자기유지회로란? Start·Stop 제어 원리

자기유지회로란 Start 버튼을 순간적으로 눌러도 출력이 계속 ON 상태를 유지하고 Stop 신호로 해제되는 제어회로입니다. PLC 래더에서 Start·Stop 버튼과 접점, Coil을 이용해 운전상태를 유지하는 원리를 알아봅니다.

자기유지회로란 무엇이며 왜 사용할까?

자기유지회로(Self-Holding Circuit)는 순간적으로 입력된 Start 신호가 사라진 뒤에도 출력의 ON 상태를 계속 유지하도록 만드는 제어방식입니다. 산업현장에서 모터나 펌프, 컨베이어와 같은 설비를 운전할 때 작업자가 Start 버튼을 계속 누르고 있을 수 없기 때문에 자기유지회로가 널리 사용됩니다. 기본적인 동작은 간단합니다. 정지조건이 정상이고 Start 버튼을 누르면 출력 Coil이 ON되며, 이 출력 또는 운전상태와 연결된 접점 조건이 Start 조건을 대신하는 유지 경로를 형성합니다. 이후 작업자가 Start 버튼에서 손을 떼더라도 유지 경로가 계속 성립하기 때문에 출력은 ON 상태를 유지합니다. Stop 조건이 동작하면 유지 경로가 끊어지고 출력 Coil이 OFF되면서 설비가 정지합니다. 전통적인 Relay 제어에서는 실제 보조접점을 이용해 이러한 회로를 구성했지만 PLC에서는 Ladder Diagram의 접점과 Coil, 내부 Memory Bit 등을 이용해 같은 제어논리를 구현할 수 있습니다.

Start 버튼을 한 번 눌러도 출력이 유지되는 이유는?

자기유지의 핵심은 Start 신호와 병렬로 배치되는 유지조건에 있습니다. 예를 들어 Start 입력을 X0, Stop 조건을 X1, 모터 운전 출력을 Y0이라고 가정하면 Start 조건이 순간적으로 성립했을 때 Y0 Coil이 ON되도록 프로그램을 구성할 수 있습니다. 이때 Y0의 상태를 검사하는 NO 형태의 접점 조건을 Start 조건과 병렬로 배치하면 출력이 ON된 후 Y0 조건도 TRUE가 됩니다. 다음 Scan에서 Start 버튼이 원래 상태로 돌아가더라도 Y0를 이용한 병렬경로가 계속 TRUE이므로 Rung의 논리결과가 유지되고 Y0 Coil 역시 ON 상태를 계속 유지할 수 있습니다. 이를 논리적으로 표현하면 Stop 허가 AND (Start OR 운전상태)와 같은 형태로 이해할 수 있습니다. PLC CPU는 이 조건을 Scan Cycle마다 반복해서 계산합니다. 따라서 자기유지는 Coil이 한 번 ON되면 스스로 전력을 만들어 내는 것이 아니라 프로그램에서 현재 운전상태를 다시 조건으로 사용하여 매 Scan마다 ON 결과를 계속 만들어 내는 논리구조입니다.

Stop 버튼을 누르면 자기유지는 어떻게 해제될까?

자기유지회로에서 Stop 조건은 Start 조건보다 우선하여 운전상태를 해제할 수 있도록 구성하는 것이 일반적입니다. Stop 버튼을 누르거나 정지조건이 발생하면 Rung의 논리경로가 FALSE가 되고 출력 Coil이 OFF됩니다. 출력이 OFF되면 자기유지에 사용하던 운전상태 조건 역시 FALSE가 되므로 Start 버튼을 다시 누르기 전까지 출력이 자동으로 복귀하지 않습니다. 실제 산업용 제어회로에서는 정지회로나 보호회로를 설계할 때 단선과 전원 이상 등 고장상태까지 고려하는 Fail-Safe 개념이 중요합니다. 이 때문에 Stop Push Button이나 일부 보호회로에서 물리적인 NC 접점이 사용되는 경우가 많습니다. 다만 현장의 물리적인 NC 접점과 PLC Ladder에서 사용하는 NC 형태의 검사 명령은 반드시 같은 의미는 아닙니다. PLC에서는 먼저 실제 배선에 따라 입력비트가 정상상태와 정지상태에서 각각 ON인지 OFF인지 확인한 다음 그 상태에 맞춰 프로그램 논리를 작성해야 합니다. 즉 Stop 제어는 접점 기호만 암기하기보다 현장 신호와 PLC 입력값의 관계를 기준으로 이해해야 합니다.

자기유지회로와 SET·RESET 방식은 무엇이 다를까?

PLC에서는 병렬 접점을 이용한 일반적인 자기유지 외에도 SET·RESET, Latch·Unlatch와 같은 유지형 명령을 제공하는 경우가 있습니다. 일반 Coil 방식의 자기유지는 매 Scan마다 Start 또는 현재 운전상태와 Stop 조건을 연산하여 출력상태를 결정합니다. 반면 SET 명령은 조건이 성립하면 지정된 비트를 ON 상태로 설정하고 이후 입력조건이 사라져도 별도의 RESET 명령이 실행될 때까지 상태를 유지하는 방식입니다. 두 방식 모두 운전상태를 기억할 수 있지만 프로그램의 실행원리와 고장분석 방법에는 차이가 있습니다. 특히 정전 후 재가동 시 상태를 유지하는 Retentive Memory 사용 여부는 PLC와 메모리 설정에 따라 달라질 수 있으므로 자동 재기동 위험을 고려해야 합니다. 또한 비상정지, 안전문, 작업자 보호처럼 인명안전과 관련된 기능을 일반 자기유지 프로그램만으로 구현해서는 안 됩니다. 필요한 안전수준에 맞는 Safety Relay나 Safety PLC 등의 안전회로가 별도로 필요합니다. 자기유지회로는 PLC 운전제어의 가장 기본적인 논리이면서 이후 배우는 인터록과 순차제어를 이해하는 중요한 기초입니다.