플랜트에서 압력이나 유량, 온도 값이 실제 공정과 다르게 표시되면 많은 경우 트랜스미터부터 의심합니다. 하지만 현장에서는 트랜스미터는 정상인데 PLC Scaling 설정 오류 때문에 측정값이 다르게 표시되는 사례도 적지 않습니다. 특히 교정(Calibration)은 정상이고 HART Communicator에서도 올바른 값이 확인되는데 PLC나 HMI 화면에서만 값이 다르다면 Analog Input Scaling을 먼저 확인하는 것이 문제를 빠르게 해결하는 방법이 될 수 있습니다. PLC는 4~20mA 신호를 그대로 사용하는 것이 아니라 내부 계산을 통해 실제 공정 단위로 변환합니다. 이 과정에서 Range, Raw Data, 단위(Unit), 계산식 중 하나라도 다르면 실제와 다른 값이 표시될 수 있습니다.
이번 글에서는 PLC Analog Input Scaling의 원리부터 계산 방법, 현장에서 자주 발생하는 설정 실수와 점검 절차까지 단계별로 알아보겠습니다.
이런 증상이 있다면 PLC Scaling을 먼저 확인해 보세요.
다음과 같은 현상이 반복된다면 트랜스미터보다 PLC 설정을 먼저 점검하는 것이 좋습니다.
- HART에서는 정상인데 PLC 화면의 값만 다르다.
- Calibration은 통과했는데 HMI에서만 오차가 발생한다.
- 트랜스미터를 교체해도 같은 증상이 반복된다.
- PLC와 DCS가 서로 다른 값을 표시한다.
- 운전 중에는 문제가 없지만 프로그램 수정 후 값이 달라졌다.
이러한 증상은 Analog Input Scaling이나 Raw Data 설정과 관련될 수 있습니다.
PLC Analog Input Scaling이란?
Analog Input Scaling은 PLC가 수신한 아날로그 입력값을 실제 공정 단위로 변환하는 과정입니다.
Pressure Transmitter, Flowmeter, Temperature Transmitter 등 대부분의 계측기는 4~20mA 신호를 출력하지만 PLC는 이 전류를 그대로 사용할 수 없습니다.
먼저 입력된 전류를 디지털 데이터(Raw Data)로 변환한 뒤 프로그램에서 계산식을 이용해 실제 압력(kPa), 유량(m³/h), 온도(℃) 등으로 환산합니다.
이 과정이 올바르게 설정되어야 HMI, DCS, SCADA에서도 동일한 공정값을 표시할 수 있습니다.
4~20mA는 어떻게 실제 측정값으로 변환될까?
4~20mA 신호는 총 16mA의 측정 범위를 사용합니다.
가장 많이 사용하는 기본 계산식은 다음과 같습니다.
측정값 = ((현재 전류 – 4) ÷ 16) × 측정 범위 + 최소값
예를 들어 Pressure Transmitter가 0~1000kPa 범위로 설정되어 있다면 다음과 같이 계산됩니다.
| 출력 전류 | PLC 계산값 |
|---|---|
| 4mA | 0kPa |
| 8mA | 250kPa |
| 12mA | 500kPa |
| 16mA | 750kPa |
| 20mA | 1000kPa |
따라서 트랜스미터가 12mA를 출력하면 PLC는 이를 500kPa로 계산하여 화면에 표시합니다.
Raw Data는 무엇인가?
많은 PLC는 전류값을 직접 계산하지 않고 Analog Module에서 변환된 Raw Data를 사용합니다.
사용하는 Raw Data 범위는 PLC와 Analog Input Module의 종류에 따라 달라질 수 있습니다.
예를 들어 일부 모듈은 다음과 같은 내부 값을 사용할 수 있습니다.
- 0 ~ 27648
- 0 ~ 32000
- 4000 ~ 20000
중요한 점은 모든 PLC가 동일한 Raw Data 범위를 사용하는 것은 아니라는 점입니다.
