Deep Dive
เข้าใจสัญญาณ 4-20mA, HART, Fieldbus และ Wireless ครบทุกประเภทในบทความเดียว
A Complete Guide to Transmitter Signals: 4-20mA, HART, Fieldbus & Wireless
โดย Vows Craft Team
เมษายน 2569
อ่านประมาณ 10 นาที
อัปเดตล่าสุด: เมษายน 2569
Transmitter คืออะไร? มีกี่ประเภท?
ไม่ว่าจะวัด Pressure, Temperature, Flow หรือ Level สัญญาณที่ออกมาจาก Transmitter ทุกตัวคือภาษาเดียวกันที่ PLC เข้าใจได้
Whether measuring pressure, temperature, flow, or level — every transmitter speaks the same language your PLC understands.
Transmitter คืออุปกรณ์ที่แปลงค่าทางกายภาพ (เช่น แรงดัน อุณหภูมิ อัตราการไหล) ให้กลายเป็นสัญญาณไฟฟ้ามาตรฐานที่ระบบ PLC, DCS หรือ SCADA รับได้ ไม่ว่า Transmitter จะวัดอะไร สัญญาณที่ออกมาล้วนอยู่ในรูปแบบมาตรฐานเดียวกัน ด้วยเหตุนี้ วิศวกรจึงไม่ต้องเรียนรู้ Interface ใหม่ทุกครั้งที่เปลี่ยนประเภทการวัด — นั่นคือสิ่งที่บทความนี้จะอธิบายครับ
ประเภทของ Transmitter ที่พบในงาน Instrumentation
| ประเภท Transmitter |
สิ่งที่วัด |
Sensing Element ที่นิยม |
Signal Output ทั่วไป |
| Pressure Transmitter |
แรงดัน (Gauge, Absolute, Differential) |
Piezoresistive, Capacitive |
4-20mA, HART |
| Temperature Transmitter |
อุณหภูมิ |
RTD (PT100/PT1000), Thermocouple (K, J, T) |
4-20mA, HART |
| Flow Transmitter |
อัตราการไหล |
DP Orifice, Magnetic, Vortex, Coriolis, Ultrasonic |
4-20mA, Pulse, HART, Fieldbus |
| Level Transmitter |
ระดับของเหลวในถัง |
DP, Radar (Guided/Free), Ultrasonic, Capacitance |
4-20mA, HART, Fieldbus |
| Differential Pressure Transmitter |
ผลต่างแรงดันระหว่าง 2 จุด |
Capacitive Cell, Piezoresistive |
4-20mA, HART, Fieldbus |
สังเกตว่าทุกประเภทล้วนใช้ 4-20mA เป็น Signal Output หลัก นั่นไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เป็นเพราะมาตรฐานนี้ออกแบบมาอย่างชาญฉลาดให้รองรับการใช้งานได้กว้างที่สุด ในหัวข้อถัดไปเราจะอธิบายว่าทำไมมาตรฐานนี้ถึงยังคงครองตลาดมาหลายสิบปีครับ
4-20mA Analog: มาตรฐานที่ทุกคนใช้
สัญญาณ 4-20mA คือมาตรฐานที่ใช้กระแสไฟฟ้า (ไม่ใช่แรงดัน) เป็นตัวส่งข้อมูล โดย 4mA แทนค่า 0% และ 20mA แทนค่า 100% ของช่วงการวัด ความฉลาดของมาตรฐานนี้อยู่ที่การเลือกใช้กระแสแทนแรงดัน เนื่องจากกระแสในวงจรอนุกรมมีค่าเท่ากันทุกจุดไม่ว่าสายจะยาวแค่ไหน ผลที่ได้คือสัญญาณไม่ถูกลดทอนตามระยะทาง ซึ่งต่างจาก Voltage Signal โดยสิ้นเชิง
ทำไมต้อง 4mA ไม่ใช่ 0mA?
