산업용 센서의 종류와 전기회로 연결 방식 (2025년 최신 가이드)
산업 자동화 시스템에서 센서는 기계의 '눈'과 '귀' 역할을 합니다. 공정의 상태를 실시간으로 감지하고, 신호를 전기회로로 전달하여 로직 컨트롤러나 PLC가 동작을 판단할 수 있도록 하죠.
이 글에서는 산업용 센서의 주요 종류와 함께, 각 센서가 어떻게 전기회로에 연결되는지 실무적인 관점에서 체계적으로 설명합니다.
1. 산업용 센서란?
산업용 센서는 공장 자동화, 로봇, 물류, 반도체 설비 등에서 사용되는 감지 장치입니다. 물리적 현상을 전기적 신호(ON/OFF, 전압, 전류 등)로 변환하여 제어기에 전달하는 역할을 합니다.
기본 작동 원리:
- 센서가 외부 물리량을 감지
- 감지된 신호를 전기 신호로 변환
- PLC 또는 제어기로 전달
- 제어 로직에 따라 출력 동작 수행
센서의 선택과 연결 방식은 전체 자동화 시스템의 정확도와 안정성에 큰 영향을 줍니다.
2. 산업용 센서의 주요 종류
아래는 현장에서 널리 사용되는 센서들을 유형별로 분류한 표입니다.
| 센서 종류 | 감지 대상 | 출력 신호 | 대표 적용 예 |
|---|---|---|---|
| 근접 센서(Proximity) | 금속, 비금속 물체 | PNP/NPN 트랜지스터 출력 | 기계 위치 감지 |
| 광센서(Photoelectric) | 빛의 유무 | 릴레이 또는 트랜지스터 | 부품 감지, 통과 여부 |
| 리미트 스위치 | 접촉 | 전기 스위치 접점 | 기계 동작 위치 끝단 |
| 압력 센서 | 유체, 공기 압력 | 아날로그 (4~20mA 또는 0~10V) | 유압/공압 모니터링 |
| 온도 센서 (PT100, 써미스터) | 열 | 아날로그 | 배관, 장비 온도 감지 |
| 초음파 센서 | 거리 | 아날로그 또는 디지털 | 물체 거리 측정 |
3. 센서 출력 방식 (PNP / NPN)
디지털 센서(ON/OFF)의 출력 방식은 주로 PNP와 NPN으로 나뉘며, PLC 입력단의 연결 방식에 따라 선택해야 합니다.
- PNP 방식: 로우 액티브 → 센서 ON 시 +24V 출력 (PLC GND에 연결)
- NPN 방식: 하이 액티브 → 센서 ON 시 GND 출력 (PLC +24V에 연결)
주의: PLC 입력 카드와 센서의 출력 방식이 일치해야 오동작이 없습니다.
4. 센서 전기회로 연결 기본
일반적인 센서 전기 배선은 다음과 같이 3선식 또는 2선식으로 구성됩니다.
1) 3선식 센서
갈색 (Brown):+24V 전원파랑 (Blue):GND검정 (Black):출력 (PLC 입력 단자와 연결)
대부분의 트랜지스터 출력형 센서(근접, 광센서 등)는 3선식이며, PNP/NPN 구분이 중요합니다.
2) 2선식 센서
- 전원과 출력 신호를 동일한 두 선을 통해 전달
- 구형 파형 센서에 일부 존재
요약: 센서 출력 → PLC 입력 카드에 직접 연결 → 전원 공급 분리 필요
5. 아날로그 센서 연결 방식
아날로그 센서(온도, 압력, 거리 등)는 연속적인 전기 신호를 출력합니다.
- 전류 출력: 4~20mA (노이즈에 강함)
- 전압 출력: 0~10V, 1~5V (배선 간소)
이 경우 PLC 또는 HMI의 아날로그 입력 모듈에 연결하여 실시간 수치 값을 읽어 제어에 반영합니다.
6. 실무 배선 예시
예 1: PNP 근접센서를 PLC에 연결
- 센서 갈색 → +24V
- 센서 파랑 → 0V (GND)
- 센서 검정 → PLC 입력 X0
예 2: 4~20mA 압력 센서를 아날로그 입력 연결
- 센서 +단자 → +24V 전원
- 센서 –단자 → PLC 아날로그 입력 A0 (전류입력형)
TIP: 아날로그 신호는 반드시 접지 분리 및 실드선 처리하여 노이즈 방지
7. 센서 전기회로 설계 시 주의점
- 전원 극성 확인(PNP/NPN 혼용 주의)
- 센서 간섭 방지 (노이즈 필터, 쉴딩 필요)
- PLC 입력 전류 허용 범위 확인
- 센서 수명/내구성 확인 (IP 등급, 내열 온도)
- 과전류 보호 회로 및 퓨즈 설치
8. 결론: 센서는 자동화 시스템의 핵심 감각 기관
센서의 선택과 정확한 회로 연결은 정확한 제어, 안전한 운용, 공정 효율성 향상을 위한 핵심입니다. 특히 PLC나 MCU 기반 자동화 설비에서는 센서 신호의 품질과 안정성이 전체 시스템 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
산업현장에서는 센서 종류와 출력 방식, 전기 연결 방식을 정확히 이해하고 설계 및 시공하는 기술이 반드시 요구됩니다. 자동화 기술이 고도화되는 2025년 현재, 센서의 스마트화와 통신 기능 통합(IoT 센서)도 빠르게 확산 중입니다.
전기공학도나 자동화 설비 실무자라면 이 기본 원리를 정확히 숙지하고 현장에 적용할 수 있는 능력을 갖추는 것이 중요합니다.