PLC 아날로그 필터 프로그래밍 완전 정복 — 이동평균·LPF 알고리즘 구현과 노이즈 제거 5단계

PLC 아날로그 필터 프로그래밍과 노이즈 제거 기법 실무

이동 평균 필터·저역 통과 필터 알고리즘 구현부터 필터 상수 튜닝, KEC 232 기준 적용, 하드웨어 병용 대책까지 현장 전기기술자를 위한 완전 실무 가이드

PLC 프로그래밍 🟡 중급 KEC 2023 IEC 61131-3

📅 2026년 기준 ⏱ 예상 읽기 12분 📊 🟡중급

• 01 개요아날로그 신호 노이즈 문제와 소프트웨어 필터의 필요성
• 02 노이즈 원인 분석인버터·모터·전자기 간섭 등 노이즈 발생원 정리
• 03 필터 종류와 알고리즘이동 평균 필터·저역 통과 필터 수식과 구현
• 04 PLC 프로그램 구현래더 로직·ST 언어 코드 예시와 데이터 레지스터 구성
• 05 블록 다이어그램필터 알고리즘 흐름과 신호 처리 구조
• 06 필터 파라미터 선정샘플링 주기, 필터 상수, 응답 속도 균형 설계
• 07 동작 원리 단계별 해설신호 입력부터 필터링·출력까지 전체 흐름
• 08 KEC 기준KEC 232 자동 제어 회로 노이즈 방지 조항
• 09 현장 팁쉴드 케이블, 접지, 하드웨어 병용 실무 포인트
• 10 시험 포인트전기기술사 빈출 필터 프로그래밍 핵심 정리
• 11 FAQ자주 묻는 질문 5개
• 12 안전수칙아날로그 배선 작업 시 안전 확인 절차

01 / 개요

PLC 아날로그 신호 노이즈 문제와 소프트웨어 필터의 필요성

PLC 아날로그 필터 프로그래밍은 산업 현장에서 온도, 압력, 유량 등 아날로그 센서 신호의 불안정성을 해결하기 위한 핵심 기술입니다. 인버터 구동 모터, 대형 변압기, 아크 용접기 등이 밀집된 공장 환경에서는 전자기 노이즈가 4~20 mA 또는 0~10 V 아날로그 신호 라인에 중첩되어 PLC의 A/D 변환 값이 급격히 변동합니다. 이러한 신호 불안정은 PID 제어 루프의 오동작, 경보 오발생, 설비 불필요 정지 등 심각한 생산 손실로 이어집니다. 따라서 하드웨어 차폐 대책과 함께 소프트웨어 필터를 PLC 프로그램에 구현하여 이중으로 노이즈를 억제하는 것이 현장 실무의 기본 원칙입니다.

소프트웨어 필터는 PLC 스캔 사이클마다 실행되는 프로그램 블록으로, 아날로그 입력 모듈로부터 읽어 들인 원시 데이터(Raw Data)를 수학적 알고리즘으로 평활화하여 노이즈를 제거합니다. 대표적으로 이동 평균 필터(Moving Average Filter)와 저역 통과 필터(Low-Pass Filter, 1차 지연 필터)가 실무에서 광범위하게 사용되며, 각 방식은 노이즈 제거 성능과 응답 속도 간의 트레이드오프 특성이 다릅니다. 필터 알고리즘은 IEC 61131-3 표준에 따라 래더 다이어그램(LD), 구조화 텍스트(ST), 또는 기능 블록(FBD) 언어로 구현할 수 있으며, 메이커에 관계없이 동일한 원리가 적용됩니다. 필터 파라미터(샘플 수 N, 필터 계수 α)를 잘못 설정하면 오히려 제어 응답 지연이 발생하므로, 설비 특성과 노이즈 환경을 면밀히 분석한 후 튜닝해야 합니다.

📉

노이즈 원인

인버터 스위칭 주파수(수 kHz~수십 kHz)에서 발생하는 전자기 간섭(EMI)이 아날로그 신호선에 유도 결합됩니다. 신호선이 동력선과 근접 배선되거나 접지가 불량한 경우 노이즈 영향이 더욱 커집니다. 4~20 mA 신호의 경우 수백 μA 수준의 노이즈도 A/D 변환 후 수십 카운트 오차로 증폭됩니다.

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이동 평균 필터

최근 N개 샘플의 산술 평균을 계산하여 출력하는 방식으로, 수식은 Y(n) = [X(n)+X(n-1)+…+X(n-N+1)] / N 입니다. N 값이 클수록 노이즈 제거 효과가 크지만 응답이 느려집니다. FIFO(선입선출) 배열 방식으로 구현하며 링 버퍼를 활용하면 메모리 효율이 높습니다.