นี่คือ Fail-safe Design ที่ฉลาดมากครับ หากใช้ 0-20mA เมื่อสายขาด กระแสจะเป็น 0mA ซึ่งเหมือนกับค่า “ศูนย์จริง” ทำให้ระบบแยกไม่ออกว่าเกิดอะไรขึ้น อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้ 4mA เป็น Live Zero ถ้ากระแสลดเหลือ 0mA หรือ 3.6mA ระบบรู้ได้ทันทีว่าสายขาดหรือ Transmitter มีปัญหา นอกจากนี้ 4mA ยังใช้เป็น Power Supply ให้ Transmitter แบบ 2-Wire ได้ด้วยครับ
วงจร 2-Wire Loop และสูตรแปลงค่า
Power Supply 24VDC (+) >> สาย Loop (+) >>
Transmitter >> สาย Loop (-) >>
Load Resistor 250Ω >>
AI Card PLC >> Power Supply (-)
แรงดันที่ตกคร่อม Load Resistor 250Ω:
ที่ 4mA >> V = 0.004 × 250 = 1.0V (0% of Range)
ที่ 12mA >> V = 0.012 × 250 = 3.0V (50% of Range)
ที่ 20mA >> V = 0.020 × 250 = 5.0V (100% of Range)
สูตรแปลงค่า: PV = [(I – 4) ÷ 16] × (URV – LRV) + LRV
ตัวอย่าง: I = 12mA, Range 0-100°C >> [(12-4)/16] × 100 = 50°C
ข้อดี
- เรียบง่าย ต่อวงจรง่าย
- ทนสัญญาณรบกวนได้ดี
- ส่งได้ระยะไกล (ไม่มีผล Voltage Drop)
- ราคาถูก ใช้งานกว้าง
- ทุก PLC รองรับ
ข้อเสีย
- ส่งได้ทีละ 1 ค่าเท่านั้น
- ไม่มี Diagnostic ในตัว
- ไม่สามารถ Remote Config ได้
- ต้องเดินสายแยกทุก Device
4-20mA vs 0-10V ต่างกันอย่างไร?
4-20mA: ใช้กระแส ทนสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า ส่งได้ระยะไกลโดยไม่ได้รับผลจากความต้านทานสาย เหมาะกับโรงงานและงานภาคสนาม | 0-10V: ใช้แรงดัน ต่อวงจรง่ายกว่า แต่ไวต่อ Noise และระยะสายจำกัดเพราะ Voltage Drop ตามความต้านทานสาย เหมาะกับงานในอาคารระยะสั้น
HART Protocol: Digital ซ้อนบน Analog
HART Protocol คือเทคโนโลยีที่ส่งสัญญาณ Digital ซ้อนทับบนสาย 4-20mA เดิม โดยใช้ Frequency Shift Keying (FSK) ซึ่งกำหนดให้ 1,200 Hz แทน “1” และ 2,200 Hz แทน “0” เนื่องจากสัญญาณ Digital นี้มีความถี่สูงกว่าสัญญาณ Analog มาก วงจร Filter จึงสามารถแยกออกจากกันได้สนิทโดยไม่รบกวนกันครับ
สิ่งที่ทำได้ผ่าน HART เพิ่มจาก 4-20mA ล้วน
Remote Configuration: ปรับ Range, Tag Name, Damping, Engineering Unit จาก Control Room
Diagnostic: อ่านสถานะอุปกรณ์ อุณหภูมิภายใน ชั่วโมงการทำงาน Error Code
Secondary Variable: อ่านค่าเพิ่มเติม เช่น Temperature ของ Process Fluid ควบคู่กับ Pressure
Trim / Calibration: ทำ Zero Trim และ Span Trim จากระยะไกลโดยไม่ต้องเดินไปที่ Field
Device Information: อ่าน Serial Number, Firmware Version, Manufacturer ID
Loop Resistance สำหรับ HART
HART ต้องการ Total Loop Resistance รวมอยู่ที่ 230–500Ω ถ้า PLC AI Card มี Input Impedance ต่ำกว่า 230Ω ต้องเพิ่ม Resistor 250Ω คร่อมที่ขั้ว Input ก่อน HART Modem จึงจะสื่อสารได้ครับ
ข้อดี
- ไม่ต้องเดินสายเพิ่ม ใช้สาย 4-20mA เดิม
- มี Diagnostic และ Remote Config
- ส่ง Secondary Variable ได้
- รองรับกว้าง มีทุก Vendor ใหญ่
ข้อเสีย
- Communication ช้า (~2-3 messages/sec)
- ต้องการ Loop Resistance 230-500Ω
- ยังต้องเดินสายแยกทุก Device
- ต้องมี HART Modem/Communicator
Fieldbus: Digital ล้วนความเร็วสูง
