Pamiętaj: Wyniki kalkulatorów mają charakter informacyjny i zależą od podanych danych oraz przyjętych założeń. W sprawach finansowych, podatkowych, prawnych lub zdrowotnych zweryfikuj wynik w aktualnym źródle lub u odpowiedniego specjalisty. Pamiętaj: Wyniki kalkulatorów mają charakter informacyjny i zależą od podanych danych oraz przyjętych założeń. W sprawach finansowych, podatkowych, prawnych lub zdrowotnych zweryfikuj wynik w aktualnym źródle lub u odpowiedniego specjalisty.
Przejdź do treści

Jak skalować 4–20 mA i 0–10 V w PLC? Krok po kroku

Praktyczny poradnik skalowania wejść analogowych: od sygnału elektrycznego i zakresu czujnika, przez RAW PLC i normalizację, aż do wartości procesowej w bar, °C, mm, l/min lub innych jednostkach.

Najpierw ustal cztery liczby

Zanim zaczniesz pisać wzór w PLC, zapisz cztery końce skali: minimalny i maksymalny sygnał elektryczny oraz minimalną i maksymalną wartość procesową. To wystarcza do poprawnego skalowania liniowego większości typowych przetworników 4–20 mA i 0–10 V.

Policz dowolny zakres
Sygnał → wartość procesowa, wartość → sygnał i opcjonalny RAW PLC.
4–20 mA → ciśnienie
Szybkie przeliczenie mA na bar, kPa, MPa i psi.
ADC – rozdzielczość i napięcie
Sprawdź LSB, kod cyfrowy i wpływ liczby bitów na pomiar napięcia.
Automatyka i robotyka
PLC, sygnały analogowe, enkodery, napędy i roboty.

Jeśli chcesz przejść dalej od analogów do PLC, enkoderów, napędów i robotyki, zobacz Akademię automatyki i robotyki.

Krok 1: określ zakres elektryczny wejścia

Najpierw sprawdź, jaki sygnał rzeczywiście dociera do modułu analogowego. Dla przetwornika prądowego może to być 4–20 mA albo 0–20 mA, a dla napięciowego np. 0–10 V, 1–5 V lub zakres bipolarny. Nie wybieraj skali „z pamięci” — użyj danych z dokumentacji czujnika i konfiguracji kanału PLC.

Przykład: przetwornik ciśnienia ma wyjście 4–20 mA. Oznacza to, że 4 mA jest dolnym punktem pomiarowym, a 20 mA górnym. W typowym skalowaniu 4–20 mA wartość 4 mA odpowiada 0% zakresu, nie 4%.

To rozróżnienie jest ważne także diagnostycznie. W pętli 4–20 mA brak prądu nie jest tym samym co prawidłowy dolny punkt pomiarowy. Konkretne progi diagnostyczne i zachowanie przy uszkodzeniu przewodu zależą jednak od urządzenia i konfiguracji.

Krok 2: określ zakres wartości procesowej

Druga para liczb pochodzi z zakresu pomiarowego czujnika. Może to być 0–10 bar, −1…10 bar, 0–100 °C, −50…150 °C, 0–5 m albo 0–200 l/min. Dolna granica nie musi wynosić zero.

UrządzenieSygnałZakres procesowyCztery punkty do zapisania
Przetwornik ciśnienia4–20 mA0–10 bar4 mA, 20 mA, 0 bar, 10 bar
Przetwornik podciśnienia/nadciśnienia4–20 mA−1…10 bar4 mA, 20 mA, −1 bar, 10 bar
Przetwornik temperatury0–10 V−50…150 °C0 V, 10 V, −50 °C, 150 °C
Czujnik poziomu4–20 mA0–5 m4 mA, 20 mA, 0 m, 5 m

Ciekawostka

W sygnale 4–20 mA użyteczny span ma szerokość 16 mA. Dlatego środek zakresu to 12 mA: 4 mA + połowa z 16 mA. To właśnie dlatego 10 mA nie oznacza 50% skali 4–20 mA.

Krok 3: znormalizuj sygnał do zakresu 0…1

Najwygodniejsza metoda polega na rozdzieleniu skalowania na dwa etapy. Najpierw zamieniasz sygnał na udział zakresu od 0 do 1. Dopiero potem ten udział przenosisz na jednostki inżynierskie.

p = (S − Smin) / (Smax − Smin)

Gdzie S jest aktualnym sygnałem, Smin i Smax końcami zakresu, a p udziałem skali.

