 부분이 인터록입니다.

예를 들어 전진 명령과 후진 명령이 동시에 발생하는 상황을 생각해 볼 수 있습니다.

전진 출력과 후진 출력이 동시에 ON되면 사용하는 솔레노이드 밸브에 따라 오동작이나 장비 이상이 발생할 수 있습니다. 따라서 PLC 프로그램 자체에서 두 출력이 동시에 ON되지 않도록 방지하는 것이 좋습니다.

예를 들어 다음과 같은 개념으로 구성합니다.

전진 출력 = 전진명령 AND NOT 후진출력

후진 출력 = 후진명령 AND NOT 전진출력

이렇게 하면 서로 상대방의 출력 상태를 확인하여 동시 출력을 방지할 수 있습니다.

물론 실제 설비에서는 PLC 프로그램상의 인터록만으로 충분하다고 판단하지 말고, 밸브 및 전기 회로 구성에서도 필요한 안전 대책을 적용해야 합니다.

7. 원점 복귀 제어

실린더 제어에서 매우 중요한 것이 원점 복귀입니다.

자동 운전을 시작하기 전에 실린더가 정상적인 시작 위치에 있는지 확인해야 합니다.

예를 들어 후진 센서 P0002가 ON되어 있다면 실린더가 원위치에 있다고 판단할 수 있습니다.

자동 시작 조건을 다음과 같이 만들 수 있습니다.

자동운전 시작 AND 후진완료 → 자동 사이클 시작

반대로 실린더가 중간 위치에 있다면 바로 다음 동작을 실행하지 않고 원점 복귀 과정을 먼저 수행하도록 구성할 수 있습니다.

현장에서는 전원 투입 후 설비의 현재 위치가 정확하지 않은 경우가 있기 때문에 원점 확인 또는 원점 복귀 로직을 적절하게 구성하는 것이 중요합니다.

8. 타이머를 이용한 실린더 제어

센서만으로 제어하는 경우도 있지만, 일정 시간이 지나도 센서가 들어오지 않을 때 이상을 검출하기 위해 타이머를 사용할 수 있습니다.

예를 들어 전진 명령을 내린 후 3초 이내에 전진 센서가 ON되어야 한다고 가정하겠습니다.

동작은 다음과 같습니다.

전진 명령 ON → 타이머 시작 → 전진 센서 ON → 정상 완료

그런데 3초가 지나도록 전진 센서가 ON되지 않는다면,

실린더 전진 이상 → 자동운전 정지 → 알람 발생

과 같은 방식으로 처리할 수 있습니다.

이러한 시간 감시는 실제 자동화 설비에서 매우 중요합니다. 에어압 부족, 실린더 고장, 센서 불량, 밸브 이상, 기계적 걸림 등이 발생했을 때 단순히 PLC가 다음 동작을 기다리게 만들면 설비 전체가 멈추거나 다른 문제가 발생할 수 있기 때문입니다.

9. 실린더 1회 왕복 시퀀스

실무에서 많이 사용하는 예제를 하나 만들어 보겠습니다.

작업자가 시작 버튼을 누르면 실린더가 전진하고, 전진 완료 후 1초 대기한 다음 후진하는 동작입니다.

순서는 다음과 같습니다.

① 시작 버튼 ON

             ↓

② 후진 위치 확인

             ↓

③ 실린더 전진

            ↓

④ 전진 센서 ON

            ↓

⑤ 1초 대기

           ↓

⑥ 실린더 후진

          ↓

⑦ 후진 센서 ON

          ↓

⑧ 사이클 종료

이처럼 동작을 단계별로 나누어 프로그램을 작성하면 복잡한 자동화 시퀀스도 쉽게 관리할 수 있습니다.

예를 들어 내부 릴레이를 활용하여,

• M0000 : 사이클 시작
• M0001 : 전진 단계
• M0002 : 전진 완료
• M0003 : 대기 단계
• M0004 : 후진 단계
• M0005 : 사이클 완료

와 같이 상태를 구분할 수 있습니다.