Fieldbus คือการสื่อสารแบบ Digital ล้วน โดยไม่มี Analog 4-20mA อีกต่อไป ข้อมูลทุกอย่างถูกส่งเป็น Digital Packet บนสายเส้นเดียวที่เชื่อมต่อ Device หลายตัวพร้อมกัน ด้วยความสามารถนี้ วิศวกรจึงสามารถประหยัดสายสัญญาณได้อย่างมากเมื่อเทียบกับการเดินสาย 4-20mA แยกทุกตัว ในปัจจุบัน มี 3 มาตรฐานหลักที่พบในงาน Process Industry ครับ
PROFIBUS PA (Process Automation) ใช้สายคู่เดียวในการส่งทั้งข้อมูลและ Power ไปยัง Field Device ได้หลายตัวพร้อมกันบน Bus เดียว นอกจากนี้ ยังทำงานด้วยความเร็ว 31.25 kbps และได้รับการออกแบบให้รองรับการใช้งานในพื้นที่ที่มีความเสี่ยง (Intrinsic Safety) ได้อีกด้วย
ข้อดี
- ต่อหลาย Device บนสายเดียว ประหยัดสาย
- Diagnostic ครบถ้วน
- รองรับ Intrinsic Safety
- Integrate กับ SIMATIC PLC ได้ดี
ข้อเสีย
- ต้องใช้ DP/PA Coupler เพิ่ม
- ความเร็วต่ำกว่า PROFINET
- ค่าติดตั้งสูงกว่า 4-20mA
Foundation Fieldbus โดดเด่นที่สามารถ ประมวลผล Control Function ใน Field Device ได้ (เช่น PID Loop) โดยไม่ต้องส่งข้อมูลกลับ Controller ทุกครั้ง ผลที่ตามมาคือระบบมีความน่าเชื่อถือสูงและ Response เร็วกว่ามาตรฐานอื่น อีกทั้งยังมีสองระดับให้เลือกคือ H1 (31.25 kbps สำหรับ Process) และ HSE (High Speed Ethernet) สำหรับงานที่ต้องการความเร็วสูงขึ้น
ข้อดี
- ประมวลผล Control ใน Field ได้
- Interoperability ข้ามแบรนด์สูง
- นิยมใน Safety-critical Application
ข้อเสีย
- ซับซ้อนในการ Commission
- ราคา Device สูงกว่า PROFIBUS
- ต้องการผู้เชี่ยวชาญเฉพาะทาง
PROFINET และ EtherNet/IP ใช้โครงสร้างพื้นฐาน Ethernet มาตรฐานแต่ออกแบบสำหรับงาน Real-time Industrial Control ด้วยความเร็วสูงถึง 100 Mbps ขึ้นไป ในแง่ของความยืดหยุ่น ทั้งสองมาตรฐานรองรับ Topology ที่หลากหลายและ Integrate เข้ากับระบบ Cloud และ IIoT ได้โดยตรง จึงกลายเป็นมาตรฐานหลักในโรงงาน Smart Factory และ Industry 4.0 อย่างรวดเร็ว
ข้อดี
- ความเร็วสูงมาก (>100 Mbps)
- ใช้ Infrastructure Ethernet มาตรฐาน
- รองรับ IIoT และ Industry 4.0
- Topology ยืดหยุ่น
ข้อเสีย
- ต้องการ Industrial Grade Switch
- ซับซ้อนกว่า PROFIBUS สำหรับ Process
- ราคา Infrastructure สูงกว่า
IO-Link: Digital รุ่นใหม่ราคาถูก
IO-Link เป็นมาตรฐาน Point-to-Point Digital Communication ระหว่าง IO-Link Master และ Sensor/Actuator โดยใช้สาย Standard 3-wire Unshielded ธรรมดา สื่อสารที่ความเร็ว 4.8 kbps ถึง 230.4 kbps เนื่องจากข้อมูลทุกอย่างถูกส่งเป็น Digital จึงแม่นยำกว่า Analog 4-20mA และสามารถส่งค่าหลายตัวพร้อมกันได้ในสายเส้นเดียว
ข้อดี
- ราคาถูก ใช้สายธรรมดาได้
- ไม่มี Calibration Drift แบบ Analog
- Remote Config และ Diagnostics
- ส่งหลายค่าพร้อมกันได้
- เปลี่ยน Device Auto-restore Parameters
ข้อเสีย
- ระยะสายสูงสุด 20 เมตร
- ต้องการ IO-Link Master
- ยังไม่เหมาะกับ Process Industry ทั้งหมด
Wireless: ไม่ต้องเดินสาย
WirelessHART (IEC 62591) และ ISA100.11a คือสองมาตรฐาน Wireless ที่นิยมในงาน Process Industry โดยทั้งสองทำงานบนความถี่ 2.4 GHz แบบ Mesh Network ด้วยโครงสร้าง Mesh แต่ละ Device จึงสามารถรับส่งสัญญาณผ่านกันได้ ซึ่งช่วยเพิ่ม Coverage และความน่าเชื่อถือได้อย่างมีนัยสำคัญ
เหมาะกับงานไหนบ้าง?
