무엇을 어떤 원리로 검출할지 정해야 한다
유도형, 정전용량형, 포토센서, 자기식 Sensor의 차이와 검출거리, 주변환경, PLC 배선까지 실제 선정 순서로 정리한다.
센서가 필요할 때 가장 먼저 NPN인지 PNP인지부터 보는 경우가 많다. 하지만 NPN과 PNP는 Output 방식이고, 그보다 먼저 어떤 물체를 어떤 원리로 검출할지를 정해야 한다.
금속 Bracket 위치를 확인할 것인지, 투명 Tray를 볼 것인지, Cylinder Piston Magnet을 검출할 것인지에 따라 Sensor 원리가 달라진다. 같은 24V 3선식 Sensor라도 검출원리가 다르면 설치조건과 Failure Mode가 완전히 달라진다.
1. 근접센서는 비접촉 검출 Sensor다
OMRON은 Proximity Sensor를 물체에 직접 접촉하지 않고 존재나 움직임을 전기신호로 바꾸는 Sensor로 설명한다. Inductive, Capacitive, Magnetic 방식이 대표적이다.
Photoelectric Sensor도 비접촉이지만 Light를 사용한다는 점에서 설치환경과 검출거리가 크게 다르다.
2. 유도형 근접센서는 금속을 검출한다
Inductive Sensor는 Coil에서 AC Magnetic Field를 만들고 금속물체에 Eddy Current가 생기면서 Sensor Impedance가 변하는 현상을 이용한다.
그래서 철, 알루미늄, 황동, 구리 같은 금속을 검출할 수 있지만 Target Material에 따라 Sensing Distance가 달라질 수 있다.
3. Shielded와 Non-shielded는 설치조건이 다르다
Inductive Sensor는 주변 금속의 영향을 받는다. Flush Mount가 가능한 Shielded Type과 더 긴 검출거리를 얻는 대신 주변 금속 이격이 필요한 Non-shielded Type이 있다.
Metal Bracket에 Sensor를 깊게 묻어 설치할 때는 Catalog의 Mounting Condition을 반드시 확인해야 한다.
4. 정전용량형 Sensor는 금속 외의 물체도 볼 수 있다
Capacitive Sensor는 Sensor 전극과 물체 사이의 Capacitance 변화를 검출한다. 물, Resin, Powder, Glass 같은 비금속도 검출할 수 있다.
반대로 주변물체와 습도, 오염에도 영향을 받을 수 있으므로 Sensitivity 조정과 설치환경이 중요하다.
| Sensor | 주요 검출대상 | 강점 | 주의점 |
|---|---|---|---|
| Inductive | 금속 | 환경 내성이 좋고 반복성이 높음 | Material별 검출거리 차이 |
| Capacitive | 금속, 비금속, 액체 | 재질 범위가 넓음 | 습도와 주변물 영향 |
| Photoelectric | 다양한 물체 | 긴 거리 가능 | 색, 반사율, 오염, 주변광 |
| Magnetic | Magnet | Cylinder 내부 Piston 검출에 적합 | Magnet 위치와 주변자계 |
5. 포토센서는 검출방식부터 나눠야 한다
Photoelectric Sensor는 Through-beam, Retro-reflective, Diffuse-reflective처럼 구성방식이 다르다.
긴 거리와 안정성이 좋지만 양쪽 설치공간과 배선이 필요하다.
한쪽에 Sensor를 설치할 수 있지만 Reflector 공간과 반사조건을 본다.
설치가 단순하지만 물체 색과 표면반사율 영향을 받을 수 있다.
반사광의 거리정보를 이용해 Background를 구분할 수 있다.
6. 투명체는 Photo Sensor에서 까다로운 Target이다
투명 Film, Glass Bottle, Acrylic은 Light가 통과하거나 약하게 반사되어 일반 Diffuse Sensor에서 검출 Margin이 작을 수 있다.
투명체 전용 Sensor, Polarizing Filter, Reflector 방식 또는 Ultrasonic Sensor를 검토하는 것이 좋다.
7. 검출거리 Maximum만 보고 설치하지 않는다
Catalog의 Sensing Distance 끝단에서 사용하면 Target 위치편차, 온도, Voltage와 오염에 따라 ON/OFF가 흔들릴 수 있다.
실제 설치에서는 충분한 Margin을 두고 물체의 Worst-case 위치에서 안정적으로 검출되는지 확인해야 한다.
