한방에 알아보는 입출력 회로 - NPN PNP SINK SOURCE 두방 NoNo 해

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3 жыл бұрын

자동화장비 개발을 위한 채널입니다.
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PLC / Micro Controller / PC / 아두이노를 활용해 실제 자동화 장비를 만들어 볼겁니다.
자료는 하기 카페에서 모으고 있습니다.
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안녕하세요. 깹입니다.
오늘은 입출력에 대해서 설명을 해보려고 합니다. 조금 긴 이야기가 될 것 같기도 한데요.
자동화 분야에서 컨트롤러는 PLC, PC, 그리고 자체적으로 개발하는 BOARD 등 많은 종류가 있긴 하지만, 하는 역할은 비슷할 겁니다. 입력신호들을 판단해서 출력을 내보내는 것이죠.
입력들은 간단하게 감지의 유무를 확인할 수 있는 센서부터 아날로그 값을 읽어 들여 거리나 온도 등을 측정하는 센서, 그리고 통신으로 데이터를 전달받을 수 있는 장치들까지 다양하게 이루어져 있습니다. 마찬가지로 출력은 On/Off 를 하여 색상을 표시할 수 있는 Lamp 나 소리를 낼 수 있는 Buzzer 들이 있으며, 움직임을 만들 수 있는 솔레노이드나 모터 등이 있고, 아날로그나 통신으로 제어할 수 있는 다양한 장치들이 있습니다.
자동화에서 사용되는 컨트롤러는 다양한 입력들의 조합으로 출력을 만들어 내는 장치인데요. 이 입력들과 출력들 중에서도 가장 간단한 형태의 디지털 INPUT, OUTPUT에 대해서 설명하겠습니다. 이 디지털 INPUT, OUTPUT 은 DIGITAL IO 혹은 DIO 등으로 불리우며, 디지털의 사전적 정의를 알아보면 0과 1과 같이 명확하게 구분이 되는 숫자들을 이야기합니다. 아날로그는 디지털의 반대인데, 0과 1로 구분되지 않는 숫자입니다. 쉬운 예로 아날로그 시계와 디지털 시계를 살펴보면, 디지털 시계는 1초 다음에 2초, 2초 다음에 3초라고 숫자로 표시가 되는 시계인데요. 시간의 표시가 명확하게 구분이 되어 있습니다. 아날로그 시계는 1초와 2초 사이에도 무수히 많은 공간들이 존재하게 되죠. 1초에서 2초로 넘어갈 때, 분명 1초에서 오래 멈춰 있고, 2초에서 오래 멈춰 있어 1초와 2초가 명확하게 표시되긴 하지만, 그래도 1초와 2초 사이에는 아주 많은 공간들이 존재하게 됩니다. 하지만 On/Off 와 같이 명확하게 구분되는 입력 또는 출력을 디지털 입력/출력이라고 이야기를 합니다.
디지털 출력은 간단하게 0과 1을 구분해서 출력하는 회로인데요. 겁나 헷갈리니 잘 따라오셔야 할 겁니다.
PLC의 입력카드에서 센서에 대한 입력을 한개 받는다고 가정해보겠습니다.
PLC입장에서 보면 입력이 될 겁니다. 센서 입장에서 보면 출력이 될 테구요. 항상 이렇게 입력과 출력이 맞닿게 되는데요. 이 두개의 신호 타입을 맞춰주어야 하죠.
맞춰주면 됩니다.
맞춰주면 되는데요. 그냥 쉽게 맞추면 되는데 참… 이게 어렵게 맞춰집니다.
간단하게 후려쳐 보면 PLC에서 사용하는 전원 레벨은 2가지가 있을 겁니다. 물론 더 많은 전원 레벨이 있을 수는 있겠지만, PLC 입출력에 사용되는 전원은 0V와 24V 가 있습니다.
PLC에서 사용되는 디지털 전원을 기준으로 0V는 전원의 -가 될 것이고, 혹은 마이너스24, 네가티브24라고 해서 N24 라고 부르기도 하지요. 24V는 전원의 +가 될 것이고, 플러스24, 파지티브24라고 해서 P24 라고 부르기도 하지요.