프로그램을 수정하거나 신규 설비를 구성할 때는 반드시 해당 PLC와 Analog Input Module의 기술 문서를 확인한 후 Scaling을 설정해야 합니다.
Scaling 설정이 잘못되면 어떤 증상이 나타날까?
Scaling 오류는 트랜스미터 고장과 비슷한 증상을 만들 수 있습니다.
대표적인 사례는 다음과 같습니다.
실제보다 높은 값이 표시된다.
트랜스미터 Range와 PLC Range가 서로 다르게 설정된 경우 발생할 수 있습니다.
실제보다 낮은 값이 표시된다.
Scaling 계산식 또는 Raw Data 범위가 잘못 적용된 경우 나타날 수 있습니다.
4mA인데 0이 아니다.
Offset 설정이나 Analog Module의 입력 범위를 먼저 확인해야 합니다.
PLC와 DCS가 서로 다른 값을 표시한다.
트랜스미터 Range, Engineering Unit, Scaling 계산식을 함께 비교하는 것이 좋습니다.
현장에서 가장 많이 하는 설정 실수
다음과 같은 실수는 실제 유지보수 과정에서도 자주 확인됩니다.
- 트랜스미터는 0~1000kPa인데 PLC는 0~1600kPa로 설정
- 한쪽은 bar, 다른 쪽은 kPa 사용
- Analog Module의 Raw Data 범위를 잘못 적용
- 프로그램 계산식 수정 후 Range를 변경하지 않음
- Engineering Unit을 잘못 설정
이러한 문제는 트랜스미터를 교체해도 해결되지 않으며, PLC 설정을 수정해야 정상값으로 복구됩니다.
Scaling 설정 전 확인해야 할 사항
설정을 변경하기 전에 다음 항목을 먼저 확인하는 것이 좋습니다.
- DCS 표시값
- Pressure Transmitter LRV
- Pressure Transmitter URV
- PLC Analog Input Module 사양
- Raw Data 범위
- Engineering Unit
- PLC 계산식
- HMI 표시 단위
PLC Analog Input Scaling Troubleshooting 절차
트랜스미터를 교체하기 전에 아래 순서대로 점검하면 원인을 빠르게 찾는 데 도움이 됩니다.
STEP 1. 실제 공정값 확인
가장 먼저 공정 자체가 정상인지 확인합니다.
다음 항목을 함께 비교합니다.
- 현장 압력계 또는 레벨게이지
- HART Communicator 실시간 측정값
- PLC 표시값
- HMI 표시값
- DCS 표시값
현장 계측값과 HART는 정상인데 PLC 화면만 다르다면 PLC 설정을 우선 확인하는 것이 좋습니다.
STEP 2. 4~20mA 출력 측정
트랜스미터 단자에서 실제 출력 전류를 측정합니다.
예를 들어 HART에서 500kPa를 표시하고 출력 전류가 12mA라면 트랜스미터는 정상적으로 동작하고 있을 가능성이 높습니다.
이 경우에는 PLC 프로그램이나 Analog Input Module 설정을 점검하는 것이 효율적입니다.
STEP 3. 트랜스미터 Range 확인
PLC에서 사용하는 Range가 트랜스미터와 동일한지 확인합니다.
점검 항목
- LRV(Lower Range Value)
- URV(Upper Range Value)
- 측정 단위(kPa, bar 등)
범위가 다르면 PLC는 정상적인 전류를 받아도 잘못된 값을 계산하게 됩니다.
STEP 4. Raw Data 확인
Analog Input Module이 실제로 어떤 Raw Data를 사용하는지 확인합니다.
프로그램에서 사용하는 Raw Data 범위와 모듈 사양이 다르면 Scaling 계산 자체가 틀릴 수 있습니다.
프로그램 수정이나 모듈 교체 이후 자주 발생하는 문제입니다.
STEP 5. Engineering Unit 확인
트랜스미터와 PLC의 단위가 동일한지 확인합니다.
