제품에 적합한 산업용 센서 선택하기

산업용 센서는 산업 환경에서 물리적 파라미터를 다양한 응용 제품에 사용할 수 있는 신호로 변환하는 중요한 역할을 합니다. 그렇다면 설계자가 제품에 적합한 산업용 센서를 선택하려면 어떻게 해야 할까요?

산업용 센서는 산업 환경에서 환경 또는 작동 조건의 변화를 모니터링, 측정, 감지하는 데 사용되는 장치입니다. 이러한 센서는 온도, 압력, 진동, 근접성, 빛, 습도 또는 화학적 특성과 같은 물리적 변수를 시스템이나 컨트롤러에서 측정, 분석 또는 모니터링할 수 있는 신호로 변환합니다. 이러한 센서에서 수집된 데이터는 제조, 에너지, 자동차, 항공우주 등 다양한 산업 분야에서 프로세스를 자동화하고 안전을 개선하며 효율성을 향상하는 데 필수적입니다.

그림 1: 공장의 라인 컨베이어에 설치된 광학 센서. (이미지 출처: Adobe Stock)

산업용 센서의 핵심적인 역할

산업용 센서의 핵심적인 역할은 아무리 강조해도 지나치지 않으며, 이러한 장치는 산업 환경에서 자동화, 안전, 품질 관리 조치 등을 구현하는 데 필수적입니다.

프로세스 자동화에 필수적인 요소인 산업용 센서는 사람의 개입을 최소화하면서 기계와 시스템을 작동할 수 있게 해주며, 조립 라인, 로봇 시스템, 포장 전문가와 같은 작업에서 정밀도와 일관성을 보장할 수 있도록 도와줍니다.

센서는 진동, 온도, 압력 등의 장비 상태를 모니터링하여 잠재적인 장비 고장에 대한 조기 경고 신호를 제공함으로써 예측 유지보수를 가능하게 하고 예기치 않은 다운타임을 줄일 수 있습니다.

또한 센서는 온도, 압력, 치수 정확도 등의 변수를 모니터링하여 제조 공정이 요구되는 표준을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 예를 들어 광학 센서는 제품 치수를 측정하여 품질 일관성을 보장할 수 있습니다.

위험한 환경에서 이러한 기능은 가스 누출이나 과도한 열과 같은 위험한 상태를 감지하고 경보 또는 안전 메커니즘을 작동시켜 사고를 예방하는 중대한 역할을 할 수 있습니다.

한편, 센서는 온도, 에너지 사용량 또는 유체 레벨과 같은 요소를 모니터링하여 공정을 최적화하고 낭비와 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

또한 산업용 센서는 다양한 산업 프로세스를 실시간으로 모니터링하여 제어 시스템에 데이터를 제공하여 적시에 조정 및 최적화함으로써 원활하고 효율적인 운영을 보장할 수 있습니다.

그림 2: 자기를 사용하여 감지하는 진동 센서. (이미지 출처: Adobe Stock)

제품에 적합한 산업용 센서를 찾는 데 따르는 어려움

선택할 수 있는 산업용 센서의 종류가 매우 다양하기 때문에 제품에 적합한 산업용 센서를 선택하는 데 어려움이 있을 수 있습니다.

가장 큰 어려움 중 하나는 명확하고 포괄적인 산업용 센서를 위한 문서를 확보하는 것입니다. 제조업체마다 제공하는 세부 정보가 달라서 사양을 직접 비교하기 어려운 경우가 많고, 문서가 지나치게 기술적이거나 실용적인 정보가 부족하여 센서가 기존 시스템과 어떻게 통합되는지 또는 특정 조건에서 어떻게 작동하는지 이해하기 어려운 경우도 있습니다. 또한, 제품 설명서가 최신 모델이나 펌웨어 업데이트를 반영하여 업데이트되지 않았거나 제조업체 웹사이트에서 찾기 어려운 경우도 있습니다.

산업 환경의 통신 프로토콜이 다양하다는 점도 센서를 선택할 때 또 다른 문제점으로 작용합니다. 산업 환경에서는 Modbus, PROFINET, EtherNet/IP 등 다양한 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 일부 센서는 특정 프로토콜을 지원하지 않아 기존 제어 시스템과 불일치가 발생하거나 많은 비용과 시간이 소요되는 수정이 필요할 수 있습니다. 또한 상호운용성 문제도 해결해야 하는데, 선택한 센서가 기존 하드웨어 및 소프트웨어와 효과적으로 통신할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 경우에 따라 센서가 시스템과 호환되도록 하기 위해 게이트웨이 또는 컨버터와 같은 추가 하드웨어가 필요할 수 있어 통합이 더욱 복잡해질 수 있습니다.

센서와 액추에이터에 대한 통신 표준이 비교적 새롭기 때문에 IO-Link와 통합하는 것도 이러한 문제 중 하나입니다. 이 표준은 상당한 이점을 제공하지만, 채택 시 가파른 학습 곡선, 제한된 지식 리소스 가용성, 레거시 시스템과의 통합 등을 비롯하여 많은 문제가 발생할 수 있습니다.