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저역 통과 필터

1차 지연 특성을 이용하여 고주파 노이즈를 차단하는 방식으로, 수식은 Y(n) = α·X(n) + (1−α)·Y(n-1) 입니다. α 값이 작을수록(0에 가까울수록) 노이즈 제거 효과가 크고, 1에 가까울수록 원신호에 빠르게 추종합니다. 구현이 단순하고 실행 시간이 짧아 PLC 스캔 타임에 부담이 거의 없습니다.

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하드웨어 병용

쉴드(실드) 케이블을 사용하고 단일 점 접지(Single Point Ground)를 적용하면 유도 노이즈를 근본적으로 줄일 수 있습니다. RC 하드웨어 필터를 아날로그 입력 단자에 병렬로 추가하면 소프트웨어 필터의 부담을 줄여줍니다. 소프트웨어와 하드웨어 필터를 병행하는 것이 가장 효과적인 노이즈 대책입니다.

4~20mA 표준 신호 범위

0~10V 전압 신호 범위

α=0.1~0.5저역 통과 필터 계수 범위

N=4~16이동 평균 샘플 수 범위

💡 소프트웨어 필터란?

소프트웨어 필터(Software Filter)란 PLC 프로그램 내에서 수학적 알고리즘을 통해 아날로그 입력 신호를 평활화하는 기법입니다. 하드웨어 RC 필터가 전기적으로 노이즈를 차단하는 것과 달리, 소프트웨어 필터는 A/D 변환 이후 디지털 데이터 영역에서 연산을 수행합니다. PLC 스캔 타임 단위로 반복 실행되므로 샘플링 주기가 필터 특성에 직접 영향을 미치며, 샘플링 주기가 짧을수록(빠를수록) 더 세밀한 필터링이 가능합니다. 실무에서는 소프트웨어 필터와 하드웨어 대책을 반드시 병행하여 적용해야 최적의 노이즈 제거 효과를 얻을 수 있습니다.

02 / 노이즈 원인 분석

아날로그 신호 노이즈 원인 분석

산업 현장에서 PLC 아날로그 입력 신호의 노이즈는 크게 전자기 유도 노이즈, 정전기 노이즈, 접지 루프 노이즈 세 가지로 분류됩니다. 인버터(VVVF)는 수 kHz에서 수십 kHz의 고주파 스위칭 전류를 발생시켜 인접 신호선에 전자기 결합으로 노이즈를 유도하는 가장 흔한 원인입니다. 접지 루프(Ground Loop)는 아날로그 신호의 기준 전위가 두 지점에서 달라져 신호에 전위 차이가 중첩되는 현상으로, 특히 원거리 센서 배선에서 자주 발생합니다. 노이즈 수준을 정량적으로 파악하려면 오실로스코프나 PLC 강제 모니터링으로 신호 변동폭을 측정해야 합니다.

그림1. PLC 아날로그 신호 노이즈 발생 원인과 소프트웨어 필터 처리 흐름도

✅ 노이즈 수준 사전 측정이 핵심

필터를 설계하기 전에 반드시 오실로스코프나 PLC 모니터링 기능으로 원시 아날로그 신호의 변동폭을 측정해야 합니다. 노이즈가 전체 신호 범위의 1% 이하라면 간단한 이동 평균 필터(N=4~8)로 충분하지만, 5% 이상이면 하드웨어 대책과 소프트웨어 필터를 동시에 적용해야 합니다. 측정 데이터 없이 임의로 필터 상수를 설정하면 과도한 지연이나 부족한 노이즈 제거라는 양 극단의 문제가 발생합니다. KEC 232 기준에서도 아날로그 제어 신호의 안정성 확보를 위한 사전 측정 및 검증 절차를 권고합니다.

03 / 필터 알고리즘

필터 종류와 알고리즘 수식 — 이동 평균·저역 통과 필터

PLC 아날로그 필터 프로그래밍에서 가장 널리 쓰이는 두 가지 알고리즘은 이동 평균 필터(Moving Average Filter)와 저역 통과 필터(Low-Pass Filter, 1차 지연 필터)입니다. 이동 평균 필터는 최근 N개 샘플의 산술 평균을 계산하는 방식으로, 링 버퍼(Ring Buffer)를 이용한 FIFO 구조로 구현하며 랜덤 노이즈 제거에 효과적입니다. 저역 통과 필터는 지수 가중 이동 평균(EWMA) 방식으로, 단 하나의 계수 α만으로 제어가 가능하여 구현이 매우 간단하고 연속적인 저주파 노이즈 차단에 적합합니다. 두 필터를 직렬로 조합하면 각각의 단점을 보완하여 더욱 강력한 노이즈 제거 성능을 발휘할 수 있습니다.

