싱글 페어 이더넷(SPE, Single-Pair Ethernet) 기술의 빠른 발전은 제어 배선 감소와 경우에 따라 제어 배선의 필요 자체를 제거하는 획기적인 진보를 통해 산업 제어반(Industrial Panel Building) 분야에 혁신을 일으키고 있다. 이 글은 ODVA가 2021년 4월에 발표한 SPE/T1S 사양에 기반한 구현 사례를 중심으로, 7개의 도체로 구성된 플랫 리본(flat ribbon) 솔루션이 산업 제어반에 미치는 변화를 조명한다. 이 중 5개의 도체는 패널 내 장비에 전원을 공급함으로써 복잡한 배선을 간소화하고 전통적인 제어 배선 방식에 대한 의존을 줄인다. 나머지 2개의 도체는 SPE/T1S 연결을 통해 장치 간 최적의 통신을 가능하게 한다. SPE 기술과 SPE/T1S 구현을 통해 산업 제어반 제작자는 효율성 향상, 복잡도 감소, 제어 시스템 성능 개선이라는 이점을 얻을 수 있다.
이 글은 산업용 캐비닛 내부에서 싱글 페어 이더넷(SPE)을 사용할 수 있게 하는 핵심 기술을 설명한다. 또한 SPE가 캐비닛 내부에 어떻게 구성되는지, 그리고 이것이 산업용 캐비닛에서 흔히 발생하는 문제를 어떻게 해결하는지를 몇 회에 걸쳐 상세히 설명한다.

기존 제어반의 제어 배선 방식
100년 넘게 산업 자동화 내 캐비닛 배선 방법론은 거의 변화 없이 유지돼 왔다. 그러나 이 오랜 방식은 이제 근본적인 전환점에 도달했다. 제어 시스템의 설계, 설치, 시험 및 문제 해결 과정을 자세히 살펴보면 기존의 개별 배선 방식이 내포하는 고질적 문제를 이해할 수 있다. 이 글에서 “산업용 패널”, “산업 제어 패널”, “캐비닛 내(in-cabinet)”, “패널 내(in-panel)” 등의 용어는 모두 동일한 의미로 사용된다.


캐비닛 내부 I/O 제어 배선: 설계, 설치 및 과제
푸시 버튼이나 모터 스타터 같은 캐비닛 내부 I/O 장치를 위한 제어 배선은 산업 자동화에서 핵심 영역이다. 물리적 구성 요소와 논리적 제어 간 인터페이스는 시스템의 원활한 작동을 위해 매우 중요하며, 일반적으로 포인트 투 포인트 방식으로 하드와이어링된다. 이러한 장치는 전통적인 PLC(Program Logic Controller) 기반 제어의 입출력 장치로 오래전부터 사용되어 왔다.
설계 단계에서는 자재 명세서(BOM)가 중심이 되며, 여기에 구성 요소의 사양과 수량이 명시된다. 그 다음은 설계에 따라 구성 요소를 배선하는 단계가 이어진다. 이 과정은 복잡성이 높기 때문에 오류가 발생할 가능성이 커지며, 세심한 주의가 필요하다.

이 단계에서는 제어 논리 방식도 결정된다. 두 가지 주요 방식이 있다. 첫 번째는 PLC가 모든 “소프트” 논리를 처리하는 전형적인 하드와이어 방식이다. 두 번째는 PLC 없이 구성 요소들이 직접 하드와이어 방식으로 연결된 “와이어 논리” 방식이다.
PLC 방식은 더 많은 I/O 포인트가 필요하지만 유연성이 뛰어나고 추후 수정이나 재구성이 더 용이하다는 장점이 있다.
산업 자동화에서의 제어 배선: 설치, 비용 추산 및 문제 해결
설치 단계에서는 물리적 구성 요소를 적절히 장착하고 배선하는 작업이 이루어진다. 제어 시스템의 복잡성에 따라 수백 개의 개별 제어선이 설치되어야 할 수 있다.


설치비용을 추산할 때는 배선 하나당 6분(종단 처리 3분씩)을 기준으로 삼는다. 측정, 절단, 스트리핑, 라벨링 및 종단 작업에 총 6분이 걸린다. 예를 들어, Hand/Off/Auto 셀렉터와 3선식 스타트/스톱 버튼이 연결된 단순 모터 스타터 하나만 해도 13개의 물리적 종단 작업이 필요하다.


문제 해결은 산업 자동화 프로젝트에서 피할 수 없는 과정이다. 이 과정은 PLC의 오류 메시지를 바탕으로 배선을 추적하는 방식으로 시작되는 경우가 많다. 연속성 점검, 전압 측정, 시스템 일부를 분리해 문제 원인을 찾는 작업이 핵심 도구로 사용된다. 흔히 발생하는 문제로는 느슨해진 연결, 접점 불량, 환경적 마모 등이 있다.

요약하자면, I/O 장치를 위한 제어 배선은 복잡하지만 필수적인 작업이다. 안정적인 시스템을 보장하기 위해서는 설계, 설치, 문제 해결 과정에서의 정확한 실행이 매우 중요하다.