클래스 A IO-Link 포트는 전류 소모가 최대 약 500mA인 저전력 24VDC 센서용으로 설계되었습니다. 클래스 B 포트는 최대 2A의 전류가 필요한 고전력 액추에이터용입니다.
이 글은 IO 포트와 클래스 A 및 클래스 B 간의 구분에 초점을 맞추고 있습니다. 그림 1에 있는 제품에는 4개의 클래스 A 입력 포트와 4개의 클래스 B 출력 포트가 장착되어 있습니다. 이 글에서는 클래스 지정이 필드 장치로의 전력 공급과 관련이 있음을 보여줄 것입니다. 또한, 센서를 기존 디지털 (온-오프) 구성 또는 IO-Link와 관련된 직렬 프로토콜로 사용할 수 있도록 이 설계에는 어느 정도의 하위 호환성이 포함되어 있음을 보여줄 것입니다.
이 글은 산업 자동화 및 제어에 대한 현장 가이드 시리즈의 일부입니다.
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난이도: 
엔지니어 - 난이도 설명 참조
저자: Aaron Dahlen | 전기공학 석사 | 시니어 애플리케이션 엔지니어, 디지키
최종 업데이트: 2026년 3월 06일
IO-Link에 대한 간략한 소개
산업용 제어 시스템을 구성하는 전통적인 방식에는 대표적으로 허브 앤 스포크 모델이 있습니다. 이 모델에서 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)는 중심 허브 역할을 하며 스포크처럼 수많은 병렬 배선이 각종 필드 장치로 사방으로 연결됩니다. 이후 리모트 IO 기술이 도입되면서 이 모델은 보다 넓게 확장할 수 있었지만, 여전히 센서와 액추에이터마다 개별 배선이 필요했기 때문에 많은 수의 연결이 존재합니다. 이 모델은 IO-Link의 도입으로 다시 한번 바뀌었습니다. 그림 1에 있는 Weidmüller IO-Link 마스터와 같은 장치를 사용하여 기존의 리모트 IO를 대체할 수 있으며, 이 장치는 서로 데이지 체인 방식으로 연결할 수 있도록 설계되어서 더 이상 허브 앤 스포크 모델이 엄밀히 필요하지 않습니다.
스마트 센서는 IO-Link 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 이러한 센서들은 추가적인 지능형 기능과 직렬 통신 인터페이스를 갖추고 있어, 기존의 단순한 이진 신호보다 더 많은 정보를 전달할 수 있습니다. 또한 인터페이스를 통해 센서를 설정할 수도 있습니다. 예를 들어, 특정 거리에서 물체를 감지하도록 근접 센서를 원격으로 설정할 수 있습니다. 이 센서와 연결된 PLC는 교체된 센서를 감지하면 기존 센서와 동일한 설정으로 프로그래밍할 수도 있습니다. 그 결과, 비용 부담이 큰 가동 중단 시간을 줄일 수 있는 잠재력으로 인해 수리 절차가 단순해져 시스템 신뢰성이 향상됩니다.
그림 1. 4개의 클래스 A 입력 포트와 4개의 클래스 B 출력 포트를 갖춘 Weidmüller IO-Link 마스터 모듈의 사진. 사진 왼쪽 아래에는 M12 A-코딩 커넥터의 핀 할당 정보를 보여주고 있다.
M12 A-코딩 커넥터의 하위 호환성
IO-Link 시스템을 살펴볼 때, 5핀 M12 커넥터의 전통적인 핀 할당을 되돌아 볼 필요가 있습니다. 수년에 걸쳐 여러 고유한 구성이 사용되었지만 몇 가지 패턴이 생겼습니다:
- 핀 1은 24VDC 전원 공급용으로 할당
- 핀 3은 24VDC 리턴용으로 할당
- 핀 2는 일반적으로 센서에서 컨트롤러로 전달되는 디지털(PNP) 신호용으로 사용
- 핀 4는 일반적으로 컨트롤러에서 액추에이터로 전달되는 신호용으로 사용
- 핀 5는 추가적인 I/O 또는 접지(차폐) 용으로 사용 가능
- 센서에 두 개의 출력이 있는 경우, 핀 2는 신호 1용, 핀 4는 신호 2용
- 액추에이터에 두 개의 입력이 있는 경우, 핀 4는 제어 신호 1용, 핀 2는 제어 신호 2용
- 장치에 입력과 출력이 모두 있는 경우, 센서에서 컨트롤러로 전달되는 신호는 핀 2를 통해 전달, 컨트롤러에서 액추에이터로 향하는 신호는 핀 4를 통해 전달
기술 팁: 그림 1의 IO-Link 마스터에는 다양한 M12 연결부가 있습니다. 자세히 살펴보면, 케이블이 잘못된 포트에 연결되는 것을 방지하기 위해 세 가지 서로 다른 키잉 방식이 사용되어 있습니다. 예를 들어, DC 전원을 통신 포트에 연결하고 싶은 사람은 없을 것입니다. 경험상, 이런 경우 장비는 타버립니다.
