34. PLC와 센서는 어떻게 신호를 주고받을까? 산업 자동화 연결 과정 이해하기

공장 자동화 설비를 살펴보면 다양한 센서와 함께 PLC라는 장치를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 센서는 제품의 위치나 온도, 압력, 유량, 거리 등을 감지하고, PLC는 센서에서 전달받은 정보를 바탕으로 모터를 움직이거나 밸브를 열고 닫는 등 설비의 동작을 제어합니다.

그렇다면 센서가 감지한 정보는 어떤 과정을 거쳐 PLC에 전달되는 것일까요?

센서와 PLC가 단순히 전선으로 연결되어 있다고 생각하기 쉽지만, 실제 산업 자동화 시스템에서는 센서의 감지 → 전기 신호 출력 → PLC 입력 → 프로그램 판단 → PLC 출력 → 설비 동작이라는 일련의 과정이 이루어집니다.

이번 글에서는 PLC와 센서가 어떻게 신호를 주고받는지, 디지털 신호와 아날로그 신호는 어떻게 다른지, 실제 자동화 설비에서는 어떤 순서로 동작하는지 알아보겠습니다.

1. PLC와 센서는 각각 어떤 역할을 할까?

먼저 센서와 PLC의 역할을 구분해서 이해할 필요가 있습니다.

센서는 주변의 물리적인 상태를 감지하는 역할을 합니다. 예를 들어 근접센서는 금속 물체의 접근 여부를 감지하고, 온도센서는 온도를 측정하며, 압력센서는 배관이나 탱크 내부의 압력을 측정합니다.

반면 PLC는 센서에서 전달된 신호를 입력으로 받아 프로그램에 따라 설비를 제어하는 장치입니다.

간단하게 정리하면 다음과 같습니다.

장치	주요 역할	예시
센서	현장의 상태를 감지	제품 유무, 온도, 압력, 위치
PLC 입력	센서 신호를 받아들임	ON/OFF, 아날로그 값
PLC CPU	입력 신호를 프로그램으로 판단	조건 비교, 순서 제어
PLC 출력	제어 명령을 외부로 전달	모터, 밸브, 릴레이 제어
액추에이터	실제 움직임을 수행	모터, 실린더, 밸브

즉, 센서는 현장의 정보를 PLC에 알려주는 역할을 하고 PLC는 그 정보를 바탕으로 다음 동작을 결정합니다.

2. 센서와 PLC의 기본적인 연결 과정

산업 자동화 시스템을 아주 단순하게 표현하면 다음과 같은 구조로 이해할 수 있습니다.

센서 → PLC 입력 → PLC 프로그램 → PLC 출력 → 설비

예를 들어 컨베이어 위에서 제품의 위치를 감지한다고 가정해 보겠습니다.

제품이 센서 앞에 도착하면 센서가 이를 감지합니다. 센서는 감지 결과를 전기 신호로 출력하고, 이 신호가 PLC의 입력 단자로 전달됩니다.

PLC는 입력 신호를 확인한 뒤 미리 작성된 프로그램에 따라 다음 동작을 수행합니다.

예를 들어 “제품이 감지되면 컨베이어를 정지한다”라는 프로그램이 설정되어 있다면 PLC는 센서 입력이 ON이 되는 순간 출력 신호를 변경하여 모터 제어 장치에 정지 명령을 전달할 수 있습니다.

이처럼 센서는 단독으로 설비 전체를 제어하는 것이 아니라 현장에서 발생한 정보를 PLC가 이해할 수 있는 형태의 신호로 전달하는 역할을 합니다.

3. PLC가 센서 신호를 입력받는 방법

PLC는 센서가 보내는 신호를 입력 모듈을 통해 받아들입니다.

센서의 출력 형태에 따라 PLC가 받아들이는 신호의 종류도 달라질 수 있습니다.

대표적으로 디지털 입력과 아날로그 입력으로 구분할 수 있는데, 디지털 입력은 기본적으로 ON과 OFF처럼 정해진 두 가지 상태를 판단하는 방식입니다.

예를 들어 근접센서가 제품을 감지했는지 감지하지 않았는지를 확인하는 경우가 가장 대표적입니다.

