4-20 mA Standard

        เป็นเวลานานมาแล้วที่อุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ (4-20 mA Transmitters) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ ในการส่งผ่านข้อมูลและเป็นที่ยอมรับในการนำไปใช้งานส่งผ่านข้อมูลระหว่างอุปกรณ์เครื่องมือวัดที่อยู่ในกระบวนการผลิตและระบบควบคุมที่อยู่ในห้องควบคุมกลาง (Center Control Room) ถึงแม้ในปัจจุบันได้มีการนำเสนอการส่งผ่านข้อมูลแบบใหม่ระหว่างอุปกรณ์เครื่องมือวัดและระบบควบคุม เพื่อพยายามผลักดันให้เป็นมาตรฐานการส่งผ่านข้อมูลแบบใหม่ในอนาคต ซึ่งยังคงต้องใช้เวลานานพอสมควร เช่น การส่งผ่านข้อมูลแบบดิจิตอลในรูปแบบต่างๆ หรือที่รู้จักกันในชื่อของ Field Bus เป็นต้น อย่างไรก็ตามยังมีระบบควบคุมและอุปกรณ์เครื่องมือวัดอีกเป็นจำนวนมากที่ยังใช้ในการส่งผ่านข้อมูลด้วยสัญญาณกระแส (Current Loop) มาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ เนื่องจากผู้ใช้งานส่วนมากจะมีความเข้าใจการทำงานและการใช้งานอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ เป็นอย่างดีและใช้งานกันมาเป็นเวลานานแล้ว ส่วนใหญ่แล้วผู้ใช้งานส่วนมากจะมีความเข้าใจการเลือกใช้งานและติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้ แต่ก็ยังคงมีคำถามเกี่ยวกับอุปกรณ์แบบนี้บ้าง เช่น ความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ แบบ 2 สาย, 3 สาย และ 4 สาย หรือ มีข้อจำกัดในการใช้งานอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ เป็นต้น

        ในการควบคุมกระบวนการผลิต สามารถแสดงแผนภาพกระบวนการผลิตได้ดังรูปที่ 1 ซึ่งจะประกอบด้วยส่วนต่างๆ 3 ส่วน คือ อุปกรณ์การวัด (Signal Element), ระบบควบคุม (Control System) และวาล์วควบคุม (Control Valve) ในการควบคุมจะมีการทำงานอยู่ 3 ขั้นตอนดังนี้

        ขั้นตอนที่ 1 อุปกรณ์การวัดจะทำการแปลงตัวแปรจากกระบวนการผลิตไปเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ และส่งไปยังระบบควบคุม

        ขั้นตอนที่ 2 ระบบควบคุมจะทำการประมวลผลและส่งเอาต์พุตออกเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ ไปยังวาล์วควบคุม

        ขั้นตอนที่ 3 วาล์วควบคุมรับสัญญาณมาจากระบบควบคุมและจะเปลี่ยนเป็นการกระทำต่อตัวแปรกระบวนการโดยยการปิดหรือเปิดวาล์วควบคุม เพื่อทำให้ตัวแปรกระบวนการเปลี่ยนแปลงไปตามสัญญาณที่ได้รับมาจากระบบควบคุม

รูปที่ 1 ระบบควบคุมบนแผนภาพกระบวนการผลิต

        อุปกรณ์การวัดและวาล์วควบคุมของระบบควบคุมการผลิตจะถูกติดตั้งและถูกกระจายอยู่ตามพื้นที่ต่างๆของกระบวนการผลิตและส่งผ่านข้อมูลด้วยสัญญาณมาตรฐานแบบต่างๆ เป็นระยะทางไกลไปยังระบบควบคุมกลาง ในบางครั้งปัญหาหลักๆที่เกิดขึ้นกับระบบควบคุมก็จะพบได้ในการส่งผ่านข้อมูลเหล่านี้ การสื่อสารข้อมูลแบบต่างๆกับอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องสามารถทำให้เชื่อถือโดยการใช้อิเล็กทรอนิกส์แบบชาญฉลาด (Smart) ในอุปกรณ์การวัดหรืออุปกรณ์ควบคุมซึ่งมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ในอดีตที่ผ่านมาระบบการควบคุมแบบนิวแมติก (Pneumatic) ได้ถูกนำมาใช้ในการควบคุมการผลิตก่อนที่จะมีการนำระบบอิเล็กทรอนิกส์มาใช้งาน

        ในระบบการควบคุมแบบนิวแมติกจะมีอุปกรณ์ต่างๆเหมือนกับระบบควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ตัวควบคุมแบบอัตราส่วน (Ratio Controller), ตัวควบคุมแบบ PID (PID Controller) เป็นต้น โดยอุปกรณ์ทั้งหมดจะส่งผ่านสัญญาณความดันมาตรฐาน 3-15 psi ในช่วงปี 1950 ระบบคอมพิวเตอร์ได้เริ่มเข้ามามีบทบาทในการควบคุมกระบวนการผลิตมากขึ้น ดังนั้นเทคนิคในการส่งผ่านข้อมูลจึงถูกเปลี่ยนแปลงจากสัญญาณความดันมาตรฐาน 3-15 psi ไปเป็นสัญญาณกระแสมาตรฐาน 4-20 มิลลิแอมป์ เพื่อให้เหมาะสมกับระบบควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์

        สำหรับในบทความนี้จะเป็นการแสดงรายละเอียดและมาตรฐานของอุปกรณ์เครื่องมือวัดแบบ 4-20 มิลลิแอมป์ นอกจากนั้นยังแสดงข้อจำกัดต่างๆเพื่อเป็นพื้นฐานในการนำไปใช้งาน