[스마트팜] PLC 기반 자동 전원 전환 및 제어판넬 구성 가이드

 

PLC 기반 도심형 허브 농장 자동 전원 전환 및 제어판넬 직접 구성 가이드

도심형 허브 농장이나 스마트 재배실에서 태양광 전력과 상용 전력을 자동으로 전환하고, 제어판넬을 PLC로 직접 구성하는 방법을 다룹니다. ATS(자동전환스위치)를 대체하는 방법부터, 전환 시 발생할 수 있는 전기적 위험 해소법, 저전압 배터리 ESS 연동 설계, PLC 제어 로직까지 포함해 상세히 정리했습니다.

1. 태양광 인버터 + 일반 전력 자동 전환 시스템 개요

  • 태양광 인버터가 발전 전력 공급 중일 때는 태양광 전력을 우선 사용

  • 일조 부족 시 (야간, 구름 등) 일반 상용 전력으로 자동 전환하여 무중단 전력 공급

  • 이 과정에서 전환 시점 제어와 전기적 안전 확보가 필수

2. ATS(자동전환스위치) 대체 방안: MC 2개 + 인터락 회로 구성

  • ATS는 상용 제품으로 있지만 비용이 높아 직접 구성하는 경우가 많음

  • 마그네틱 컨택터(MC) 2개를 태양광/배터리 전원과 상용 전원용으로 각각 사용

  • 두 MC가 동시 ON되는 것을 방지하는 인터락 회로를 PLC와 함께 구성

2-1. MC 인터락 회로 동작 원리

  • 각 MC에 연결된 보조 접점을 이용하여, 상대 MC의 코일 회로를 끊음

  • 한쪽 MC가 켜져 있으면 다른 쪽 MC는 전기적으로 전원이 들어오지 않도록 설계

  • PLC는 MC ON/OFF 신호를 주며, 교차 점검과 상태 감시 가능

2-2. 전환 타임 래그 (지연) 설정

  • 한 MC OFF 후 충분한 시간(수백 밀리초 ~ 몇 초) 후에 다른 MC ON

  • 아크(스파크) 발생 위험과 전압 강하 최소화 목적

  • PLC 타이머 또는 별도 타임릴레이 사용

3. 전환 시 발생하는 전기적 위험과 해소법

문제점원인 및 설명해소 방안 및 대책
스파크, 아크 발생컨택터 빠른 전환으로 전류 불안정 발생인터락 회로 필수, 타임 래그 설정, 아크 소호기 설치 (RC snubber)
전압 강하부하 갑작스러운 전원 끊김 및 재투입무부하 전환 또는 최소 부하 상태 전환, UPS 또는 배터리 보조 전원 사용
동시 투입 위험MC 동시 ON 시 단락 사고 위험보조접점 인터락 철저, PLC 전원 상태 이중 확인
전원 위상 불일치태양광 인버터 및 한전 전원 위상 차이위상 동기화 회로 또는 동기화 기능이 내장된 인버터 사용

4. 12V/24V 배터리 기반 ESS 연동 설계 및 PLC 제어

  • 고가 ESS 대신 저비용 12V/24V 배터리 팩 활용 가능

  • 배터리 전압 상태, 충전/방전 상태를 PLC 아날로그 입력(또는 통신)으로 모니터링

  • 배터리 전압이 임계치 이하로 떨어지면 PLC에서 MC를 제어하여 상용 전원으로 전환

  • 충전기는 태양광 인버터 내장형이거나 별도 충전기와 연동 가능

  • PLC는 배터리 보호와 전환 시퀀스, 안전장치 역할 수행

5. PLC 제어판넬 설계 시 고려사항

5-1. 하드웨어 구성

  • PLC 본체 + 입출력 모듈

  • 마그네틱 컨택터 2개 (태양광/배터리, 상용 전원용)

  • 타임릴레이 또는 PLC 내장 타이머

  • 전원 감시 계측기 (전압, 전류)

  • 인터락 회로용 보조 접점 및 안전 차단기

  • 제어용 휴대형 HMI(선택 사항)

5-2. 소프트웨어 로직 (PLC 프로그램)

  • 태양광 인버터 발전 상태 및 배터리 잔량 모니터링

  • 발전량 또는 배터리 전압 저하 시 상용 전원 MC OFF → 타임 래그 → 상용 MC ON

  • 상용 전원 복귀 시 태양광 MC ON → 타임 래그 → 상용 MC OFF

  • MC 동시 ON 금지, 비상 정지 및 장애 감시

  • 알람 및 상태 신호 출력

6. 비용 절감 및 유지보수 팁

  • 상용 ATS보다 저렴한 MC + PLC 조합으로 구축

  • MC 및 배터리는 검증된 내구성 모델 사용 권장

  • 전환 시 테스트를 충분히 수행하여 아크 및 접점 마모 최소화

  • PLC 프로그램 내 장애 처리 루틴과 이중 확인 로직 필수

7. 결론

  • PLC와 MC 2개, 인터락 회로로 태양광과 상용 전원 자동 전환 시스템을 저비용으로 직접 구현 가능

  • 전환 시 전기적 위험 요소는 인터락, 타임 래그, 아크 소호기 등으로 충분히 제어할 수 있음

  • 12V/24V 배터리 ESS도 PLC와 연동해 안정적인 전원 공급 보조에 활용 가능

  • 전체 시스템은 PLC 제어판넬로 통합 운영해 자동화와 안정성, 확장성을 높이는 것이 핵심

추천 도서 및 참고 자료

  • "Programmable Logic Controllers: Principles and Applications" - John W. Webb, Ronald A. Reis
    (PLC 설계 및 제어판넬 구성 필독서)

  • "Power Electronics for Renewable Energy Systems, Transportation and Industrial Applications" - Haitham Abu-Rub et al.
    (태양광 인버터 및 전력 전환 기술 심층 분석)

  • "Electrical Control for HVAC Equipment" - Richard J. Dolle
    (전기적 인터락, MC, 아크 소호 등 HVAC 및 산업 제어 사례 포함)

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