센서가 물체를 감지하면 PLC 입력이 ON이 되고, 감지하지 않으면 OFF가 되는 식으로 동작할 수 있습니다.

이러한 방식은 다음과 같은 상황에 활용할 수 있습니다.

• 제품 유무 확인
• 실린더 위치 확인
• 컨베이어 제품 통과 감지
• 리미트 위치 확인
• 기계 장치의 동작 상태 확인

디지털 센서 신호는 구조가 비교적 단순하기 때문에 산업 자동화의 기본적인 입력 신호로 많이 활용됩니다.

4. 아날로그 센서는 PLC에 어떤 정보를 전달할까?

모든 센서가 단순한 ON/OFF 신호만 전달하는 것은 아닙니다.

온도, 압력, 유량, 수위처럼 연속적으로 변하는 값을 측정해야 하는 경우에는 아날로그 신호를 사용하는 경우가 많습니다.

예를 들어 압력센서가 현재 압력을 전기 신호로 변환하여 PLC에 전달한다고 생각해 보겠습니다.

센서의 측정값에 따라 출력 신호가 달라지고 PLC는 그 신호를 읽어 현재 압력값을 계산할 수 있습니다.

대표적인 산업용 아날로그 신호로는 4-20mA와 0-10V 등이 있습니다.

예를 들어 4-20mA 출력 센서에서 센서 제조사가 특정 측정 범위를 4-20mA로 설정했다면 PLC의 아날로그 입력 모듈은 이 전류값을 읽고 실제 측정값으로 환산합니다.

이때 중요한 것은 센서의 측정 범위와 PLC의 아날로그 입력 설정이 서로 맞아야 한다는 점입니다.

5. NPN과 PNP 센서는 PLC와 어떻게 연결될까?

앞선 글에서 살펴본 NPN과 PNP 출력 방식은 PLC의 디지털 입력과 연결할 때 특히 중요합니다.

3선식 센서를 예로 들면 일반적으로 전원+, 전원-, 출력선으로 구성되며, 출력선의 동작 방식에 따라 NPN 또는 PNP로 구분할 수 있습니다.

• PNP 센서와 PLC

PNP 센서는 센서가 ON 되었을 때 출력 측에 +전압이 전달되는 방식으로 이해할 수 있습니다.

PLC 입력 모듈은 이 전압 변화를 감지하여 입력 상태를 ON으로 판단합니다.

기본적인 개념은 다음과 같습니다.

센서 감지 → PNP 출력 ON → PLC 입력 ON

• NPN 센서와 PLC

NPN 센서는 센서가 ON 되었을 때 출력이 0V 방향으로 연결되는 방식으로 이해할 수 있습니다.

따라서 PLC 입력 회로 역시 이에 맞는 구조여야 합니다.

기본적인 흐름은 다음과 같습니다.

센서 감지 → NPN 출력 동작 → PLC 입력 상태 변화

여기서 중요한 것은 단순히 센서가 NPN인지 PNP인지 확인하는 것에서 끝나지 않는다는 점입니다.

센서의 출력 방식과 PLC 입력 모듈의 전기적 구성이 서로 호환되는지 반드시 확인해야 합니다.

6. PLC는 센서 신호를 받은 뒤 무엇을 할까?

PLC에 입력 신호가 들어오면 PLC의 CPU는 프로그램에 따라 해당 신호를 처리합니다.

예를 들어 다음과 같은 자동화 공정을 생각해 보겠습니다.

1. 컨베이어에서 제품이 이동한다.
2. 근접센서가 제품을 감지한다.
3. 센서 출력이 ON으로 변한다.
4. PLC 입력이 ON으로 바뀐다.
5. PLC 프로그램이 입력 조건을 확인한다.
6. PLC 출력이 ON 또는 OFF로 변경된다.
7. 모터나 실린더가 동작한다.

여기서 센서는 단순히 “제품이 왔다”는 정보를 전달합니다.

어떤 동작을 할지는 PLC 프로그램이 결정합니다.

예를 들어 같은 센서 입력이라도 프로그램을 어떻게 작성했느냐에 따라 컨베이어를 정지시킬 수도 있고, 실린더를 움직일 수도 있으며, 경고등을 켤 수도 있습니다.

