엔코더란? 회전 위치와 속도 측정 원리

2026년 9월 2일 읽는 시간 약 6분

엔코더란 모터나 회전체의 위치·회전량·속도를 Pulse 또는 디지털 코드로 변환해 제어기에 전달하는 센서입니다. 엔코더의 기본 구조와 A·B·Z상 신호, PPR·CPR 및 PLC에서 회전정보를 측정하는 원리를 알아봅니다.

엔코더란 무엇이며 어떤 정보를 측정할까?

엔코더(Encoder)는 모터 축이나 기계의 회전축 움직임을 전기적인 신호로 변환하여 PLC, Motion Controller, Servo Drive 등의 제어장치에 전달하는 센서입니다. 자동화 설비에서는 모터가 단순히 회전하는지만 확인하는 것이 아니라 얼마나 움직였는지, 어느 방향으로 회전하는지, 얼마나 빠르게 회전하는지를 알아야 하는 경우가 많습니다. 엔코더는 이러한 기계적 움직임을 Pulse 또는 디지털 위치정보로 변환해 제어기가 계산할 수 있도록 합니다. 대표적으로 Incremental Encoder와 Absolute Encoder가 있으며 두 방식은 위치정보를 표현하는 방법이 다릅니다. Incremental 방식은 축이 움직일 때 발생하는 Pulse를 누적하여 이동량과 상대위치를 계산하고, Absolute 방식은 회전위치에 대응하는 고유한 코드를 출력하여 절대위치를 표현합니다. 따라서 모든 엔코더가 반드시 Pulse만 출력하는 것은 아닙니다. 산업용 엔코더는 컨베이어 속도측정, 모터 회전수 확인, 위치결정, 길이측정 및 서보시스템의 Feedback 등 다양한 자동화 설비에 사용됩니다.

A상·B상·Z상 Pulse는 어떤 역할을 할까?

Incremental Encoder에서는 A상과 B상 Pulse가 대표적으로 사용됩니다. A상과 B상은 일반적으로 약 90°의 전기적 위상차를 갖는 Quadrature Signal로 출력되며 어떤 신호가 먼저 변하는지를 확인하여 회전방향을 판단할 수 있습니다. 예를 들어 한 방향에서는 A상이 B상보다 앞서고 반대 방향에서는 B상이 A상보다 앞서는 형태로 나타납니다. 제어기는 이러한 관계를 이용해 정회전과 역회전을 구분합니다. Z상은 Index 또는 Reference Pulse라고도 하며 일반적으로 한 회전마다 특정 기준위치에서 한 번 발생하도록 설계됩니다. 이를 이용하면 원점 확인이나 회전 기준점 설정 등에 활용할 수 있습니다. A·B상을 모두 이용하면 단순히 한 채널의 Pulse 수만 세는 것보다 방향정보를 얻을 수 있으며 제어기의 카운팅 방식에 따라 Rising Edge와 Falling Edge를 모두 사용하여 더 높은 카운트 분해능을 얻기도 합니다. 다만 A·B·Z상의 정확한 전기적 출력방식과 타이밍은 엔코더 사양을 확인해야 합니다.

PPR·CPR은 엔코더 분해능과 어떤 관계가 있을까?

엔코더 사양에서는 PPR(Pulses Per Revolution), CPR(Counts Per Revolution) 등의 용어가 자주 사용됩니다. PPR은 일반적으로 한 회전에서 발생하는 Pulse 수를 설명하는 데 사용되지만 제조사에 따라 용어 정의가 다를 수 있습니다. CPR 역시 Cycle 또는 Count의 의미로 사용되어 동일한 엔코더라도 문서에 따라 숫자가 다르게 표현될 수 있으므로 데이터시트의 정의를 확인해야 합니다. 예를 들어 A상 기준으로 1회전당 1,000 Pulse를 발생하는 Incremental Encoder가 있고 제어기가 A·B상의 상승·하강 Edge를 모두 계산하는 ×4 Quadrature Counting을 지원한다면 한 회전에서 4,000 Count를 얻을 수 있습니다. 이 경우 한 Count에 대응하는 기계적 각도는 약 0.09°가 됩니다. 일반적으로 회전당 Count가 많을수록 더 작은 움직임을 구분할 수 있지만 높은 분해능은 더 높은 Pulse 주파수를 발생시킵니다. 따라서 엔코더를 선정할 때는 필요한 위치 분해능뿐 아니라 최대 회전속도와 제어기의 최대 입력주파수도 함께 검토해야 합니다.

PLC는 엔코더 Pulse로 속도와 위치를 어떻게 계산할까?

PLC에서 Incremental Encoder를 사용할 때는 일정 시간 동안 발생한 Pulse 수를 측정하거나 Pulse 사이의 시간간격을 이용하여 회전속도를 계산할 수 있습니다. 예를 들어 엔코더의 유효 Count가 1회전당 1,000이고 일정한 1초 동안 500 Count가 측정되었다면 설정과 카운팅 방식에 따라 회전량을 계산하고 이를 RPM으로 환산할 수 있습니다. 위치는 기준점에서 누적된 Count와 기계의 이동량을 대응시켜 계산합니다. 엔코더가 풀리나 볼스크루에 연결되어 있다면 회전당 이동거리와 Count 값을 이용해 직선 위치로 Scaling할 수도 있습니다. 그러나 엔코더 Pulse가 일반 PLC Scan Cycle보다 빠르면 일반 Digital Input으로 모든 신호를 정확히 읽기 어렵습니다. 이런 경우 High-Speed Counter(HSC), 고속입력 모듈 또는 Motion Control 기능을 사용해야 합니다. 또한 NPN Open Collector, Push-Pull, Line Driver 등 엔코더의 출력회로와 전압레벨이 PLC 입력사양에 맞는지도 확인해야 합니다. 결국 엔코더는 회전운동을 제어기가 처리할 수 있는 정보로 변환하여 위치·속도·방향 제어의 기준을 제공하는 핵심 센서입니다.