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西門(mén)子PLC發(fā)展歷史:
西門(mén)子PLC系列分類(lèi):
1 熱電偶測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖
注意:如上圖所示,熱電偶是有正負(fù)極性的,所以需要確保這些導(dǎo)線(xiàn)連接到正確的極性,否則將會(huì)造成明顯的測(cè)量誤差
為了保證熱電偶可靠、地工作,安裝要求如下:
① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;
② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;
③ 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶端的連接要方便可靠;
④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離;
⑤ 熱電偶對(duì)于外界的比較,因此安裝還需要考慮屏蔽的問(wèn)題。
1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別
屬性 | 熱電阻 | 熱電偶 |
的性質(zhì) | 電阻 | 電壓 |
測(cè)量范圍 | 低溫檢測(cè) | 高溫檢測(cè) |
材料 | 一種金屬材料(溫度變化的金屬材料) | 雙金屬材料在(兩種不同的金屬,由于溫度的變化,在兩個(gè)不同金屬的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差) |
測(cè)量原理 | 電阻隨溫度變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量 | 基于熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度 |
補(bǔ)償 | 3線(xiàn)制和4線(xiàn)制接線(xiàn) | 內(nèi)部補(bǔ)償和外部補(bǔ)償 |
電纜接點(diǎn)要求 | 電阻直接接入可以更的避免線(xiàn)路的的損耗 | 要通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)直接接入到模板;或補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)接到參比接點(diǎn),然后用銅制導(dǎo)線(xiàn)接到模板 |
表1 熱電偶與熱電阻的比較
2. 熱電偶的類(lèi)型和可用模板
2.1熱電偶類(lèi)型
根據(jù)使用材料的不同,分不同類(lèi)型的熱電偶,以分度號(hào)區(qū)分,分度號(hào)代表溫度范圍,且代表每種分度號(hào)的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓,熱電偶的分度號(hào)有主要有以下幾種。
分度號(hào) | 溫度范圍(℃) | 兩種金屬材料 |
B型 | 0~1820 | 鉑銠—鉑銠 |
C型 | 0~2315 | 鎢3稀土—鎢26 稀土 |
E型 | -270~1000 | 鎳鉻—銅鎳 |
J型 | -210~1200 | 鐵—銅鎳 |
K型 | -270~1372 | 鎳鉻—鎳硅 |
L型 | -200~900 | 鐵—銅鎳 |
N型 | -270~1300 | 鎳鉻硅—鎳硅 |
R型 | -50~1769 | 鉑銠—鉑 |
S型 | -50~1769 | 鉑銠—鉑 |
T型 | -270~400 | 銅—銅鎳 |
U型 | -270~600 | 銅—銅鎳 |
表2 分度號(hào)對(duì)照表
2.2可用的模板
CPU類(lèi)型 | 模板類(lèi)型 | 支持熱電偶類(lèi)型 |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0(8點(diǎn)) | E,J,K,L,N |
6ES7 331-7KB02-0AB0(2點(diǎn)) | E,J,K,L,N | |
6ES7 331-7PF11-0AB0(8點(diǎn)) | B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0(8點(diǎn)) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
6ES7 431-7QH00-0AB0(16點(diǎn)) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
6ES7 431-7KF00-0AB0(8點(diǎn)) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
表3 S7 300/400 支持熱電偶的模板及對(duì)應(yīng)熱電偶類(lèi)型
3. 熱電偶的補(bǔ)償接線(xiàn)
3.1 補(bǔ)償
熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求冷端的溫度保持不變,這樣產(chǎn)生的熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)冷端的溫度變化,將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性,所以需要對(duì)冷端溫度變化造成的影響采取一定補(bǔ)償?shù)拇胧?br />
