S7300400热电偶的接线及信号管理Word文档下载推荐.docx
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电阻随温度变化的性质来测量
基于热电效应来测量温度
补偿方式
3线制和4线制接线
内部补偿和外部补偿
电缆接点要求
电阻直接接入可以更精确的避免线路的的损耗
要通过补偿导线直接接入到模板;
或补偿导线接到参比接点,然后用铜制导线接到模板
表1热电偶与热电阻的比较
2.热电偶的类型和可用模板
2.1热电偶类型
根据使用材料的不同,分不同类型的热电偶,以分度号区分,分度号代表温度范围,且代表每种分度号的热电偶具体多少温度输出多少毫伏的电压,热电偶的分度号有主要有以下几种。
分度号
温度范围(℃)
两种金属材料
B型
0~1820
铂铑—铂铑
C型
0~2315
钨3稀土—钨26稀土
E型
-270~1000
镍铬—铜镍
J型
-210~1200
铁—铜镍
K型
-270~1372
镍铬—镍硅
L型
-200~900
N型
-270~1300
镍铬硅—镍硅
R型
-50~1769
铂铑—铂
S型
T型
-270~400
铜—铜镍
U型
-270~600
表2分度号对照表
2.2可用的模板
CPU类型
模板类型
支持热电偶类型
S7-300
6ES7331-7KF02-0AB0(8点)
E,J,K,L,N
6ES7331-7KB02-0AB0(2点)
6ES7331-7PF11-0AB0(8点)
B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U
S7-400
6ES7431-1KF10-0AB0(8点)
B,E,J,K,L,N,R,S,T,U
6ES7431-7QH00-0AB0(16点)
6ES7431-7KF00-0AB0(8点)
表3S7300/400支持热电偶的模板及对应热电偶类型
3.热电偶的补偿接线
3.1补偿方式
热电偶测量温度时要求冷端的温度保持不变,这样产生的热电势大小才与测量温度呈一定的比例关系。
若测量时冷端的环境温度变化,将严重影响测量的准确性,所以需要对冷端温度变化造成的影响采取一定补偿的措施。
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到控制仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本可以用补偿导线延伸冷端到温度比较稳定的控制室内,但补偿导线的材质要和热电偶的导线材质相同。
热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。
因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度变化造成的影响,补偿方式见下表。
温度补偿方式
说明
接线
内部补偿
使用模板的内部温度为参比接点进行补偿,再由模板进行处理。
直接用补偿导线连接热电偶到模拟量模板输入端。
外部补偿
补偿盒
使用补偿盒采集并补偿参比接点温度,不需要模板进行处理。
可以使用铜质导线连接参比接点和模拟量模板输入端。
使用热电阻采集参比接点温度,再由模板进行处理。
如果参比接点温度恒定可以不要热电阻参考
表4各类补偿方式
3.2各补偿方式接线
3.2.1内部补偿
内部补偿是在输入模板的端子上建立参比接点,所以需要将热电偶直接连接到模板的输入端,或通过补偿导线间接的连接到输入端。
每个通道组必须接相同类型的热电偶,连接示意图如下。
支持内部补偿模板类型
可连接热电偶个数
6ES7331-7KF02-0AB0
最多8个(4种类型,同通道组必须相同)
6ES7331-7KB02-0AB0
最多2个(1种类型,同通道组必须相同)
6ES7331-7PF11-0AB0
最多8个(8种类型)
6ES7431-7KF00-0AB0
表5支持内部补偿的模板及可接热电偶个数
