PLC-AI 통합 - Chapter 8

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.