PLC 디지털 모듈은 PLC 시스템에서 ON/OFF, HIGH/LOW, 1/0 와 같은 이산적인(Discrete) 전기 신호를 처리하는 입출력(I/O) 인터페이스 장치입니다

1. 정의

PLC 디지털 모듈은 PLC 시스템에서 ON/OFF, HIGH/LOW, 1/0 와 같은 이산적인(Discrete) 전기 신호를 처리하는 입출력(I/O) 인터페이스 장치입니다. PLC의 CPU가 외부의 디지털 장치들과 신호를 주고받을 수 있도록 연결하는 역할을 합니다.

• 디지털 입력 모듈 (Digital Input Module, DI): 외부 기기(센서, 스위치, 푸시 버튼 등)의 ON/OFF 상태를 감지하여 PLC CPU가 이해할 수 있는 디지털 논리 신호(1 또는 0)로 변환하여 전달합니다.
• 디지털 출력 모듈 (Digital Output Module, DO): PLC CPU의 연산 결과(1 또는 0)를 받아 외부 기기(램프, 릴레이, 솔레노이드 밸브, 접촉기 코일 등)를 ON/OFF 시킬 수 있는 전기 신호로 변환하여 출력합니다.

주로 모듈러 타입(Rack Type) PLC에서 별도의 카드로 장착되지만, 일체형/블록형(Compact Type) PLC에도 내장된 디지털 입출력부가 동일한 기능을 수행합니다.

 

2. 기능

• 입력 모듈(DI): 외부 현장(Field)의 상태(예: 스위치 눌림/안눌림, 센서 감지/미감지)를 전기적 신호로 받아들여 PLC CPU에게 디지털 정보로 전달합니다.
• 출력 모듈(DO): PLC CPU의 제어 명령(ON/OFF)을 받아, 해당 명령을 수행할 수 있도록 외부 액추에이터에 적절한 전압/전류를 공급하거나 차단합니다.
• 전기적 절연(Isolation): 외부 현장 회로와 PLC 내부 로직 회로 사이를 전기적으로 분리하여, 외부 노이즈나 이상 전압으로부터 PLC CPU를 보호하고 시스템 안정성을 높입니다. (주로 포토커플러 사용)

3. 주요 사양 및 선정 시 고려사항

디지털 I/O 모듈을 선정할 때는 다음과 같은 사양들을 신중하게 검토해야 합니다.

