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디지털 출력 센서에 적합한 산업용 디지털 I/O 모듈 선택하기

Updated 2026. 7. 6.

개요

디지털 신호로 구동되는 액추에이터와 디지털 출력 센서는 업계에서 매우 널리 사용됩니다. 디지털 출력 신호가 여러 포맷으로 표시된 모든 타입의 변수(온도, 흐름, 압력, 속도 등)에 대해 디지털 출력 센서를 찾을 수 있습니다. 이 문서에서는 먼저 디지털 출력 센서를 출력 신호 및 회로 인터페이스에 따라 분류한 다음 어플리케이션에 디지털 I/O 모듈1을 선택할 때 고려해야 할 중요한 매개 변수를 설명합니다.

내용

디지털 출력 센서의 개요

디지털 출력 센서는 전체 범위에서 지속적으로 변하는 출력 값을 생성하는 아날로그 출력 센서와는 달리, 출력에 On 또는 Off인 두 개의 값만을 생성하는 센서입니다. 디지털 센서의 가장 간단한 예는 터치 스위치입니다. 일반적인 터치 스위치는 누를 때 무한대의 저항이 있는 열린 회로이며, 누를 때 저항이 없는 단락 회로입니다.

디지털 출력 센서를 인터페이스할 때마다 센서와 데이터 수집 디바이스의 호환성을 결정하는 몇 가지 중요한 요소를 고려해야 합니다. 이 문서에서는 이러한 주요 요소를 소개하고 어플리케이션에 적합한 데이터 수집 디바이스를 쉽게 선택할 수 있도록 설명합니다.

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다음을 기반으로 디지털 출력 센서 분류:

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센서 출력을 구동하는 신호의 특성


 기술적 발전으로 다양한 복잡한 디지털 출력 센서를 출시했습니다. 현재 센서는 On과 Off 상태 사이의 전이 트레인을 생성하며, 이러한 타입의 센서는 펄스 트레인의 주파수 특성 또는 모양이 센서의 측정을 전달하므로 연속 측정을 구현할 수 있습니다.

그림 1은 출력을 구동하는 신호 특성에 따라 디지털 출력 센서의 분류를 보여줍니다. 차트에서 볼 수 있듯이, 디지털 출력 센서의 45 %는 디지털 라인의 on-off 상태를 기준으로 하고, 35 %는 신호의 주파수를 기준으로 하고, 12 %는 출력 주파수 2의 주기 점유율을 기준으로 합니다.


그림 1 – 디지털 출력 센서 – 특징적인 전달 측정2


센서 측정값을 전달하는 신호 특성은 산업용 디지털 I/O 모듈을 선택할 때 고려해야 할 첫번째 파라미터입니다. 이는 디지털 I/O 모듈에서 카운터가 필요한지 결정할 때 중요합니다.

산업용 정적 DIO 디바이스 탐색

카운터/타이머 디바이스 탐색

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싱킹 vs. 소싱 출력


  싱킹 및 소싱은 로드가 걸린 회로에서 직류 전류가 어떻게 흐르는지 결정합니다.

  • 싱킹 장치: 전류를 접지에 연결하는 경로를 제공하며 장치 전력 공급과 상관이 없습니다. 싱킹 디바이스를 설명하는 데 사용되는 용어에는 NPN, 오픈 컬렉터, Normally High, IEC Negative Logic이 있습니다.
  • 소싱 디바이스: 전력 또는 양 전위를 디바이스에 공급합니다. 소싱 디바이스는 로드를 통해 전류를 '푸시'합니다. 소싱 디바이스에 대한 설명에는 PNP, Open Emitter, Normally Low, IEC Positive Logic이 사용됩니다.


소싱 및 싱킹의 개념은 작업을 구현하는 구성요소(예: 트랜지스터, 기계적 릴레이 등)에 독립적입니다. 이 개념은 모든 DC 회로에 적용됩니다. 회로를 구현하는 구성요소는 다를 수 있습니다.


그림 2 - 싱킹 출력 센서.

그림 3 - 출력 센서 소싱.
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2 와이어 및 3 와이어 센서

세 번째 타입 분류는 센서의 On 상태와 Off 상태에서 전류와 전압 사이의 관계를 정의하기 위해 중요합니다. 센서는 다음과 같이 2 와이어 또는 3 와이어 디바이스로 분류할 수 있습니다:

  • 2 와이어 센서: 이는 데이터를 수집하는 디바이스와 직렬로 연결되어 있습니다.

