[PLC] ST 언어와 Petri Net을 활용한 기계 동작 프로세스 모델링 및 구현 방법론

 ST 언어와 Petri Net을 활용한 기계 동작 프로세스 모델링 및 구현 방법론

기계 자동화에서 PLC(Programmable Logic Controller)는 필수적인 요소이며, 그중 ST(Structured Text) 언어는 복잡한 로직을 구현하는 데 강력한 도구로 사용됩니다. 한편, Petri Net은 시스템의 상태 전이(State Transition)를 직관적으로 표현할 수 있는 모델링 기법으로, 동시성(Concurrency)과 이벤트 기반 동작을 설계하는 데 유용합니다. 본 글에서는 ST 언어와 Petri Net을 결합하여 기계 동작 프로세스를 모델링하고 구현하는 방법론을 제안합니다.

1. ST 언어와 Petri Net의 결합이 필요한 이유

1.1 기존 PLC 프로그래밍의 한계

기계 자동화 프로세스는 일반적으로 래더 다이어그램(LD)이나 펑션 블록 다이어그램(FBD)으로 설계됩니다. 하지만 다음과 같은 한계가 있습니다:

  • 복잡한 이벤트 기반 로직을 표현하기 어려움

  • 동시성이 필요한 시스템에서 상태 관리가 복잡함

  • 코드 유지보수 및 확장이 어려움

ST 언어는 이러한 문제를 해결할 수 있지만, 여전히 직관적인 모델링이 부족합니다. Petri Net을 활용하면 상태 전이 모델을 명확히 정의하고, 이를 ST 코드로 변환하여 실행할 수 있습니다.

2. ST 언어 기반 Petri Net 모델링 및 구현 방법론

2.1 설계-구현 프로세스 개요

본 방법론에서는 기계 동작을 Petri Net으로 모델링한 후, 이를 ST 코드로 변환하여 PLC에서 실행합니다. 과정은 다음과 같습니다.

  1. Petri Net을 활용한 기계 동작 프로세스 모델링

    • 기계 동작을 상태(State)와 이벤트(Transition)로 정의

    • 병렬 동작(Concurrency) 및 이벤트 기반 트리거 표현

  2. ST 언어로 변환 가능한 Petri Net 구조 정리

    • ST 코드에서 상태 전이를 표현하기 위한 Transition-Condition-Mapping 정의

    • 예: 특정 조건이 충족되면 Transition 실행 → IF 또는 CASE 구조로 변환

  3. 자동 코드 생성 알고리즘 적용 가능성 검토

    • Petri Net의 각 상태를 ST 언어로 변환하는 알고리즘 연구

    • 최적화된 실행 순서 및 비동기 처리 구조 적용

  4. PLC 하드웨어 적용 및 성능 최적화

    • Mitsubishi MELSEC-Q 시리즈 및 Keyence KV 시리즈에서 실행

    • 주기 스캔 속도, 메모리 사용량 최적화

    • OPC UA, MQTT 연계 가능성 검토

3. 기계 동작 프로세스 모델링 적용 사례

3.1 병렬 공정 제어

Petri Net을 활용하면 여러 개의 병렬 프로세스를 명확하게 정의할 수 있습니다. 예를 들어, UVW 스테이지에서 여러 유리 패널을 동시에 얼라인하는 동작을 모델링할 수 있습니다.

3.2 이벤트 기반 트리거

기계 센서 입력을 기반으로 이벤트가 발생하는 경우, Petri Net을 이용하면 트리거 조건을 직관적으로 설정할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 센서 입력이 감지되면 자동으로 다음 공정이 실행됩니다.

3.3 조건부 트랜지션

Petri Net을 활용하여 특정 시간이 지나도 이벤트가 발생하지 않으면 자동으로 대기 상태로 전환하는 로직을 구현할 수 있습니다. 이는 시간 제약이 있는 기계 공정에서 매우 유용합니다.

4. 결론 및 전망

현재 대부분의 PLC 제어는 래더 다이어그램(LD) 위주로 이루어지지만, ST 언어와 Petri Net을 결합하면 더욱 명확하고 최적화된 코드 작성을 할 수 있습니다. 본 방법론은 기계 자동화 및 이벤트 기반 프로세스 최적화에 강점이 있으며, 자동 코드 변환 알고리즘을 개발하면 산업적으로도 큰 활용 가치를 가질 것입니다.

앞으로 본 연구를 통해 ST 기반의 Petri Net 자동 코드 변환 및 최적화 기법을 구체적으로 정립하고, 실무 적용 사례를 발표할 계획입니다. 관련 연구자 및 엔지니어들의 많은 관심과 피드백을 기대합니다.

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