4–20mA 는 압력·유량·온도 전송기가 측정값을 전류로 보내는 방식입니다. 직렬 회로의 전류는 어디서나 같아서, 선이 길어 저항이 생겨도 전원 전압이 충분한 한 받는 쪽의 값이 바뀌지 않습니다. 하한 4 mA 가 0 %, 상한 20 mA 가 100 % 입니다.
라이브 제로: 왜 4 mA 부터인가
0 % 에서도 4 mA 가 흐르므로 «측정값 0» 과 «전류 없음(단선·전원 꺼짐)» 이 구분됩니다. 0–20mA 신호는 0 % 가 0 mA 라 이 둘을 가르지 못합니다. 또 0 % 에서도 전류가 흐르기 때문에 2선식 전송기는 신호를 보내는 두 선에서 자기 동작 전력까지 얻을 수 있습니다.
환산식
값 = 하한 + (전류 − 4) ÷ 16 × (상한 − 하한)
| 전류 | % | 0~10 bar 전송기 | 250 Ω 양단 전압 |
|---|---|---|---|
| 4 mA | 0 | 0 bar | 1 V |
| 8 mA | 25 | 2.5 bar | 2 V |
| 12 mA | 50 | 5 bar | 3 V |
| 16 mA | 75 | 7.5 bar | 4 V |
| 20 mA | 100 | 10 bar | 5 V |
전압 입력만 있는 장비에는 250 Ω 저항을 달아 4–20mA 를 1–5 V 로 받습니다(옴의 법칙). PLC 아날로그 입력은 전류를 정수 카운트로 바꿉니다 — SIMATIC S7-1500 은 하한~상한을 0~27648 로, MELSEC iQ-R 은 0~32000 으로 냅니다(각 제조사 매뉴얼). 카운트가 이상하면 먼저 mA 로 되돌려 봅니다.
2선식·3선식·4선식
| 방식 | 배선 | 전원 |
|---|---|---|
| 2선식(루프 전원) | 두 선이 전원이자 신호 | 루프 어딘가의 직류 전원이 전송기를 돌림 |
| 3선식 | 전원 +, 공통, 신호 출력 | 전원과 신호가 공통선을 나눠 씀 |
| 4선식(능동 출력) | 전원 두 선 + 신호 두 선 | 전송기에 따로 전원, 전류를 스스로 내보냄 |
배선에서 먼저 볼 것은 «누가 루프 전원을 대는가» 입니다. 2선식 전송기는 스스로 전류를 만들지 못하므로 루프 어딘가에 전원이 있어야 합니다. 받는 쪽 입력이 전원을 대는 입력인지, 전원 없이 전류만 재는 입력인지 매뉴얼에서 확인합니다. 2선식 전송기를 전원 없는 입력에 물리면 루프에 전원이 하나도 없고, 4선식(능동 출력) 전송기를 전원을 대는 입력에 물리면 전원이 둘이 됩니다.
루프 전압이 모자라면
2선식 루프의 전원 전압은 «전송기가 동작에 필요한 최소 전압 + 20 mA × 루프 저항(받는 쪽 입력 저항 + 선 저항 + 중간 표시기)» 보다 커야 합니다. 모자라면 상한 근처에서 전류가 더 오르지 못하고 멈춥니다. 예를 들어 입력 저항 250 Ω 에 20 mA 가 흐르면 그 저항에서만 5 V 가 떨어집니다. 전송기의 최소 전압은 전송기 매뉴얼에 있습니다.
고장 신호: NAMUR NE 43
NAMUR 권고 NE 43 을 따르는 전송기는 측정값을 3.8~20.5 mA 안에서만 내고, 스스로 고장을 알아채면 3.6 mA 이하나 21 mA 이상을 냅니다. 고장 때 낮은 쪽으로 갈지 높은 쪽으로 갈지는 전송기 설정에서 정하며, 방법은 전송기 매뉴얼에 있습니다.
| 받은 전류 | 뜻 | 먼저 볼 것 |
|---|---|---|
| 0 mA 근처 | 전류가 흐르지 않음 | 단선, 루프 전원 꺼짐·퓨즈, 2선식 극성 반대 |
| 3.6 mA 이하 | NE 43 고장 신호(낮음) | 전송기 진단 표시, 센서 단선 |
| 3.6~3.8 mA | NE 43 측정 범위 밖 | 공정값이 하한 아래, 영점 |
| 3.8~4 mA | 하한 미만, 측정 범위 안 | 영점 조정 |
| 20~20.5 mA | 상한 초과, 측정 범위 안 | 범위 설정 |
| 20.5~21 mA | NE 43 측정 범위 밖 | 공정값이 상한 위 |
| 21 mA 이상 | NE 43 고장 신호(높음) | 전송기 진단 표시, 신호선 단락 |
현장에서 단선을 가리는 순서
- 1. 화면의 공학값이 아니라 mA 를 봅니다. PLC 카운트·공학값은 환산을 거친 값이라 환산 설정이 틀리면 엉뚱하게 보입니다. 환산 계산기로 카운트를 mA 로 되돌려 봅니다.
- 2. 멀티미터를 전류 측정으로 두고 루프에 직렬로 넣어 실제 전류를 잽니다. 전원 단자에 전압이 있는데 전류가 0 이면 루프 어딘가가 끊긴 것입니다.
- 3. 3.6 mA 이하나 21 mA 이상이면 전송기가 스스로 고장을 알리는 것일 수 있습니다. 전송기 표시창이나 진단 메뉴를 봅니다.
- 4. 값이 늘 일정한 비율로 틀리면 환산 범위(공학값 하한·상한, 카운트 범위)를, 일정한 양만큼 밀려 있으면 영점을 의심합니다.
- 5. 값이 흔들리면 차폐선 접지와, 신호선이 인버터 출력선과 같은 덕트를 지나지 않는지 봅니다.
PortDock 에서는
- 웹 도구 «4–20mA 환산 계산기»: 전류·공학값·%·PLC 카운트를 서로 바꾸고, 4–20mA 값이 NE 43 고장 범위나 측정 범위 밖이면 알려 줍니다. S7-1500·MELSEC iQ-R·Compact I/O 카운트 범위가 들어 있습니다.
- 아날로그 값을 Modbus 로 내주는 변환기·계측기라면 Modbus Master 로 그 레지스터를 읽고 추세 그림으로 흔들림을 봅니다.
- 시리얼로 값을 찍어 내는 장비는 Plot 으로 실시간 그래프를 그리고 CSV 로 남깁니다.
작성 2026-10-22