일반적으로 M12 포트의 키잉 방식은 코드라고도 부릅니다. 그림 1의 IO-Link 마스터에는 검은색 A-코드 5핀 암 포트 8개, 통신용 녹색 D-코드 포트 2개, 그리고 전원용 은색 포트 2개(수 커넥터 1개, 암 커넥터 1개)가 포함되어 있습니다. 또한 고객이 사용해서는 안 되는 마이크로 USB 포트를 덮고 있는 검은색 커버도 있습니다.
디지키 관점에서 보면, 이러한 코드는 그림 2와 같이 검색 기준 중 방향에 반영되어 있는 경우가 많습니다.
그림 2. 디지키에서 방향 파라미터에 표기되는 M12 커넥터 코드.
이 글에서 다룬 Banner K50 조명식 터치 버튼은 흥미로운 사례라고 할 수 있습니다. K50은 M12 커넥터가 장착되어 있으며, 핀 4에 이진 출력 1개, 핀 2와 핀 5에 이진 입력 2개가 할당되어 있습니다. K50의 I/O 할당을 앞서 제시한 패턴 목록과 반드시 비교해 보십시오. 특히 핀 2는 출력으로 동작하도록 프로그래밍할 수도 있는데, 이렇게 다시 프로그래밍하면 K50은 패턴 목록에서 설명한 것과 같은 출력이 2개인 장치가 됩니다.
그림 3의 Banner K50과 동일한 제품군에는 IO-Link를 지원하는 시리즈도 있습니다. 이 글의 범위를 벗어나는 내용이지만, IODD(IO Device Description) 파일에 포함된 정보에 대해서는 언급할 필요가 있습니다. IODD는 IO-Link 인터페이스에 대한 상세한 장치별 설명을 제공하는 구조화된 파일로, 향후 별도의 글로 다루기 좋은 소재입니다. 구조화된 IODD의 일부가 그림 4에 나와 있습니다.
그림 3. 사진 속 Banner K50는 핀 4에 이진 출력 1개, 핀 2와 핀 5에 이진 입력 2개가 할당되어 있다. 특히 핀 2는 두 번째 출력으로 프로그래밍할 수도 있다.
그림 4. Banner K50 IO-Link 터치 버튼의 IODD XML 파일 일부.
기술 팁: 그림 1과 같은 IO-Link 마스터는 일반적으로 필드 장치 연결에 5핀 M12 커넥터를 사용합니다. 5핀 커넥터는 3핀 및 4핀 케이블도 꽂을 수 있어서 사용이 편리합니다. 따라서 5핀 모두가 필요치 않은 장치에서는 배선을 단순화하고 비용도 절감할 수 있습니다.
5핀 M12 커넥터에서 클래스 A 및 클래스 B IO-Link의 핀 할당은 어떻게 되나요?
하위 호환성에 대해 살펴보았으므로, 이제 IO-Link의 핀 할당에 대해 설명한 다음, 원래의 질문인 클래스 A 포트와 클래스 B 포트의 차이점에 대해 답해 보겠습니다.
클래스 A IO-Link의 핀 할당은 다음과 같이 정의됩니다:
- 핀 1은 24VDC 전원 공급용으로 할당
- 핀 3은 24VDC 리턴용으로 할당
- 핀 4는 IO-Link 마스터와 필드 장치 간의 양방향 직렬 데이터 통신에 사용
- 기존 장치와의 호환성을 위한 옵션으로, 핀 2는 센서에서 컨트롤러로 전달되는 디지털(PNP) 신호에 사용 가능
클래스 B IO-Link의 핀 할당은 다음과 같이 정의됩니다:
- 핀 1은 24VDC 전원 공급용으로 할당
- 핀 3은 24VDC 리턴용으로 할당
- 핀 4는 IO-Link 마스터와 필드 장치 간의 양방향 직렬 데이터 통신에 사용
- 핀 2는 핀 1과 병렬로 연결되어 +24VDC 전원 보강에 사용
- 핀 5는 핀 3과 병렬로 연결되어 24VDC 리턴 보강에 사용
그림 1의 Weidmüller IO-Link 마스터를 다시 살펴보면, 센서 입력용으로 사용되는 포트는 클래스 A이며, 전력 소모가 큰 액추에이터용 포트는 클래스 B임을 알 수 있습니다. 클래스 A 포트가 공급할 수 있는 전류는 200mA~500mA 범위인 반면, 클래스 B 포트가 공급할 수 있는 전력은 약 2A에 달합니다.
