산업 현장에서 자동화 설비를 구축하거나 기존 설비의 센서를 교체할 때 가장 먼저 고민하게 되는 것 중 하나가 바로 어떤 산업용 센서를 선택해야 하는가입니다.
센서 제조업체와 제품의 종류가 다양해지면서 처음 센서를 선택하는 사람에게는 제품 사양표만 보더라도 어려운 용어가 많습니다.
측정 범위, 정확도, 반복 정밀도, 응답 속도, 출력 방식, 보호등급, 사용 온도, 설치 방식 등 확인해야 할 사항도 상당히 많습니다.
특히 산업용 센서는 단순히 가격이 저렴하거나 측정 범위가 넓다고 해서 좋은 제품이라고 할 수 없습니다.
사용하려는 환경과 측정 대상에 적합한 센서를 선택하는 것이 가장 중요합니다.
앞선 산업용 센서 실무 #28에서는 센서 하나의 고장이 전체 자동화 시스템에 어떤 영향을 줄 수 있는지 살펴보았습니다.
센서가 자동화 시스템에서 중요한 역할을 담당한다면 처음부터 적합한 센서를 선정하는 것 역시 매우 중요합니다.
이번 글에서는 산업용 센서를 처음 선택하는 사람이 제품을 비교할 때 반드시 확인해야 할 10가지 핵심 사항을 알아보겠습니다.
1. 무엇을 측정할 것인지 먼저 결정해야 한다
산업용 센서를 선택할 때 가장 먼저 해야 할 일은 제품을 검색하는 것이 아닙니다.
‘무엇을 측정해야 하는지 정확하게 결정하는 것‘입니다.
예를 들어 제품의 존재 여부를 확인하려는 것인지, 거리를 측정하려는 것인지, 온도를 측정하려는 것인지에 따라 사용하는 센서가 완전히 달라집니다.
제품의 위치를 감지한다면 광센서나 근접센서를 고려할 수 있습니다.
탱크 내부의 액체 높이를 측정한다면 수위센서가 필요합니다.
모터의 상태를 확인하려면 진동센서나 온도센서를 사용할 수 있습니다.
앞선 글에서 살펴본 것처럼 센서는 각각 잘하는 측정 대상이 다릅니다.
따라서 센서를 선택하기 전에 먼저 다음과 같은 질문을 해보는 것이 좋습니다.
“내가 자동화 시스템에서 반드시 알아야 하는 정보는 무엇인가?”
이 질문에 답하는 것이 산업용 센서 선정의 첫 번째 단계입니다.
2. 측정 범위를 확인해야 한다
두 번째로 확인해야 할 것은 측정 범위입니다.
센서가 측정할 수 있는 최소값과 최대값을 확인해야 합니다.
예를 들어 온도센서의 측정 범위가 -20℃에서 100℃라면 그 범위를 벗어나는 환경에서는 해당 센서를 사용할 수 없습니다.
수위센서 역시 탱크의 높이에 맞는 측정 범위를 가지고 있어야 합니다.
압력센서도 마찬가지입니다.
실제 현장에서 발생할 수 있는 최대 압력을 고려하여 적절한 측정 범위를 가진 제품을 선택해야 합니다.
측정 범위가 너무 좁으면 정상적인 상황에서도 센서가 측정 한계를 벗어날 수 있습니다.
반대로 실제 필요한 범위에 비해 지나치게 넓은 제품을 선택하면 원하는 측정 정밀도를 얻기 어려울 수도 있습니다.
따라서 예상되는 실제 측정 범위를 기준으로 센서를 선택하는 것이 중요합니다.
3. 센서의 정확도를 확인해야 한다
세 번째는 정확도(Accuracy)입니다.
센서가 측정한 값이 실제 값과 얼마나 가까운지를 나타내는 중요한 사양입니다.
예를 들어 실제 온도가 50℃인데 센서가 50.2℃를 표시하는 것과 55℃를 표시하는 것은 차이가 큽니다.
특히 품질 관리가 중요한 생산공정에서는 센서의 작은 측정 오차도 결과에 영향을 줄 수 있습니다.
다만 무조건 가장 높은 정확도의 센서를 선택할 필요는 없습니다.
사용 목적에 필요한 정확도를 먼저 결정하는 것이 중요합니다.
예를 들어 단순히 설비의 온도가 위험 수준까지 올라갔는지만 확인하는 용도와 정밀한 온도 제어가 필요한 공정은 요구되는 센서 성능이 다를 수 있습니다.
즉, 필요한 정확도를 먼저 정하고 그에 맞는 센서를 선택하는 것이 합리적입니다.
4. 반복 정밀도와 안정성도 확인해야 한다
센서 사양을 볼 때 정확도와 함께 반복 정밀도(Repeatability)도 확인하는 것이 좋습니다.
반복 정밀도는 동일하거나 유사한 조건에서 반복적으로 측정했을 때 센서가 얼마나 일관된 값을 보여주는지를 의미합니다.