由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用時(shí)),而測(cè)溫點(diǎn)到控制儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,成本可以用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)延伸冷端到溫度比較的控制室內(nèi),但補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的材質(zhì)要和熱電偶的導(dǎo)線(xiàn)材質(zhì)相同。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端到控制室的儀表端子上,它本身并不能冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正來(lái)補(bǔ)償冷端溫度變化造成的影響,補(bǔ)償見(jiàn)下表。
溫度補(bǔ)償 | 說(shuō) 明 | 接 線(xiàn) | |
內(nèi)部補(bǔ)償 | 使用模板的內(nèi)部溫度為參比接點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償,再由模板進(jìn)行處理。 | 直接用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)連接熱電偶到模擬量模板輸入端。 | |
外部補(bǔ)償 | 補(bǔ)償盒 | 使用補(bǔ)償盒采集并補(bǔ)償參比接點(diǎn)溫度,不需要模板進(jìn)行處理。 | 可以使用銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)連接參比接點(diǎn)和模擬量模板輸入端。 |
熱電阻 | 使用熱電阻采集參比接點(diǎn)溫度,再由模板進(jìn)行處理。 | ||
如果參比接點(diǎn)溫度恒定可以不要熱電阻參考 |
表4 各類(lèi)補(bǔ)償
3.2各補(bǔ)償接線(xiàn)
3.2.1內(nèi)部補(bǔ)償
內(nèi)部補(bǔ)償是在輸入模板的端子上建立參比接點(diǎn),所以需要將熱電偶直接連接到模板的輸入端,或通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)間接的連接到輸入端。每個(gè)通道組必須接相同類(lèi)型的熱電偶,連接示意圖如下。
CPU類(lèi)型 | 支持內(nèi)部補(bǔ)償模板類(lèi)型 | 可連接熱電偶個(gè)數(shù) |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個(gè)(4種類(lèi)型,同通道組必須相同) |
6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個(gè)(1種類(lèi)型,同通道組必須相同) | |
6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個(gè)(8種類(lèi)型) | |
S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 多8個(gè)(8種類(lèi)型) |
表5 支持內(nèi)部補(bǔ)償?shù)哪0寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)
圖2 內(nèi)部補(bǔ)償接線(xiàn)
注1:模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接補(bǔ)償端COMP+(10)和Mana(11),其它模板無(wú)。
3.2.2 外部補(bǔ)償—補(bǔ)償盒
補(bǔ)償盒是通過(guò)補(bǔ)償盒獲取熱電偶的參比接點(diǎn)的溫度,但補(bǔ)償盒必須安裝在熱電偶的參比接點(diǎn)處。
補(bǔ)償盒必須單獨(dú)供電,電源模塊必須具有充分的噪聲濾波功能,例如使用接地電纜屏蔽。
補(bǔ)償盒包含一個(gè)橋接電路,固定參比接點(diǎn)溫度標(biāo)定,如果實(shí)際溫度與補(bǔ)償溫度有偏差,橋接熱敏電阻會(huì)發(fā)生變化,產(chǎn)生正的或者負(fù)的補(bǔ)償電壓疊加到測(cè)量電勢(shì)差上,從而達(dá)到補(bǔ)償調(diào)節(jié)的目的。
補(bǔ)償盒采用參比接點(diǎn)溫度為0℃的補(bǔ)償盒,推薦使用西門(mén)子帶集成電源裝置的補(bǔ)償盒,訂貨號(hào)如下表。
推薦使用的補(bǔ)償盒 | 訂貨號(hào) | ||
帶有集成電源裝置的參比端,用于導(dǎo)軌安裝 | M72166-V V V V V | ||
輔助電源 | B1 | 230VAC | |
B2 | 110VAC | ||
B3 | 24VAC | ||
B4 | 24VDC | ||
連接到熱電偶 | 1 | L型 | |
2 | J型 | ||
3 | K型 | ||
4 | S型 | ||
5 | R型 | ||
6 | U型 | ||
7 | T型 | ||
參考溫度 | 00 | 0℃ |
表6 西門(mén)子參比接點(diǎn)的補(bǔ)償盒訂貨數(shù)據(jù)
圖3 S7-300模板支持接線(xiàn)