그림2. 이동 평균 필터와 저역 통과 필터 알고리즘 수식 및 구조 비교

⚠️ 필터 알고리즘 선택 기준

노이즈가 불규칙한 임펄스(스파이크) 형태이면 이동 평균 필터가 효과적이며, 지속적인 고주파 진동 형태이면 저역 통과 필터가 더 적합합니다. 제어 응답 속도가 중요한 압력·유량 제어에서는 α=0.3~0.5의 저역 통과 필터를, 온도처럼 변화가 느린 제어 루프에서는 N=8~16의 이동 평균 필터를 우선 검토합니다. 두 필터를 직렬 조합(이동 평균 → 저역 통과)하면 성능은 향상되나 추가 응답 지연이 발생하므로 제어 루프 특성을 반드시 사전에 분석해야 합니다. 필터를 적용한 후에는 반드시 스텝 응답 테스트를 통해 지연 시간을 검증하십시오.

04 / PLC 프로그램 구현

PLC 프로그램 구현 — 래더 로직 및 ST 언어 예시

PLC에서 소프트웨어 필터를 구현하는 방법은 크게 래더 다이어그램(LD)과 구조화 텍스트(ST, Structured Text) 언어를 이용하는 두 가지가 있습니다. IEC 61131-3 ST 언어를 사용하면 수식 그대로 코드를 작성할 수 있어 이동 평균 필터와 저역 통과 필터 모두 간결하게 구현됩니다. 래더 로직에서는 수치 연산 명령어(ADD, MUL, DIV, MOV)와 데이터 레지스터를 조합하여 필터 알고리즘을 구성하며, 링 버퍼 구현을 위해 포인터 레지스터와 간접 지정 주소 지정이 필요합니다. 필터 루틴은 스캔마다 실행되는 메인 프로그램 또는 일정 주기 인터럽트(시간 인터럽트) 루틴에 배치하는 것이 권장됩니다.

그림3. PLC 아날로그 필터 프로그램 구조도 및 ST 언어 구현 예시 (IEC 61131-3 기반)

05 / 블록 다이어그램

블록 다이어그램 — 필터 알고리즘 흐름과 신호 처리 구조

PLC 아날로그 필터 시스템의 전체 신호 처리 흐름은 센서 → 아날로그 입력 모듈 → 스케일링 → 소프트웨어 필터 → 제어 알고리즘(PID 등)의 순서로 구성됩니다. 각 블록은 PLC 스캔 사이클 또는 시간 인터럽트마다 순차적으로 실행되며, 필터 블록의 연산 결과가 다음 스캔의 이전값(Yp)으로 피드백됩니다. 샘플링 주기는 PLC 스캔 타임에 직접 연동되므로, 스캔 타임이 일정하지 않은 경우 별도의 시간 인터럽트 루틴(예: 10 ms 주기)에 필터를 배치하는 것이 권장됩니다. 이 구조를 정확히 이해하면 필터 파라미터와 샘플링 주기의 관계를 올바르게 설계할 수 있습니다.

그림4. PLC 아날로그 필터 신호 처리 블록 다이어그램 — 센서부터 제어 출력까지 전체 흐름

💡

소프트웨어 필터 블록 위치 선정이 핵심

소프트웨어 필터 블록은 스케일링 변환 이후, PID 또는 제어 알고리즘 이전에 배치하는 것이 기본 원칙입니다. 스케일링 전 원시 카운트 값에 필터를 적용하면 수치 범위가 달라 필터 계수 계산이 복잡해지고, PID 입력 직전에 필터를 두어야 제어 알고리즘이 항상 평활화된 신호를 받을 수 있습니다. 필터를 시간 인터럽트 루틴에 배치하면 스캔 타임 변동의 영향을 받지 않아 샘플링 주기가 일정하게 유지되어 필터 특성이 안정됩니다. 여러 아날로그 채널에 동일한 필터 루틴을 적용할 때는 기능 블록(FB)으로 모듈화하면 코드 재사용성이 높아지고 유지보수가 용이합니다.

06 / 파라미터 선정

필터 파라미터 선정 기준 — 샘플링 주기와 필터 상수

필터 파라미터 선정은 노이즈 제거 성능과 제어 응답 속도 사이의 균형을 맞추는 과정입니다. 노이즈 주파수가 높고 제어 대상의 시정수가 크면(온도, 레벨 등) 필터를 강하게(N↑, α↓) 설정해도 제어 성능에 큰 영향이 없습니다. 반면 응답이 빠른 압력이나 유량 제어에서 과도한 필터를 적용하면 제어 지연이 발생하여 오히려 불안정해집니다.

