개념 한 쪽
PC와 컴퓨터 기반 장치를 이용한 계측제어는 아날로그 신호를 디지털로, 디지털 신호를 아날로그로 변환하는 과정과 PLC 같은 제어 장치의 구성 및 동작 방식을 이해하는 것을 요구한다
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출제기준 단원 「PC에 의한 계측제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| A/D 양자화 해석 | 1 | 비트 수에 따른 양자화 단계와 오차 해석을 요구한다 |
| PLC 구성 및 동작 구별 | 1 | PLC의 핵심 구성과 프로그래밍 언어·처리 방식의 차이를 묻는다 |
| D/A 비례 출력 계산 | 1 | 이진 입력을 십진수로 바꾸어 비례 계산으로 출력 전압을 구한다 |
아날로그-디지털 변환에서 아날로그 신호 범위 M은 비트 수 n에 따라 2^n개의 양자화 단계로 나뉘며, 시험 문제 문맥에 따라 양자화 간격(Resolution) M/2^n을 오차 기준으로 보거나, 1LSB를 최대 오차로 보아 M/2^(n+1)을 사용할 수 있음을 설명한다. 주어진 문항에서는 3비트 변환기의 단계 수 8을 이용하여 M/8을 해석 지표로 삼는 경우가 있음을 제시한다
D/A 변환기는 디지털 입력값에 비례하여 아날로그 출력이 결정되는 장치임을 설명한다. 디지털 입력을 먼저 십진수로 변환하고, 주어진 조건으로 단위당 출력값을 구한 뒤 비례 계산으로 출력 전압을 산출한다는 풀이 절차를 제시한다
PLC는 입력부, 제어부(CPU), 출력부의 세 가지 핵심 구성으로 설명한다. 래더도 등은 PLC의 프로그래밍 언어 또는 표기 방식이고, 사이클릭·인터럽트·병행은 PLC 내부의 처리 방식으로 구분하여 이해해야 한다고 정리한다
D/A 및 D-A 선택과 관련된 성능 지표로는 정확도, 정밀도, 변환속도 등이 핵심임을 지적하고, 시정수는 아날로그 회로의 특성으로서 D-A 컨버터 선택의 직접적 지표가 아님을 구별한다
예1 — 양자화 오차 판단 예시: 아날로그 최대값을 M이라 하고 변환기 비트를 3비트로 둘 때 단계 수는 2^3=8이다. 시험 문맥에서 양자화 간격 자체를 오차 기준으로 삼는 경우에는 각 단계 크기가 M/8이 되므로 정답으로 M/8을 선택한다는 풀이를 제시한다
예2 — D/A 비례 계산 예시: 입력 011(2)=3일 때 출력이 3V이면 1단위당 출력은 1V이다. 입력 101(2)=5일 때 출력은 5×1V=5V가 된다는 계산 절차를 보인다
PLC가 시퀀스동작을 소프트웨어적으로 수행하는 방법이 아닌 것은?
정답 ① · PLC(프로그래밍 가능 논리 제어기)는 래더도(Ladder diagram)라는 전통적인 릴레이 회로 기호 기반의 소프트웨어 프로그래밍 언어로 시퀀스 동작을 수행합니다. 사이클릭 처리방식이나 인터럽트 우선 처리방식 등은 내부 동작 및 처리 방법이지 프로그래밍 표현 방식이 아닙니다.
래더도는 프로그래밍 언어(표현 방식)이고, 사이클릭/인터럽트/병행은 PLC의 내부 처리 방식이다.
PLC(Programmable Logic Controller)에 대한 설명 중 틀린 것은?
정답 ④ · 문항은 PLC의 특징 중 틀린 것을 찾는 문제로서 PLC의 기능과 용도를 확인하는 것이다. PLC는 무접점(반도체 스위치) 방식으로 계전기·타이머·카운터 기능을 소프트웨어적으로 제공하며 산술 및 비교 연산도 처리할 수 있는 시퀀스 제어용 산업용 컴퓨터이다.
PLC는 시퀀스 제어의 핵심 장치로, 기존 계전기 회로를 소프트웨어로 대체하여 유연한 제어가 가능합니다.
컴퓨터 제어의 A/D 변환기에서 아날로그 신호의 최대값을 M, 변환기의 bit 수를 3이라 하면 양자화 오차(quantization error)의 최대값은?
정답 ④ · A/D 변환기(Analog-to-Digital Converter)에서 아날로그 입력 범위를 n비트로 양자화할 때, 레벨의 개수는 2ⁿ개로 나뉩니다. 양자화 오차(Quantization error)는 아날로그 값을 반올림 혹은 절사하여 이산적인 디지털 값으로 변환하는 과정에서 필연적으로 발생하는 반올림 오차입니다.
3비트 A/D 변환기의 양자화 오차 최대값은 전압 범위 M을 2의 3제곱인 8로 나눈 값이다.
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