따라서 자동화 설비에서는 센서와 PLC가 서로 분리된 장치이면서도 하나의 시스템처럼 동작합니다.

7. PLC 입력과 출력은 어떻게 구분할까?

PLC에서 입력과 출력이라는 개념을 정확하게 구분하는 것도 중요합니다.

입력(Input)

PLC가 외부에서 정보를 받아들이는 부분입니다.

대표적인 입력 장치는 다음과 같습니다.

• 근접센서
• 광센서
• 리미트 스위치
• 압력 스위치
• 온도센서
• 각종 버튼과 스위치

센서나 스위치가 보내는 상태 정보를 PLC가 입력으로 받아들입니다.

출력(Output)

PLC가 외부 장치를 제어하기 위해 신호를 내보내는 부분입니다.

대표적인 출력 대상은 다음과 같습니다.

• 모터 제어 장치
• 솔레노이드 밸브
• 릴레이
• 표시등
• 부저
• 실린더 제어 장치

따라서 전체적인 방향은 다음과 같습니다.

현장 센서 → PLC 입력

PLC 출력 → 현장 장치

이 구조를 이해하면 자동화 시스템의 기본적인 신호 흐름을 쉽게 파악할 수 있습니다.

8. 센서 하나가 PLC에서 어떻게 사용되는지 예를 들어보자

컨베이어에서 제품을 감지하는 근접센서를 예로 들어보겠습니다.

제품이 센서의 감지 거리 안으로 들어오지 않은 상태에서는 센서 출력이 OFF입니다.

제품이 이동하여 센서의 감지 영역에 들어오면 센서가 동작하고 출력 상태가 변경됩니다.

PLC는 입력 모듈을 통해 이 변화를 확인합니다.

만약 PLC 프로그램에 다음과 같은 조건이 설정되어 있다면,

“센서 입력이 ON이면 컨베이어 모터를 정지한다.”

PLC는 센서 입력을 확인한 뒤 모터를 제어하는 출력 신호를 변경합니다.

결과적으로 실제 현장에서는 다음과 같은 순서가 이루어집니다.

제품 감지 → 센서 출력 → PLC 입력 → 프로그램 판단 → PLC 출력 → 모터 제어

이것이 산업 자동화에서 센서와 PLC가 함께 사용되는 가장 기본적인 구조 중 하나입니다.

9. 센서와 PLC를 연결할 때 반드시 확인해야 할 사항

센서와 PLC를 연결할 때는 단순히 전선을 연결하는 것보다 각 장치의 전기적 사양을 확인하는 것이 중요합니다.

9-1. 공급전압

센서가 사용하는 전원 전압과 PLC 입력 모듈의 조건을 확인해야 합니다.

산업 현장에서는 24V DC 계통이 많이 사용되지만 설비마다 조건이 다를 수 있습니다.

9-2. 출력 방식

센서가 NPN인지 PNP인지 확인해야 합니다.

특히 기존 센서를 교체할 때 이 부분을 놓치면 센서가 정상적으로 감지하더라도 PLC 입력이 예상대로 동작하지 않을 수 있습니다.

9-3. NO와 NC

센서가 평상시 OFF인지 ON인지 확인해야 합니다.

NO 센서를 NC 센서로 교체하는 경우 PLC 프로그램의 논리까지 영향을 받을 수 있습니다.

9-4. 입력 모듈 종류

PLC에는 디지털 입력뿐만 아니라 아날로그 입력 모듈도 사용됩니다.

따라서 센서의 출력이 디지털인지 4-20mA인지 0-10V인지에 따라 적절한 PLC 입력 모듈을 사용해야 합니다.

10. 센서와 PLC 사이에서 문제가 발생하는 대표적인 원인

센서 자체는 정상인데 PLC에서는 신호가 들어오지 않는 경우가 있습니다.

대표적인 원인은 다음과 같습니다.

