一 先確認壓力的參考零點
壓力數字沒有參考點就不能正確解讀。表壓以當地大氣壓為零,絕對壓以真空為零;同一物理狀態在兩種表示下數字不同。先在資料欄位與畫面標示gauge或absolute、單位、量程與參考來源,再談上下限。把表壓負值直接當成感測器故障,會誤判真空或低於大氣的合法狀態。
例如表壓量程-1到1 bar,若輸出4–20 mA線性對應,4 mA=-1 bar、12 mA=0 bar、20 mA=1 bar。讀到8 mA代表-0.5 bar,可能是容器抽真空;它不是「低於4 mA」,也不應直接套用4 mA以下斷線規則。若輸入只有3.8 mA,才依電氣規格與診斷策略判斷超出量程或線路異常。
驗收第一步是拿實際感測器文件確認輸出方向、量程端點、零點與允許誤差。不要因常見工業習慣就假定所有4–20 mA都把0 bar放在4 mA。保存原始電流、轉換公式、壓力值、品質與時間,讓日後能分辨轉換錯誤和設備故障。
正常結果應同時顯示「表壓 -0.5 bar」與原始8 mA,並保留參考類型。失敗結果是畫面只顯示負號、報表把它截成零,或把任何低於4 mA的情況都命名為真空。
表壓與絕對壓的轉換還要考慮大氣壓。若系統以絕對壓顯示,不能只把表壓數字加上固定101.325 kPa,因為現場大氣和時間都可能不同。若有獨立大氣參考,保存其來源、時間與不確定度;沒有參考時,清楚標示只提供表壓。
二 4–20 mA換算與範例
線性轉換可寫成pressure=Pmin+(I-4)/(20-4)乘(Pmax-Pmin)。以Pmin=-1、Pmax=1 bar為例,I=4得到-1,I=12得到0,I=20得到1。I=10時結果為-0.25 bar;計算前先確認電流單位是mA以及是否已做輸入模組的縮放,不能把原始計數直接代入公式。
量測電流若在端點外,先分開處理範圍與狀態。比20 mA高可能是超量程或線路條件,低於4 mA可能是低於量程、斷線、故障電流或校正異常,具體意義要依設備文件。若輸出支援故障電流,不能只靠數字猜測;保存原始值與診斷位,讓上層決策有證據。
畫面上可分三層:原始輸入、轉換後物理值、品質與原因。表壓負值在物理值層合法顯示;輸入無效則品質Bad並保留原始字串或電流。不要用零替代無效資料,因為零表壓可能是合法測量,會掩蓋故障。
測試用至少三個校驗點與一個越界點。4、12、20 mA應分別得到-1、0、1 bar;8 mA得到-0.5 bar;3.8 mA則進入超出或故障分流,不把它當-1.025 bar直接送進控制。報告列出預期、實測、誤差與狀態。
輸入模組可能已經把4–20 mA縮放成工程單位,應先確認資料契約,避免重複套用公式。驗收故意用12 mA作零點、8 mA作負壓,並以原始電流重算;若畫面和重算不同,先查縮放版本、量程方向與小數精度。
限制條件與原始證據一起呈現,才能讓負壓讀值在交班與稽核時保持正確語意。
三 負壓與故障要分流
負壓合法與電氣故障是兩個維度。表壓-0.2 bar表示相對大氣較低,前提是原始電流在有效範圍且品質良好;電流低於下限或診斷指出斷線,則不能把轉換數字當成可信壓力。服務層用pressure、quality、reason三欄,避免以一個數字承擔所有語意。
例如同樣畫面顯示-1 bar,案例A是4 mA且設備校驗有效,可能是量程下限;案例B是3.5 mA且線路診斷Bad,應標記故障;案例C是8 mA但參考設定被錯寫,則是配置錯誤。三者後續處理不同,不能只用小於零的條件分支。
排查先比對感測器端電流、輸入端電流與系統轉換結果,再檢查供電、接線、量程設定與大氣參考。若兩端電流一致但壓力不合理,查換算版本與校準;同一未分支串聯迴路電流應相同,若量測不同,先查測量時序、儀表接法與漏電旁路。不要在未授權時短接或強行改變生產壓力。
趨勢圖保留負值軸線與品質間隙。Bad資料不可補成零,否則真空事件與斷線都會看成回到零。若只提供最後可信值,旁邊要顯示品質與資料年齡,讓操作員不把舊值當成目前壓力。
警報規則要依品質和壓力兩欄共同判定。表壓-0.8 bar且品質Good可觸發低壓流程;電流3.8 mA且品質Bad則先處理輸入故障,不把壓力值拿去觸發製程警報。這種分流也方便交班者理解目前是物理狀態還是測量失效。
設定變更後先以固定測試點重算,再允許資料進入控制。
四 限制與驗收紀錄
絕對壓與表壓還涉及大氣壓變化。若由表壓和外部大氣資料推絕對壓,兩者時間與校準必須可追溯;不能把固定海平面值當成現場真實大氣。資料表記錄參考來源、單位轉換與不確定度,才能解釋不同地點或天氣造成的差異。
驗收表至少包含設備型號與量程、輸出端點、原始mA、轉換版本、參考類型、品質、時間與操作者。正常案例驗證4、12、20 mA;失敗案例驗證低於4、高於20、斷線與設定錯誤。每個案例說明是否允許進入控制與畫面如何提示。
本篇提供資料解讀與設計方法,不指定任何PLC輸入模組、寄存器或故障電流規格。若產品文件另有端點、反向輸出或診斷碼,必須以文件和實機測試覆蓋本文示例;未確認前不要直接套用端點數值。
若感測器量程端點是非對稱或輸出反向,本文線性例子不能直接套用。文件需明定端點、零點、反向、故障電流與校正週期;測試紀錄保留原始訊號,讓任何換算變更都能重算。
校驗時不要只檢查正壓。以符合設備程序的負壓測試確認可達參考點,例如-0.5與0bar;-1bar是名義量程端點,當地大氣壓低於1bar時物理上無法達到,不能要求超越真空極限,端點換算可用電流注入驗證,再檢查超出下限的電流如何呈現。若現場不能施加負壓,至少用文件允許的模擬輸入驗證換算,但要把模擬測試和實際管路測試分開記載。
畫面同時顯示單位與參考類型,報表則保存轉換前後欄位;這能避免只看負號就下結論。
五 常見問題與官方參考
FAQ1:表壓負值一定是故障嗎?答:不一定;低於大氣的合法真空可為負表壓,仍要檢查原始輸入與品質。
FAQ2:4 mA以下都能換算成更低壓力嗎?答:不能;可能是超出量程、故障電流或斷線,須依設備文件分流。
FAQ3:12 mA在本例代表多少?答:在-1到1 bar線性量程中代表0 bar表壓。
FAQ4:可以只保存轉換後壓力嗎?答:不建議;原始mA、公式版本與診斷狀態是排查換算和線路問題的必要證據。