จุดที่เดินสายยากหรือแพงเกิน เช่น ถังสูง, Rotating Equipment, จุดห่างไกล, Temporary Monitoring และ Retrofit โรงงานเก่าที่ไม่สะดวกเดินสายเพิ่มครับ
ข้อดี
- ไม่ต้องเดินสาย ลดต้นทุนติดตั้ง
- ติดตั้งจุดยาก/สูงได้ง่าย
- Mesh Network เพิ่ม Reliability
- HART Device เดิมอัปเกรดได้
ข้อเสีย
- Update Rate ช้า (~1-60 วินาที)
- ต้องจัดการ Battery
- ความปลอดภัยต้องระวังเพิ่ม
- ไม่เหมาะกับงาน Control Loop
ตารางเปรียบเทียบสัญญาณทุกประเภท
| Signal |
ประเภท |
ความเร็ว |
Diagnostic |
Remote Config |
ราคา |
เหมาะกับ |
| 4-20mA |
Analog |
● ปานกลาง |
● ไม่มี |
● ไม่ได้ |
● ถูก |
งานทั่วไป ทุก PLC |
| HART |
Analog + Digital |
● ปานกลาง |
● มี |
● ได้ |
● ปานกลาง |
โรงงานที่ต้องการ Remote |
| PROFIBUS PA |
Digital Fieldbus |
● เร็ว |
● มี |
● ได้ |
● สูง |
โรงงานใหญ่ ระบบ Siemens |
| Foundation Fieldbus |
Digital Fieldbus |
● เร็ว |
● มี |
● ได้ |
● สูง |
Oil & Gas, Petrochemical |
| PROFINET / EtherNet/IP |
Industrial Ethernet |
● เร็วมาก |
● มี |
● ได้ |
● สูง |
Smart Factory, Industry 4.0 |
| IO-Link |
Point-to-Point Digital |
● เร็ว |
● มี |
● ได้ |
● ถูก |
Factory Automation ทั่วไป |
| WirelessHART |
Wireless |
● ช้า |
● มี |
● ได้ |
● ปานกลาง |
Remote / ติดตั้งยาก |
วิธีเลือก Signal ให้เหมาะกับงาน
-
1
มี PLC/DCS อยู่แล้วหรือไม่? รองรับ Signal ประเภทไหน?
PLC เก่าที่มี AI Card 4-20mA >> ใช้ 4-20mA หรือ HART ได้เลย ไม่ต้องลงทุนเพิ่ม | PLC ใหม่รองรับ Fieldbus >> พิจารณา PROFIBUS หรือ PROFINET ตาม Vendor ที่ใช้
-
2
ต้องการ Diagnostic และ Remote Config หรือไม่?
ไม่ต้องการ >> 4-20mA เพียงพอและประหยัดที่สุด | ต้องการแต่ไม่อยากเพิ่มสาย >> HART คือคำตอบ | ต้องการครบถ้วนและลงทุนระบบใหม่ >> Fieldbus หรือ IO-Link
-
3
จำนวน Device และระยะทางการติดตั้งเป็นอย่างไร?