대표적인 사례
- PLC : bar
- Transmitter : kPa
- PLC : MPa
- HMI : bar
단위만 달라도 실제보다 10배 이상 차이가 발생할 수 있습니다.
STEP 6. HMI와 DCS 비교
PLC 내부 계산은 정상인데 HMI 또는 SCADA에서만 다른 값이 표시되는 경우도 있습니다.
이때는
- 태그(Tag)
- 표시 단위
- 표시 자릿수
- HMI Scaling
까지 함께 확인하는 것이 좋습니다.
실제 현장 사례
사례 1. PLC Scaling 오류
화학 플랜트에서 Pressure Transmitter는 0~1000kPa로 설정되어 있었지만 PLC 프로그램은 0~1600kPa를 기준으로 계산하고 있었습니다.
트랜스미터 출력은 정상(12mA)이었지만 PLC에서는 약 800kPa로 표시되었습니다.
프로그램의 Scaling Range를 수정한 후 별도의 Calibration 없이 정상값으로 복구되었습니다.
사례 2. 단위(Unit) 설정 오류
한 설비에서는 트랜스미터가 bar 단위로 설정되어 있었지만 HMI는 kPa 기준으로 표시하도록 구성되어 있었습니다.
장비 이상으로 오해하여 트랜스미터를 교체하려 했지만 단위 설정을 수정한 후 문제가 해결되었습니다.
계산 예시로 확인하기
Pressure Transmitter 설정
- LRV : 0kPa
- URV : 1000kPa
PLC 입력 전류
12mA
계산식
((12 – 4) ÷ 16) × 1000 = 500kPa
만약 PLC에서 650kPa 또는 800kPa로 표시된다면 다음 항목을 차례대로 확인하는 것이 좋습니다.
- Range
- Raw Data
- Scaling 계산식
- Engineering Unit
- HMI 설정
현장 점검 체크리스트
| 점검 항목 | 확인 |
|---|---|
| 실제 공정값 확인 | □ |
| 4~20mA 출력 측정 | □ |
| LRV 확인 | □ |
| URV 확인 | □ |
| Raw Data 확인 | □ |
| PLC Scaling 계산식 확인 | □ |
| Engineering Unit 확인 | □ |
| Analog Input Module 설정 확인 | □ |
| HMI 표시값 비교 | □ |
| DCS 표시값 비교 | □ |
자주 묻는 질문(FAQ)
Scaling 오류가 발생하면 트랜스미터도 다시 교정해야 하나요?
반드시 그렇지는 않습니다. 트랜스미터의 출력이 정상이라면 PLC 설정만 수정하여 문제가 해결되는 경우가 많습니다.
PLC 제조사마다 Raw Data가 다른 이유는 무엇인가요?
Analog Input Module의 내부 변환 방식은 제조사와 모델에 따라 다를 수 있습니다. 프로그램을 작성하거나 수정하기 전에 해당 모듈의 기술 문서를 확인하는 것이 좋습니다.
PLC와 DCS의 값이 서로 다르게 표시됩니다.
트랜스미터 Range, Raw Data, Scaling 계산식, Engineering Unit, HMI 설정을 순서대로 비교하면 원인을 찾는 데 도움이 됩니다.
HART에서는 정상인데 PLC만 값이 다를 수 있나요?
가능합니다. 트랜스미터는 정상적으로 동작하더라도 PLC Scaling이나 Analog Input Module 설정이 잘못되면 표시값이 달라질 수 있습니다.
가장 먼저 확인해야 하는 항목은 무엇인가요?
실제 4~20mA 출력과 트랜스미터의 LRV·URV 설정을 확인한 후 PLC Scaling과 Raw Data를 비교하는 것이 일반적인 점검 순서입니다.
참고 자료
- IEC 61131-3 Programmable Controllers
- ISA 계장 관련 권고 문서
- Siemens SIMATIC Analog Module Manual
- Rockwell Automation Analog I/O User Manual
- Mitsubishi Electric MELSEC Analog Module Manual
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