01. 자동화설비(구 생산자동화) 산업기사 개요

강의 대본

반갑습니다. 이번 시간부터 여러분들하고 생산자동화 산업기사 PLC 실기에 대해서 함께 공부해 볼 겁니다. 이미 여러분들이 이 과정을 이렇게 시작하게 된 시점에는 필기를 합격을 했거나 또는 필기부터 이제 준비하면서 실기에 대한 어떤 개요 또는 과정들에 대해서 어떻게 진행되는지 굉장히 궁금하기 때문에 이 과정을 지금 듣고 있을 거라고 생각이 됩니다. 그래서 이미 생산자동화 산업기사에 대한 그런 기본적인 내용들은 여러분들이 산업인력공단 자격 관련 홈페이지에서 이미 내용들을 다 알고 있을 거라고 생각이 되는데 기본적으로 우리가 생산, 말 그대로 이 생산자동화 산업기사라고 하는 것은 여러분, 메카트로닉스 기술이 발전하면서 자동화된 기계들 또는 자동화된 시스템들이 우리 생산 현장에 또는 우리 삶의 주변에 굉장히 많이 사용되고 있기 때문에 이런 것들을 유지 보수하고 운영하고 또 프로그램할 수 있는 그런 전문기술인력들을 필요로 하는 그런 배경에서 만들어진 그런 자격이라고 할 수 있습니다. 그리고 앞으로 시대가 점점 더 많은 분야에서 이렇게 자동화되어져 가고 또 어떤 AI라든가 어떤 스마트 팩토리와 관련된 이런 수요들이 계속해서 늘어나고 있기 때문에 이쪽과 관련된 또 기술 인력이 지속적으로 많이 필요할 것이다라고 하는 것이 일반적인 전망입니다. 그래서 일반적으로 생산자동화 산업기사를 응시하는 학생들이 우리가 이제 학교에서 보자면 보통은 폴리텍의 메카트로닉스 과. 또는 자동화 관련 학과 쪽에서 일반적으로 다루게 됩니다. 왜냐면 우선은 이 생산자동화라고 하는 것이 크게는 기계 요소, 자동적으로 움직일 수 있는 기계 요소가 있고 그 기계 요소를 제어하기 위한 PLC라고 하는 제어기가 있는데 요게 핵심이 되는 겁니다. 요 PLC라고 하는 제어기를 여러분들이 프로그램을 해서 이 기계 요소를 조건에 맞게끔 제어를 해야 되는 것이기 때문에 이제 우리 실기 과정에서도 기본적으로 이 PLC를 다루고 이렇게 이제 조작하는 그런 방법들에 대해서 굉장히 많이 다루게 될 겁니다. 이 생산자동화 산업기사의 최근 합격률을 좀 살펴보게 되면은 필기 합격률이 한 35에서 40 정도. 35에서 한 40퍼센트 정도의 합격률을 가지고 있어요. 하지만 어쨌거나 필기는 우리가 뭐 시중에 많은 도서들이 있고 참고할 만한 자료들이 많기 때문에 뭐 열심히 노력하면 누구든지 또 방법을 찾을 수 있고 또 시험에 합격할 수가 있습니다. 그런데 실기가 문제죠, 실기가. 실기의 합격률은 이렇게 보면은 이제 2018년도에는 좀 낮았고. 한 50프로 정도 됩니다. 그래서 이것도 뭐 평균적으로 한 45프로 정도 된다라고 할 수 있는데 우리가 이제 실기를 준비하기가 참 쉽지가 않습니다. 왜냐? 이 생산자동화 산업기사라고 하는 자격은 MPS라고 하는 장비를 이용을 해서 이 실기 시험을 보게 되어 있는데 이 MPS 장비가 일반적인 사설 학원이라든가 어떤 그런 곳에는 잘 준비가 돼 있지 않습니다. 거의 대부분이 다 폴리텍이라든가 또는 인력개발원이라고 하는 대한상공회의소에서 운영을 하고 있는 인력개발원이라고 하는 이 교육 기관. 폴리텍과 인력개발원에서 거의 대부분 다 이 장비가 구비가 되어서 사용이 되다 보니까 시험도 거의 대부분이 다 이렇게 폴리텍과 인력개발원에서 치르게 됩니다. 