이렇게 24V는 P24 라고 표기를 하고, 0V는 N24 라고 표기를 합니다.
우선 출력회로를 살펴 보면, 가장 흔하게 사용되는 출력 회로로 트랜지스터 출력타입이 있습니다.
이 트랜지스터는 정말 많이 사용이 되기도 하고, 어려운 내용이 많아요.
오늘도 역시나 아주 간단하게 후려쳐 볼 겁니다.
우선 내용을 간단히 후려쳐 보기전에 그래도 어려운 내용을 시도는 해보고 후려쳐 볼께요.
어떻게 생겼나… 하고 봐두었다가 나중에 혹시라도 기억이 날지도 모르니까요.
센서를 예를 들어 보겠습니다.
출력 회로가 대충 이렇게 생겼을 것 같은데요. 이렇게 생긴 출력 타입을 NPN 트랜지스터를 사용했다고 해서 NPN 타입의 출력 회로입니다.
이곳을 트랜지스터의 베이스라고 하고, 이것을 컬렉터, 이것을 이미터라고 합니다. 트랜지스터 각 부분의 이름인데 굳이 이름은 기억하지 않으셔도 될 것 같습니다.
\이곳에 이렇게 PLC를 연결하게 됩니다. 센서에서 검출이 되면, 이렇게 BASE에 신호가 들어가게 되고, 이렇게 베이스에 신호가 들어 가게 되면 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐를 수 있게 되어 PLC 에서 신호를 감지할 수 있게 되죠.
하지만, 이렇게만 연결 되었다고 해서 전류가 흐르지는 않습니다. PLC 에도 플러스 전원을 넣어주어 이렇게 전류의 방향을 결정 해주어야 하죠. 이렇게 해야 PLC 의 입력에 전류가 흘러 입력을 감지할 수 있게 되게 됩니다.
이렇게 했을 때, 센서에서는 NPN 출력 회로였고, PLC 입장에서는 스위치가 아래에 있어서 아래로 흐른다는 뜻으로 Sink 타입의 입력 회로입니다. 일반적으로 NPN 출력 회로와 Sink 타입 입력 회로가 쌍을 이루고 있지요.
이제 좀 더 헷갈리는 이야기를 해보겠습니다.
센서를 여러 개 연결해 보지요. 3개만 연결해 보겠습니다. PLC 가 있구요. PLC에 3개의 입력을 받아보겠습니다. 이것은 IN1, 이것은 IN2, 이것은 IN3 이렇게 연결을 해 두겠습니다.
아까와 마찬가지로 플러스를 연결해주어야 하는데요. 전부 연결을 하지는 않겠습니다. 이렇게 하나만 넣어주고, 공통으로 사용을 하려고 합니다. 바로 이것이 COMMON 이라고 하는 것인데요.
Sink Type의 입력은 COMMON 이 플러스 입니다.
또, 이것은 센서이긴 하지만 이것을 PLC NPN 출력이라고 생각해 볼께요. 마찬가지로 여기서도 공통부분이 생기는데요. 이것이 NPN 출력 회로에서의 COMMON 입니다. 마이너스가 연결 되겠군요.
이제는 PNP 타입을 그려보도록 하겠습니다.
PNP 출력은 이렇게 생겼을 것 같은데요. NPN TYPE 과 다르게 이미터에서 컬렉터로 전류가 흐르게 됩니다. NPN 타입과 마찬가지로 PNP 역시 컬렉터를 노출시켜 출력을 감지할 수 있게 하는데, 이러한 이유로 NPN 출력이든, PNP 출력이든 오픈컬렉터 타입이라고 이야기를 하게 됩니다.
NPN 오픈컬렉터, PNP 오픈컬렉터라고 이야기를 하지요.
다시 PLC 를 연결해 보면, NPN 과 다르게, 이번 부하가 트랜지스터를 거쳐서 나오게 됩니다. 전류가 정상적으로 흐르게 하기 위해서는 출력회로의 COMMON 에는 플러스가 들어가야 하고, 입력회로의 COMMON 에는 마이너스가 들어가야 하게 되죠.
이러한 입력타입은 스위치가 위에 있어서 전류가 위에서 흐른다고 하여 Source Type 의 입력회로라고 이야기를 합니다. PNP 출력은 Source Type 의 입력회로와 쌍을 이루게 됩니다.
