ทำไมสัญญาณ 4-20 mA ถึงถูกนำมาใช้เป็นสัญญาณมาตรฐานในอุตสาหกรรม
เครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม (เครื่องมือวัดอุณหภูมิ , เครื่องมือวัดความดัน , เครื่องมือวัดอัตราการไหล , เครื่องมือวัดระดับ , ฯลฯ) จำเป็นต้องมี Transmitter เพื่อทำการแปลงค่าที่ได้จากการวัด ให้อยู่ในรูปแบบของสัญญาณมาตรฐาน 4-20 mA
PLC หรือ DCS นั้นสามารถรับค่าสัญญาณจาก Transmitter ด้วยการ์ด Analog Input ซึ่งมีหน้าที่เป็น Converter แปลงค่าแรงดันไฟฟ้า (voltage signal) ไปเป็นข้อมูลดิจิตอล (digital numbers)
ภายในโมดูล Analog Input ที่ใช้รับค่าจะมีตัวความต้าน 250 โอร์ม เพื่อแปลงค่ากระแสไปเป็นแรงดันไฟฟ้า
ค่าที่แปลง จะเป็นไปตามกฎของ โอร์ม (V = IR)
4 mA * 250 ohm = 1 v
20mA * 250 ohm = 5 v
เมื่อได้ค่าแรงดันไฟฟ้าแล้ว ตัว CPU ของ Controller จะทำการแปลงเป็นค่าข้อมูลตัวเลข (Digital Numbers)
สาเหตุที่ใช้ 4 mA แทนที่จะเริ่มที่ 0 mA และทำไมต้อง 20 mA?
1. เมื่อเครื่องมือวัดมีปัญหา เพราะถ้าทุกอย่างปกติ กระแสในวงจร จะอยู่ในช่วง 4-20 mA แต่ถ้าเกิด กระแสมาต่ำกว่านั้นเช่น 0 mA อาจจะเกิดจากเครื่องมือวัดเองมีความผิดปกติ หรือสายสัญญาณที่ส่งค่ามีปัญหา ทำให้ง่ายและช่วยในการวิเคราะห์ปัญหา
2. อีกเหตุผลที่ต้องเริ่มที่ 4 mA บางอุปกรณ์ Transmitter 2 wire จำเป็นต้องมีไฟเลี้ยง โดยสามารถทำงานได้ตั้งแต่กระแส 3.5 mA ขึ้นไป
3. กระแสสูงสุดในวงจร คือ 20 mA เป็นกระแสที่ไม่เป็นอันตรายร้ายแรงต่อมนุษย์ มีความปลอดภัยต่อผู้ปฏิบัติงานนั้นเอง
4. สาเหตุที่ใช้กระแสในการส่งสัญญานแทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้า (1-5 V) นั้นก็เพราะว่า แรงดันไฟฟ้า เมื่อส่งระยะไกลๆ จะเกิดแรงดันตกคร่อม (Voltage Drop) แรงดันไฟฟ้าที่ส่งมา อาจจะไม่ใช่ค่าการวัดที่ถูกต้อง
5. สัญญาณกระแส (4-20 mA) สามารถทนต่อสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดีกว่า ใช้สัญญาณแรงดันไฟฟ้า (1-5 V)
การทำสเกล 4-20 mA
4 mA = 0 %
8 mA = 25%
12 mA = 50%
16 mA = 75%
20 mA = 100%
วิธีคำนวณย่านการวัดของสัญญาณ
MV - Measured Value
LRV - Low range Value
Span = 20 mA - 4 mA = 16 mA.
สูตร (MV - LRV) / Span * 100 %
ตัวอย่าง ต้องการหาค่าที่ 14.98 mA. ว่าเป็นกี่เปอร์เซ็นต์
(14.98 - 4 ) / 16 * 100 % = 68.6 %