图2内部补偿接线
注1:
模板6ES7331-7KF02-0AB0和6ES7331-7KB02-0AB0需要短接补偿端COMP+(10)和Mana(11),其它模板无。
3.2.2外部补偿—补偿盒
补偿盒方式是通过补偿盒获取热电偶的参比接点的温度,但补偿盒必须安装在热电偶的参比接点处。
补偿盒必须单独供电,电源模块必须具有充分的噪声滤波功能,例如使用接地电缆屏蔽。
补偿盒包含一个桥接电路,固定参比接点温度标定,如果实际温度与补偿温度有偏差,桥接热敏电阻会发生变化,产生正的或者负的补偿电压叠加到测量电势差信号上,从而达到补偿调节的目的。
补偿盒采用参比接点温度为0℃的补偿盒,推荐使用西门子带集成电源装置的补偿盒,订货号如下表。
推荐使用的补偿盒
订货号
带有集成电源装置的参比端,用于导轨安装
M72166-VVVVV
辅助电源
B1
230VAC
B2
110VAC
B3
24VAC
B4
24VDC
连接到热电偶
1
2
3
4
5
6
7
参考温度
00
0℃
表6西门子参比接点的补偿盒订货数据
图3S7-300模板支持接线方式
图3类型:
热电偶通过补偿导线连接到参比接点,再用铜质导线连接参比接点和模板的输入端子构成回路,同时由一个补偿盒对模板连接的所有热电偶进行公共补偿,补偿盒的9,8端子连接到模板的补偿端COMP+(10)和Mana(11),所以模板的所有通道必须连接同类型的热电偶。
图4S7-400模板支持接线方式
图4类型:
模板的各个通道单独连接一个补偿盒,补偿盒通过热电偶的补偿导线直接连接到模板的输入端子构成回路,所以模板的每个通道都可以使用模板支持类型的热电偶,但是每个通道都需要补偿盒。
支持外部补偿盒补偿模板类型
最多8个(同类型)
最多2个(同类型)
6ES7431-1KF10-0AB0
最多8个(类型可不同)
6ES7431-7QH00-0AB0
最多16个(类型可不同)
表7支持外部补偿盒补偿的模板及可接热电偶个数
3.2.3外部补偿—热电阻
热电阻方式是通过外接电阻温度计获取热电偶的参比接点的温度,再由模板处理然后进行温度补偿,同样热电阻必须安装在热电偶的参比接点处。
图5S7-300模板支持方式
图5类型:
参比接点电阻温度计pt100的四根线接到模板的35,36,37,38端子,对应(M+,M-,I+,I-),可测参比接点出温度范围为-25℃到85℃,
图6S7-400模板支持方式
图6类型:
参比接点电阻温度计的四根线接到模板的通道0,占用通道。
以上这两种方式,参比接点到模板的线可以用铜质导线,由于做公共补偿,只能接同类型的热电偶。
支持热电阻补偿模板类型
最多6个(同类型)
最多14个(同类型)
表8支持热电阻补偿的模板及可接热电偶个数
3.2.4外部补偿—固定温度
如果外部参比接点的温度已知且固定,可以通过选择相应的补偿方式由模板内部处理补偿,组态设置详见下章节。
支持固定温度补偿模板类型
可设定温度范围
0℃或50℃
-273.15℃~327.67℃
最多16个(同类型)
表9支持固定温度补偿的模板及可接热电偶个数
从上表可以看出,300的模板只支持参比接点的温度为0℃或50℃两种,而400的模板支持可变温度范围,且范围大。
3.2.4混合补偿—热电阻和固定温度补偿
另外,除单独补偿方式外,可以使用相同参比接点给多个模板,通过电阻温度计进行外部补偿,S7-400的模板支持这种方式,补偿示意图如下。
图7混合外部补偿
补偿过程:
如图所示,模板2和1有公共的参比接点,模板1进行外部电阻温度计补偿方式,由CPU读取RTD的温度,然后使用系统功能SFC55(WR_PARM)将温度值写入到模板2中,模板2选择固定温度补偿的方式。
SFC55只能对模板的动态参数进行修改,模拟量输入模板的静态参数(数据记录0)和动态参数(数据记录1)的参数及数据记录1的结构如下:
参数
数据记录号
参数分配方式
SFC55
STEP7
用于中断的目标CPU
否
是
测量方法
诊断
温度单位
温度系统
噪声抑制