✅ 이동 평균 필터 N 선정

• 온도 제어: N = 8~16 (응답 느려도 무방)
• 압력·유량 제어: N = 4~8 (응답 속도 중요)
• 중간 선택: N = 4부터 시작하여 단계적으로 증가
• 메모리: 배열 크기 N개 × 데이터 타입 필요

⚙️ 저역 통과 필터 α 선정

• 강한 필터링: α = 0.05~0.15 (시정수 큰 제어)
• 중간 필터링: α = 0.2~0.3 (일반 온도/압력)
• 약한 필터링: α = 0.4~0.6 (빠른 응답 필요)
• 정수 구현: α×1000 정수화하여 오버플로우 주의

제어 대상	노이즈 수준	추천 필터	파라미터	비고
온도 제어	중간 (1~3%)	이동 평균	N = 8~12	시정수 크므로 강한 필터 가능
압력 제어	높음 (3~5%)	저역 통과	α = 0.3~0.5	응답 속도 우선
유량 제어	중간 (1~3%)	저역 통과	α = 0.2~0.4	응답 지연 최소화
레벨 제어	낮음 (0.5~1%)	이동 평균	N = 4~8	파도 노이즈 평활화
인버터 근방	매우 높음 (5%↑)	조합 필터	N=8 + α=0.2	하드웨어 대책 병용 필수
전류 계측	높음 (3~5%)	저역 통과	α = 0.4~0.6	빠른 응답 필요

07 / 동작 원리

동작 원리 단계별 해설

PLC 아날로그 필터 프로그래밍의 전체 동작 흐름은 신호 수집, 스케일링, 필터 연산, 출력 적용의 4단계로 구성되며, 이 과정이 PLC 스캔마다 반복됩니다. 전원 투입 시 필터 초기화(링 버퍼 클리어, 이전 출력값 초기화)가 실행되어 기동 직후 잘못된 평균값이 제어에 영향을 주지 않도록 설계해야 합니다. 필터 블록 내부의 연산 결과는 데이터 레지스터에 저장되며, 다음 스캔에서 이전값(Y(n-1))으로 참조됩니다. 이상 신호 감지 기능(상·하한 클램프)을 필터와 함께 구현하면 센서 단선이나 단락 시 비정상 값이 제어 루프에 영향을 주지 않도록 보호할 수 있습니다.

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전원 투입 및 초기화

PLC 전원 투입 후 첫 스캔에서 필터 링 버퍼 배열의 모든 요소를 현재 아날로그 입력값으로 초기화합니다. 이동 평균 필터는 배열 전체를 현재 입력값으로 채워 기동 순간의 급격한 평균값 변동을 방지합니다. 저역 통과 필터는 이전 출력값(Ynp) 레지스터를 현재 입력값으로 설정하여 기동 시 큰 초기 편차가 제어에 나타나지 않도록 합니다. 초기화 루틴은 PLC 최초 스캔 비트(First Scan Bit)를 조건으로 1회만 실행합니다.

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아날로그 신호 읽기 및 유효성 검사

PLC 스캔마다 아날로그 입력 모듈에서 원시 카운트 값(Raw Count)을 읽어 데이터 레지스터에 저장합니다. 읽은 값이 A/D 변환 유효 범위(예: 4~20 mA 대응 0~27648 카운트) 내에 있는지 상·하한 클램프 처리를 수행하여 센서 이상에 의한 오버·언더 플로우를 방지합니다. 유효 범위를 벗어난 값은 경보를 발생시키고 직전 필터 출력값을 유지하거나 안전 기본값으로 대체합니다. 이 단계에서 신호 이상을 조기에 검출하면 이후 필터 연산이나 제어 루프 오동작을 방지할 수 있습니다.

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스케일링 변환

원시 카운트 값을 실제 공학 단위(℃, kPa, m³/h 등)로 변환하는 스케일링 연산을 수행합니다. 선형 변환 공식 EU = (Raw - 하한 카운트) × (EU 범위) / (카운트 범위) + EU 하한값을 데이터 레지스터 연산으로 구현합니다. 스케일링 후 공학 단위 값이 필터 블록의 입력 X(n)으로 전달되며, 이 단계 이후 모든 연산은 공학 단위로 통일됩니다. 정수 연산 PLC에서는 소수점 처리를 위해 적절한 배율(예: ×10 또는 ×100)을 사용하고 최종 출력 시 배율을 제거해야 합니다.

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소프트웨어 필터 연산 실행

스케일링된 입력값 X(n)을 필터 알고리즘에 적용하여 평활화된 출력값 Y(n)을 계산합니다. 이동 평균 필터는 링 버퍼 포인터를 1씩 증가시키고 최근 N개 샘플의 합계를 N으로 나누어 이동 평균을 갱신합니다. 저역 통과 필터는 Y(n) = α×X(n) + (1-α)×Y(n-1)을 연산하고 결과를 Y(n-1) 레지스터에 저장하여 다음 스캔의 피드백 값으로 사용합니다. 연산 결과는 필터 출력 레지스터에 저장되어 PID 제어 블록이나 HMI 표시 변수로 전달됩니다.