8. Response Time은 PLC Scan Time과 같이 본다
Sensor Response가 0.5ms여도 PLC Input Filter가 10ms라면 2ms 물체는 놓칠 수 있다.
반대로 PLC가 1ms Scan이어도 Sensor 자체가 20ms Filter를 갖고 있다면 더 빠른 Detect가 되지 않는다.
그래서 고속 Counting에서는 Sensor Response, Input Filter, High-speed Counter를 하나의 Timing Chain으로 본다.
9. NPN과 PNP는 검출원리와 별개다
Inductive, Photoelectric, Capacitive 어떤 Sensor든 NPN 또는 PNP Output 제품이 있을 수 있다.
| Output | ON 상태 | PLC Input 관점 |
|---|---|---|
| NPN | Signal을 0V 방향으로 Sink | Sourcing Input 필요 |
| PNP | Signal에서 +24V Source | Sinking Input 필요 |
10. NO와 NC도 NPN/PNP와 다른 개념이다
NPN/PNP는 전류 방향이고 NO/NC는 물체 검출 시 Output Logic을 말한다.
따라서 NPN NO, NPN NC, PNP NO, PNP NC가 모두 가능하다.
11. 2선식 Sensor는 Leakage Current를 주의한다
2선식 DC Sensor는 전원과 Signal을 같은 두 Wire로 사용하므로 OFF 상태에서도 Sensor 내부전원을 위한 작은 Current가 흐를 수 있다.
PLC Input OFF Current Threshold가 낮으면 Input이 애매하게 남을 수 있다. 반대로 ON 상태에서는 Residual Voltage가 존재할 수 있다.
12. Cylinder Auto Switch도 같은 Sensor System 관점으로 본다
공압 Cylinder Auto Switch는 Piston Magnet을 검출하는 Magnetic Sensor다. 2선식 Reed, 3선식 NPN/PNP Solid-state 제품이 있어 일반 Sensor 배선과 연결된다.
즉 Pneumatic 부품이지만 PLC 입장에서는 결국 하나의 Digital Sensor다.
13. 오검출은 Sensor보다 설치문제인 경우가 많다
- 검출 Target Material이 적절한가?
- 실제 Distance가 정격의 끝단에 있지 않은가?
- 주변 금속이 Inductive Sensor에 영향을 주는가?
- Capacitive Sensor 주변에 Water나 Dust가 쌓이는가?
- Photo Sensor Lens가 오염되었는가?
- 반사체와 Background가 Target보다 강하지 않은가?
- NPN/PNP와 PLC COM이 맞는가?
- Input Filter가 너무 크지 않은가?
- Solenoid와 Motor Cable Noise가 들어오지 않는가?
- Connector Pin과 Cable Color가 Datasheet와 일치하는가?
14. Safety Sensor와 일반 Sensor를 혼동하지 않는다
일반 Photo Sensor나 Proximity Sensor가 사람을 검출할 수 있다고 해서 Safety-rated Sensor는 아니다.
사람 보호용 Light Curtain, Safety Scanner와 Guard Sensor는 Fault Detection과 PL/SIL Requirement가 별도로 적용된다.
15. 실제 선정 예를 하나 들어보자
철제 Jig가 정확히 Home Position에 왔는지 확인하려면 Inductive Sensor가 단순하고 안정적이다. 투명 Tray가 Conveyor를 통과하는지를 보면 Transparent Object 대응 Photo Sensor가 더 적합할 수 있다.
공압 Cylinder End Position은 별도 Bracket Photo Sensor보다 Cylinder Auto Switch가 조립과 유지보수에 유리한 경우가 많다.
16. 센서는 "잘 보이는가"보다 Fault가 났을 때 어떻게 보이는지도 본다
Cable 단선, Connector 빠짐, Sensor Power Loss와 Output Stuck 상태를 PLC에서 어떻게 판단할지 생각해야 한다.
중요한 Interlock이라면 단순 NO Sensor 하나보다 NC Logic, Dual Sensor, Timeout과 Mechanical Stop을 조합하는 것이 더 나을 수 있다.
Sensor 선정은 NPN/PNP부터 시작하지 않는다. Target Material과 거리, 환경, Response와 Failure Mode를 먼저 정한 뒤 Output과 PLC Interface를 맞춘다. 같은 24V Sensor라도 Inductive, Capacitive, Photoelectric, Magnetic은 물리원리부터 다르다.
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