Device น้อย ระยะสั้น >> 4-20mA หรือ IO-Link | Device มาก บน Bus เดียว >> PROFIBUS PA หรือ Foundation Fieldbus | จุดห่างไกล เดินสายยาก >> WirelessHART
-
4
งานเป็น Process Control หรือ Factory Automation?
Process Control (โรงงานเคมี น้ำมัน ยา) >> HART, PROFIBUS PA, Foundation Fieldbus | Factory Automation (Assembly, Discrete) >> IO-Link, PROFINET, EtherNet/IP
สรุปคำแนะนำตามประเภทงาน
- โรงงานขนาดเล็ก งบจำกัด >> 4-20mA ตลอด เรียบง่ายและประหยัดที่สุด
- โรงงานที่มีระบบ Maintenance ดี >> HART ทุก Device เพิ่ม Predictive Maintenance ได้ทันที
- โรงงานใหม่ใช้ Siemens >> PROFIBUS PA หรือ PROFINET ตั้งแต่ต้น
- Oil & Gas / Petrochemical >> Foundation Fieldbus เป็น Standard ในอุตสาหกรรม
- Smart Factory / Industry 4.0 >> IO-Link + PROFINET คือคำตอบ
- Retrofit จุดยาก ถังสูง ห่างไกล >> WirelessHART ประหยัดค่า Installation มาก
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
ทำไม Transmitter ทุกตัวถึงใช้ 4-20mA เหมือนกัน?
เพราะ 4-20mA ถูกออกแบบมาให้เป็น Universal Standard ที่ทนทาน ราคาถูก และทุก PLC รองรับ ไม่ว่า Transmitter จะวัดอะไร สัญญาณที่ออกมาก็เป็นภาษาเดียวกัน ทำให้วิศวกรไม่ต้องเรียนรู้ Interface ใหม่ทุกครั้งที่เปลี่ยน Transmitter ครับ
Temperature Transmitter กับการต่อ Thermocouple โดยตรงกับ PLC ต่างกันอย่างไร?
Thermocouple โดยตรงให้สัญญาณ mV ที่ต่ำมากและไวต่อ Noise มาก PLC ต้องมี TC Input Card พิเศษและระวัง Cold Junction Compensation | Temperature Transmitter แปลง TC หรือ RTD เป็น 4-20mA ที่ทนทานและส่งได้ไกลกว่ามาก AI Card 4-20mA ธรรมดาก็รับได้เลยครับ
HART ใช้กับ Transmitter ทุกตัวได้ไหม?
ได้เฉพาะ Transmitter ที่ Support HART เท่านั้นครับ ต้องตรวจสอบ Datasheet ว่ามี HART Protocol ระบุไว้หรือไม่ ปัจจุบัน Transmitter ระดับกลาง-สูงจากแบรนด์ใหญ่เกือบทั้งหมดรองรับ HART 5, 6 หรือ 7 แล้วครับ
Wireless Transmitter เชื่อถือได้แค่ไหนสำหรับงาน Safety?
Wireless เหมาะกับงาน Monitoring ไม่ใช่งาน Safety-critical Control ครับ เพราะ Update Rate ช้า (วินาที-นาที) และ Latency ไม่แน่นอน งานที่เกี่ยวกับ Safety Instrumented System (SIS) ควรใช้สาย Hardwired เสมอครับ
มี PLC เก่าที่รับแค่ 4-20mA จะอัปเกรดเป็น HART ได้ไหม?
ได้ครับ ทำได้สองวิธี: ติดตั้ง HART Multiplexer เพื่อรวบ HART หลายตัวเข้า Network | หรือใช้ Handheld HART Communicator เชื่อมกับ Device โดยตรงสำหรับ Maintenance โดยไม่ต้องเปลี่ยน PLC ครับ
ต้องการปรึกษาการเลือก Signal และ Transmitter สำหรับระบบของคุณ?
ทีม Vows Craft พร้อมให้คำแนะนำด้าน Instrumentation และ Process Control
บอกเราถึงระบบ PLC ที่ใช้และความต้องการ เราจะช่วยออกแบบให้ตรงจุด
ขอรับคำปรึกษาฟรี
ดูสินค้าของเรา