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필터 출력 검증 및 제어 루프 적용

필터 연산 결과의 타당성을 검증하여 정상 범위 내의 값만 PID 제어 블록의 프로세스 변수(PV) 입력으로 전달합니다. 필터 출력이 급격히 변동하거나 물리적으로 불가능한 값이 산출되면 필터 파라미터 재검토나 하드웨어 노이즈 대책 강화가 필요합니다. PID 제어 블록은 평활화된 PV 값을 기반으로 설정값(SV)과의 편차를 계산하고 제어 출력을 생성합니다. 현장 운전 중 오실로스코프로 필터 전·후 신호를 비교하여 필터 효과를 정량적으로 검증하고, 필요 시 파라미터를 재조정합니다.

스캔 시작: 아날로그 모듈에서 원시값 읽기 (0 ms)

PLC 스캔 시작 시 입력 이미지 메모리가 갱신되며 A/D 변환 완료 값이 데이터 레지스터로 복사됩니다.

유효성 검사 → 스케일링 → 필터 연산 (스캔 중반)

이상값 클램프 후 공학 단위 변환, 이동 평균 또는 저역 통과 필터 알고리즘 순차 실행으로 평활화된 값 산출.

PID 블록 실행 → 아날로그 출력 → 다음 스캔 대기

필터 출력값이 PID PV 입력에 반영되어 제어 연산이 수행되고, 결과가 D/A 변환기를 통해 4~20 mA 신호로 출력됩니다.

📋 KEC 232: 자동 제어 회로 신호 처리 기준

KEC 232 조항은 자동 제어 회로에서 아날로그 신호의 안정적인 전송과 처리를 위한 기술 기준을 규정합니다. 이 기준에서는 인버터, 전동기 등 전자기 간섭 발생 기기와 아날로그 신호선 사이에 적절한 분리 거리를 유지하거나 쉴드 처리를 의무화합니다. 또한 계측 회로의 접지는 단일 점 접지 방식을 원칙으로 하여 접지 루프 노이즈를 방지하도록 규정합니다. 소프트웨어 필터 적용 시에는 제어 응답 지연이 전체 제어 루프의 안정성 요건을 충족하는지 설계 검토가 필요합니다.

08 / KEC 기준

관련 KEC 기준 조항

한국전기설비규정(KEC 2023)에서 PLC 아날로그 제어 신호 및 노이즈 방지와 직접 관련된 조항은 주로 자동 제어 회로 및 제어반 설계 기준에 포함됩니다. KEC는 아날로그 신호 품질 확보를 위해 배선 방법, 접지 방식, 전자기 호환성(EMC) 대책을 규정하며, 이를 소프트웨어 필터와 병행 적용하는 것을 권고합니다. KEC 기준은 하드웨어 측면의 노이즈 방지를 중점적으로 다루며, 소프트웨어 필터는 엔지니어링 실무 표준(IEC 61131-3, IEC 61000 시리즈)에 따라 설계하도록 안내합니다. 자격시험 준비 시에는 KEC 조항 번호와 핵심 요건을 정확히 암기하는 것이 중요합니다.

KEC 232

자동 제어 회로 — 아날로그 신호 노이즈 방지

자동 제어 회로에서 아날로그 신호의 안정적 처리를 위한 배선 분리, 쉴드 처리, 접지 방법을 규정합니다. 전자기 간섭(EMI) 발생원과 아날로그 신호선 사이의 이격 거리 또는 쉴드 케이블 적용을 요구하며, 제어 신호의 신뢰성 확보를 위한 기술 기준입니다. 실무에서는 이 조항을 근거로 인버터 동력선과 아날로그 신호선의 분리 배관·배선을 시공합니다.

KEC 140

접지 시스템 — 접지 루프 방지

계측 및 제어 회로의 접지는 단일 점 접지(Single Point Earthing)를 원칙으로 하여 접지 루프에 의한 노이즈 유입을 방지해야 합니다. 아날로그 신호 케이블의 실드(쉴드)는 신호 원천(센서 측) 또는 수신 측(PLC 측) 한쪽에서만 접지하도록 규정하여 쉴드 내부의 유도 전류 루프 형성을 막습니다. 잘못된 다중 점 접지는 오히려 접지 루프 노이즈를 증가시키는 역효과를 일으킵니다.