그래서 상대적으로 폴리텍이나 인력개발원 학생들은 항상 그 장비를 만져 볼 수 있기 때문에 쉽게 접근을 할 수 있지만 이제 일반 전문계 대학이라든가 또는 재직자들은 이 장비가 없어서 사실 이것을 준비하는 데 있어서 굉장히 어려움이 많습니다. 그럼에도 불구하고 현장에서 PLC를 다루고 있는 많은 재직자들, 그리고 또 취업을 준비하고 있는 많은 학생들이 이 생산자동화 산업기사 자격을 따기 위해서 굉장히 많이 도전을 하고 있는데 그 이유는 앞에서 이제 설명드렸던 것처럼 기본적으로 PLC를 이용해서 프로그램하고 또 모든 것들을 수행한다라고 돼 있는데 이 PLC라는 것을 다룰 수 있는, PLC를 이용해서 자격을 검증하는 자격증이 크게 이제 이렇게 세 가지가 있는데요. 하나는 기능사레벨, 기능사레벨에서 생산자동화 생산자동화 기능사가 있죠, 생산자동화 기능사. 그다음에 산업기사레벨, 산업기사레벨에서는 생산자동화 이제 산업기사가 있는 거고요. 그다음에 기사레벨도 있습니다. 기사레벨에서는 메카트로닉스 기사라고 하는 자격 종목으로 이렇게 구분이 되어져 있습니다, 세 가지로. 그래서 요 세 가지. 생산자동화 기능사, 생산자동화 산업기사, 그리고 메카트로닉스 기사에서 이 PLC라는 것을 이제 다루게 되는 거죠. 다른 자격에서는 이 PLC를 다루는 종목이 없습니다. 그러다 보니까 PLC와 관련된 업종을 찾거나 또는 그 업종에서 종사하고 있는 사람들이 PLC를 조금 더 잘 활용해서 이런 자격 관련된 부분들을 갖추기 위해서는 굉장히 필요로 하고 또 도전이 되는 그런 자격이라고 할 수 있죠. 앞에서 설명했던 것처럼 우리가 생산자동화 산업기사를 시험을 보기 위해서 사용하는 장비가 MPS 장비라고 하는 겁니다, MPS 실습장비. 그래서 이 MPS 실습장비가 어떤 장비인지 간략하게 좀 설명을 하고 넘어가도록 하겠습니다. 여러분들이 이렇게 이제 화면에 보는 것처럼 요렇게 생긴 장비가 MPS 실습장비입니다. 그래서 크게 어떤 구성 요소로 되어 있는지 설명을 드리도록 하겠습니다. 제일 먼저 요렇게 이제 반을 한번 나눠 볼게요. 요렇게 반을 쭈욱 나눠서 요 앞쪽에 있는 거, 앞쪽에 있는 게 바로 PLC라고 하는 거죠, PLC. PLC는 프로그래머블 로직 컨트롤러라고 해서 실제로 산업 현장에서 사용되는 PLC 종류가 굉장히 많습니다. 우리가 이제 대표적인 메이커를 세 가지만 대보라고 하면은 일본 미쯔비시. 뭐 미쓰비시라고도 하고 뭐 미쯔비시라고도 하는데 어쨌거나 미쓰비시 PLC가 산업 현장에 많이 사용이 되고 있고요. 또 국내 기업으로서는 LS산전이라고 하는 곳도 있습니다. LS산전. 그다음에 유럽 쪽에 지멘스라고 하는 회사도 굉장히 유명한 회사라고 할 수 있어요. 우리나라에서 이제 전자 산업이라든가 자동차 산업에서 요 미쓰비시 PLC가 많이 사용이 되다 보니까 폴리텍이나 인력개발원 쪽에서도 이 미쓰비시 PLC를 활용을 해서 이렇게 이제 장비가 구성되어져 있는 경우가 많습니다. 그렇기 때문에 우선은 우리 강좌에서도 요 미쓰비시 PLC를 기준으로 모든 프로그램들을 설명을 할 겁니다. 제가 볼 때는 한 95프로 이상은 이 미쓰비시로 되어 있다라고 이렇게 이제 보시면 될 것 같습니다. 