안녕하십니까 알에스코리아 정필승 대리입니다.
영업부 이야기 입니다.
해당 컨텐츠는, 영업 상담 및 미팅 과정에서 자주 설명되는 내용을 담을 예정입니다. 중에는 성공 사례도 있을 것이며 저희가 취급하는 측정기로는 불가했던 한계점 등등을 담아서 일종의 정보의 기록지로 만들 요량입니다. 물론 긴 상담을 블로그 포스팅 링크로 대처하는 역할도 하겠지 싶습니다. 이 서두는 영업부 이야기의 포스팅마다 동일하게 복사해서 붙여넣기 하는점을 양해 부탁드립니다.
오늘 이야기는 산업용 계측장비에서 범용적으로 사용하는 아날로그 신호,그 중에서 4-20ma 그리고 그 응용에 대한 이야기 입니다.
|여섯번째 이야기| FIX800 장비에서 나오는 4-20ma 출력을 이용하여 타사 장비와 연동하자!
설명하기 어려운 부분이 있을 땐 항상 보험을 들고 시작합니다. 저는 환경계측기 기술영업부 직원으로 제품을 이해하고 판매하는데 필요한 최소한의 지식을 공부하고 있을 뿐이지 전문가는 아닙니다. 하지만 조금더 전문가에 근접할 수 있도록 노력하는 중인 것 만 알아주셨으면 하는 바람이 있습니다.
아날로그 신호와 디지털 신호는 센서 혹은 측정기가 측정한 값을 중계기(트랜스미터) 를 통해서 디스플레이하거나 저장 매체로 이동할때 쓰이는 통신 방법입니다. 어렵게 생각하지 않아도 우리는 살면서 아날로그와 디지털이라는 단어를 수없이 듣고 겪어왔습니다.
할머니: 그게 뭐야? 아저씨: 디지털 세상이잖아요~ 할머니: 뭐 ? 돼지털?
2000년대 초 디지털 세상이 열리면서 나왔던 LG 전자의 광고입니다. 이 광고가 세상에 나올 때 즘 태어난 분들이 이젠 성인이 되었으니 세월이 야속합니다. 디지털 방식은 분명하게 세상을 바꾸었고 훨씬더 상위의 기술임은 분명하나 산업군 전반에서는 아직도 디지털 방식과 아날로그 방식은 공존하고 있습니다. 오늘은 그 중 아날로그 신호에 대해서 좀 다뤄볼까 합니다.
해당 포스팅을 위해서 신호이론에 대해서 공부하자니 글이 완전 산으로 갈 것 같아서 이야기 하고자 하는 부분만 잠깐씩 집고 넘어가겠습니다. 언젠가 원리와 이론 모두 설명할 수 있을 정도로 깊게 공부하여 돌아오겠습니다.
|아날로그 신호와 디지털 신호 연속성과 불연속성
아날로그 신호를 시간에 따라 그래프화 하면 좌측사진처럼 연속적인 곡선의 그래프가 만들어집니다. 반대로 디지털은 0과 1로 나뉘어진 2진법적 방법으로 불연속적 그래프로 그려집니다.
일상생활에서 자주 볼 수 있는 시계가 아날로그 / 디지털의 대표적인 예시라고 볼 수 있습니다.
아날로그 시계는 다음 시 다음 분 다음 초로 가는 과정을 눈으로 볼 수 있습니다. 즉 연속적이죠, 디지털 시계는 다음 분으로 초로 이동하는 과정이 깜빡하며 화면이 바뀔 뿐 아무리 세밀한 단위로 다누어도 그 중간 과정을 볼 순 없습니다. 즉 불연속적입니다. 다만 몇가닥의 선만으로도 디지털 정보는 날짜 시간 요일 등등을 동시에 표현하는게 쉽습니다.
