ในระบบอัตโนมัติของโรงงาน สัญญาณ Analog เป็นส่วนสำคัญในการส่งค่าที่วัดได้จากเครื่องมือวัดไปยังระบบควบคุม เช่น PLC, DCS, Controller, HMI หรือ SCADA
รูปแบบสัญญาณที่พบได้บ่อยคือ 4-20mA และ 0-10V ซึ่งทั้งสองแบบสามารถใช้ส่งค่าจาก Sensor หรือ Transmitter เช่น Pressure, Temperature, Flow และ Level ไปยังระบบควบคุมได้ แต่หลักการส่งสัญญาณและลักษณะการใช้งานแตกต่างกันอย่างชัดเจน
การเลือกสัญญาณให้เหมาะกับระบบจึงมีผลต่อ ความเสถียร ความแม่นยำ ระยะทางเดินสาย และการตรวจสอบปัญหาในระบบ
แล้ว 4-20mA กับ 0-10V ต่างกันอย่างไร? แบบไหนเหมาะกับโรงงาน? และควรต่อเข้ากับ PLC อย่างไร? บทความนี้สรุปให้เข้าใจง่าย
4-20mA คืออะไร?
4-20mA (4-20 milliampere) คือสัญญาณ Analog แบบกระแสไฟฟ้า โดยใช้ค่ากระแสตั้งแต่ 4 ถึง 20 mA เพื่อแทนค่าการวัดตั้งแต่ 0–100% ของช่วงวัด
ตัวอย่างเช่น Pressure Transmitter ที่มี Range 0-10 bar
| ค่าที่วัด | Output |
|---|---|
| 0 bar | 4 mA |
| 2.5 bar | 8 mA |
| 5 bar | 12 mA |
| 7.5 bar | 16 mA |
| 10 bar | 20 mA |
จุดสำคัญคือ 4 mA ไม่ได้หมายถึงค่าผิดปกติ แต่เป็น “Live Zero” หรือจุดศูนย์ของช่วงการวัด ทำให้ระบบสามารถแยก “ค่าศูนย์จริง” ออกจากกรณีที่สัญญาณหายหรือสายขาดได้ง่ายขึ้น
ระบบ 4-20mA ยังสามารถใช้กับ Transmitter แบบ 2-Wire Loop Powered ซึ่งใช้กระแสใน Loop เป็นทั้งส่วนหนึ่งของการส่งสัญญาณและการจ่ายพลังงานให้ตัวอุปกรณ์ได้ ทั้งนี้ต้องตรวจสอบ Power Supply และ Loop Load ให้ตรงตามสเปกของผู้ผลิต
4-20mA กับ 0-10V ต่างกันอย่างไร?
หัวใจสำคัญคือ
4-20mA = ส่งข้อมูลด้วย “กระแส”
0-10V = ส่งข้อมูลด้วย “แรงดัน”
| หัวข้อ | 4-20mA | 0-10V |
|---|---|---|
| ประเภทสัญญาณ | Current Signal | Voltage Signal |
| ช่วงสัญญาณ | 4-20 mA | 0-10 V |
| จุดเริ่มต้น | 4 mA | 0 V |
| ความไวต่อ Noise | ต่ำกว่า | สูงกว่า |
| การเดินสายระยะไกล | เหมาะกว่า | เหมาะกับระยะไม่ไกลมาก |
| ตรวจจับสายขาด | ทำได้ง่ายกว่า | ทำได้ยากกว่า |
| การใช้งาน | Process / Industrial | Control / Local System |
| การต่อเข้า PLC | Analog Current Input | Analog Voltage Input |
| ตัวอย่าง | Pressure / Flow / Level | Sensor / Controller / Actuator |
4-20mA มีข้อได้เปรียบด้านการต้านทานสัญญาณรบกวนและการส่งข้อมูลในระยะไกล จึงเป็นรูปแบบที่นิยมในงาน Process Instrumentation และระบบควบคุมอุตสาหกรรม
ทำไมโรงงานจึงนิยมใช้ 4-20mA?
1. ทนต่อสัญญาณรบกวนได้ดี
ในโรงงานมักมี Motor, Inverter, Contactor และอุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิด ซึ่งอาจทำให้เกิด Electrical Noise
Current Loop มีความไวต่อสัญญาณรบกวนต่ำกว่าสัญญาณแรงดันในหลายสถานการณ์ จึงเหมาะกับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม
2. เหมาะกับการเดินสายระยะไกล
เมื่อสายสัญญาณมีความต้านทานเพิ่มขึ้น แรงดันใน Loop อาจเกิด Voltage Drop แต่หากแหล่งจ่ายและ Transmitter มี Compliance Voltage เพียงพอ กระแสใน Loop ยังสามารถรักษาค่าที่ต้องการได้
จึงเหมาะกับการส่งข้อมูลจาก Field Instrument ไปยังตู้ควบคุมที่อยู่ห่างออกไป
3. มี Live Zero
การกำหนด 0% เป็น 4mA แทน 0mA ทำให้ระบบสามารถแยกค่าศูนย์ออกจากเหตุการณ์อย่างสายขาดหรือ Loop Power หายได้ง่ายขึ้น
4. ใช้กับอุปกรณ์อุตสาหกรรมได้หลากหลาย
สามารถพบ Output 4-20mA ในอุปกรณ์ เช่น
- Pressure Transmitter
- Differential Pressure Transmitter
- Temperature Transmitter
- Flow Transmitter
- Level Transmitter
- Valve Positioner
- Signal Transmitter
ตัวอย่าง Pressure Transmitter ในตลาดอุตสาหกรรมปัจจุบันมีทั้งรุ่นที่ส่ง Output 4-20mA และรุ่นที่รองรับ 0-10V หรือหลายรูปแบบในตัวเดียวกัน
วิธีเชื่อมต่อสัญญาณ 4-20mA เข้ากับ PLC
โครงสร้างพื้นฐานของระบบสามารถอธิบายได้ดังนี้
Sensor → Transmitter → 4-20mA → PLC Analog Input → Controller/HMI
สำหรับระบบ 4-20mA แบบทั่วไป ต้องตรวจสอบว่าอุปกรณ์ประกอบด้วย
- Power Supply
- Transmitter
- Signal Wiring
- PLC / Controller Analog Input
- Load หรือ Input Resistance ตามที่ระบบกำหนด
ระบบ Current Loop เป็นวงจรแบบ Series ดังนั้นการออกแบบต้องพิจารณาแรงดันจ่ายและความต้านทานรวมของ Loop ให้เหมาะสม
ข้อควรระวัง: ไม่ควรนำ Output 4-20mA ไปต่อเข้าช่อง 0-10V Analog Input โดยตรง หาก Input ไม่ได้ออกแบบให้รองรับกระแส เพราะทั้งสองเป็นคนละมาตรฐานสัญญาณ หากต้องการเปลี่ยนรูปแบบสัญญาณ ควรใช้อุปกรณ์ Signal Converter / Signal Transmitter ที่เหมาะสม
แล้วถ้าต้องการเปลี่ยน 4-20mA เป็น 0-10V ทำอย่างไร?
