개념 한 쪽
직렬디지털회로 단원에서는 PLC의 CPU부 구성 요소와 역할, 아날로그-디지털 변환과 디지털-아날로그 변환의 해상도 및 오차 개념을 점검한다. PLC의 하드웨어 구성과 소프트웨어적 처리 방식, A/D·D/A의 비례 관계와 양자화 특성을 정확히 구분해야 정답을 찾는다.
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출제기준 단원 「직렬디지털회로」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| CPU 구성요소 판정 | 1 | PLC의 CPU부 구성 요소와 전원부의 구분을 묻는 문제 |
| PLC 동작 방법 구분 | 1 | 프로그래밍 언어와 실행 방식의 범주 구분을 묻는 문제 |
| 양자화·D/A 계산 | 1 | A/D의 단계 수와 D/A의 비례 계산을 이용한 출력값 산출 |
PLC의 CPU부는 시스템의 제어 논리를 수행하는 핵심부로, 연산부(ALU), 프로그램 메모리, 데이터 메모리 등 연산과 저장에 직접 관여하는 구성 요소로 이루어진다고 본다. 입출력 제어 회로나 통신부도 CPU의 기능과 밀접한 관련이 있어 CPU부의 범주에 포함하는 관점이 존재한다.
전원부는 PLC 시스템에 전력을 공급하는 별도의 모듈로 분리되어 있음을 명확히 구분한다. 전원부는 CPU의 연산·저장 기능을 직접 수행하는 부품이 아니므로 CPU부의 구성과 거리가 먼 요소로 판단한다.
PLC가 시퀀스 동작을 수행하는 방법은 '프로그래밍 언어'와 '처리 방식'으로 나누어 구분한다. 래더도는 프로그래밍 언어의 표현 방식이며 사이클릭, 인터럽트, 병행 처리는 PLC의 내부 실행 방식 또는 스캔 메커니즘에 해당한다고 본다.
아날로그 신호를 디지털로 변환하는 A/D 변환기에서는 비트 수 n이 2^n 단계로 분할함을 이용한다. 양자화 관련 문제에서는 문제 의도에 따라 양자화 간격(Resolution)인 M/2^n을 해석 기준으로 삼을 수 있고, 시험 문항에서는 종종 그 값을 양자화 오차의 대표값으로 제시하기도 한다. D/A 변환기는 디지털 값을 아날로그 전압으로 선형 비례 관계로 변환하므로 입력 이진값을 십진수로 바꾼 뒤 비례상수를 이용해 출력 전압을 계산한다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. PLC의 CPU부 구성과 관련한 문항에서는 전원부를 선택지로 제시하면 정답으로 판단한다. 프로그래밍 언어와 실행 방식 구분 문제에서는 래더도가 언어 항목으로 분류되므로 '방법이 아닌 것'으로 고르도록 한다. A/D 변환기의 비트 수가 3비트일 때 양자화 관련 정답은 문제 문맥에서 M/8으로 제시된 경우가 있으며, D/A 변환기 문제는 주어진 입력-출력 비례 관계에서 2진수를 십진수로 변환한 뒤 비례상수를 곱하여 해를 구한다.
PLC(Programmable Logic Controller)의 CPU부의 구성과 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 문항은 PLC의 CPU부를 구성하는 요소가 무엇인지 물어본다. CPU부는 연산 기능과 프로그램·데이터 메모리 등 논리 처리에 필요한 모듈들로 구성되며 연산부·프로그램 메모리부·데이터 메모리부가 여기에 해당한다.
PLC의 CPU부는 연산, 메모리, 인터페이스 등으로 구성되며 전원부는 별도의 전원 공급 장치에 속한다.
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.
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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