• 모듈 종류 (Module Type): 입력(DI) 모듈인지, 출력(DO) 모듈인지, 또는 입출력 혼합(DI/DO Combo) 모듈인지 확인합니다.
• 점수 (Number of Points): 하나의 모듈이 처리할 수 있는 입력 또는 출력 채널의 수입니다. (예: 8점, 16점, 32점, 64점). 필요한 I/O 수량, 설치 공간, 비용, 예비율 등을 고려하여 선택합니다.
• 정격 전압 및 종류 (Voltage Level & Type):
  • DI: 입력 신호로 받아들일 전압의 레벨과 종류를 지정합니다. (예: DC 24V, DC 12V, AC 110V, AC 220V). 제어 시스템에서는 DC 24V가 가장 널리 사용됩니다. 연결될 센서나 스위치의 출력 전압과 일치해야 합니다.
  • DO: 출력으로 내보낼 전압의 레벨과 종류를 지정합니다. (예: DC 24V, AC 110V, AC 220V). 구동하려는 부하(액추에이터)의 동작 전압과 일치해야 합니다.
• 정격 전류 (Current Rating - DO Only): 각 출력 포인트(채널)가 흘려보내거나 차단할 수 있는 최대 전류 용량입니다. 모듈 전체의 총 허용 전류도 확인해야 합니다. 연결될 부하의 소비 전류보다 충분히 커야 합니다. 용량 초과 시 모듈이 손상될 수 있습니다.
• 출력 방식 (Output Type - DO Only): 부하의 종류(AC/DC), 스위칭 속도, 수명 등을 고려하여 선택합니다.
  • 릴레이 출력 (Relay Output): 기계식 릴레이 접점을 사용합니다. AC/DC 부하 모두 사용 가능하고 비교적 높은 전류를 제어할 수 있으며 절연성이 좋습니다. 단, 응답 속도가 느리고 기계적 수명이 제한적입니다.
  • 트랜지스터 출력 (Transistor Output): 반도체 소자인 트랜지스터를 사용합니다. 응답 속도가 매우 빠르고 수명이 반영구적입니다. 주로 DC 부하 제어에 사용되며, 릴레이보다 허용 전류는 낮습니다. 결선 방식에 따라 싱크(Sink, NPN) 타입과 소스(Source, PNP) 타입으로 나뉩니다.
  • 트라이악 출력 (Triac Output): 반도체 소자인 트라이악을 사용합니다. AC 부하 제어에 적합하며, 릴레이보다 응답 속도가 빠르고 수명이 깁니다. 약간의 누설 전류나 전압 강하가 있을 수 있습니다.
• 입력 방식 (Input Type - DC DI Only):
  • 싱크/소스 (Sink/Source): DC 입력 모듈이 외부 기기와 전류를 주고받는 방식을 결정합니다. 외부 기기(센서 등)가 NPN 타입이면 싱크 입력 모듈을, PNP 타입이면 소스 입력 모듈을 사용해야 합니다. (유럽 및 아시아(한국 포함)에서는 PNP/소스 타입이, 북미에서는 NPN/싱크 타입이 비교적 많이 사용되는 경향이 있으나, 시스템 및 센서 사양에 따라 확인 필수).
• 절연 방식 (Isolation): 현장과 PLC 내부 로직 간의 전기적 절연 방식 및 수준입니다. 포인트별 독립 절연인지, 그룹별 공통 절연인지 등을 확인합니다. 노이즈 대책 및 안전에 중요합니다.
• 응답 시간 (Response Time): 입력 신호 변화를 감지하거나(DI), CPU의 명령을 받아 출력을 내보내는 데(DO) 걸리는 시간입니다. 고속 제어가 필요한 경우 짧은 응답 시간(ms 또는 µs 단위)을 가진 모듈이 필요합니다.
• 진단 기능 (Diagnostics Features): 고급 모듈의 경우, 개별 포인트 상태 표시 LED 외에 단선 감지, 출력 측 단락 보호, 퓨즈 단선 감지 등의 진단 기능을 제공하기도 합니다.
• 결선 방식 (Wiring & Termination): 배선 연결 단자의 형태입니다. 나사 단자대(Screw terminal), 스프링 클램프 단자대(Spring-cage terminal), 커넥터(D-Sub, MIL 등) 방식 등이 있으며, 작업 편의성 및 유지보수성을 고려하여 선택합니다.
• PLC 시스템 호환성 (Compatibility): 사용하려는 PLC의 CPU, 베이스(랙), 백플레인 등과 물리적, 전기적으로 호환되는 모듈인지 반드시 확인해야 합니다.

4. 적용 시 고려사항

• 제어반 공간, 비용 등을 고려하여 모듈당 점수를 결정합니다.
• 부하의 종류(AC/DC), 스위칭 속도, 내구성 요구사항에 맞춰 출력 방식을 선택합니다.
• 현장 기기와의 전압/전류 정격을 정확히 확인하고 일치시킵니다.
• DC 입력의 경우, 센서의 출력 타입(NPN/PNP)과 모듈의 입력 방식(Sink/Source)을 맞춰야 합니다.
• 설치 환경(온도, 습도, 진동 등)에 적합한 모듈을 선택합니다.

 

결론적으로, PLC 디지털 모듈은 PLC 시스템과 외부 디지털 장치 간의 중요한 연결고리 역할을 합니다. 따라서 시스템에 필요한 입출력 점수, 전압/전류 사양, 출력 방식(릴레이/트랜지스터/트라이악), 입력 방식(싱크/소스), 응답 속도, 그리고 사용하려는 PLC 시스템 및 현장 기기와의 호환성을 면밀히 검토하여 최적의 모듈을 선정해야 안정적이고 신뢰성 있는 제어 시스템을 구축할 수 있습니다.

 

지멘스 디지털 입력모듈