HART Multidrop 구성에서 루프 전류가 4mA로 고정되는 이유

2026년 8월 16일 읽는 시간 약 7분

HART Multidrop 구성에서 루프 전류가 4mA로 고정되는 이유와 이해

산업 자동화 현장에서 HART 통신은 아날로그 4-20mA 신호와 디지털 정보를 동시에 전송할 수 있는 매우 유용한 기술입니다. 특히 여러 대의 계기(Device)를 하나의 통신 선로에 연결하는 멀티드롭(Multidrop) 방식을 사용할 때, 루프 전류가 왜 4mA로 고정되는지 궁금해하는 분들이 많습니다. 이 현상은 단순히 오류가 아니라 HART 통신 규격에 따른 필수적인 설계 방식입니다.

HART 멀티드롭과 루프 전류의 관계

일반적인 4-20mA 아날로그 루프에서는 전류의 크기가 측정값(압력, 온도, 유량 등)을 의미합니다. 예를 들어 4mA는 측정 범위의 0%를, 20mA는 100%를 나타냅니다. 하지만 HART 멀티드롭 모드로 들어가면 상황이 완전히 달라집니다. 멀티드롭 모드에서는 하나의 루프 선로에 최대 15대(HART 7 버전에서는 63대까지 가능)의 장치를 병렬로 연결합니다. 만약 각 장치가 제각기 다른 전류를 흘려보낸다면 선로 전체의 전류값이 혼란스러워져 데이터 통신이 불가능해집니다.

따라서 멀티드롭 모드에서는 모든 계기가 자신의 전류 출력을 고정값인 4mA로 설정하도록 규정되어 있습니다. 여기서 4mA는 ‘통신을 위한 전원’ 역할을 하며, 실제 측정 데이터는 전류의 크기가 아닌 디지털 신호(FSK, Frequency Shift Keying)를 통해 주고받게 됩니다. 즉, 4mA는 루프에 전원을 공급하면서 디지털 통신을 방해하지 않는 최소한의 전류 기준점이 되는 것입니다.

멀티드롭 환경에서 4mA가 유지되는 기술적 이유

HART 통신은 1200Hz와 2200Hz의 두 가지 주파수를 사용하여 디지털 데이터를 전송합니다. 이 신호들은 4-20mA 전류 신호 위에 미세한 교류(AC) 성분으로 겹쳐져서 흐릅니다. 만약 전류값이 4mA보다 훨씬 높거나 가변적이라면, 통신 신호의 노이즈가 발생하거나 전력 소모가 과도해질 수 있습니다.

전력 효율성: 멀티드롭 모드에서는 여러 대의 계기가 하나의 전원 공급 장치를 공유합니다. 각 장치가 4mA만 소모한다면, 10대의 장치를 연결해도 총 전류량은 40mA 정도로 유지되어 전원 장치에 가해지는 부담이 적습니다.

통신 안정성: 전류가 고정되어 있으면 디지털 통신 신호가 안정적으로 유지됩니다. 전류가 변동하면 신호 대 잡음비(SNR)가 나빠져 데이터 손실이 발생할 수 있는데, 4mA 고정은 이를 방지하는 가장 안정적인 환경을 제공합니다.
디지털 우선 정책: 멀티드롭 모드는 아날로그 신호를 포기하고 디지털 신호를 우선하는 방식입니다. 따라서 아날로그 값인 전류를 가변적으로 사용할 이유가 없으며, 오직 장치 식별 및 데이터 송수신을 위한 기반 환경만 조성하면 됩니다.

흔한 오해와 사실 관계 바로잡기

많은 현장 엔지니어들이 멀티드롭 모드에서 전류가 4mA로 고정된 것을 보고 장치가 고장 났거나 통신 오류가 발생했다고 생각하곤 합니다. 하지만 이는 정상적인 동작입니다.

오해 1: 전류가 변하지 않으면 측정값을 확인할 수 없다?

사실입니다. 멀티드롭 모드에서는 아날로그 미터기를 통해 현장에서 값을 직접 읽을 수 없습니다. 오직 HART 통신기를 연결하거나 제어 시스템(DCS, PLC)에서 디지털 값을 읽어야만 측정값을 확인할 수 있습니다.