หากเครื่องมือวัดมี Output เป็น 4-20mA แต่ PLC หรือ Controller รับได้เฉพาะ 0-10V ไม่ควรต่อเข้าหากันโดยตรง
สามารถใช้ Signal Converter / Signal Transmitter เพื่อแปลงสัญญาณระหว่างมาตรฐานได้
ตัวอย่างอุปกรณ์ในตลาดมีทั้งแบบที่รับ Input เป็น Current หรือ Voltage และสามารถกำหนด Output เป็น 4-20mA หรือ 0-10VDC พร้อม Isolation ระหว่าง Input และ Output ได้
ข้อสำคัญ: การเลือก Converter ต้องดูว่า Input/Output เป็นแบบใด, มี Isolation หรือไม่, ใช้ไฟเลี้ยงเท่าไร และรองรับ Range ที่ต้องการหรือไม่
วิธีตรวจสอบเมื่อสัญญาณ 4-20mA หรือ 0-10V ผิดปกติ
หากค่าที่ PLC อ่านไม่ตรงกับค่าหน้างาน ควรตรวจสอบเป็นลำดับ
1. ตรวจสอบ Power Supply
ดูว่าแรงดันไฟเลี้ยงตรงตามสเปกหรือไม่
2. ตรวจสอบ Wiring
เช็กขั้ว + / –, Common และสาย Signal
3. ตรวจสอบ Output ของ Transmitter
วัดสัญญาณจากตัวอุปกรณ์โดยตรง
4. ตรวจสอบ Analog Input ของ PLC
ตรวจว่า Channel ถูกตั้งเป็น Current หรือ Voltage ถูกต้อง
5. ตรวจสอบ Range
เช่น Transmitter 0-10 bar แต่ PLC ตั้ง Range ผิด อาจทำให้ค่าที่แสดงคลาดเคลื่อน
6. ตรวจสอบ Signal Converter
หากมีการแปลง 4-20mA ↔ 0-10V ให้ตรวจสอบ Input/Output และ Scaling
7. ตรวจสอบสัญญาณรบกวน
โดยเฉพาะระบบที่เดินสายใกล้ Motor, Inverter หรือสายกำลัง
สรุป 4-20mA vs 0-10V
หากต้องจำแบบง่ายที่สุด
4-20mA = เหมาะกับงานอุตสาหกรรม ระยะไกล และสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณรบกวน
0-10V = ใช้งานง่าย เหมาะกับระบบที่ระยะไม่ไกลและอุปกรณ์รองรับ Voltage Input
แต่การเลือกไม่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดสัญญาณเพียงอย่างเดียว ควรตรวจสอบ Output ของ Transmitter + Input ของ PLC + Power Supply + ระยะเดินสาย + สภาพแวดล้อม + ความต้องการของระบบ ให้ครบก่อนติดตั้ง
FAQ คำถามที่พบบ่อย
1. 4-20mA คืออะไร?
4-20mA คือสัญญาณ Analog แบบกระแสที่ใช้ 4mA แทนค่าต่ำสุด และ 20mA แทนค่าสูงสุดของช่วงการวัด นิยมใช้ในระบบเครื่องมือวัดและควบคุมอุตสาหกรรม
2. 0-10V คืออะไร?
0-10V คือสัญญาณ Analog แบบแรงดันที่ใช้ 0V ถึง 10V เพื่อแทนค่าการวัดหรือคำสั่งควบคุมตั้งแต่ 0–100%
3. 4-20mA กับ 0-10V ใช้แทนกันได้หรือไม่?
ไม่ควรต่อโดยตรง เพราะเป็นคนละประเภทของสัญญาณ หากอุปกรณ์ต้นทางและปลายทางใช้คนละมาตรฐาน ควรเลือก Signal Converter ที่รองรับการแปลงสัญญาณ
สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม / ขอใบเสนอราคา: [เบอร์ติดต่อ : 089-612-8998 / 095-369-5694 / Line : @pinpointt / www.pinpointinstrument.co.th /https://pressuregaugethai.com // https://lin.ee/yuGLlkN
ดูรายละเอียดสินค้าเพิ่มเติมได้ที่ Pinpoint Instrument สินค้า valve วาล์วและเครื่องมือวัด
Facebook Fanpage : ขายวาล์ว และเครื่องมือวัด ขายเกจวัดแรงดันและโฟลมิเตอร์ Pinpoint Instrument