1. 센서 전원 공급 문제
2. NPN·PNP 출력 방식 불일치
3. PLC 입력 모듈의 사양 불일치
4. 배선 오류
5. NO·NC 설정 차이
6. 센서 출력 전류 부족
7. 단자 체결 불량
8. 케이블 손상
9. PLC 입력 채널 설정 오류
10. 아날로그 입력 범위 설정 오류

이처럼 자동화 시스템의 신호 문제는 센서 하나만 확인해서 해결되지 않는 경우가 많습니다.

센서 → 배선 → PLC 입력 → 프로그램이라는 순서로 단계적으로 확인하는 것이 효율적입니다.

11. PLC와 센서 연결을 이해하면 자동화 설비가 보인다

산업 자동화 설비를 처음 접하면 수많은 케이블과 센서, PLC, 모터, 밸브 때문에 복잡하게 느껴질 수 있습니다.

하지만 각각의 역할을 나누어 생각하면 구조는 의외로 단순합니다.

센서는 현장의 상태를 확인합니다.

PLC는 그 정보를 받아 프로그램에 따라 판단합니다.

그리고 PLC는 필요한 제어 신호를 외부 장치로 전달합니다.

이러한 과정을 반복하면서 자동화 설비가 하나의 시스템으로 움직입니다.

예를 들어 제품이 특정 위치에 도착하면 센서가 이를 감지하고 PLC가 컨베이어를 정지시킨 다음 실린더를 작동시키는 과정도 결국 센서의 입력과 PLC의 판단, 출력 신호가 연결되어 만들어지는 동작입니다.

12. 센서와 PLC 연결을 위한 실무 체크리스트

실제 현장에서 센서를 PLC에 연결하기 전에는 다음 사항을 확인하는 것이 좋습니다.

확인 항목	확인 내용
센서 종류	근접, 광, 온도, 압력 등
출력 방식	디지털 / 아날로그
배선 방식	2선식 / 3선식 등
출력 형태	NPN / PNP
동작 방식	NO / NC
전원	공급전압 및 허용 범위
PLC 입력	디지털 입력 / 아날로그 입력
아날로그 신호	4-20mA / 0-10V 등
출력 전류	PLC 입력 조건과 비교
배선도	제조사 회로도 확인
프로그램	입력 논리와 제어 조건 확인

특히 센서 교체 작업에서는 기존 센서의 사양과 새로운 센서의 사양을 나란히 비교하는 것이 좋습니다.

외형이나 커넥터가 비슷하다는 이유만으로 동일하게 연결할 수 있다고 판단해서는 안 됩니다.

13. 마무리: 센서와 PLC는 자동화 시스템의 눈과 두뇌처럼 움직인다

산업 자동화에서 센서와 PLC는 서로 다른 역할을 담당하면서 하나의 시스템을 구성합니다.

센서는 현장에서 발생하는 물리적인 변화를 감지하고 이를 전기 신호로 변환합니다. PLC는 이 신호를 입력으로 받아 프로그램에 따라 상태를 판단하고, 필요한 경우 모터나 밸브, 실린더 등의 장치를 제어합니다.

가장 기본적인 흐름은 센서 감지 → 센서 출력 → PLC 입력 → 프로그램 판단 → PLC 출력 → 설비 동작으로 정리할 수 있습니다.

또한 센서와 PLC를 연결할 때는 NPN과 PNP, 2선식과 3선식, NO와 NC, 공급전압, 출력 전류, 디지털 및 아날로그 입력 방식 등을 함께 확인해야 합니다.

센서가 아무리 정확하게 물체나 온도, 압력 등을 측정하더라도 PLC가 그 신호를 제대로 받아들이지 못한다면 자동화 시스템은 정상적으로 동작하기 어렵습니다.

따라서 산업용 센서를 이해할 때는 센서 자체의 원리뿐만 아니라 센서에서 만들어진 신호가 PLC로 어떻게 전달되고, PLC가 그 신호를 이용해 어떤 동작을 만들어내는지까지 함께 이해하는 것이 중요합니다.

이러한 신호 흐름을 익혀두면 이후 산업 자동화 설비의 배선도나 PLC 입력 화면을 확인할 때도 각 장치가 어떤 역할을 하고 서로 어떻게 연결되는지 훨씬 쉽게 파악할 수 있습니다.