計器の数値を離れたところでも確認できるようにしたい！
現場での数値をDCSやPLCといった監視装置に取り込むことのできる計装信号ですが、まず真っ先に思い浮かぶ計装信号は4–20mA信号ではないでしょうか。
化学工場・製造プラントの現場では、「アナログ信号？基本は4–20mAでしょ」という会話が当たり前のように交わされています。
しかし新人さんからは、「なぜ4–20mAなの？」「0–20mAじゃダメなの？」という疑問もよく聞かれます。
この記事では、4–20mA信号の仕組み・理由・実務上の注意点を、現場で使える知識として分かりやすく解説したいと思います。
4–20mA信号とは？
4–20mA信号とは、電流の大きさで計測値を表現するアナログ信号です。
例えば温度計で0℃から100℃までを測定したい場合を考えると以下のようになります。
| 電流値 | 意味 | 換算値 |
|---|---|---|
| 4mA | 0%(最小値) | 0℃ |
| 12mA | 50%(中間値) | 50℃ |
| 20mA | 100%(最大値) | 100℃ |
上記のように測定範囲を割合で換算することで電流値で表現することができます。
なぜ「4–20mA」なのか？
なぜ0–20mAではない？
計装信号として4-20mAが一般に使用されている最大の理由は断線検出ができる点にあります。
- 4–20mA
→ 正常時は必ず4mA以上流れる。 - 0mA
→ 断線 or 電源喪失と判断できる。
つまり、0mA＝異常、4mA以上＝正常という明確な判別が可能になります。
これは安全設計（フェイルセーフ）の考え方に基づいています。
電圧信号（1–5V）との違い
計装信号として電圧を用いた信号も使用されることがあります。4-20mAとの違いは以下のようになります。
| 電流信号(4-20mA) | 電圧信号(1-5V) | |
|---|---|---|
| ノイズ耐性 | 強い | 弱い |
| 長距離配線 | 得意 | 苦手 |
| 断線検出 | 可能 | 困難 |
| 工場用途 | 主流 | 限定的 |
化学プラントではケーブルが数十〜数百mになることも多く、
ノイズに強い電流信号が圧倒的に有利です。
電圧による信号は制御盤内など近距離で使用されていることが多いね！
2線式と4線式
4–20mA信号を送る方式には、2線式と4線式があります。主な違いは計器に電源が必要かどうかです。
2線式の特徴
- 電源線＋信号線を兼用
- 配線がシンプル
- 現場計器の消費電力が小さい
2線式と4線式の計器については以下の記事で解説しています。
実際の現場では「この計器、2線？4線？」の確認は超重要ポイントです。
設計・保全でよくある注意点
実際の現場では以下の点は注意して考える必要があります。
① ループ抵抗オーバー
- ケーブル長が長すぎる
- 中継端子・バリアが多すぎる
上記のような場合抵抗が大きすぎて20mAが流れず上限値が出ないことがあります。
② 電源の取り違え
- 2線式なのに外部電源を入れる
- 4線式なのにループ電源前提で設計
上記の場合最悪、機器破損につながってしまいます。
③ スケーリング設定ミス
- 4mA＝0％になっていない
- 単位（℃、kPa）が合っていない
このような場合は表示と実値がズレてしまい適切に計器の監視を行うことができなくなります。
まとめ
今回は4-20mAの信号について簡単に説明してみました。みなさんも以下の点に注意して4-20mAのアナログ信号を使用しましょう。
- 4–20mA信号は計装アナログ信号の標準
- 最大のメリットはノイズ耐性・長距離配線・断線検出
- 「なぜ4mAからか」を理解すると設計ミスが減る
- 実務では電源方式・ループ抵抗・異常電流等に注意
コメント