滤波
参比接点
周期结束中断
诊断中断启用
硬件中断启用
上限
下限
表10S7-400模拟量输入模板的参数
图8S7-400模拟量输入模板的数据记录1的结构
以6ES7431-7QH00-0AB0模拟量输入模板为例,程序块SFC55调用:
图9SFC55系统块调用
当M0.0上升沿使能时,将写入的参数从MB100~MB166传递到输入地址为100开始的模板,修改其数据记录1的参数,同时也将参比接点的温度也写入模板的设定位置。
声明
数据类型
描述
REQ
INPUT
BOOL
REQ=1,写请求,上升沿信号。
IOID
BYTE
地址区域的标识号:
外设输入=B#16#54;
外设输出=B#16#55;
外设输入/输出混合,如果地址相同,指定为B#16#54,不同则指定最低地址的区域ID。
LADDR
WORD
模板的逻辑地址(初始地址),如果混合模板,指定两个地址中的较低的一个。
RECNUM
数据记录号,参考模板数据手册。
RECORD
ANY
需要传送的数据记录存放区。
RET_VAL
OUTPUT
INT
故障代码。
BUSY
BUSY=1,写操作未完成。
表11各参数的说明
4.热电偶的信号处理方式
4.1硬件组态设置
首先要在硬件组态选择与外部补偿接线一致的measuringtype(测量类型),measuringrange(测量范围),referencejunction(参比接点类型)和referencetemperature(参比接点温度)的参数,如下各图所示。
图10S7-300模板测量方式示意图
图11S7-300模板测量范围示意图
对于S7-300的模板,组态如图10和11所示,只需要选择测量类型和测量范围(分度类型),补偿方式包含在测量类型中。
比如:
参比接点固定温度补偿方式,测量类型选择TC-L00C(参比接点温度固定为0℃)或TC-L50C(参比接点温度固定为50℃),再选择分度类型,组态就完成。
图12S7-400模板组态图1
图13S7-400模板组态图2
对于S7-400的模板,组态如图12和13所示,测量类型中选择TC-L方式,测量范围中选择与实际热电偶类型一致的分度号,参比接点的选择。
参比接点固定温度的方式,测量类型和测量范围选择完后,在参比接点选择ref.temp(参考温度),然后在referencetemperature框(参考温度)内填写参比接点的固定,组态就完成,或者是共享补偿方式,可以用SFC55动态传输温度参数。
400模板组态中Referencejunction参数
none
无补偿
internet
模板内部补偿
Ref.temp
参比接点温度固定已知补偿
表12参比接点参数说明
4.2测量方式和转换处理
300CPU
TC-I
TC-E
TC-IL
线性,内部补偿
TC-EL
线性,外部补偿
TC-L00C
线性,参比接点温度保持在0°
C
TC-L50C
线性,参比接点温度保持在50°
400CPU
TC-L线性
表13测量方式各参数的说明及处理
注:
测量方式中:
I:
内部补偿,E:
外部补偿,L:
线性处理。
线性化方式(TC-IL/EL/L00C/L50C/L)
线性化方式下,由模板内部根据所选择的热电偶类型的特性进行线性处理,可以使用LPIWxxx直接读入,则将获得十进制的温度值,精度为0.1。
例如:
读进来的十进制值为2345,则对应的温度值为234.5℃。
非线性化方式(TC-I/E)
对于非线性化的设置,此设置类似80Mv的电压测量,CPU得到的是0~27648之间的一个十进制数值,即0~80Mv对应0~27648,需要转换成相应Mv信号,然后通过对照表查找温度。
综上所述,如果想得到所测的温度值,选择线性化方式的设置比较方便;
如果仅需要得到Mv信号,可以选择非线性化方式的设置。
关键词
热电偶,模拟量输入模板,补偿,接线
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