이 글의 범위를 벗어나는 내용이지만, IO-Link 장치에는 두 가지 동작 모드가 있다는 점도 언급할 필요가 있습니다. 첫 번째는 IO-Link 모드로, IO-Link 마스터와 필드 장치 간에 핀 4 하나의 배선으로 양방향 직렬 통신이 가능합니다. 두 번째는 표준 입출력(Standard Input/Output, SIO) 모드로, 이전 세대의 디지털 필드 장치에서 사용되던 디지털 출력 방식과 유사하게 필드 장치가 동작하는 폴백(fallback) 모드와 같습니다.
기술 팁: 그림 1을 자세히 살펴보면, IO-Link 마스터의 전원 연결부는 견고한 5극 L-코딩 M12 커넥터입니다. 이 커넥터는 IO 포트 전체의 부하 전류는 물론 데이지 체인으로 연결된 IO-Link 노드들의 전류까지 모두 처리해야 하기 때문에 매우 중요합니다. 각 클래스 B 포트가 최대 2A를 사용하고 각 클래스 A 포트가 최대 500mA를 사용한다면, 컨트롤러 로직 구동에 필요한 소량의 전류까지 더할 경우 계산된 입력 전류는 10A를 약간 초과하게 됩니다. 이는 24VDC, 240W 전원에 추가적인 안전 마진을 필요로 합니다. 또한 시스템의 신뢰성을 보장하기 위해 IO-Link 시스템의 전력 예산도 함께 검토하는 것이 바람직합니다.
글을 맺으며
솔직히 말씀드리면, IO-Link는 전자 기술의 너무나 다양한 영역을 아우르고 있어서 익히기 어려운 시스템입니다. 통신 프로토콜을 이야기하다가도, 옴의 법칙과 전력 예산이 가미된 전류 제한을 함께 다뤄야 하는 아주 독특 기술입니다. 게다가 이런 내용들은 PLC와 관련 필드 장치에 대한 방대한 정보를 기본 바탕으로 깔고 갑니다.
이번 글에서는 IO-Link의 여러 요소 중에서도 클래스 A와 클래스 B 포트의 구분에 초점을 맞추고 있습니다. 개인적으로는 역사적으로 접근하여 기존 센서뿐만 아니라 IO-Link 센서의 M12 커넥터 배선을 함께 살펴보는 것이 유용하였습니다. 아, 그리고 빼놓을 수 없는 부분으로, IO-Link의 사용이 늘어나고 있지만 모든 장비에 이러한 추가 기능이 필요한 것은 아니므로 기존 센서들을 완전히 몰아내지는 못할 것입니다. 따라서 배선 및 색상 규정을 숙지해 둔다면, 시스템의 문제를 해결하고 유지 보수할 때 불필요한 시행착오를 줄일 수 있습니다.
궁금한 점이나 의견이 있다면 아래에 댓글을 남겨주십시오. 아울러 본문 맨 마지막에 수록된 연습 문제와 심화 질문도 함께 풀어보시는 것을 추천드립니다.
감사합니다.
APDahlen
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디지키 검색
- 전체 카탈로그: 산업 자동화 및 제어
문제
- IO-Link 클래스 A 포트와 클래스 B 포트의 근본적인 차이점은 무엇인가요?
- 클래스 A에서 클래스 B로 전환할 때 전류 용량은 어떻게 증가하나요? 힌트: 하나보다는 둘이 낫다.
- 4핀 케이블을 사용할 때도 클래스 B 포트의 장점을 누릴 수 있나요? 힌트: 어떤 핀이 누락되었는지에 따라 여러 답이 나올 수 있습니다. 그러나, 여기에서는 일관성을 위해 중앙 핀이 없는 일반적인 4핀 케이블을 가정하겠습니다.
- IO-Link 시스템의 표준 조건을 기준으로, 클래스 B 포트가 공급할 수 있는 전력을 계산하십시오.