그래서 이 PLC라고 하는 녀석이 핵심적인 역할을 하는 거죠. 여기에 있는 이런 기계 요소들을 제어하는 역할을 수행을 하는 겁니다. 그다음에 오른쪽에 있는 요 패널이 바로 HMI 터치패널이라고 해서 여기에다가 스위치라든가 램프라든가 이런 것들을 만들어 놓고 우리가 여기서 화면을 터치를 해서 장비를 조작하고 또 장비에서 나타날 수 있는 여러 가지 어떤 메시지 같은 것들. 또 어떤 수치 값들. 이런 것들을 여기에 표시를 할 수가 있어요. 그래서 이런 것들을 우리가 HMI 터치패널이라고 이렇게 얘기를 합니다. 그래서 요 PLC 프로그램, PLC 프로그램이 있고. 그다음에 요거는 우리가 HMI 작화라고 합니다, 작화. 그림을 그리는 겁니다. 쉽게 얘기하면 파워포인트에서 여러분들이 그림을 그리는 것처럼 이렇게 그림을 그려서 이 PLC와 이 HMI가 서로 통신을 하면서 PLC의 내용을 여기에 나타낼 수 있도록 하는 거죠. 좀 더 쉽게 얘기하면 이게 컴퓨터라고 생각하시고 얘는 모니터라고 생각하시면 되는 겁니다. 하지만 키보드나 마우스는 없기 때문에 여기서 터치를 통해서 키보드와 마우스의 역할을 수행한다라고 생각하시면 되는 거죠. 그다음에 뒤쪽에 있는 게 MPS 장비의 기구 요소입니다. 이래서 기구 요소들은 크게 공급 공정, 물건을 하나씩 공급해 주는 그런 역할을 하는 거고요. 그다음에 가공 공정이 있어요. 여기에 DC 모터가 있는데 이것을 우리가 하나의 드릴 모터로서 사용을 하는 겁니다. 실제로 드릴을 하지는 않습니다. 이제 흉내만 내는 거죠. 그래서 가공 공정이라고 하고. 그다음에 가공이 완료된 거를 컨베이어 쪽으로 밀어 주는 이런 이송 공정이 있습니다. 이송 공정. 그다음에 이제 컨베이어를 타고 물건이 요렇게 흘러갈 때 여기에 있는 센서 모듈에 의해서 이 흘러가는 물체가 금속인지 비금속인지를 판별할 수 있도록 되어 있어요. 그래서 배출 공정에서는 조건에 따라서 금속을 밀어내든지 비금속을 밀어내든지 하는 그런 작업을 하는 거죠. 그리고 나서 또 계속해서 이렇게 공작물이 흘러가면 오른쪽에 있는 이 축을 우리가 리프트 축이라고 하는데 이 리프트 축은 서보 모터라고 하는 것으로 움직이는 놈이에요. 그래서 요기서 이 실린더가 위에서 아래로 쭈욱 내려와서 공작물을 집어서 여기에 보이는 요 창고에다가 저장을 하는 거죠. 이런 형태로 이루어져 있는 장비가 바로 MPS 장비라고 하는 겁니다. MPS가 뭐의 약자냐라고 하면은 사실 초창기에 이 장비가 개발될 때는 뭐 멀티 프로그래밍 시스템이라고 해 가지고 그런 이름을 붙였었는데 크게 어떤 이름에 의미를 두지는 않으셔도 될 것 같습니다. 그냥 일반적으로 MPS 장비라고 계속해서 불러왔기 때문에 요 장비가 MPS 장비다라고 이렇게 생각하시면 될 것 같습니다. 그다음 각각의 공정에 대해서 조금 더 상세하게 설명을 할 겁니다. 공급모듈부터 한번 설명을 드리도록 하겠습니다. 공급모듈은 이런 구조로 생겼어요. 기본적인 구조에 대한 그림이 있고, 그리고 이 공급모듈을 제어하기 위한 아, 이거는 공압회로죠? 공압회로. 그래서 이 실린더가 매거진에 있는 공작물을 매거진에 공작물이 이렇게 쭈욱 쌓여 있습니다. 쌓여 있는 공작물을 전후진하면서 하나씩 하나씩 밀어내는 구조로 되어 있죠. 