KEC 311

제어반 설계 — EMC 대책과 배선 분리

제어반 내부에서 동력 회로와 제어·계측 회로는 물리적으로 분리 배선하거나 격리된 덕트를 사용해야 합니다. 아날로그 신호 단자와 동력 단자 사이에 적정 이격 거리를 확보하고, 필요 시 금속 격리판을 설치하도록 규정합니다. 이 기준은 제어반 내부 EMI 저감을 위한 기본 설계 원칙을 제공하며, 소프트웨어 필터와 함께 적용해야 최적의 노이즈 방지 효과를 달성합니다.

⚠️ KEC 해석 시 자주 틀리는 포인트

KEC 232의 '노이즈 방지 기준'은 하드웨어 배선 대책에 관한 것이며, 소프트웨어 필터 알고리즘 자체를 직접 규정하는 것이 아님을 명확히 이해해야 합니다. 쉴드 케이블 접지 방향(단일 점 접지)을 반대로 이해하여 양단 접지를 시공하면 오히려 쉴드 자체가 노이즈 루프를 형성하는 실수가 흔합니다. 시험에서는 단일 점 접지의 원리와 올바른 쉴드 접지 방법, 접지 루프의 발생 메커니즘을 서술하는 문제가 자주 출제됩니다. KEC 232와 IEC 61000 시리즈(EMC 기준)를 연계하여 학습하면 시험과 실무 모두에서 효과적입니다.

09 / 현장 팁

현장 실무 포인트

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필터 튜닝은 단계적으로

필터 상수를 처음부터 크게 설정하지 말고 α=0.5 또는 N=4부터 시작하여 실제 운전 중 신호 안정성을 확인하며 단계적으로 조정합니다. HMI 트렌드 그래프로 필터 전·후 신호를 동시에 모니터링하면 최적 파라미터를 빠르게 찾을 수 있습니다. 파라미터 변경 후 최소 30분 이상 모니터링하여 안정성을 검증한 후 다음 단계를 진행합니다.

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쉴드 케이블 편측 접지 준수

아날로그 신호용 쉴드 케이블의 실드는 PLC 제어반 측(수신 측) 단일 점에서만 접지하고 센서 측은 절연하는 것이 원칙입니다. 양단을 접지하면 쉴드 자체에 루프 전류가 흘러 오히려 노이즈가 증가합니다. 접지 저항은 10 Ω 이하를 목표로 하고, 접지 도체의 단면적은 최소 2.5 mm² 이상을 사용합니다.

⚠️

동력선과 신호선 분리 배선

인버터 출력 케이블(동력선)과 아날로그 신호 케이블은 최소 300 mm 이상 이격하거나 별도의 금속 배관(EMC 케이블 덕트)에 분리 배선합니다. 동력선과 신호선이 교차하는 경우 반드시 직각(90°)으로 교차시켜 유도 결합 면적을 최소화합니다. 부득이하게 근접 배선이 필요한 경우 금속 차폐 덕트나 강관을 사용하여 전자기 차폐를 강화합니다.

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기동 초기화 루틴 필수 구현

PLC 전원 재투입 또는 RUN 전환 시 필터 초기화 루틴이 반드시 실행되도록 First Scan 비트를 활용합니다. 초기화 없이 기동하면 링 버퍼에 0 값이 채워져 수 스캔 동안 실제 입력값과 다른 평균값이 제어 루프에 전달됩니다. 기동 직후 급격한 제어 출력 변동을 방지하기 위해 필터 출력의 변화율 제한(Rate Limiter)을 추가하는 것도 실무 기법입니다.

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HMI 트렌드로 필터 효과 검증

필터 전 원시값(Raw)과 필터 후 값(Filtered)을 HMI 트렌드 그래프에 동시 표시하여 필터 효과를 시각적으로 확인합니다. 필터 후 신호의 변동폭이 원시값의 10% 이하가 되면 일반적으로 양호한 수준으로 판단합니다. 장기 트렌드 데이터를 수집하여 노이즈 패턴과 시간대별 변동을 분석하면 근본적인 노이즈 원인 제거에도 활용됩니다.

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필터 과다 적용 경고 신호 파악

제어 루프가 진동하거나 외란에 대한 응답이 매우 느려지는 증상은 필터 과다 적용을 의심해야 합니다. PID 오토 튜닝 실행 시 필터를 과도하게 적용한 상태에서는 튜닝 결과가 실제 프로세스 특성과 다르게 산출됩니다. 필터 상수를 줄인 후 PID를 재튜닝하여 최적의 제어 성능과 노이즈 제거 균형점을 찾아야 합니다.

10 / 시험 포인트

전기기술사 빈출 포인트

전기기술사 시험에서 PLC 아날로그 필터 프로그래밍은 제어 공학, PLC 응용, 전자기 호환성(EMC) 영역과 연계하여 출제됩니다. 최근 기출에서는 필터 알고리즘 수식과 파라미터 선정 근거를 서술하는 문제, 노이즈 원인 분류와 대책을 종합적으로 서술하는 문제가 빈출됩니다. KEC 232 적용 방법과 쉴드 케이블 접지 방법론을 연계한 설계 문제도 자주 출제됩니다. 이동 평균 필터와 저역 통과 필터의 차이점을 수식과 함께 명확히 비교 설명하는 능력이 고득점의 관건입니다.

