8/27/13 4-20 mA; A Myth | Comautoment Community

novakurniawan.wordpress.com/2009/04/02/4-20-ma-a-myth/ 1/4

Comautoment Community

4-20 mA; A Myth

Posted on April 2, 2009 by novakurniawanHonestly it’s very difficult to find books or references which explain clearly why analog signal 4-20mA is used on electric signal transmission. I remember I saw somebody gave his opinion in amailing list but I forget already what he told exactly and unfortunately I lose the email by now.Sometimes I think 4-20 mA is a myth like Da Vinci Code in Dan Brown novel. There are not manyexpert interested to write in detail the reasons why 4-20 mA was chosen. Normally they only said

the standard instrumentation signal 4-20 mA was used as common practice in instrumentation datatransmission. I don’t write this post to give clear understanding, I just want to catch any idea frommy guest to bring up the myth into scientific explanation.

Sekitar 6 tahun lalu di sebuah presentasi Tugas Akhir seorang rekan, dosen penguji menanyakankenapa signal 4-20 mA digunakan dalam instrumentasi. Sang mahasiswa memberikan satu alasantentang batas nilai bawah yang tidak mengambil nilai 0 mA tetapi mengambil 4 mA dimaksudkanuntuk membedakan nilai yang ditransmit merupakan nilai minimal bukan terjadi permasalahanpada loop kabelnya, misalnya putus. Karena ketika 0 mA digunakan, maka tidak ada beda antarakabel putus atau nilai data yang ditransmit adalah nilai minimum. Mungkin penanya akanmenanyakan kenapa tidak dipakai 2 mA atau 3 mA sebagai batas bawah?. Belum sempat ada

pertanyaan itu, uniknya dosen pembimbing tiba-tiba ikut menyela dengan mengatakan bahwa 4-20 mA adalah signal standar komunikasi electric analog dunia instrumentasi yang sudah tida perluuntuk dipertanyakan lagi.

Saya jadi teringat dengan kasus kenapa satuan level intensitas suara adalah Desibel? bukanCentibel, Milibel, Hectobel, Decabel, dll?. Jawaban yang paling saya inget adalah bahwapenggunaan Decibel merupakan kesepakatan expert tentang penskalaan logaritmik dengandikalikan 10 karena range pendengaran yang terlalu lebar menyulitkan penskalaan. Nah, jangan-jangan 4-20 mA adalah kesepakatan para expert juga? Kenapa disepakati?

Buku Continous Process Control; P.G. Friedmann, T.P. Stoltenberg (ISA) sekilas menyinggung,“The 4-20 mA signal became the industry standard because of inherent stability of electric currentloops with multitude of resistivity load. Another advantage is that 4 mA offset ensures that minorelectrical noise does not reach amplitude that is greater than the measured signal. This make noisesuppression less of problem. Also the 4-20 mA loop can be monitored for a zero mA condition toalarm that an open fuse or broken wire has rendered the loop inoperative”. Jadi resumenya dariOom Friedmann adalah tentang kestabilan signal 4-20 mA ketika terjadi perubahan resistansi atauimpedansi, kemudian ketahanan terhadap ‘minor’ noise (berarti kalau major nggak tahan nih?),dan sebagai pembeda apakah signal sedang berada pada nilai minimum atau

8/27/13 4-20 mA; A Myth | Comautoment Community

novakurniawan.wordpress.com/2009/04/02/4-20-ma-a-myth/ 2/4

terdapat permasalahan di dalam loop (tidak ada signal), hal ini dikenal dengan “live zero” pada 4mA.Terdapat tambahan dari artikel Building Automation Product, Inc., bahwa signal 4-20 mA dapattetap mengalir paling effective dan sempurna meskipun koneksi dari kabel kurang sempurna /longgar. Kemudian dinyatakan juga bahwa 4-20 mA tidak terpengaruh oleh adanya voltage dropasalkan power supply voltage masih lebih besar dari total voltage drop pada maksimum arus signal20 mA. Juga yang paling digaris bawahi adalah pada analog signal receiver (dalam hal ini adalahI/O controller) seperti sudah menjadi ‘kesepakatan’ fabrikan untuk memiliki impedansi analoginput totalnya adalah 250 Ohm. Ada ‘anggapan’ bahwa controller mengukur voltage diantararesistant 250 Ohm tersebut untuk mendapatkan data lapangan sebagai analog input. Dengandemikian pada saat nilai arus 4 mA melalui resistant 250 Ohm maka controller menerima 1 VDC,jika arus yang mengalir 8 mA maka controller menerima 2 VDC, arus 12 mA mengalir makacontroller menerima 3 VDC, 16 mA controller menerima 4 VDC, dan pada 20 mA controller akanmenerima voltage 5 VDC. Data voltage tersebut yang diolah oleh PLC/DCS.