그래서 실린더에는 지금 여기에 보시면 센서가 붙어 있죠? 이걸 우리가 실린더 센서 또는 리드 스위치라고 얘기를 하는데 이 실린더의 전진과 후진을 감지하는 그런 센서죠? 그래서 그 이름이 이렇게 기호로 CS1, CS2라고 붙어 있는 거고요. 이 실린더의 제어는 양솔레노이드 밸브로 조작하도록 연결이 돼 있는 겁니다. 여러분들, 양솔레노이드 밸브의 구조는 한쪽에서 솔을 온 시키면 밸브가 전환이 돼서 실린더가 전진하고 또 반대쪽 솔레노이드를 온 시키면 밸브가 다시 원위치되면서 실린더가 다시 후진되는 그런 구조죠. 제가 이 시간에 공압회로에 대해서 모든 것들을 다 설명을 할 수는 없지만 기본적인 부분들은 여러분들이 다른 교재라든가 참고 영상들을 이용을 해서 기본적인 부분들을 먼저 공부를 하시면 더 좋을 것 같습니다. 그다음에 이송모듈을 한번 보겠습니다. 이송모듈은 형태는 조금 다를 수 있어요. 이거는 이제 초창기 모델의 형탠데 실린더가 지금 몸체 밑에 이렇게 붙어 있어요. 그래서 실린더가 전진하면 요기에 밀어주는 요 부분이 뒤로 나가 있다가 공작물을 앞으로 밀어내는 그런 구조로 되어 있죠. 그래서 이거를 이송모듈이라고도 하고 또 이거를 다른 이름으로 분배모듈이라고도 얘기를 합니다, 분배모듈. 왜냐하면 앞에서는 원형 공작물을 썼지만 여기에 있는 매거진에서는 사각 공작물을 넣을 수 있도록 만들어져 있어요. 하지만 실제적으로 이 사각 공작물을 사용하지는 않습니다. 시험에서는. 시험에서는 원형 공작물만 사용을 해요. 그래서 이쪽에서 나온 원형 공작물을 컨베이어 쪽으로 밀어 주는 그런 역할만 하기 때문에 그래서 이송모듈이라고 이렇게 일반적으로 이름을 붙이고 있고 마찬가지로 양솔레노이드 밸브에 의해서 동작이 되고 있습니다. 그다음에 이거는 공급모듈인데 공급모듈도 실린더로 동작이 됩니다. 이건 공급모듈이 아니죠, 잘못돼 있네요. 이거는 가공모듈입니다, 가공모듈. 가공모듈은 실린더가 이렇게 전후진하면서 아래위로 움직이는 구조로 되어 있죠, 아래위로 움직이는 구조. 그리고 여기에 DC 모터가 하나가 붙어 있는데 이 DC 모터의 역할은 드릴입니다, 드릴. 하지만 이게 실제 가공물을 드릴질하는 게 아니고 드릴 흉내만 내는 거죠. 가공하는 흉내만 내는 겁니다. 그래서 실린더의 공압회로 구조를 보면은 편솔레노이드 밸브 동작하는 이런 구조로 되어 있어요. 그래서 편솔레노이드 밸브 같은 경우는 전기신호를 인가를 하면 밸브가 동작하고 전기신호가 없으면, 그러면 밸브가 원위치되는 그런 구조를 가지고 있는 밸브라고 할 수 있습니다. 그다음 컨베이어모듈입니다. 컨베이어모듈도 동작은 DC 모터를 이용해서 구동하도록 되어 있고요. 공작물을 이쪽에서 끝까지 쭈욱 이송하는 그런 역할을 하고 있죠. 그다음에 이 컨베이어의 중간에 이 센서모듈. 요 센서모듈이 요 위치에 이렇게 딱 붙어 있습니다. 그래서 센서모듈은 근접센서, 엄밀하게는 근접센서라고 하는 센서들이 세 가지가 붙어 있는데 하나는 용량형이라고 하고 하나는 유도형이라고 하고 요기에 있는 거는 광 센서라고 하는데 이 세 개 센서의 조합으로 물체를 좀 구분을 할 수가 있습니다. 이 공작물이 센서 밑을 요렇게 지나갈 때 용량형 센서는 요렇게 생겼어요. 그래서 용량형 센서는 모든 물체를 다 감지합니다. 