• 이동 평균 필터 수식: Y(n) = [X(n)+X(n-1)+…+X(n-N+1)] / N 수식을 정확히 표현하고 링 버퍼(FIFO) 구현 방식을 설명. N이 증가할수록 노이즈 제거 성능이 향상되지만 응답 시간이 N배 증가하는 트레이드오프 관계가 핵심 출제 포인트.
• 저역 통과 필터 수식: Y(n) = α·X(n) + (1−α)·Y(n-1) 수식과 α 계수의 물리적 의미 설명. α가 RC 회로의 시정수와 대응되는 개념으로, 시정수 τ = T_s·(1-α)/α (T_s: 샘플링 주기) 관계식이 고급 포인트.
• 하드웨어·소프트웨어 병용 대책: 쉴드 케이블 단일 점 접지 원리, 동력선·신호선 분리 배선 기준(300 mm 이상), RC 하드웨어 필터 시정수 설계(τ = RC)를 소프트웨어 필터와 연계하여 서술하는 종합 문제 대비.
• 샘플링 주기와 필터 특성: 샘플링 주기(T_s)가 필터 시정수와 응답 속도에 미치는 영향을 나이퀴스트 정리와 연계하여 설명. 샘플링 주파수는 노이즈 주파수의 2배 이상이어야 하는 나이퀴스트 기준이 핵심.
• KEC 232 노이즈 방지 조항: 자동 제어 회로 아날로그 신호의 안정적 처리를 위한 배선 분리, 접지 방법, EMC 대책 기준을 조항 번호와 함께 정확히 서술. 시험에서 KEC 조항 번호 오기재는 감점 대상.

11 / FAQ

자주 묻는 질문

이동 평균 필터(Moving Average Filter)와 저역 통과 필터(Low-Pass Filter) 중 노이즈 특성에 따라 선택합니다. 불규칙하게 발생하는 임펄스(스파이크) 노이즈에는 이동 평균 필터(N=8~12)가 효과적이며, 고주파 진동성 노이즈에는 저역 통과 필터(α=0.2~0.4)가 적합합니다. 인버터 등 강한 EMI 환경에서는 두 필터를 직렬로 조합하면 더욱 강력한 노이즈 제거 성능을 발휘합니다. 단, 필터를 강하게 설정할수록 제어 응답이 느려지므로 제어 대상의 시정수와 요구 응답 속도를 반드시 고려하여 파라미터를 튜닝해야 합니다.

α 계수는 노이즈 수준과 요구 응답 속도를 동시에 고려하여 결정합니다. 온도 제어처럼 응답이 느려도 되는 루프에서는 α=0.1~0.2, 압력·유량처럼 빠른 응답이 필요한 루프에서는 α=0.3~0.5로 시작합니다. 이론적으로 α와 필터 시정수 τ의 관계는 α = T_s / (τ + T_s)이며, T_s는 샘플링 주기입니다. 실무에서는 α=0.5부터 시작하여 HMI 트렌드로 노이즈 제거 효과를 확인하며 단계적으로 줄여가는 방법이 가장 안전하고 신속합니다. PLC가 정수 연산만 지원하는 경우 α를 1000배 정수화(예: α=0.2 → 200)하여 연산 후 1000으로 나누는 방식으로 구현합니다.

KEC 232(자동 제어 회로) 조항은 아날로그 제어 신호의 안정적 처리를 위한 하드웨어 노이즈 방지 대책을 규정합니다. 주요 내용은 인버터, 모터 등 EMI 발생원과 아날로그 신호선의 분리 배선(최소 300 mm 이상 이격 또는 금속 차폐 배관 사용), 쉴드 케이블 적용 시 단일 점 접지(Single Point Ground) 원칙 준수, 제어반 내부에서 동력 회로와 계측 회로의 물리적 분리 등입니다. KEC 232는 하드웨어 대책 위주로 규정되어 있으며, 소프트웨어 필터 알고리즘은 IEC 61131-3 및 관련 설계 표준에 따라 별도로 적용합니다. 시험에서는 KEC 232와 KEC 140(접지) 조항을 연계하여 종합적인 노이즈 방지 대책을 서술하는 능력이 요구됩니다.

