Sink Type / Source Type / Active & Passive.

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현장에서 계장(Instrumentation) 설비를 다루다 보면 가장 혼동되는 부분이 바로 4-20mA 아날로그 신호의 결선입니다. 특히 싱크(Sink)와 소스(Source) 타입에 따라 배선 방향이 뒤집히는 것을 보고 당황했던 경험이 한 번쯤은 있으실 겁니다.

보통 “싱크는 4선식, 소스는 2선식”이라고 단순 암기하는 경우가 많지만, 이는 반쪽짜리 정답입니다. 싱크(Sink) 입력 카드라도 외부 전원만 있다면 2선식 센서를 얼마든지 사용할 수 있기 때문입니다.

오늘은 실무자들도 자주 헷갈리는 싱크/소스의 정확한 개념과, 2선식 센서를 싱크 카드에 연결할 때의 배선 원리(전위차)를 완벽하게 정리해 드립니다.

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1. 기본 개념: 전류의 주체는 누구인가? (Sink vs Source)

결선이 달라지는 근본적인 이유는 “누가 전원을 공급하는가(Power Source)”와 “전류가 PLC 기준으로 들어오는가, 나가는가”의 차이입니다.

① 소스(Source) / Active 타입: “PLC가 전원을 준다” // PLC 기준

• 전류 방향: SMPS(+) → 센서(+) → 센서(-) → PLC(+) → PLC(-) →SMPS(-)
• 특징: PLC 카드의 PLC DO 출력은 ACTIVE타입인지 스펙을 확인할것.
• 주 용도: 별도의 전원이 필요 없는 2-Wire(루프 파워) 센서와 직결할 때 가장 편리합니다.

② 싱크(Sink) / Passive 타입: “PLC는 받기만 한다” // PLC 기준

• 전류 방향: 센서(+) → PLC (+) → PLC(-) → 센서(-)
  • 특징: PLC는 전원을 공급하지 않고, 회로를 흐르는 전류를 받아들이는(Sink) 역할만 합니다.
• 주 용도:
  1. 전원이 별도로 필요한 경우 4-Wire 센서
  2. 외부 전원(SMPS)을 사용하여 2-Wire 센서를 구성할 때

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2. [핵심] 싱크(Sink) 카드에 2선식(2-Wire) 센서 결선

싱크 카드라고 해서 2선식 센서를 못 쓰는 것은 아닙니다. 다만, 전류의 흐름이 반대가 되어야 하므로 PLC의 COM 단자 설정과 센서의 위치가 달라집니다.

이때 형성되는 루프(Loop)의 흐름은 다음과 같습니다.

1) 결선 흐름도 (싱크 타입 기준)

회로 완성: 센서 (-)에서 나온 선을 → 외부 SMPS(-)에 연결하여 전기를 회수합니다.

전원 공급 (COM 설정): 외부 SMPS (+)에서 출발한 선을 → PLC COM 단자에 먼저 연결합니다. (전기가 PLC 내부로 먼저 들어갑니다.)

PLC 출력: PLC 내부를 거친 전기가 → PLC 입력 단자로 흘러나옵니다.

센서 연결: PLC 입력 단자에서 나온 선을 → 센서 (+)에 연결합니다.

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3. 심화 분석: 왜 센서(-)를 PLC(+)에 연결할까? (전위차의 원리)

결선도를 보면 의문이 생깁니다.

“전류는 (+)에서 (-)로 흐른다는데, 왜 센서의 마이너스(-) 선을 PLC의 플러스(+) 단자에 물리나요?”

이 현상을 이해하려면 단자의 이름이 아니라 전위(Electric Potential, 전압의 높이)를 봐야 합니다. 이를 계단식 물 흐름으로 비유해 보겠습니다. (전체 전압 24V 기준)

① 전압의 높이 변화 (Voltage Drop)

1. 외부 전원 (+): 24V (가장 높은 곳에서 출발)
2. 센서 (+): 24V 그대로 진입
3. 센서 (-):약 18~20V (중요!)
   • 센서가 동작하기 위해 전압을 일부 썼지만, 이 지점은 0V가 아닙니다. 여전히 전기가 꽉 차 있는 높은 상태입니다.
   • 센서 입장에서는 전기가 나가는 곳이라 (-)라고 부를 뿐입니다.
4. PLC 입력 (+):20V를 받아들임
   • PLC 입력단은 센서의 (-) 지점보다 전위가 낮습니다. 따라서 물이 위에서 아래로 흐르듯, 전류는 센서(-) → PLC(+) 로 흐릅니다.
5. PLC COM (-):0V (바닥)
   • 임무를 마친 전류는 가장 낮은 곳인 전원 (-)로 복귀합니다.

② 결론

도면상의 (-) 표기는 “상대적으로 전위가 낮은 쪽”이라는 뜻이지, 전압이 없다는 뜻이 아닙니다. 센서의 (-)는 PLC의 입력단보다 전압이 훨씬 높기 때문에, 그곳에서 PLC의 (+)로 전류를 밀어 넣어주는 것이 전기적으로 정확한 방향입니다.

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4. 한눈에 보는 결선 요약표

현장에서 작업 전, 아래 표를 확인하면 실수를 줄일 수 있습니다.

구분	소스 (Source) 타입	싱크 (Sink) 타입 (with 2-Wire)
전원 공급	PLC & SMPS	센서 자체 공급
센서 종류	2-Wire (Active)	2-Wire (Passive)/출력, 전원단 별도
전류 흐름	PLC(+) → 센서(-)	PLC(+) → 센서(+)
(+) 결선	PLC (24V,+) → 센서 (+)	PLC (24V,+) → 센서 (+)
(-) 결선	센서 (-) → PLC 입력	센서 (-) → PLC 입력(-)
COM 처리	PLC COM → 전원 (-)	–

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마치며

4-20mA 루프 결선의 핵심은 “전류가 한 바퀴 돌아서 제자리(0V)로 갈 수 있게 길을 터주는 것”입니다.

• 소스 타입: PLC가 쏘아주니, 받아줄 센서만 연결하면 됩니다.
• 싱크 타입: PLC가 받기만 하니, 외부에서 전원을 쏘아주고(SMPS), PLC를 거쳐 다시 전원(0V)으로 돌아가는 길(COM)을 만들어주면 됩니다.

특히 “센서의 (-)단자는 0V가 아니라, 여전히 높은 전압(약 20V)을 가지고 있다”는 사실만 기억하신다면, 왜 센서의 (-)가 PLC의 (+)로 들어가는지 헷갈리지 않고 정확하게 결선하실 수 있을 것입니다.