알루미늄, 비금속, 또 비금속 중에서도 뭐 흑색이 있고 백색이 있다면 모든 물체를 다 감지하는 게 바로 요 용량형 센서죠. 그래서 손가락을 요렇게 갖다 대도 손가락도 감지하는 그런 센서입니다. 그래서 용량형은 물체의 유무, 물체가 있다, 없다. 물체가 여기를 지나갔다, 안 지나갔다를 판별할 수 있는 센서죠. 그다음에 하나는 요놈. 요놈은 유도형 센서입니다, 유도형. PNP로 동작하는 센서는 이렇게 주황색이지만 일반적으로는 여기가 녹색으로 돼 있습니다, 녹색. 녹색은 NPN 타입의 센서를 이렇게 녹색으로 보통 구분이 돼서 나오고 있고요. 요 유도형 센서 같은 경우는 금속에만 반응을 하는 겁니다. 금속에만. 그래서 알루미늄이 지나갈 때는 이 유도형 센서가 온이 되지만 나머지 비금속, 플라스틱이 지나갈 때는 감지를 안 하는 거죠. 그래서 이 유도형 센서는 결과적으로 금속 여부를 판별을 하는 겁니다. 금속이냐 아니냐를 판별을 하는 것이에요. 그다음에 이제 광 센서 또는 광전형 센서라고 하는 이 센서는 빛을 쏘고 반사되는 것을 감지를 하는 형태의 센서입니다. 그래서 알루미늄 지나갈 때 감지할 수 있어요. 그다음에 비금속 중에서도 백색일 때는 감지할 수 있는데 비금속 중에 흑색 물체가 있다면 흑색은 감지를 못합니다. 그리고 금속이라도 혹시 흑색이 있다면 흑색은 감지를 못하는 게 바로 이 광전형 센서죠. 그래서 이 광전형 센서의 역할은 뭐냐면 흑색과 흑색이 아닌 어떤 다른 컬러의 색깔을 구분하는 그런 역할을 할 수가 있어요. 그래서 만약에 공작물 중에 흑색이 있고 백색이나 또는 청색이 있다면 이런 것들을 이렇게 서로 구분할 수 있는 그런 역할을 하는 센서라고 할 수 있습니다. 하지만 지금까지 요 광전형 센서는 시험에 사용되지 않았습니다. 그래서 이 광전형 센서는 여러분들이 신경을 안 쓰셔도 될 것 같습니다. 요 두 가지. 용량형 센서하고 유도형 센서, 요 두 가지만 이용해서 금속이냐 비금속이냐를 잘 판별을 하면 되는 겁니다. 그다음에 배출모듈. 배출모듈은 컨베이어가 요렇게 지나갈 때 컨베이어에서 공작물이 지나갈 때 컨베이어 바깥으로 물체를 밀어내는 그런, 배출시켜 주는 그런 역할을 하는 배출모듈이라고 할 수 있습니다. 그래서 공압회로는 양솔레노이드로 동작하는 그런 공압회로를 가지고 있습니다. 이게 스토퍼모듈이라고 하는데 스토퍼모듈은 지금 컨베이어 중간에 요렇게 걸려 있는 겁니다. 지금 컨베이어 중간에. 그래서 공작물이 쭈욱 컨베이어를 타고 들어오게 되면은 말 그대로 얘를 스톱시키는 역할을 하는 거죠. 이 실린더가 밑으로 요렇게 내려와서 공작물이 못 지나가도록 스톱을 시켜 주는 겁니다. 만약에 내가 흘려보내고 싶다면 다시 실린더를 후진시켜서 요 밑으로 지나갈 수 있도록 해 주는 거죠. 그런 역할을 하는 겁니다. 그래서 실린더가 아래위로 이렇게 동작하도록 돼 있는 겁니다. 편솔레노이드를 쓰고 있고요. 그다음에 여기에 보시면 요렇게 홀이 있는데 이 홀이 센서가 요기에, 화이버 센서라고 하는 조그마한 센서 케이블을 이용해서 여기에 연결을 해 놨습니다. 그래서 공작물이 여기에 지금 도착했는지 안 했는지를 판별할 수 있는 그런 센서가 하나 붙어 있습니다. 그다음에 리프트모듈입니다. 