예를 들어 실제 환경이 동일한데 센서가 100, 105, 98, 103처럼 크게 변한다면 자동화 제어에 사용하기 어려울 수 있습니다.
산업 현장에서는 센서의 측정값이 항상 일정한 기준으로 사용되는 경우가 많기 때문에 반복적으로 안정적인 신호를 제공하는 것이 중요합니다.
또한 센서를 장기간 사용할 경우 측정 특성이 얼마나 안정적으로 유지되는지도 확인할 필요가 있습니다.
5. 출력 방식을 반드시 확인해야 한다
산업용 센서를 선택할 때 초보자가 자주 놓치는 부분 중 하나가 출력 방식입니다.
센서가 측정한 값을 자동화 시스템에 전달하려면 제어장치와 연결할 수 있어야 합니다.
대표적인 산업용 센서 출력 방식으로는 4~20mA, 0~10V, 디지털 출력, RS-485 통신 등이 있습니다.
예를 들어 PLC에서 4~20mA 입력을 사용하도록 설계되어 있는데 센서가 전혀 다른 방식의 출력만 지원한다면 바로 연결하기 어려울 수 있습니다.
따라서 센서 구매 전에 반드시 기존 PLC나 컨트롤러가 어떤 신호를 지원하는지 확인해야 합니다.
센서 자체의 성능만 보고 구매한 뒤 나중에 연결 문제를 발견하는 경우를 피해야 합니다.
6. 설치 환경을 확인해야 한다
산업용 센서는 일반적인 실내 환경보다 훨씬 거친 조건에서 사용되는 경우가 많습니다.
먼지가 많은 공장, 물이 튀는 장소, 높은 온도의 설비 주변, 강한 진동이 발생하는 장소 등 사용 환경이 다양합니다.
따라서 센서를 선택할 때는 제품의 성능뿐만 아니라 실제 설치 환경을 반드시 확인해야 합니다.
예를 들어 고온 환경이라면 센서가 해당 온도 범위에서 정상적으로 작동하는지 확인해야 합니다.
습기가 많은 장소라면 방수나 방습 성능을 고려해야 합니다.
진동이 심한 설비라면 센서의 진동 내구성도 중요할 수 있습니다.
결국 같은 센서라도 어디에 설치하느냐에 따라 적합성이 달라질 수 있습니다.
7. 보호등급(IP 등급)을 확인해야 한다
센서의 설치 환경을 판단할 때 자주 확인하는 사양이 IP 보호등급입니다.
IP 등급은 전기·전자 장비가 먼지나 물과 같은 외부 물질의 침입으로부터 어느 정도 보호되는지를 나타내는 기준입니다.
산업 현장에서 센서를 사용할 경우 먼지와 물에 노출될 가능성이 있기 때문에 적절한 보호등급을 갖춘 제품인지 확인하는 것이 좋습니다.
특히 세척 작업이 잦은 식품공장이나 물이 많이 사용되는 환경에서는 센서의 방수 및 방진 조건을 더욱 신중하게 검토해야 합니다.
다만 IP 등급이 높다고 해서 모든 환경에서 사용할 수 있다는 의미는 아닙니다.
화학물질이나 고온, 강한 압력 등 다른 환경 조건은 별도로 확인해야 합니다.
8. 응답 속도와 검출 속도를 확인해야 한다
자동화 설비에서는 센서의 응답 속도도 중요합니다.
컨베이어에서 제품이 빠르게 이동하거나 기계가 매우 짧은 시간 안에 동작하는 경우 센서가 변화를 얼마나 빠르게 감지할 수 있는지가 중요할 수 있습니다.
예를 들어 제품이 센서 앞을 매우 빠르게 통과하는데 센서의 응답 속도가 충분하지 않다면 제품을 정확하게 감지하지 못할 가능성이 있습니다.
반대로 변화가 느린 환경에서는 매우 빠른 응답 속도가 반드시 필요한 것은 아닙니다.
따라서 응답 속도 역시 실제 설비의 동작 속도를 기준으로 판단해야 합니다.
센서의 사양이 높다고 무조건 좋은 것이 아니라 공정에 필요한 수준인지 확인하는 것이 중요합니다.
9. 센서의 설치 방식과 크기를 확인해야 한다
센서의 성능만큼 중요한 것이 설치 방법입니다.
자동화 설비를 이미 구축한 상태에서 센서를 교체하는 경우 기존 설치 공간에 새로운 센서가 들어갈 수 있는지 확인해야 합니다.
나사 규격이나 설치 홀, 브래킷, 센서 헤드의 크기 등이 기존 설비와 맞지 않을 수도 있습니다.
또한 센서의 감지 방향이나 측정 거리도 확인해야 합니다.
초음파 수위센서나 레이더 수위센서처럼 센서와 측정 대상 사이에 일정한 공간이 필요한 제품도 있습니다.
따라서 센서를 선택하기 전에 설치 공간과 설치 방향, 측정 대상과의 거리를 확인하는 것이 좋습니다.