 

그림 4 – 2 와이어 센서


센서가 작동하지 않으면, 센서 제조업체에서 잔류 전류라고도 부르는 일반적으로 오프 상태 누출 전류라고 불리는 최소 작동 전류를 끌어야 합니다. 이 전류는 센서 전자 장치의 작동을 유지하기 위해 필요합니다. 잔류 전류는 센서가 데이터 수집 디바이스가 아닌 다른 로드에 직접 연결된 경우 문제가 되지 않습니다. 예를 들어, 산업 환경에서는 이러한 2 와이어 센서가 낮은 임피던스를 가진 모터 및 유사한 디바이스에 직접 연결되어 있지 않습니다.

센서가 디지털 I/O 모듈이 유지하도록 설계된 것보다 더 높은 잔류 전류를 필요로 하는 경우, 잔류 전류는 시스템에 문제가 됩니다. 이 경우, 디지털 I/O 모듈이 올바르지 않게 On 상태를 감지할 수 있습니다. 끌어오는 전류가 제공하려는 전류보다 높기 때문입니다. 업계의 대부분의 2 와이어 센서에는 1.7 mA보다 높지 않은 오프 상태 누출 전류 또는 잔류 전류가 있습니다.

Off 상태와 마찬가지로, 센서의 On 상태를 유지하기 위해 필요한 최소 전류도 있습니다. 최소 홀딩 전류이라고 합니다. 일반적으로 전류 범위는 3 mA ~ 20 mA입니다. 디지털 I/O 모듈이 싱킹하거나 이 전류를 소싱할 수 없으면 센서가 올바르게 작동하지 않습니다.

  • 3 와이어 센서: 3 와이어 센서는 디지털 출력 라인을 통해 직접 전원을 얻는 것이 아니라 구동 터미널에서 전원을 얻습니다. 일부 제조업체는 이를 라인 전원 공급 센서라고도 합니다.

 



그림 5 – 3 와이어 센서



이러한 디바이스가 디지털 I/O 모듈에서 유도하는 작동 전류는 부하 전류로 불리며 일반적으로 20 mA 근처에 있습니다. 이 전류가 구동 터미널에 의해 제공되는 것을 확인해야 합니다.

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센서의 출력을 구현하는데 사용되는 전자 구성요소


  일반적으로 신호 출력 센서의 출력을 구동하는 세 가지 전자 구성요소가 있습니다.

  • 기계적 릴레이;
  • 트랜지스터;
  • 쌍방 FET 장치:

기계적 릴레이: 기계적 릴레이는 회로를 완성하기 위해 접촉을 닫거나 접촉을 열어 회로를 인터럽트하는 전자기계 디바이스입니다. 이는 높은 전압에서 전류 로드를 처리할 수 있는 디바이스입니다.

솔리드 상태 릴레이와 비교할 때 상대적으로 느린 디바이스이므로, 일반적으로 라인의 상태가 신호 구동 출력의 특징인 센서에서 사용됩니다. 이러한 디바이스는 접촉으로 인한 마모와 저항이 발생할 수 있습니다. 접촉 수명은 작동 빈도뿐만 아니라 로드 전류에 따라 다릅니다. 카운터와 디지털 I/O 모듈에 연결되었을 때 접촉 부스 때문에 때때로 비정상적인 결과를 초래할 수 있습니다.

트랜지스터: DC 전류를 제어하도록 설계된 솔리드 상태 장치입니다. 트랜지스터는 일반적으로 낮은 DC 전원 공급 센서에서 출력 스위치로 사용됩니다. 트랜지스터에는 NPN과 PNP라는 두 가지 타입이 있습니다.

그림 6은 NPN (싱킹) 오픈 컬렉터 트랜지스터를 보여줍니다.


그림 6 – 센서 NPN 출력

이중 FET 장치: 시장에 있는 많은 광센서의 출력은 그림 7에서 볼 수 있는 양면 FET 출력이라고 불리는 구조로 구현됩니다. 이 구조에는 많은 장점이 있지만, 가장 중요한 것은 TTL 및 CMOS Circuits 직접 인터페이스가 있기 때문입니다.

  • 낮은 오프 상태 누출 전류;
  • 빠른 응답 시;

FET은 Field Effect 트랜지스터를 나타내며, 작동 특성 때문에 디지털 출력 센서에서 가장 널리 사용되는 출력으로, 이상적인 모델에 가깝습니다.


그림 7 - 양면 FET 디바이스 출력 센서
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디지털 출력 센서에 적합한 산업용 디지털 I/O 모듈 선택하기

디지털 I/O 모듈을 선택하려면 다음 세 가지 질문에 답해야 합니다.

  • 센서조정을 전달하는 디지털 신호의 특성은 무엇입니까? 이 문제는 이 문서의 "센서의 출력을 구동하는 신호의 특성" 섹션에서 설명되어 있습니다.

이 답에 따라 테이블 A를 참조하여 어플리케이션에 적합한 디지털 I/O 모듈 그룹을 확인합니다.

  • 센서 출력은 싱킹 또는 소싱 출력입니까?