리프트모듈은 조금 구조가 복잡한데 지금 길쭉하게 요렇게 나와 있는 요 축이 서보 모터로 움직이는 하나의 이동 축입니다. 그래서 실린더가 하나 붙어 있는데 실린더가 여기서부터 여기까지 아래위로 요렇게 자유자재로 움직일 수 있도록 만들어 주는 거예요. 그리고 이 서보 축에 동작은 바로 여기에 붙어 있는 서보 모터가 그런 작업을 해 주고 있는 거죠. 그다음에 요 실린더가 여기서 전후진하면서 앞쪽에 있는 창고에다가 물체를 적재하는 그런 역할을 하고 있고 이 실린더의 앞부분, 요 앞부분에는 요렇게 흡착 패드가 붙어 있어요. 그래서 흡착 패드를 이용을 해서 진공 흡착으로 공작물을 들어 올릴 수가 있습니다. 이렇게 해서 동작하는 구조로 되어 있고요. 공압회로로 봤을 때는 흡착은 요렇게 편솔레노이드 밸브를 이용을 해서 진공 밸브를 지나갈 때 여기에 진공이 발생해서 물체를 들어 올릴 수 있는 그런 구조로 되어 있고요. 그다음에 리프트 실린더의 동작은 양솔레노이드 밸브를 이용해서 전후진하도록 되어 있습니다. 요건 저장모듈 또는 창고모듈이라고도 하는데 물체를 저장할 수 있도록 되어 있습니다. 그래서 1층, 2층, 3층, 이렇게 3층 구조로 되어져 있고요. 그다음에 저장할 수 있는 열의 개수는 두 개입니다. 1열과 2열, 이렇게 두 개로 돼 있고. 그럼 이 1열과 2열을 옮기는 방법은 이쪽에 붙어 있는 실린더를 이용해서 하게 됩니다, 실린더. 그래서 마찬가지로 이 실린더도 양솔로 이루어져 있는 복동 실린더 구조로 되어 있습니다. 마지막으로 PLC에 대해서 한번 설명을 한 건데요. PLC는, 실제적인 PLC는 요 부분이 PLC죠, 요 부분. 요게 PLC입니다. 근데 옆에는 우리가 배선을 조금 간단하게 할 수 있도록 바나나 잭이라고 하는 걸 이용해서 요렇게 이 PLC의 입력. 그다음에 PLC의 출력. 그다음에 서보 제어를 위한 위치 결정 모듈. 이런 것들이 요렇게 빨간 잭으로 다 나와 있는 겁니다. 그래서 PLC의 파워. 이게 미쓰비시 PLC인데 PLC의 파워, 그다음에 PLC의 CPU, 디지털 입력, 디지털 출력, 위치 결정 모듈. 이 위치 결정 모듈이 바로 서보 모터를 제어하는 그런 역할을 수행을 하고 있고요. 그다음에 요 모듈의 제일 오른쪽에 보면 서보 드라이버라고 하는 게 있습니다, 서보 드라이버. 이 서보 드라이버의 역할은 서보 모터를 제어하는 역할을 합니다. 그래서 여기 있는 위치 결정 모듈이 요렇게 연결이 되고요. 또다시 여기에서 모터로 요렇게 연결이 되는 그런 구조죠. 그리고 모터에는 엔코더가 있어서 엔코더가 다시 피드백 신호로 들어오도록 요런 구조로 되어 있는 겁니다. 그래서 기본적으로 우리가 다음 강좌부터는 이 PLC를 어떻게 어떤 프로그램들을 응용을 하고 또 프로그램을 어떻게 작성을 해야 되는지 이런 부분들도 상세하게 설명을 할 겁니다. 그래서 여러분들이 비록 이렇게 온라인 강좌를 통해서 듣게 되면 장비는 없지만 그래도 여러분들이 시뮬레이션을 통해서 내가 작성한 프로그램이 어떻게 작동하는지를 시뮬레이션 모드를 통해서 확인하고 또 수정하고 하는 그런 과정들을 통해서 여러분들이 PLC 프로그램에 익숙해질 수 있을 겁니다. 힘들게 생각하지 마시고, 어렵게 생각하지 마시고 다 사람이 쓸 수 있도록 만들어 놓은 거기 때문에 자신감을 가지시고 한번 도전해 보시기 바랍니다.