PLC 아날로그 입력 스케일링이란? 4-20mA 변환

2026년 9월 1일 읽는 시간 약 5분

PLC 아날로그 입력 스케일링이란 4-20mA 센서 신호를 온도·압력·유량 등 실제 공학 값으로 변환하는 과정입니다. PLC 아날로그 입력의 Raw Data와 4mA·20mA 기준값, 선형 변환식 및 활용 원리를 알아봅니다.

PLC 아날로그 입력 스케일링이란 무엇일까?

PLC 아날로그 입력 스케일링(Scaling)은 센서나 Transmitter에서 들어온 전류·전압 신호를 작업자가 이해하고 제어에 사용할 수 있는 실제 공학단위(Engineering Unit)로 변환하는 과정입니다. 산업현장에서는 압력, 온도, 유량, 수위처럼 연속적으로 변하는 물리량을 측정하기 위해 4-20mA 또는 0-10V 신호를 많이 사용합니다. PLC Analog Input Module은 이러한 신호를 A/D Converter로 변환하여 CPU에 디지털 데이터로 전달합니다. 그러나 CPU가 받는 값은 PLC 기종에 따라 0~4000, 0~27648, 0~32000 등과 같은 Raw Data 형태일 수 있어 그 숫자만으로 실제 압력이나 온도를 바로 알기 어렵습니다. 따라서 Raw Data를 센서의 측정범위에 맞춰 다시 환산하는 과정이 필요합니다. 예를 들어 0~10bar 압력 Transmitter의 4-20mA 출력을 PLC에서 읽는다면 4mA에 해당하는 Raw 값을 0bar, 20mA에 해당하는 값을 10bar로 변환하여 프로그램에서 실제 압력값으로 사용할 수 있습니다.

4-20mA 신호는 실제 값과 어떤 관계가 있을까?

4-20mA 방식에서는 일반적으로 4mA를 측정범위의 하한값, 20mA를 상한값에 대응시킵니다. 예를 들어 측정범위가 0~100℃인 온도 Transmitter라면 4mA가 0℃, 12mA가 이상적인 선형관계에서 약 50℃, 20mA가 100℃에 대응합니다. 0~10bar 압력센서라면 같은 방식으로 4mA는 0bar, 12mA는 약 5bar, 20mA는 10bar가 됩니다. 이처럼 입력신호와 실제 측정값 사이에 선형관계가 있다면 두 범위 사이의 비율을 이용해 값을 계산할 수 있습니다. 4mA를 0mA가 아닌 하한으로 사용하는 방식을 Live Zero라고 하며 정상적인 측정범위 아래에 일정한 전류영역이 존재하기 때문에 적절한 시스템에서는 단선이나 일부 이상상태를 진단하는 데 활용할 수 있습니다. 다만 4mA 미만이라고 해서 무조건 단선으로 판단할 수 있는 것은 아니며 Transmitter와 PLC의 진단범위, 예를 들어 NAMUR NE 43 적용 여부 등 실제 장치의 사양을 확인해야 합니다.

Raw Data는 어떤 공식으로 실제 값으로 변환할까?

선형 스케일링은 입력범위와 출력범위의 비율을 이용하여 계산할 수 있습니다. 기본적인 식은 Engineering Value = (Raw - Raw Min) × (EU Max - EU Min) ÷ (Raw Max - Raw Min) + EU Min으로 표현할 수 있습니다. 여기서 Raw Min과 Raw Max는 각각 4mA와 20mA에 대응하는 PLC의 디지털 값이며 EU Min과 EU Max는 센서의 실제 측정범위입니다. 예를 들어 특정 Analog Input Module에서 4-20mA가 Raw 0~4000으로 변환되고 압력센서의 범위가 0~10bar라고 가정해 보겠습니다. 현재 Raw 값이 2000이라면 전체 입력범위의 50%에 해당하므로 약 5bar로 환산할 수 있습니다. 하지만 모든 PLC에서 4mA가 0, 20mA가 4000으로 표현되는 것은 아닙니다. 제조사와 모듈 설정에 따라 Raw 범위가 다르며 Overrange와 Underrange 영역을 별도로 제공하기도 합니다. 따라서 실제 스케일링에서는 반드시 해당 Analog Input Module의 매뉴얼에서 입력범위와 디지털 변환값을 확인해야 합니다.

스케일링한 값은 PLC 제어에서 어떻게 활용할까?

스케일링이 완료되면 의미 없는 Raw 숫자 대신 ℃, bar, %, L/min 등의 실제 단위를 PLC 프로그램에서 직접 사용할 수 있습니다. 예를 들어 압력값이 7bar 이상이면 펌프를 정지시키고 5bar 이하가 되면 다시 운전하도록 비교명령을 구성할 수 있습니다. HMI에서도 Raw 2800과 같은 값을 표시하는 대신 압력 7.0bar처럼 작업자가 바로 이해할 수 있는 정보로 표시할 수 있습니다. 또한 PID 제어에서는 스케일링된 Process Value를 설정값(Setpoint)과 비교하여 밸브 개도나 인버터 속도를 조절하는 데 활용할 수 있습니다. 이때 정수 연산만 사용하면 나눗셈 과정에서 소수점 정보가 손실될 수 있으므로 필요한 정밀도에 따라 REAL 데이터형이나 적절한 연산순서를 사용하는 것이 중요합니다. 또한 입력값이 정상범위를 벗어났을 때 단순히 최소·최대값으로 제한할 것인지, 별도의 Sensor Fault로 처리할 것인지도 설계해야 합니다. 결국 PLC 아날로그 입력 스케일링은 전기신호를 실제 공정 데이터로 바꾸어 감시·비교·제어에 활용할 수 있게 만드는 핵심 과정입니다.