10. 유지보수와 교체가 쉬운지도 확인해야 한다
마지막으로 확인해야 할 중요한 사항은 유지보수와 교체의 편의성입니다.
산업용 센서는 영원히 사용할 수 있는 부품이 아닙니다.
사용 환경과 센서 종류에 따라 시간이 지나면서 성능이 변화하거나 고장이 발생할 수 있습니다.
따라서 센서를 선택할 때는 단순히 처음 구매 가격만 비교해서는 안 됩니다.
센서가 고장 났을 때 쉽게 교체할 수 있는지, 동일한 제품을 지속적으로 공급받을 수 있는지, 교정이나 점검이 가능한지 등을 함께 확인하는 것이 좋습니다.
특히 생산라인에서 센서 하나가 고장 났을 때 장시간 설비를 정지해야 한다면 유지보수성이 매우 중요한 요소가 됩니다.
가능하다면 주요 센서의 모델명과 사양, 설치 위치 등을 별도로 관리해 두는 것도 도움이 됩니다.
11. 산업용 센서 선택 시 자주 하는 실수
처음 센서를 선택하는 사람이 흔히 하는 실수 중 하나는 가격만 비교하는 것입니다.
같은 종류의 센서라도 정확도, 출력 방식, 보호등급, 측정 범위, 사용 온도 등이 다를 수 있습니다.
또 다른 실수는 센서의 측정 범위만 확인하고 출력 방식을 확인하지 않는 것입니다.
센서가 아무리 좋은 제품이어도 기존 제어 시스템과 연결할 수 없다면 실제 현장에서 사용하기 어렵습니다.
또한 실제 설치 환경을 고려하지 않고 일반적인 사양의 센서를 선택하는 것도 주의해야 합니다.
예를 들어 물이 자주 튀는 장소에 방수 조건이 부족한 센서를 설치하거나 고온 환경에 적합하지 않은 센서를 사용하는 경우 문제가 발생할 수 있습니다.
따라서 가격 → 구매의 순서가 아니라 사용 조건 → 필요한 사양 → 제품 비교 → 가격 검토의 순서로 접근하는 것이 좋습니다.
12. 산업용 센서 선정 체크리스트
처음 센서를 선택한다면 아래 항목을 하나씩 확인해 보는 것이 좋습니다.
첫째, 무엇을 측정할 것인가?
둘째, 필요한 측정 범위는 얼마인가?
셋째, 어느 정도의 정확도가 필요한가?
넷째, 반복적으로 안정적인 측정이 가능한가?
다섯째, PLC나 컨트롤러와 연결할 수 있는 출력 방식인가?
여섯째, 설치 장소의 온도와 습도 조건을 견딜 수 있는가?
일곱째, 필요한 방진·방수 보호등급을 갖추었는가?
여덟째, 공정 속도에 맞는 응답 속도를 가지고 있는가?
아홉째, 실제 설비에 설치할 수 있는 크기와 구조인가?
열째, 유지보수와 교체가 편리한가?
이 10가지만 확인해도 처음 산업용 센서를 선택할 때 발생할 수 있는 실수를 상당 부분 줄이는 데 도움이 됩니다.
13. 마무리
산업용 센서를 처음 선택할 때는 제품의 가격이나 브랜드만 보고 결정해서는 안 됩니다.
가장 먼저 무엇을 측정할 것인지를 결정하고, 그다음 측정 범위와 정확도, 반복 정밀도, 출력 방식, 설치 환경, 보호등급, 응답 속도 등을 차례대로 확인하는 것이 중요합니다.
특히 산업 현장에서는 센서가 PLC나 컨트롤러와 연결되어 자동화 설비의 중요한 동작을 결정하기 때문에 센서의 출력 방식과 시스템 호환성을 반드시 확인해야 합니다.
또한 센서의 성능이 아무리 뛰어나더라도 설치 환경에 적합하지 않으면 정상적인 측정이 어려울 수 있습니다.
따라서 센서를 선택할 때는 제품 사양표만 보는 것이 아니라 실제 현장의 온도, 습도, 먼지, 물, 진동, 측정 대상의 특성 등을 함께 고려해야 합니다.
무엇보다 중요한 것은 “가장 좋은 센서”를 찾는 것이 아니라 “내가 사용하려는 환경에 가장 적합한 센서”를 찾는 것입니다.
지금까지 살펴본 #21부터 #29까지의 내용을 돌아보면 광센서, 진동센서, 습도센서, 가스센서, CO₂ 센서, 수위센서 등 센서마다 측정 대상과 원리가 다르고, 자동화 시스템에서 담당하는 역할도 서로 다르다는 것을 알 수 있습니다.
그리고 적합한 센서를 선택하는 것에서 끝나는 것이 아니라 센서를 올바르게 설치하고 정기적으로 점검하며, 센서에서 전달되는 신호를 자동화 시스템에서 적절하게 활용하는 것이 중요합니다.
다음 글에서는 지금까지 살펴본 산업용 센서가 실제 우리의 일상생활에서 어떻게 활용되고 있는지 알아보겠습니다.