- 밸브 아일랜드란 여러 공압 또는 유압 솔레노이드 밸브를 모아 하나의 공용 매니폴드(베이스) 위에 장착한 장치입니다. 각 방향 제어 밸브(DCV)에 3W 짜리 솔레노이드가 탑재되어 있다고 가정할 때, 이상적인 상황이라면 하나의 클래스 B IO-Link 연결로 몇 개의 솔레노이드를 제어할 수 있나요? 실제로 적용한다면 몇 개가 좋을까요? 힌트: 허용 가능한 안전 마진은 얼마인가요?
- 디지키 검색 도구를 사용하여 그림 1의 Weidmüller IO-Link 마스터를 DC 전원 공급 장치에 연결하는 데 적합한 L-코딩 커넥터를 찾아보십시오. 만점을 받으려면 길이가 최소 1m 이상인 전선으로 종단된 몰딩형 커넥터를 찾아야 합니다.
- IO-Link 포트의 4번 핀을 통해 필드 장치로 전송되는 데이터 종류는 무엇인가요?
- 5핀 M12 커넥터의 전선 색상 규정을 보여주는 표를 작성하십시오.
- IO-Link 시스템의 케이블 길이 제한을 조사하여 정리하십시오. 만점을 받으려면 이더넷 통신 거리, 전원 공급 케이블 길이, 그리고 IO-Link 마스터에서 필드 장치까지의 거리를 모두 반영해야 합니다.
- IO-Link 장치들이 올바르게 밀봉 처리되었다면 침투 보호 등급은 IP67입니다. 본문에 소개된 Weidmüller IO-Link 마스터의 포트 보호용 커버에 대한 디지키 부품 번호를 찾아보십시오.
- 근접 센서, 적외선 열센서, 초음파 거리 센서를 포함한 여러 IO-Link 센서의 데이터시트를 찾은 후, 각 센서에 대해 다음을 수행해 보십시오:
A) 간략한 제품 설명 제공
B) 설정 가능한 파라미터 파악
C) 핀 배열 확인
심화 질문
- 디지키 검색 도구를 사용하여 그림 1의 Weidmüller IO-Link 마스터에 어울리는 적합한 전원 공급 장치를 찾아보십시오. 만점을 받으려면 본인이 설정한 설계 요구사항을 명시해야 합니다.
- 많은 IO-Link 장치들을 데이지 체인 방식으로 연결할 수 있습니다. 예를 들어, 본문의 Weidmüller 장치는 전원과 필드버스용의 두 개의 포트를 갖추고 있습니다. 데이지 체인 방식으로 연결할 때 지켜야 할 지침을 제시하십시오.
- 포트의 분류가 데이터 전송 속도에 영향을 미치나요?
- IO-Link IEC 61131-9 표준은 라스트 미터주)(Last meter) 솔루션으로 설명되기도 합니다. 전통적인 PLC 및 리모트 I/O 시스템과 비교했을 때, IO-Link가 어떤 점에서 유리한지 기술하십시오.
- 24 VDC 산업용 시스템에서 고장 관리는 매우 중요한 고려 사항입니다. 가장 핵심적인 원칙은 단락 회로를 특정 분기에서 격리하여, 시스템의 나머지 부분이 정상 동작하도록 하거나 차례대로 중단될 수 있도록 하는 것입니다. IO-Link 시스템에서는 이러한 결함을 어떻게 처리하나요? 힌트: Weidmüller 규격서를 먼저 살펴보시기 바랍니다.
주) 여기서 라스트 미터는 필드 장치로 연결되는 마지막 선로 구간을 일컫습니다.
저자 소개
미합중국 해안경비대(USCG) 소령(LCDR)으로 전역한 Aaron Dahlen은 디지키에서 애플리케이션 엔지니어로 근무하고 있습니다. 27년간의 군 복무 동안 기술자 및 엔지니어로서 쌓아온 그 만의 전자 및 자동화에 대한 지식은 12년간의 교단을 통해 (상호 연계되어) 더욱 향상되었습니다. 미네소타 주립대학, Mankato에서 전기공학 석사(MSEE) 학위를 받은 Dahlen은 ABET(Accreditation Board for Engineering and Technology, 미국 공학 기술 인증 위원회) 공인 전기공학 과정을 가르치고, EET(Electrical Engineering Technology, 전기공학 기술) 과정의 프로그램 조정관으로 일했으며, 군 전자 기술자에게 부품 수준의 수리에 대해 가르쳤습니다. 미네소타 주 북부의 집으로 돌아와 이런 류의 연구와 글쓰기를 즐기고 있습니다.
영문 원본: What is the difference between a Class A and a Class B IO-Link port?