오해 2: 4mA가 아닌 다른 값을 출력하게 설정할 수 있다?

멀티드롭 모드(Polling Address가 1 이상)로 설정하는 순간, 대부분의 HART 계기는 자동으로 전류 출력을 4mA로 잠급니다. 수동으로 20mA로 바꾸려 해도 소프트웨어적으로 차단되거나, 설정이 강제로 4mA로 복귀됩니다.

멀티드롭 구성 시 실용적인 조언 및 팁

멀티드롭 방식을 성공적으로 구현하기 위해서는 몇 가지 주의사항이 있습니다. 이 방식은 배선을 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 통신 속도가 느려질 수 있다는 단점이 있습니다.

폴링 어드레스 설정: 루프에 연결된 각 계기는 고유한 폴링 어드레스(0~15)를 가져야 합니다. 0번은 일반적인 4-20mA 아날로그 모드이며, 1번부터 멀티드롭으로 간주됩니다.
통신 속도 고려: 계기 개수가 많아질수록 모든 장치의 데이터를 업데이트하는 데 시간이 오래 걸립니다. 중요한 제어 루프에는 멀티드롭을 사용하지 않는 것이 좋습니다.
전원 공급 장치 용량 계산: 루프에 연결된 모든 장치의 소비 전류를 합산하여 전원 공급 장치의 용량을 결정해야 합니다. 각 장치가 4mA를 소모하므로 장치 수에 4를 곱한 값보다 전원 공급 장치의 정격 전류가 충분히 커야 합니다.
케이블 임피던스 확인: HART 통신은 루프 저항이 250옴에서 600옴 사이일 때 가장 잘 작동합니다. 저항이 너무 낮으면 통신 신호가 약해지고, 너무 높으면 전압 강하로 인해 계기가 동작하지 않을 수 있습니다.

비용 효율적인 활용 방법

멀티드롭 구성은 특히 대규모 현장에서 배선 비용을 획기적으로 줄여줍니다. 계기 하나당 케이블을 하나씩 깔아야 하는 기존 방식과 달리, 하나의 메인 케이블에 여러 계기를 병렬로 붙이면 되기 때문입니다. 이는 케이블 비용뿐만 아니라 설치 인건비와 트레이 공간 확보 비용까지 절감합니다.

또한, 유지보수 측면에서도 유리합니다. 계기 하나를 교체하거나 추가할 때 기존 배선을 건드릴 필요 없이 병렬로 접속만 하면 되므로 작업이 간편합니다. 다만, 시스템 도입 초기 단계에서 통신 환경을 구축할 때 충분한 사전 테스트를 거쳐야 추후 발생할 수 있는 데이터 병목 현상을 예방할 수 있습니다.

전문가의 관점과 제언

산업 자동화 전문가들은 HART 멀티드롭 모드를 ‘데이터 수집용’으로는 강력하게 추천하지만, ‘실시간 제어용’으로는 신중하게 접근하라고 조언합니다. 멀티드롭 모드에서는 아날로그 신호가 끊기기 때문에, 만약 DCS나 PLC와의 통신이 단절되면 현장에서는 아무런 제어 동작을 취할 수 없게 됩니다. 따라서 안전이 중요한 공정(Safety Critical Process)에서는 멀티드롭 사용을 지양하고, 일반적인 모니터링 포인트에만 활용하는 것이 현명합니다.

또한, 최근에는 WirelessHART나 필드버스(Fieldbus)와 같은 더 빠른 디지털 통신 방식이 도입되고 있습니다. 그럼에도 불구하고 기존에 설치된 4-20mA 인프라를 그대로 활용하면서 추가적인 데이터를 얻고자 할 때, HART 멀티드롭은 여전히 가장 저렴하고 효율적인 업그레이드 솔루션으로 평가받고 있습니다. 4mA 고정 현상을 이해하고 있다면, 여러분은 이미 HART 통신의 핵심 메커니즘을 파악하고 있는 셈입니다.