Dla 4–20 mA i odczytu 12 mA:

p = (12 − 4) / (20 − 4) = 8 / 16 = 0,5, czyli 50% zakresu.

Krok 4: przeskaluj 0…1 na jednostki procesowe

Po normalizacji wystarczy przenieść ten sam udział na zakres procesu:

PV = PVmin + p · (PVmax − PVmin)

PV jest wartością procesową. Ta sama metoda działa dla bar, °C, mm, m, l/min i innych wielkości, o ile charakterystyka czujnika jest liniowa.

Przykład: 4–20 mA = 0–10 bar

Dla sygnału 12 mA udział zakresu wynosi 0,5. Ciśnienie:

0 bar + 0,5 · (10 bar − 0 bar) = 5 bar

Czyli 12 mA odpowiada 5 bar. Analogicznie 8 mA daje 2,5 bar, a 16 mA daje 7,5 bar.

Przykład 0–10 V: temperatura −50…150 °C

Załóżmy, że 0 V odpowiada −50 °C, a 10 V odpowiada 150 °C. Odczyt wynosi 6,5 V.

Normalizacja: 6,5 / 10 = 0,65.

Skalowanie: −50 + 0,65 · (150 − (−50)) = −50 + 130 = 80 °C.

Ten przykład pokazuje, dlaczego warto zawsze uwzględniać dolną granicę procesu. Samo mnożenie 6,5 V przez „20 °C na volt” dałoby błędny wynik, bo zakres temperatury zaczyna się od −50 °C.

Krok 5: dopiero teraz uwzględnij RAW PLC

Moduł analogowy zwykle nie przekazuje programu bezpośrednio wartości 12,00 mA albo 6,50 V. Program może otrzymać kod całkowity RAW. Jego zakres zależy od producenta, modułu, rodzaju sygnału i konfiguracji kanału.

W dokumentacji S7-1200 Siemens pokazuje przykład wejścia prądowego reprezentowanego jako 0…27648 i zaleca najpierw normalizację wartości RAW do 0,0…1,0, a potem skalowanie do jednostek inżynierskich przez instrukcje NORM_X i SCALE_X.

Ważne: nie przenoś liczby 27648 do innego sterownika ani nawet do innego trybu kanału bez sprawdzenia dokumentacji. RAW jest warstwą sprzętową, a nie uniwersalną cechą sygnału 4–20 mA.

Jeżeli moduł ma osobne kody dla przekroczenia zakresu, błędu przewodu lub diagnostyki, obsługuj je przed albo równolegle ze skalowaniem. Nie traktuj każdej liczby poza zakresem roboczym jako poprawnej wartości procesu.

Krok 6: sprawdź trzy punkty kontrolne

Po napisaniu skalowania nie zaczynaj od losowych wartości. Najpierw sprawdź dolny punkt, środek i górny punkt. To najszybszy sposób na wychwycenie błędów w przesunięciu i span.

Test4–20 mA = 0–10 barOczekiwany wynik
Dolny punkt4 mA0 bar
Środek12 mA5 bar
Górny punkt20 mA10 bar

Jeżeli końce są poprawne, ale środek nie, problem może leżeć w założeniu liniowości, konfiguracji urządzenia albo samym torze pomiarowym. Jeżeli jeden z końców jest przesunięty, najpierw sprawdź zakresy MIN/MAX i konfigurację wejścia.

Wskazówka od KalkulatorXXL

W programie PLC przechowuj zakres elektryczny i procesowy jako czytelne parametry zamiast zaszywać liczby w wielu równaniach. Dzięki temu zmiana przetwornika z 0–10 bar na 0–16 bar nie wymaga przepisywania logiki — zmieniasz tylko parametry skali i ponownie sprawdzasz punkty kontrolne.

Najczęstsze błędy przy skalowaniu analogów

BłądSkutekJak poprawić
Traktowanie 4 mA jak 4% skaliStałe przesunięcie wynikuNormalizuj względem 4 i 20 mA.
Pomijanie dolnej granicy procesuBłędne wartości dla zakresów np. −50…150 °CPo normalizacji dodaj PVmin.
Założenie RAW 0…27648 dla każdego PLCZła skala mimo poprawnego wzoruSprawdź dokumentację modułu i tryb kanału.
Skalowanie bez sprawdzenia konfiguracji wejściaProgram i sprzęt używają innych zakresówPorównaj ustawienie kanału z sygnałem czujnika.
Brak testu 0/50/100%Błąd wychodzi dopiero przy uruchomieniu procesuZawsze sprawdź trzy punkty kontrolne.
Brak obsługi diagnostykiAwaria może wyglądać jak wartość procesowaObsługuj status modułu i błędy czujnika zgodnie z dokumentacją.