위에서 흐르는 것을 Source Type, 아래로 흐르는 것을 Sink 타입이라고 이야기를 하는데
복잡했죠? 저도 헷갈립니다. 어려워요. 항상 어렵습니다.
제가 간단하게 후려쳐 보겠습니다.
NPN 출력이든, PNP 출력이든, RELAY 출력이든 출력되는 신호 레벨이 COMMON 을 따라 갑니다. COMMON의 출력이 나간다고 생각하시면 될 듯하고, NPN 출력은 Low Level 출력입니다.
즉, COMMON 이 N24 이 되고 신호가 감지되었을 때 0V가 되는 것이 NPN 출력입니다.
또, N24를 감지할 수 있는 회로는 빠지는 회로라고 해서 SINK TYPE의 입력회로를 사용하면 됩니다.
PNP 역시 비슷하게 정리를 해보면 COMMON 이 P24가 되고 신호가 감지되었을 때 24V가 되는 것이 PNP 출력입니다. 마찬가지로 P24를 감지할 수 있는 회로는 나오는 회로를 감지한다고 해서 SOURCE TYPE의 입력회로를 사용하면 됩니다.
어려운 이야기가 너무 많았죠? 다시 한번 정리를 해보면 신호 레벨이 0V인 것이 NPN 출력과 SINK TYPE 입력이고, 신호레벨이 24V인 것이 PNP 출력과 SOURCE TYPE 입력입니다.
하지만 국내에서는 대부분 NPN과 SINK TYPE 입력이며, SAFETY CONTROLLER의 경우 PNP와 SOURCE TYPE 입력을 사용하지요. 유럽은 대부분 PNP 출력과 SOURCE TYPE의 입력을 사용합니다.
간단하게 한다고 했는데도 어려웠던 것 같아 아쉽긴 하지만 지금 사용하는 LS산전의 컨트롤러의 입출력 회로를 살펴보겠습니다.
입력 회로는 이렇게 나와 있네요. 멋있습니다. COM 에 플러스를 연결하면 신호레벨을 마이너스를 사용할 수 있고, COM에 마이너스를 연결하면 신호레벨을 플러스로 사용할 수 있게 되어 있습니다. NPN 센서, 즉 신호레벨을 0V를 사용하려면 COM을 24V 를 넣으면 되고, PNP센서, 즉 신호레벨을 24V를 사용하려면 COM을 N24를 넣으면 될 것 같네요. 하지만 모든 입력카드가 전부 그런것은 아니니 모델을 확인 하셔야 할겁니다.
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오프닝
Song: DEAF KEV - Invincible [NCS Release]
Music provided by NoCopyrightSounds
Free Download/Stream: ncs.io/invincible
Watch: • DEAF KEV - Invincible ...
아웃트로
Song: Itro & Tobu - Cloud 9 [NCS Release]
Music provided by NoCopyrightSounds
Free Download/Stream: ncs.io/cloud9
Watch: • Video

Пікірлер: 30

@seung-jaelee884 3 жыл бұрын

매번 레전드십니다

@user-ll5op2rm1d 3 жыл бұрын

이해가 잘됩니다!! 감사합니당

@user-oc1hb5me6b 3 жыл бұрын

여윽시 깹느님의 명강의

@user-nc8xr9tn4b 3 жыл бұрын

감사합니다

@automation_develop 2 жыл бұрын

컨텐츠 내용중에 SINK, SOURCE 에 대한 내용에 부족한 내용이 있어서 추가 컨텐츠를 만들었습니다. 부족한 부분에 혼란이 없으시길 바라며, 더 좋은 컨텐츠로 보답하겠습니다. 추가 컨텐츠 LINK : kzbin.info/www/bejne/bGi0onmDq5KCbNU