[스마트팜] PLC 기반 환경제어 시스템 데이터 수집 설계안
🌱 PLC 기반 환경제어 시스템, 데이터 수집은 이렇게 설계하자
작물 재배 환경제어, 산업용 HVAC, 온실 시스템 등에서 PLC(Programmable Logic Controller)는 센서와 액추에이터를 실시간으로 제어하는 핵심 장치입니다. 하지만 데이터를 저장하거나 분석하는 일까지 PLC에 맡기긴 어렵죠. 그래서 우리는 PLC와 PC를 연계한 하이브리드 아키텍처를 고려해야 합니다.
이번 글에서는 윈도우 기반 PC와 PLC를 함께 사용하는 환경제어 시스템에서, 신뢰성 있게 데이터를 수집하고 처리하는 방법에 대해 정리해 보겠습니다.
💡 문제의식: 윈도우는 정주기 제어가 어렵다
일반적인 윈도우 기반 PC는 정해진 주기마다 정확하게 동작하지 못합니다. 예를 들어 1초마다 정확히 데이터를 수집하려고 해도, 다른 프로세스의 간섭이나 스케줄링 지연으로 몇 ms~수백 ms 오차가 생깁니다.
이런 오차가 누적되면 센서 데이터의 시간 정렬이 꼬이거나, 중복/누락이 발생할 수 있죠. 그렇다고 PLC가 모든 데이터를 직접 PC로 스트리밍하기에는 통신 부하도 있고, 오류 시 손실 위험도 큽니다.
✅ 해결책: PLC에 버퍼를 두자
이 문제를 해결하기 위해, 아래와 같은 구조를 제안합니다:
핵심 아이디어는 2가지입니다:
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PLC가 데이터를 일정 간격으로 메모리 버퍼에 저장
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PC가 주기적으로 해당 버퍼를 읽고, 수집 완료된 영역은 클리어
이렇게 하면 실시간성은 PLC가 확보하고, 데이터 분석은 PC가 담당하는 구조가 됩니다.
🔄 구조 설계 예시
1. PLC 내부 데이터 구조
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버퍼 방식: FIFO 또는 Circular Buffer (순환버퍼)
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예시 필드:
[타임스탬프 | 온도 | 습도 | CO₂ | 조도] -
샘플링 간격: 예) 10초
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저장량: 예) 1시간치 데이터 → 360개 슬롯
2. PC 측 처리 로직
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PLC에 연결 (Modbus, OPC UA 등)
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가장 마지막으로 읽은 인덱스를 기억
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이후 새로 쌓인 데이터만 읽음
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수집 후, PLC에 "데이터 수신 완료" 신호 전달
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PLC는 해당 슬롯 클리어 (혹은 Circular Buffer의 경우 자동 overwrite)
🔌 통신 방식 비교
| 프로토콜 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| Modbus TCP/RTU | 단순, 범용성 높음 | 구조 유연성 낮음 |
| OPC UA | 구조화된 데이터, 보안, 이벤트 가능 | 설정 약간 복잡 |
| EtherNet/IP, S7Comm 등 | 고속 통신, 제조사 최적화 | 특정 브랜드 종속 |
🔐 구현 팁
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PLC에 실시간 클럭(RTC)을 사용해 타임스탬프 저장
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수집 여부를 나타내는 플래그 비트 구성
예:READY,READ_DONE,OVERFLOW -
PC는 전체 메모리를 읽지 말고 인덱스 기반으로 조회
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통신 오류 발생 시에도 데이터 보존 가능
✅ 결론: 역할 분담이 핵심이다
| 구성 요소 | 역할 |
|---|---|
| PLC | 환경 제어, 센서 처리, 데이터 버퍼링 |
| PC | 데이터 수집, 기록, 시각화, 분석 |
PLC는 제어에 집중하고, PC는 데이터를 책임지는 구조가 바로 이상적인 환경제어 시스템입니다.
이렇게 설계하면, 데이터 손실 없이, 정확한 시계열 데이터 확보가 가능하며, 통신 장애 시에도 안전한 운영이 가능합니다.
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