마지막으로, 필요한 센서의 재고를 충분히 보유하고 있는 유통업체를 찾는 문제가 항상 있는데, 특히 재고가 적은 모델로 운영되거나 적시 생산이 필요한 산업에서는 더욱 문제가 심각합니다.

다행히도 DigiKey는 업계 선도적인 공급업체의 광범위한 고품질 센서를 제공함으로써 산업용 센서 시장에서 두각을 나타내고 있습니다. 이에 대해서는 이 기사 후반부에서 자세히 살펴보겠습니다.

그림 3: 자동화 머신 비전 검사 툴에 사용되는 광학 센서. (이미지 출처: Adobe Stock)

산업용 센서 선택 시 우선적으로 고려해야 할 사항

산업용 센서를 선택할 때 구조화된 의사 결정 계층 구조를 따르면 프로세스를 간소화하고 선택한 센서가 응용 제품의 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 의사 결정 계층 구조를 따를 수 있습니다.

• 센서 유형 - 센서가 감지할 대상은 무엇인가?
• 센서 인증 - 센서가 특정 인증 또는 표준을 준수해야 하는가?
• 통신 기능 - 센서에 기존 자동화 인프라와 통신할 수 있는 기능이 있는가?
• 재고 및 가용성 - 센서를 즉시 사용할 수 있는가, 리드 타임은 어떻게 되는가, 지원 서비스가 제공되는가?
• 가격 - 센서의 가격이 프로젝트의 초기 비용, 총 소유 비용, 투자 수익률 측면에서 비용 효율적인가?

산업용 센서를 선택할 때 이 구조를 따르면 고객이 옵션을 좁히고 기술 요구 사항을 충족하고 인증을 준수하며 성공적으로 통합되고 쉽게 사용할 수 있으며 가장 적합한 저비용 센서를 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

DigiKey 제품

DigiKey는 거의 모든 요구 사항에 맞는 광범위한 산업용 센서를 제공합니다. SICK, Honeywell, Banner Engineering, Pepperl+Fuchs, Endress+Hauser 등의 유명 브랜드가 제공하는 자기, 근접, 압력, 및 광학 센서를 다양하게 갖추고 있습니다.

그림 4: Honeywell의 SNG-SPRC-002(위) 및 SNG-SPRD-004(아래). (이미지 출처: Honeywell)

Honeywell의 SNG-S 계열 속도 센서는 견고한 프로브형 패키지에 특수 설계된 IC와 영구 자석이 포함된 DigiKey의 자기 센서 제품군의 좋은 예입니다. 이 센서는 철 금속에 접근할 때 자석의 자속 밀도 변화를 감지하여 기어 휠의 속도에 비례하는 주파수로 디지털 펄스 출력을 공급합니다. 센서의 성능은 대상 재료, 형상, 속도, 센서/대상 간극, 온도 등의 요인에 따라 달라집니다. SNG-S 계열은 -40°C ~ +140°C의 넓은 작동 온도 범위를 제공하고, 조립 중 각도 회전에 민감하지 않으며, IP69K 등급의 환경 밀폐 기능을 제공합니다. 또한 100V/m의 강력한 전기 노이즈 내성, 제로 속도 감지, 0Hz ~ 15kHz의 고주파 스위칭 기능, 안전한 장착을 위한 O링 씰 등의 장점이 있으며, 4.5V ~ 24V의 공급 전압과 호환되며 CE 인증을 받았습니다.

그림 5: Banner Engineering의 K50RF-8060-LDQ 레이더 센서. (이미지 출처: Banner Engineering)

Banner Engineering의 K50R R-GAGE 레이더 센서 계열은 실내 및 실외 환경 모두를 위한 견고하고 비용 효율적인 솔루션을 제공하는 DigiKey의 광범위한 근접 센서 제품군 중 하나입니다. 초음파 센서에 필적하는 정밀도를 제공하는 40° x 30° 모델과 더 넓은 범위를 지원하는 80° x 60° 모델로 제공되는 이 센서는 자동 운반 차량(AGV), 탱크 레벨 관리, EV 충전소의 차량 감지와 같은 응용 분야에 이상적입니다. K50R 계열은 Banner 측정 센서 소프트웨어를 통해 간편하게 통합할 수 있으며, 유연한 설치를 위한 다양한 실장 부속품과 함께 이중 디스크리트 및 아날로그 출력 옵션을 제공합니다. IP67 등급으로 비, 눈, 안개, 증기, 바람, 햇빛으로부터 센서를 보호하여 어떤 환경에서도 탁월한 작동을 보장합니다. 먼지, 오물, 증기에 영향을 받지 않고 온도 영향을 최소화하여 안정적인 측정이 가능하며, 50m의 넓은 측정 범위와 50mm의 짧은 데드존을 제공합니다. 또한 누화가 발생하지 않아 여러 개의 센서를 간섭 없이 근접 실장할 수 있습니다.