인버터 출력 케이블이 아날로그 신호 케이블과 근접 배선되어 강한 전자기 유도 노이즈가 발생하는 경우, 또는 접지가 불량하여 접지 루프 노이즈가 큰 경우에는 소프트웨어 필터만으로는 부족합니다. 노이즈 진폭이 전체 신호 범위의 5% 이상이거나, 필터 상수를 최대로 설정해도 제어 불안정이 지속된다면 하드웨어 대책이 반드시 필요합니다. 이 경우 쉴드 케이블 교체 및 단일 점 접지 재시공, 동력선과 신호선 분리 배선, A/D 입력 단자의 RC 하드웨어 필터(τ = RC, 예: R=1 kΩ, C=0.1 μF로 τ=100 μs) 추가를 병행해야 합니다. 소프트웨어 필터를 과도하게 강화하면 제어 지연이 발생하여 오히려 시스템이 불안정해지므로, 하드웨어 대책으로 노이즈 수준을 먼저 낮춘 후 소프트웨어 필터 파라미터를 적정 수준으로 조정하는 순서가 올바릅니다.

전기기술사 시험에서 PLC 아날로그 필터 프로그래밍은 제어 공학, PLC 응용, EMC 설계 영역과 연계되어 서술형 문제로 출제됩니다. 주요 출제 유형은 이동 평균 필터와 저역 통과 필터의 알고리즘 수식 비교 및 장단점 서술, 필터 파라미터(N, α)와 응답 속도·노이즈 제거 성능의 트레이드오프 관계 설명, KEC 232 기준에 따른 아날로그 신호 노이즈 방지 설계 방안, 하드웨어(쉴드 케이블·접지)와 소프트웨어 필터 병용 대책의 종합 서술 등입니다. 고득점을 위해서는 필터 수식을 정확히 기재하고, 파라미터 선정 근거를 제어 대상 시정수와 연계하여 논리적으로 서술해야 합니다. IEC 61131-3 ST 언어 코드 구조를 블록 다이어그램과 함께 표현하면 차별화된 답안이 됩니다.

12 / 안전

작업 안전 수칙

⛔

아날로그 배선 작업 전 반드시 전원 차단

반드시 PLC 제어 전원과 아날로그 모듈 공급 전원을 차단한 후 배선 작업을 시작해야 합니다. 아날로그 신호 전압(0~10 V) 자체는 저전압이지만, 같은 제어반 내의 교류 220 V 또는 380 V 동력 회로와 혼재되어 있으므로 반드시 LOTO(잠금·태그아웃) 절차를 준수합니다. 작업 전 검전기로 각 단자의 전압이 0 V임을 확인한 후 배선을 시작하십시오.

🔒

쉴드 케이블 단자 처리 시 절연 확인

쉴드 케이블의 접지하지 않는 측(센서 측) 실드 끝단은 반드시 절연 테이프로 처리하여 의도치 않은 다중 접지를 방지합니다. 쉴드가 동력 단자나 금속 덕트와 접촉하면 접지 루프가 형성되어 더 큰 노이즈 유입이 발생합니다. 작업 완료 후 절연 저항 측정기(메거)로 쉴드와 케이블 코어 간 절연 저항이 10 MΩ 이상임을 확인합니다.

🧤

정전기 방지 — ESD 주의

PLC 아날로그 모듈은 정전기(ESD)에 민감한 CMOS 회로로 구성되므로, 모듈 탈·장착 시 반드시 ESD 손목 밴드(접지된 방전 밴드)를 착용합니다. 모듈 취급 시 커넥터 핀이나 회로 기판의 부품에 직접 손이 닿지 않도록 모듈 가장자리(엣지)를 잡아 취급합니다. 정전기 손상은 즉시 확인되지 않고 잠재적 손상으로 남아 수개월 후 고장으로 이어질 수 있으니 각별히 주의합니다.

📋

프로그램 수정 전 운전 정지 및 백업

PLC 프로그램에서 필터 파라미터를 수정하기 전에 반드시 현재 프로그램을 백업하고 설비 운전 상태를 안전 정지 모드로 전환합니다. 온라인(운전 중) 프로그램 수정은 예상치 못한 출력 변동을 유발할 수 있으므로, 가능한 한 설비 정지 후 오프라인 수정을 원칙으로 합니다. 파라미터 변경 후 최초 기동 시에는 안전 감시 담당자를 배치하고, 이상 동작 시 즉시 비상 정지할 수 있는 체계를 갖춘 후 테스트를 진행합니다.

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📝 업데이트 기록

• 2026년: 초안 작성 및 SVG 도면 4종 제작
• 2026년: KEC 2023 기준 반영
• 2026년: 현장 실무 팁 및 ST 언어 코드 예시 보완

본 가이드는 교육 목적으로 작성되었습니다. 실제 설계·시공 시 KEC 최신 기준을 반드시 확인하십시오.
KEC 2023 / IEC 61131-3 / IEC 61000 / 2026년 기준