회로 구성 또한 아날로그 신호가 훨씬더 복잡한 구조를 지닙니다. 날짜와 요일까지 표시하는 고가의 명품 시계 내부를 상상해보시면 이해하실 수 있을거라 생각합니다. 갖고싶다
시대의 변화 그리고 물리적인 편의를 따져도 디지털신호가 훨씬더 편하다는 생각이 듭니다. 그럼에도 불구 아날로그 신호가 아직 사용되는 이유를 계측인 관점에서 바라보았습니다.
|아날로그 신호의 특성 범용성과 편의성
계측기를 취급하는 입장에서 아날로그 신호의 가장 큰 장점은 범용성과 편의성입니다.
일반적인 아날로그 신호의 종류
계측기에서 사용되는 아날로그 신호는 크게 전류신호 전압신호 두가지로 나뉩니다. 센서의 종류 그리고 센서가 장착되어 신호를 보내는 트랜스미터의 종류와 특성에 맞추어 적합한 신호 방식을 선택을하게 되는데 위에 사진에 있는 것 처럼 다양한 종류가 있는 것 처럼 보여도 해석은 모두 같은 비율 방식입니다.
온도 센서를 하나 예로 들도록 하겠습니다.
-50℃ ~ 50℃ 를 측정할 수 있는 센서를 아날로그 신호를 통해서 송출한다고 하면 측정범위의 최저점이 신호의 최저점이 되고 측정범위의 최대점이 신호의 최대점이 되는 방식입니다. 한글보다 숫자로 이야기 하는게 편하겠네요.
-50℃ ~ 50℃ 의 온도 센서
e.g.1) 0-10mA 신호 사용시
-50℃ : 0 mA
50℃ : 10mA 의 신호
5ma 신호가 나온다면 온도는 몇도씨인가? 그럼 그 중간 지점인 0℃ 가 됩니다,
여러 신호종류가 있지만 수식으로 모든 아날로그 신호를 한번에 계산하는 수식은 이렇습니다.
센서의 최소값 : A
센서의 최대값 : B
신호의 최소값 : C
신호의 최대값 : D
현재 전류 : X
라고 했을 떄 측정값 Y 는
Y = A +(B-A) (X-C)/(D-C) 로 계산합니다. 즉
-50 + {50-(-50)}*(5-0)/(10-0) = 0 ℃
짜잔
한문제만 더 풀어보고 가겠습니다.
(주관식 서술형) 0-30% 를 측정하는 산소농도 측정기가 4-20ma 를 출력할 떄 전류계사 15.5% 를 나타내고 있다면 현재 산소 농도는 몇 % 인가?
풀이
센서 최저값 : 0
센서 최대값 : 30
신호의 최저값 : 4
신호의 최대값 : 20
현재 전류값 15.5
0+(30-0)x(15.5-4)/(20-4) = 21.5%
사실 단순 비례식으로 구하면 훨씬더 쉽지만, 마이너스를 포함하는 센서 범위나 0에서 시작하지 않는 아날로그 신호등을 한번에 범용적으로 계산할 때는 제가 구하는 방식이 제일 간단한 것 같습니다. 반박시 당신의 의견이 옳을 수도 있습니다. 더 좋은 방법이 있다면 공유를 부탁드립니다.
|왜 4-20ma 방식인가? 전압강하문제가 없으며 고장진단이 가능하다.
위에서 아날로그 신호를 계산하는 두가지 방식을 계산식으로 예를 들었습니다. 하나는 전압신호이고 하나는 전류신호입니다.
답부터 말씀드리자면 전압신호 방식은 전압강하가 일어납니다 전압강하는 무엇이냐
초등학생시절 배운 옴에 법칙에 따르면 저항에 전류가 흐르면 전압강하가 발생합니다. 별다른 부하(load) 가 없더라도 전기가 흐르는 전선또한 약간의 저항이 있습니다. 그래서 신호선이 길면 길수록 전선 내부에서 전합강하가 조금씩 발생하고 목표점에 도착한 전압은 최초 신호값보다 작은 값이 도착하게 됩니다.
전류신호방식은 루프로 구성되어 전압강하의 영향 없이 일정한 값이 흐르기 때문에 같은 아날로그 신로해도 그 안정성이 훨씬더 뛰어납니다.
