1PLC-AI 통합 아키텍처

PLC-AI 통합은 엣지 AI의 추론 결과를 실시간으로 PLC에 전달하여 제어 루프를 구성하는 것입니다. AI가 단순 모니터링을 넘어 실시간 공정 제어에 직접 참여할 수 있습니다.

PLC-AI Real-time Control Loop
Edge AI Box
Camera Input AI Inference (TensorRT) Result Transform
OPC UA Client
OPC UA (10ms cycle)
PLC
OPC UA Server
(AI Result Receive)
Sequence Control
(Ladder Logic)
Actuator
(Defect Sorter)

핵심: AI 추론 → OPC UA → PLC → 액추에이터의 전체 루프가 100ms 이내 완료

2통신 프로토콜

OPC UA

표준, 보안 내장

Modbus TCP

레거시 호환

MQTT

경량 Pub/Sub

EtherNet/IP

실시간 보장

3OPC UA 클라이언트 구현

from asyncua import Client, ua import asyncio class PLCAIConnector: """PLC-AI 연동을 위한 OPC UA 클라이언트""" def __init__(self, plc_endpoint): self.endpoint = plc_endpoint # "opc.tcp://192.168.1.100:4840" self.client = None self.nodes = { "ai_result": "ns=2;s=AI.InspectionResult", "ai_confidence": "ns=2;s=AI.Confidence", "plc_ready": "ns=2;s=PLC.Ready", } async def connect(self): self.client = Client(url=self.endpoint) await self.client.connect() async def write_ai_result(self, result: int, confidence: float): """AI 추론 결과를 PLC에 전송""" result_node = self.client.get_node(self.nodes["ai_result"]) conf_node = self.client.get_node(self.nodes["ai_confidence"]) await result_node.write_value(ua.Variant(result, ua.VariantType.Int16)) await conf_node.write_value(ua.Variant(confidence, ua.VariantType.Float)) async def read_plc_status(self): """PLC 상태 읽기""" ready_node = self.client.get_node(self.nodes["plc_ready"]) return await ready_node.read_value()

4실시간 제어 루프

class AIControlLoop: """AI 기반 실시간 제어 루프""" def __init__(self, ai_engine, plc_connector, camera): self.ai = ai_engine self.plc = plc_connector self.camera = camera self.cycle_time_ms = 50 # 제어 주기: 50ms async def run(self): await self.plc.connect() while True: # 1. PLC 상태 확인 ready = await self.plc.read_plc_status() if not ready: await asyncio.sleep(0.001) continue # 2. 이미지 캡처 frame = await self.camera.capture() # 3. AI 추론 prediction = self.ai.infer(frame) # 4. PLC에 결과 전송 await self.plc.write_ai_result( 1 if prediction["is_defect"] else 0, prediction["confidence"] )

5지연 시간 최적화

  • 파이프라이닝: 캡처, 전처리, 추론, 후처리를 병렬 실행
  • Zero-Copy: GPU 메모리 직접 공유로 복사 최소화
  • Subscription 모드: 이벤트 기반 통신으로 폴링 제거
<50ms
전체 루프
<5ms
AI 추론
<10ms
OPC UA 왕복
20 FPS
제어 주기

6Fail-Safe 설계

  • Watchdog: AI 무응답 시 PLC가 기본 동작으로 전환
  • Confidence 임계값: 신뢰도 낮은 결과는 수동 검사로 분류
  • 통신 타임아웃: OPC UA 응답 없을 시 안전 정지

AI는 PLC를 대체하지 않습니다. AI는 "어드바이저"로서 추론 결과를 제공하고, 최종 제어 결정은 PLC가 수행합니다.