§ 17

4-20 mA signal: scaling to process value and PLC

Which process value does my measured mA correspond to and what should PLC show?

Answer: Most transmitters send their measurement as 4-20 mA: 4 mA is the bottom of the measurement range and 20 mA the top. The calculator converts a measured current to the process value, percentage of the range and the raw value the PLC's analogue input shows, so you can check a transmitter, a cable or a scaling in the programme.

Formula

Procent = (I − 4 mA) / 16 mA × 100

Procesværdi = bund + procent / 100 × (top − bund)

Rå værdi = procent / 100 × kortets rå værdi ved 20 mA (forudsat at kortet er sat op til 4-20 mA, så 4 mA giver 0)

NAMUR NE 43: 3.8–20.5 mA is measurement, below 3.6 mA or above 21 mA is an error in transmitter or loop.

Symbols and units in the formula
Symbol	Meaning	Unit
ma	Measured current	mA
omr_min	Bottom of measurement range (at 4 mA)	—
omr_max	Top of measurement range (at 20 mA)	—
raa_max	PLC card's raw value at 20 mA	—
=	Process value (in measurement range's unit)	—
=	Percent of measurement range	%
=	Raw value in PLC	—
=	Distance to NAMUR's breaking point (3.6 mA)	mA

Validity and source

Source: 4-20 mA standard (IEC 60381-1) · error limits per NAMUR NE 43 · technical annex: instrumentation

Does not apply when

The measurement range is on the transmitter's nameplate or in its settings (LRV/URV). If the analogue card is set to 0–20 mA, 4 mA is not at 0, and the scaling must be done in the program. Negative percent means current below 4 mA.

Worked example

The calculator's own default values inserted. The figures are calculated with exactly the formula the tool uses.

Substituted

Measured current12 mA
Bottom of measurement range (at 4 mA)0
Top of measurement range (at 20 mA)10
PLC card's raw value at 20 mA27,648

Giver

Process value (in measurement range's unit)5.00
Percent of measurement range50.0 %
Raw value in PLC13,824
Distance to NAMUR's breaking point (3.6 mA)8.40 mA

Members only

The calculator itself is locked

Create a free user account to unlock all articles, calculators, templates and range — and get access to quizzes and classes. It takes less than a minute: name, email and a password. No payment card.

Create free user →Log in

Want to try something first? See what you can use without an account — the junior zone, the encyclopedia, the videos and more.

Sådan bruger du den

Når en procesværdi i SCADA ser forkert ud, skal du finde ud af, om fejlen sidder i transmitteren, kablet eller PLC'ens skalering. Du måler strømmen i sløjfen med et multimeter eller en sløjfekalibrator og regner den om til procesværdi og rå værdi. Passer det med PLC'en, sidder fejlen ude i felten.

Step by step

Mål strømmen i sløjfen, i serie eller med en mA-tang.
Find transmitterens måleområde: værdien ved 4 mA og ved 20 mA.
Træk 4 fra strømmen og del med 16. Det er andelen af måleområdet.
Gang andelen med måleområdet og læg bunden til. Det er procesværdien.
Sammenlign PLC'ens rå værdi med beregnerens. Under 3,6 mA er det brud på sløjfen efter NAMUR NE 43.

Typical errors

At regne med 0-20 mA, når transmitteren sender 4-20 mA. Så bliver alle værdier for høje.
At glemme at et analogt kort kan være sat op til 0-20 mA, så 4 mA giver en rå værdi over 0.
At læse en værdi under 4 mA som «nul i tanken». Under 3,6 mA er det et signalbrud.
At bryde sløjfen for at måle uden at tænke på, at regulatoren og alarmerne ser signalet forsvinde.

Examples from everyday life

Tryktransmitter på 0-10 bar

SCADA viser 7 bar på en pumpes trykside, men manometeret viser ca. 5. Du måler 12,0 mA i sløjfen. Transmitteren er 0-10 bar, og PLC'en er en Siemens S7.

Measured current: 12 mA
Bottom of measurement range (at 4 mA): 0
Top of measurement range (at 20 mA): 10
PLC card's raw value at 20 mA: 27.648 (Siemens S7)

It means: 12 mA svarer til 5 bar, eller 50 %. PLC'en skal vise 13,824. Gør den det, er fejlen skaleringen i programmet, ikke transmitteren.

Temperaturtransmitter med negativt område

En temperaturtransmitter i en kølecontainer går fra −50 til 150 °C. Du måler 7,2 mA.

Measured current: 7.2 mA
Bottom of measurement range (at 4 mA): -50
Top of measurement range (at 20 mA): 150
PLC card's raw value at 20 mA: 27.648 (Siemens S7)

It means: Temperaturen er -10 °C, og signalet ligger på 20 % af området. PLC'en skal vise 5,530.

Niveaumåler under 4 mA

En niveaumåler på 0-4 m i en tank melder alarm. Du måler 3,2 mA i sløjfen.

Measured current: 3.2 mA
Bottom of measurement range (at 4 mA): 0
Top of measurement range (at 20 mA): 4
PLC card's raw value at 20 mA: 27.648 (Siemens S7)

It means: Beregneren giver -0.2 m og -5 %, altså under måleområdet. Afstanden til brudgrænsen er -0.4 mA, så det er en fejl i transmitter eller sløjfe efter NAMUR NE 43, ikke en tom tank.

Rule of thumb

Hver mA over 4 er 6,25 % af måleområdet. 12 mA er midt på.

How to check the answer

4 mA skal give bunden, 20 mA toppen og 12 mA præcis midten. Tjek det med en sløjfekalibrator.