PLC 입력모듈이란? 센서 신호 처리 원리

PLC 입력모듈이란 센서·스위치에서 발생한 현장 신호를 받아 CPU가 처리할 수 있는 상태와 데이터로 전달하는 장치입니다. PLC 입력모듈의 Digital·Analog Input과 절연·필터링, Sink·Source 입력의 원리를 알아봅니다.

PLC 입력모듈이란 무엇이며 어떤 역할을 할까?

PLC 입력모듈(Input Module)은 산업현장의 센서와 스위치 등에서 발생한 전기신호를 받아 PLC CPU가 제어 프로그램에서 사용할 수 있는 정보로 전달하는 인터페이스입니다. PLC가 기계를 자동으로 제어하려면 먼저 현재 설비의 상태를 알아야 합니다. 예를 들어 Push Button이 눌렸는지, Limit Switch가 동작했는지, Photo Sensor가 제품을 감지했는지 등의 정보가 입력모듈을 통해 PLC로 전달됩니다. 입력모듈은 현장의 전압이나 전류 신호를 단순히 CPU에 직접 연결하는 것이 아니라 신호를 적절한 수준으로 처리하고, 제품에 따라 절연과 필터링 등의 과정을 거쳐 내부 논리정보로 변환합니다. 일반적인 PLC Scan Cycle에서는 입력모듈의 상태가 입력 이미지(Process Input Image)에 반영되고 CPU는 이 정보를 이용해 사용자 프로그램을 연산합니다. 따라서 입력모듈은 현장 장치와 PLC 내부의 디지털 제어영역을 연결하는 관문이라고 할 수 있습니다. 입력모듈의 종류와 신호 규격이 현장 센서와 맞지 않으면 정상적인 제어가 어려우므로 자동화 설계에서 정확한 I/O 선정이 중요합니다.

Digital Input은 ON·OFF 신호를 어떻게 판단할까?

Digital Input은 두 가지 상태를 가진 신호를 처리하며 Push Button, Limit Switch, Proximity Sensor, Photoelectric Sensor 등의 입력에 널리 사용됩니다. 산업용 PLC에서는 24V DC 계열의 디지털 입력이 흔하지만 실제 정격과 ON·OFF 판정 범위는 제품별 사양을 확인해야 합니다. 입력단자에 규정된 조건의 전압과 전류가 형성되면 내부 입력회로가 이를 ON 상태로 인식하고, 조건을 만족하지 않으면 OFF로 판단합니다. 입력회로에는 전류 제한과 신호 정형, 노이즈 억제를 위한 필터 등이 포함될 수 있으며 PLC 제품에 따라 포토커플러 등의 절연구조를 사용하여 현장 측 회로와 내부 논리회로를 전기적으로 분리하기도 합니다. 이와 같은 절연은 현장에서 발생할 수 있는 전기적 노이즈와 전위차가 CPU 측에 미치는 영향을 줄이는 데 도움을 줍니다. 다만 입력단자가 단순한 무전압 접점인지 특정 전압을 받아야 하는 입력인지, Common 단자가 어떻게 구성되는지는 PLC마다 다르므로 배선 전에는 제조사의 Wiring Diagram과 입력 정격을 반드시 확인해야 합니다.

Sink·Source 입력과 PNP·NPN 센서는 어떤 관계가 있을까?

DC 디지털 입력을 구성할 때 자주 등장하는 개념이 Sink와 Source입니다. Source 측은 회로에 전류를 공급하는 방향의 역할을 하고 Sink 측은 전류가 흘러 들어오는 경로를 제공하는 개념으로 이해할 수 있습니다. 산업현장의 3선식 DC 센서에서는 PNP와 NPN 출력방식이 대표적입니다. PNP 센서는 동작할 때 부하 측으로 양(+) 전압 측 전류를 공급하는 Source 형태로 설명되며, NPN 센서는 동작할 때 0V 방향으로 전류가 흐르는 경로를 제공하는 Sink 형태로 설명됩니다. 따라서 센서 출력방식과 PLC 입력회로의 Sink·Source 구성이 서로 호환되어야 정상적인 입력전류 경로가 만들어집니다. 여기서 용어는 제조사와 지역의 표현 방식에 따라 혼동되는 경우가 있으므로 단순히 명칭만 보고 연결하기보다는 실제 회로도에서 전류가 흐르는 방향과 Common 단자의 연결을 확인하는 것이 정확합니다. 잘못된 조합이나 배선은 입력이 계속 ON·OFF 상태로 고정되거나 정상적으로 감지되지 않는 원인이 될 수 있습니다.

Analog Input은 센서 값을 어떻게 숫자로 변환할까?

Analog Input Module은 ON·OFF만 구분하는 Digital Input과 달리 온도, 압력, 유량, 레벨과 같이 연속적으로 변화하는 물리량을 처리합니다. 산업용 센서와 Transmitter에서는 대표적으로 0~10V, ±10V, 4~20mA 등의 신호가 사용되며 입력모듈은 이러한 아날로그 신호를 A/D Converter를 통해 디지털 값으로 변환하여 CPU에 전달합니다. 예를 들어 압력 Transmitter의 4~20mA 신호를 입력받은 PLC에서는 Raw Data를 실제 압력 단위로 환산하는 Scaling 과정을 거쳐 제어 프로그램에서 사용할 수 있습니다. 아날로그 입력에서는 분해능(Resolution), 정확도(Accuracy), 변환시간과 입력범위 등이 중요한 사양이며 전기적 노이즈의 영향도 고려해야 합니다. 특히 낮은 레벨의 아날로그 신호에서는 접지와 실드, 케이블 배치 등이 측정 안정성에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 RTD나 Thermocouple처럼 일반 전압·전류 입력과 다른 특성을 가진 센서는 전용 입력모듈을 사용하는 경우가 많습니다. 결국 PLC 입력모듈은 다양한 현장 신호를 CPU가 신뢰할 수 있는 데이터로 변환하여 자동제어의 판단 기준을 제공하는 핵심 장치입니다.