Sehingga dengan konsep ini saya juga menduga bahwa controller itu mengolah data dengandata voltage yaitu 0 VDC untuk fault pada loop (kabel putus, short dll) pada arus 0 mA, dan signalantara 1 VDC – 5 VDC untuk mengolah data transmisi dari lapangan. Dengan alasan transmisisignal harus dengan arus karena alasan anti voltage drop, anti noise dll sebagaimana pembahasandi atas, padahal diketahui controller lebih ’suka’ menerima voltage, oleh karenanya dicari nilai arusyang tepat yang dapat dikonvert dengan mudah menjadi 0 VDC, 1VDC – 5 VDC. Nah, ketikadisepakati penggunaan resistant 250 Ohm, maka signal 4-20 mA adalah pilihan maknyussebagaimana konversi 4-20 mA menjadi 1-5 VDC pada paragraf di atas. Kebenarannya harusditanyakan ke vendor-vendor seperti Honeywell, Siemens, Yokogawa, Foxboro, dll. Temen-temenyang bekerja di vendor automation system please share your idea.

Ada juga pertimbangan bahwa dengan arus 4 mA, transmitter sudah memiliki power yang cukupuntuk menyala (ON). Maka pilihan 4-20 mA sepertinya susah diganggu gugat untuk teknologianalog konvensional.

Nova Kurniawan

Instrument Engineer; I am working at multinational EPCI company operating in Indonesia

Filed under: Engineering Tagged: | 20 mA, 4 mA, 4-20 mA, Signal

About these ads (http://en.wordpress.com/about-these-ads/)

8/27/13 4-20 mA; A Myth | Comautoment Community

novakurniawan.wordpress.com/2009/04/02/4-20-ma-a-myth/ 3/4

« Instrumentation & Control; Nuclear Facility Dry-Wet Reference Leg; Level Instrument »

8 Responses

Wahyu, on May 27, 2009 at 4:41 am said:kok judulnya myth?

Reply

novakurniawan, on June 6, 2009 at 7:57 am said:Karena hanya mitos yang susah dicari jawabannya

Reply

baehaqi, on June 1, 2009 at 11:02 pm said:Salam kenal,mas mau nanyakalau untuk signal pressure kenapa 3 – 15 psi ?

Reply

novakurniawan, on June 6, 2009 at 8:02 am said:I am looking for it, this is another myth

Reply

Galih Argadinata, on June 9, 2009 at 2:42 am said:Simple but Enlightening. Makasih Nova.

Reply

Aak, on July 3, 2009 at 4:04 pm said:Salam kenal Mas,Saya seorang Engineer dibidang electrical mechanic instrumentation perusahaan kontraktordisurabaya, saya selalu ketemu yang namanya PLC. suatu hari saya di bertemu dengan temanlama saya yang sekarang di berprofesi sebagai Guru Listrik di SMK dia pingin tau carabagamana PLC bisa menbaca dan menulis data analog (4-20mA atau 0-10VDC),masalahnyasaya pakai PLC type rack (AB, LS, Omron) yang sudah ada Function Block Instant-nya untukanalog I/O sedangkan teman saya punya PLC Omron CPM2A dan CPM1A MAD01.Maklum saya belajar PLC dan Semuanya otodidak (tidak formal),saya waktu kuliah gak adasama sekali mata kuliah PLC,Tolong saya ingin tahu contoh Instruksi apa aja dan Laddernya.

Reply

8/27/13 4-20 mA; A Myth | Comautoment Community

novakurniawan.wordpress.com/2009/04/02/4-20-ma-a-myth/ 4/4

dika, on December 1, 2011 at 3:54 am said:pak novi maaf saya masih awam entang instrument.. kenapa kadang dalam wiring transmitterdad 250 Ohm ya.. dan knpa harus 250 ohm???

Reply

novakurniawan, on December 5, 2011 at 1:12 am said:saya tidak mengerti “dad 250 Ohm” makasudnya apa ya? DAD saya baru dengar ini.Maaf…

Reply

Blog at WordPress.com. The Digg 3 Column Theme.