그렇다면 계산하기 0에서 시작하지 않고 4ma에서 시작하는 이유는 무엇일까요? 아래 사진을 예로 들겠습니다.
작업자 안전용 가스측정기와 현황판을 연결한 사례입니다. 가스 발생 위험이 있는 현장에는 측정기를 설치하고 진입전이나 사무실등에서 측정값을 모니터링 합니다.
0-100ppm 을 측정하는 센서가 0-20ma 출력을 내보낸다고 가정했을 때
0ma : 0ppm = 20ma : 100ppm 의 비례식으로 계산하여 모니터링 화면에 측정값이 디스플레이 됩니다. 그렇다면 측정장비가 고장난 경우에는 몇 ma가 출력 될까요? 당연히 전기적으로 고장이 났으니 아무신호가 나오지 않습니다. 즉 0ma 가 전광판에 전달됩니다.
위의 경우 모니터링 담당자는 이 측정기가 실제로 0ppm 을 측정해서 0ma 를 출력하는 건지, 고장이 나서 0ma 를 출력하는 건지 구분을 할 수 없습니다. 그래서 4-20ma 는 4m 이하인 경우엔 기기의 고장으로 판단해서 측정기의 정상상태임을 구분할 수 있는 기능이 포함된 아날로그 신호라고 할 수 있습니다
요약하자면
4-20ma 신호는
- 전압강하에 영향을 받지 않는 안전한 아날로그 신호이다.
- 4ma 이하는 고장으로 판단하여 제품 이상 유무를 파악할 수 있다.
|아날로그 신호를 적용해보자! 아날로그 신호의 범용성으로 타사 장비에 연결!
방문한 현장은 이미 타사의 계측기과 수신장비를 쓰고 있는 상황입니다. 기존 장비를 FIX 800 으로 변경을 고려하시면서 경보기는 그대로 이용이 가능한지 문의입니다. 타사 장비를 저희 장비로 바꾸는 이유는 직접적으로 적기에 조금 곤란한 부분이 있습니다만, 지금 이유가 중요한건 아니니까요.
일단 저 수신기가 어떤 정보를 받는 장비인지 확인해봐야겠습니다. 사실은 기존에 장착되어있는 장비를 인터넷에 검색만 해도 어떤 신호가 송출되는지 뻔히 알 수 있습니다. 역시나 가스측정기는 위에서 길게도 설명한 4-20ma 방식이더군요.
저희 장비가 연결 되는지 테스트 해볼 예정입니다. 장착되어있는 제품은 ETO (에틸렌 옥사이트) 0-30ppm 을 측정하는 장비이고 저희가 데모로 준비한 장비는 전혀 상관없는 가스입니다.
FIX800 의 기본 기능인 테스트 전류 출력 기능을 사용하였습니다. 수신부에서 최대 측정범위인 30ppm 이 정상적으로 표기가됩니다.
|마치며 포스팅의 목적은 아날로그 신호에 대한 이해입니다. 그런데 FIX800 을 곁들인
요약하며 포스팅을 마치겠습니다.
- 측정장비는 데이터관리, 측정값 모니터링을 위해 디지털 혹은 아날로그 신호를 송출한다.
- 디지털 신호는 다양한 정보를 주고받을 수 있으며 불연속적입니다.
- 아날로그 신호는 하나의 값을 송출하며 연속적이다.
- 아날로그 신호의 범용성과 사용적 편의로 아직 많이 사용된다.
- 아날로그 신호는 전압신호 전류 신호로 나뉜다.
- 전류신호가 전압강하의 영향 없이 안전한 신호 송출이 가능하다.
- 그중 4-20ma 전류 신호는 제품의 고장 구분까지 할 수 있다.
- FIX800 은 디지털 신호 아날로그 신호를 모두 송출한다.
- 타사 수신부에 연결하여 사용할 수 있다.
- 자체적인 테스트 신호를 낼 수 있다.