그림 6: Endress+Hauser의 콤팩트한 Cerabar PMC21 계열 압력 트랜스미터. (이미지 출처: Endress+Hauser)

Endress+Hauser의 콤팩트한 Cerabar PMC21 계열 압력 트랜스미터는 내구성과 압력 충격에 대한 저항을 위해 설계된 세라믹 무급유 센서를 탑재하고 있습니다. 세라믹 셀은 저압 및 진공 응용 제품에서 탁월한 성능을 발휘합니다. PMC21 시리즈는 100mbar ~ 40bar 범위의 절대 및 게이지 압력을 모두 측정하며, 통신은 주로 M12 또는 밸브 플러그를 통해 연결된 4mA ~ 20mA 신호를 통해 이루어집니다. 센서 범위와 프로세스 연결은 특정 용용 제품의 요구 사항을 충족하도록 맞춤화해야 합니다. 프로세스 산업의 까다로운 환경을 위해 제작된 이 트랜스미터는 최대 IP68의 침투 보호 등급과 내구성이 뛰어난 Ceraphire 멤브레인, 316L 스테인리스스틸 하우징을 자랑합니다. 방폭 지역 및 해양 승인을 포함한 여러 인증을 획득하여 다양한 분야에 적합하며, 사용자는 사용 편의성, 고성능, 장기적인 안정성, 우수한 소재 품질의 이점을 누릴 수 있습니다.

또한 DigiKey는 Pepperl+Fuchs의 VOC 산업용 이벤트 카메라 또는 SICK의 CLV69x 계열과 같은 다양한 광학 센서를 제공하고 있습니다.

그림 7: Pepperl+Fuchs의 VOC10M-F256-B12-V1D-CR03. (이미지 출처: Pepperl+Fuchs)

Pepperl+Fuchs의 VOC 산업용 이벤트 카메라는 트리거 신호 전후 최대 60초 동안 이벤트 기반 비디오 녹화가 가능하도록 설계되어 목표 원격 진단 및 자동 문서화가 용이합니다. 오작동, 사전 정의된 상태 또는 프로세스가 발생할 때 비디오를 캡처하며, 자동 타임스탬프와 동적 텍스트 오버레이를 위한 사용자 데이터그램 프로토콜 인터페이스를 통해 파일을 빠르고 쉽게 검색할 수 있습니다. 자동화된 하이베이 창고 및 보안 응용 제품 모니터링에 이상적인 이 카메라는 비디오 파일 및 라이브 스트림에 액세스할 수 있는 웹 인터페이스, 자동 녹화를 위한 비디오 링 버퍼, 통합을 위한 UDP, REST API 또는 디지털 하드웨어 입력을 통한 트리거 기능을 갖추고 있습니다. 0.05m부터 무한대까지 장착 거리를 지원하고 최대 1280 x 720(HD) 해상도를 제공하며 8GB microSD 카드에 최대 10,000개의 이벤트를 저장할 수 있는 장점이 있습니다. 18VDC ~ 28VDC에서 작동하며, IP65 보호 등급으로 TCP/IP, HTTP, FTP, RTSP와 같은 프로토콜을 사용합니다.

그림 8: SICK의 CLV690-1000(왼쪽) & CLV691-0000(오른쪽). (이미지 출처: SICK)

SICK의 CLV69x 계열 바코드 스캐너에는 SMART+ 코드 재구성 기술이 내장되어 있어 오염되거나 손상된 바코드도 판독할 수 있습니다 이 고정형 1D 바코드 스캐너는 스캔 영역 내에서 높이와 무관하게 코드를 판독하기 위해 내장된 거리 측정 기능을 사용하는 자동 초점 기능을 통해 뛰어난 판독 성능, 고속 처리, 높은 정확도를 제공합니다 또한 사용자 친화적인 SOPAS ET 운영 체제는 간단한 매개변수화를 보장합니다. 통합된 추적 기능을 통해 추가 시스템 컨트롤러 없이도 표준 응용 제품을 관리할 수 있습니다 내장된 파라미터 저장소를 비롯한 혁신적인 연결 기능이 있어 스캐너를 빠르게 교체하고 다양한 응용 제품에 쉽게 통합할 수 있습니다. 넓은 피사계 심도를 위한 실시간 자동 초점, 유연한 복제 플러그 기술, CAN, 이더넷 및 직렬 통신, 고급 정렬, 필터링 및 논리적 기능 등의 주요 기능을 제공하며, 푸시 버튼이 있는 통합 LED 막대 그래프가 사용 편의성을 높여줍니다.

결론

DigiKey의 광범위한 산업용 센서는 고객이 특정 요구 사항에 적합한 센서를 찾을 수 있도록 보장하여 자동화 산업에서 절대적인 가치를 제공합니다. SICK와 Banner는 고급 센서와 IoT 통합에 있어 혁신적인 기여를 해왔고, Pepperl+Fuchs는 센서 통신 분야에서 우수성을 발휘하고 있으며, Endress+Hauser는 특히 압력 및 유체 측정 감지를 위한 계측 기기 분야에서 선두를 달리고 있습니다. 규모는 작지만 Honeywell의 특수 센서는 DigiKey의 포트폴리오를 더욱 강화하고 경쟁업체에 비해 더 광범위한 포트폴리오를 완성합니다.