Jak skalować sygnał odwrotnie: wartość procesu → mA lub V?

Wyjścia analogowe i zadawanie wartości działają według tej samej logiki, tylko w odwrotną stronę. Najpierw obliczasz udział wartości procesowej w jej zakresie, a potem przenosisz go na zakres sygnału.

p = (PV − PVmin) / (PVmax − PVmin)
S = Smin + p · (Smax − Smin)

Dla zakresu 0–10 bar → 4–20 mA wartość 7,5 bar to 75% zakresu, więc sygnał wynosi 4 mA + 0,75 · 16 mA = 16 mA.

Dla ucznia, studenta i początkującego automatyka

Najprościej zapamiętać skalowanie jako dwa kolejne pytania: „w jakim miejscu pierwszego zakresu jestem?” oraz „jaka wartość znajduje się w tym samym miejscu drugiego zakresu?”. Normalizacja daje odpowiedź na pierwsze pytanie, a skalowanie na drugie.

Jeżeli masz problem z wynikiem, nie analizuj od razu całego programu. Zapisz ręcznie cztery końce zakresu i policz dolny punkt, środek oraz górny punkt. Jeśli te trzy wartości są poprawne, sam wzór liniowy najczęściej jest poprawny.

Źródła i zakres poradnika

Poradnik opisuje liniowe skalowanie sygnałów analogowych. NI wskazuje, że w typowym 4–20 mA wartość 4 mA odpowiada 0% zakresu, a 20 mA 100%, oraz pokazuje wyznaczanie skali liniowej z dwóch punktów. Siemens w dokumentacji S7-1200 pokazuje normalizację wartości wejścia do 0,0…1,0 i dalsze skalowanie do jednostek inżynierskich przy użyciu NORM_X i SCALE_X.

NI - How Can I Scale My 4-20mA Sensor Data?

Siemens - S7-1200 System Manual, NORM_X i SCALE_X

FAQ – skalowanie 4–20 mA i 0–10 V w PLC

Najpierw oblicz udział zakresu p = (I−4)/(20−4), a następnie przenieś ten udział na zakres wartości procesowej: PV = PVmin + p·(PVmax−PVmin).

12 mA odpowiada 50% zakresu 4–20 mA, ponieważ użyteczny span wynosi 16 mA.

Ponieważ w skali 4–20 mA dolnym punktem pomiarowym jest 4 mA. Procent oblicza się względem spanu od 4 do 20 mA, a nie względem zera elektrycznego.

Oblicz udział napięcia w zakresie, np. 6,5 V / 10 V = 0,65, a potem przenieś 65% na zakres temperatury, uwzględniając jego dolną granicę.

Nie. Zakres RAW zależy od producenta, modułu, rodzaju sygnału i konfiguracji kanału. Zawsze sprawdzaj dokumentację konkretnego wejścia analogowego.

NORM_X normalizuje wartość z podanego zakresu MIN…MAX do zakresu 0,0…1,0. Następnie SCALE_X może przeliczyć tę wartość na jednostki inżynierskie.

Sprawdź co najmniej trzy punkty: dolny koniec, środek i górny koniec. Dla 4–20 mA = 0–10 bar powinno być 4 mA → 0 bar, 12 mA → 5 bar i 20 mA → 10 bar.

Stosuj ten sam wzór liniowy i uwzględnij PVmin. Dla zakresu −50…150 °C połowa skali wynosi 50 °C, a nie 75 °C.

Najpierw oblicz udział wartości procesowej w jej zakresie, a następnie przenieś go na zakres 4–20 mA. Dla 75% zakresu wynikiem jest 16 mA.

Nie. Poradnik dotyczy sygnałów o liniowej charakterystyce. Jeżeli urządzenie ma charakterystykę nieliniową, tabelę korekcyjną lub własną funkcję przeliczeniową, należy stosować dokumentację producenta.

Ostatnia aktualizacja: 27.08.2026