테이블-A는 싱킹 및 소싱 기능을 기반으로 NI 보드의 분류를 제공합니다. 따라서 싱킹 출력이 있는 센서의 경우 소싱 입력이 있는 보드를 선택하고 소싱 입력이 있는 보드를 선택합니다.

  • 내 디바이스의 출력을 구현하는 구성요소는 무엇입니까?

이 시점에서 On 상태의 최소 홀드 전류뿐만 아니라 오프 상태 누출 전류를 고려해야 할 수도 있습니다.

센서의 스펙을 테이블 B의 데이터 수집 디바이스 스펙과 비교하여 센서에 가장 적합한 디바이스를 선택합니다. 전압 레벨 외에도 다음과 같은 두 가지 중요한 조건을 관찰해야 하며, 이는 때때로 무시됩니다.

1. 오프 상태 누출 전류 (센서) < 로우 상태의 최대 입력 전류 (보드)
2. 최소 홀드 전류 (센서) 최고 입력 전류 (보드)

NI 보드ON-OFF 상태타이밍 기반 센서(주파수, 주기 점유율 등)디지털 I/O 모듈 출력 유형절연 종류채널 개수
NI 6601—√싱킹—4 CTR
NI 6602/6608—√싱킹—8 CTR
NI 6624—√싱킹채널-채널8 CTR
NI 6501√√*싱킹/소싱—24 DIO 1 CTR
NI 6509√—싱킹/소싱—96 DIO
NI 6514√—소싱뱅크32 DI, 32 DO
NI 6515√—싱킹뱅크32 DI, 32 DO
NI 6518√—소싱뱅크16 DI, 16 DO
NI 6519√—싱킹뱅크16 DI, 16 DO
NI 6520/6521√—싱킹/소싱채널-채널8 DI 8 DO
NI 6525√√*싱킹/소싱채널-채널8 DI 8 DO 1 CTR
NI 6528√—싱킹/소싱채널-채널24 DI, 24 DO

표 - A
(*USB-6501과 USB-6525에는 하나의 이벤트 카운터가 있습니다)


NI 보드전압 입력전류 입력최대 스위칭 용량
입력 로직 로우 입력 전압 (VIL)입력 로직 하이 입력 전압 (HIL)최대 입력 전류(낮음)최대 입력 전류(높음)
최소최대최소최대
NI 6601-0.3VDC0.8VDC2VDC전원 공급 +0.3 VDC-10μA200 μA4mA
NI 6602/6608-0.3VDC0.8VDC2VDC전원 공급 +0.3 VDC-10μA200 μA4mA
NI 6624—0.8VDC3.2VDC48VDC0.1mA10mA200mA
NI 6501-0.3VDC0.8VDC2VDC5.8VDC——±8mA
NI 65090 VDC0.8VDC2VDCVCC-91.0μA91.0μA±24mA
NI 65140 VDC±4 VDC±11 VDC±30 VDC4.5 mA/라인12.5 mA/라인350mA
NI 65150 VDC±4 VDC±11 VDC±30 VDC4.5 mA/라인12.5 mA/라인500mA
NI 65180 VDC±4 VDC±11 VDC±30 VDC4.5 mA/라인12.5 mA/라인350mA
NI 65190 VDC±4 VDC±11 VDC±30 VDC4.5 mA/라인12.5 mA/라인500mA
NI 6520/65210 VDC±4 VDC±11 VDC±30 VDC4.5 mA/채널채널당 12.5 mA2A
NI 6525-60VDC1VDC3.2VDC60VDC채널당 3.0 mA채널당 3.0 mA500mA
NI 6528-60VDC1VDC3.2VDC60VDC1.5mA2mA150mA

표 - B

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디지털 출력 센서의 예

측정 종류: 유량 측정
제조업체: 보석 센서
디지털 출력 타입: 주파수




측정 종류: 가속도 (ADXL202, ±2 g 이중 축 가속도계)
제조업체: 아날로그 디바이스
디지털 출력 타입: 주기 점유율(TTL, CMOS 호환)

측정 종류: 위치 스위치(기계 릴레이)
제조업체: Schmersal
디지털 출력 타입: ON-OFF 출력.


 

다른 디지털 출력 센서 제조업체 포함


· 오메가
· Omron
· 엔코더 제품 회사
· US. 센서
· Sensotec
· 워틀로
· PCB 압축기
· 허브 인스트루먼트
· 측정 특수 기능
· 셀레스코
· Endevco
· 매크로 센서
· Transducer Techniques Inc.

1 이 문서에서 '디지털 I/O 모듈'은 디지털 출력 센서에 연결된 데이터 수집 디바이스에 대해 설명합니다.

2 Kirianaki, Yurish, Shpak, Deynega. Smart Sensors를 위한 데이터 수집 및 신호 처리, 2002년 [ISBN 0-470-84317-9].

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