이 방법은 실린더가 여러 개 연결된 자동화 설비에서도 유용합니다.

10. XG5000에서 프로그램 작성 시 주의사항

LS산전 XGK PLC의 프로그램 작성 및 모니터링에는 일반적으로 XG5000을 사용합니다.

프로그램을 작성할 때는 먼저 실제 하드웨어 구성을 확인해야 합니다.

특히 다음 사항을 확인해야 합니다.

1. XGK CPU 모델
2. 디지털 입력 모듈
3. 디지털 출력 모듈
4. 각 모듈의 실제 I/O 주소
5. 센서의 NPN/PNP 방식
6. 솔레노이드 밸브의 전압 및 출력 방식
7. 비상정지 및 안전회로 구성

특히 센서의 NPN/PNP 방식과 PLC 입력 모듈의 결선 방식이 맞지 않으면 프로그램이 아무리 정확해도 정상적인 입력 신호를 받을 수 없습니다.

출력 역시 PLC 출력 사양과 솔레노이드 밸브의 전압 및 전류 조건을 확인해야 합니다.

11. 자동운전과 수동운전

현장 설비에서는 자동운전만 사용하는 것보다 수동운전과 자동운전을 분리하는 것이 좋습니다.

수동운전에서는 작업자가 버튼을 눌러 실린더를 개별적으로 움직일 수 있도록 구성합니다.

예를 들어,

• 수동 전진 버튼 → 실린더 전진
• 수동 후진 버튼 → 실린더 후진

으로 구성할 수 있습니다.

자동운전에서는 미리 설정한 시퀀스에 따라 실린더가 동작합니다.

다만 수동 모드에서도 안전 조건과 인터록은 유지해야 합니다. 단순히 자동운전 조건을 우회한다고 해서 모든 출력 제한까지 제거하면 오동작 위험이 커질 수 있습니다.

12. 실무에서 반드시 고려해야 할 안전조건

실린더는 실제 기계를 움직이는 장치이기 때문에 PLC 프로그램을 작성할 때 단순한 동작 논리만 생각해서는 안 됩니다.

비상정지, 안전문, 압력 이상, 과부하, 센서 이상 등의 조건을 함께 고려해야 합니다.

특히 비상정지 기능은 PLC 프로그램만으로 안전 기능을 구현한다고 생각하지 않는 것이 중요합니다. 설비의 위험도와 관련 안전 기준에 따라 안전 릴레이, 안전 PLC, 접촉기 등의 적절한 하드웨어 안전회로가 필요할 수 있습니다.

PLC는 정상 운전과 상태 감시를 담당하고, 위험한 동작을 방지하기 위한 안전 기능은 설비의 위험성 평가에 맞게 별도로 설계해야 합니다.

13. 마무리

LS산전 XGK PLC를 이용한 실린더 제어의 핵심은 단순히 솔레노이드 밸브를 ON/OFF하는 것이 아닙니다.

입력 확인 → 명령 발생 → 출력 동작 → 센서 확인 → 다음 단계 진행 → 이상 발생 시 정지

라는 전체적인 흐름을 이해하는 것이 중요합니다.

특히 실무에서는 전진·후진 인터록, 원점 확인, 동작 완료 센서, 타임아웃 감시, 수동/자동 운전 분리, 이상 알람 등을 함께 구성해야 안정적인 설비 제어가 가능합니다.

처음 PLC를 공부한다면 실린더 1개를 이용해 전진과 후진을 제어하는 프로그램부터 시작하는 것을 추천합니다. 이후 실린더 2개를 순차적으로 제어하는 방식으로 확장하면 PLC의 순차제어 개념을 더욱 쉽게 이해할 수 있습니다.

다음 단계에서는 XGK + XG5000을 기준으로 실제 래더 프로그램 형태의 실린더 전진·후진 회로를 작성하고, 각 접점과 코일이 어떤 역할을 하는지 하나씩 분석해 보면 현장에서 PLC 프로그램을 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.