[Transmitter-3]Analog Input 데이터를 Scaling 하는 방법
안녕하세요.
오늘은 Transmitter를 비롯한 모든 Analog Input 데이터를 어떤식으로 처리 할 것인가에 대해서 한번 알아보도록 하겠습니다.
1. Scaling이란 ?
Scaling 이란 이전에도 말씀 드렸듯이 Transmitter나 기타 Analog Output 신호를 송신하는 장치로부터 사용자가 사용할 수 있도록 Scale 해주는 작업을 말합니다.
1.1 Preesure to Current 의 상관관계
예를 들어, 0~10bar의 범위를 갖는 압력트랜스미터를 사용한다고 가정하면, 트랜스미터에서는 0bar 일때 4mA, 10bar일때 20mA 의 전류를 출력합니다.
1.2 Current to integer 상관관계
이렇게 출력된 Analog Data를 MCU/PLC/INDICATOR등에서 Analog to Digital Converting을 하게 되는데, Digital 데이터로 변환된 값은 정수데이터입니다. 이때의 정수 데이터는 Analog Input Port의 분해능(Resolution)에 따라 달라지게 되는데, 만약 12bit Resolution이라 함은 2^12 = 4096 으로 0~4096이란 정수데이터로 들어오게 됩니다.
2. Scaling 공식
이렇게 입력된 정수데이터를 활용하여 Indicator로 Analog 값을 출력하거나, 이 데이터를 활용하여 Display에 표시하거나 Human machine Interface (HMI) 등에 Display 하거나 할 수 있습니다.
그렇다면, 0 ~ 4096 데이터를 어떻게 사용자가 다시 알 수 있는 0~10Bar 데이터로 만들까요
2.1 4-20mA Scaling Calculatation
4-20mA 전류 신호를 Pv 데이터, 즉 Physical Value로 전환하는 방법은 변환해주는 공식이 존재합니다.
2.2 4-20mA Scaling Calcultation 시, Offeset 의 적용
- 실제 현장에서 Analog 신호를 처리 할 경우, 이론적인 계산치처럼 딱딱 들어맞는 경우는 드물다.
(ex. 0bar 일 때 4mA, 10bar 일 때 20mA) - 예를 들어 0bar 일때 3.9mA가 입력되거나, 10bar일때 21mA 가 입력 되는 등 Noise나 계측기 특성에 따라 정확한 수치가 나오지 않는다고 보는게 더 타당하다.
- 그래서 항상 계측기 및 밸브 등 장비등을 설치한 뒤 Calibration (보정) 작업을 진행하는데, 이 Calibration 의 경우 두가지 방법을 보편적으로 사용한다.
2.2.1 Offeset value 지정
위의 Scaling 공식에서 Maximum,Minimum 값에 사용자가 보정치를 줄 수 있도록 하는 방법이다.
2.2.2 계측기 보정
계측기 마다 차이가 있겠지만 일반적으로 산업현장에서 사용하는 계측기의 경우 이 Calibration 작업을 위한 가변저항이 존재한다. Zero-Span 으로 명기된 가변저항을 돌려 보정작업을 하는 것이며, Span은 Maximum 값일때를, Zero는 Minimum 값일 때의 출력값을 보정한다.
3. 정리
- 오늘날 여러 산업 현장, 특히 Process, Plant 설비의 경우 많은 계측기와 밸브류 등이 사용되어 진다.
- 이러한 설비의 계측기와 밸브등에서 해당 포인트, 탱크, 배관 등에서 압력, 밸브의 컨디션등을 확인해야 하고, 이때 주로 4-20mA Current loop type의 장비를 사용한다.
- 위의 Scaling 공식만 적용하여도 프로그램을 구성할때 큰 어려움은 없지만, 보다 본질적으로 어떻게 저러한 데이터가 도출되는지 알아보는 시간을 가졌다.