圖3 類(lèi)型:熱電偶通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)連接到參比接點(diǎn),再用銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)連接參比接點(diǎn)和模板的輸入端子構(gòu)成回路,同時(shí)由一個(gè)補(bǔ)償盒對(duì)模板連接的所有熱電偶進(jìn)行公共補(bǔ)償,補(bǔ)償盒的9,8端子連接到模板的補(bǔ)償端COMP+(10)和Mana(11),所以模板的所有通道必須連接同類(lèi)型的熱電偶。
圖4 S7-400模板支持接線(xiàn)
圖4 類(lèi)型:模板的各個(gè)通道單獨(dú)連接一個(gè)補(bǔ)償盒,補(bǔ)償盒通過(guò)熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)直接連接到模板的輸入端子構(gòu)成回路,所以模板的每個(gè)通道都可以使用模板支持類(lèi)型的熱電偶,但是每個(gè)通道都需要補(bǔ)償盒。
CPU類(lèi)型 | 支持外部補(bǔ)償盒補(bǔ)償模板類(lèi)型 | 可連接熱電偶個(gè)數(shù) |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個(gè)(同類(lèi)型) |
6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個(gè)(同類(lèi)型) | |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多8個(gè)(類(lèi)型可不同) |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多16個(gè)(類(lèi)型可不同) |
表7 支持外部補(bǔ)償盒補(bǔ)償?shù)哪0寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)
3.2.3 外部補(bǔ)償—熱電阻
熱電阻是通過(guò)外接電阻溫度計(jì)獲取熱電偶的參比接點(diǎn)的溫度,再由模板處理然后進(jìn)行溫度補(bǔ)償,同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點(diǎn)處。
圖5 S7-300模板支持
圖5類(lèi)型:參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)pt100的四根線(xiàn)接到模板的35,36,37,38端子,對(duì)應(yīng)(M+,M-,I+,I-),可測(cè)參比接點(diǎn)出溫度范圍為-25℃到85℃,
圖6 S7-400模板支持
圖6類(lèi)型:參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)的四根線(xiàn)接到模板的通道0,占用通道。
以上這兩種,參比接點(diǎn)到模板的線(xiàn)可以用銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn),由于做公共補(bǔ)償,只能接同類(lèi)型的熱電偶。
CPU類(lèi)型 | 支持熱電阻補(bǔ)償模板類(lèi)型 | 可連接熱電偶個(gè)數(shù) |
S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個(gè)(同類(lèi)型) |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多6個(gè)(同類(lèi)型) |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多14個(gè)(同類(lèi)型) |
表8 支持熱電阻補(bǔ)償?shù)哪0寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)
3.2.4外部補(bǔ)償—固定溫度
如果外部參比接點(diǎn)的溫度已知且固定,可以通過(guò)選擇相應(yīng)的補(bǔ)償由模板內(nèi)部處理補(bǔ)償,組態(tài)設(shè)置詳見(jiàn)下章節(jié)。
CPU類(lèi)型 | 支持固定溫度補(bǔ)償模板類(lèi)型 | 可連接熱電偶個(gè)數(shù) | 可設(shè)定溫度范圍 |
S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個(gè)(同類(lèi)型) | 0℃或50℃ |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多8個(gè)(同類(lèi)型) | -273.15℃~327.67℃ |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多16個(gè)(同類(lèi)型) | -273.15℃~327.67℃ | |
6ES7 431-7KF00-0AB0 | 多8個(gè)(同類(lèi)型) | -273.15℃~327.67℃ |
表9支持固定溫度補(bǔ)償?shù)哪0寮翱山訜犭娕紓€(gè)數(shù)
從上表可以看出,300的模板只支持參比接點(diǎn)的溫度為0℃或50℃兩種,而400的模板支持可變溫度范圍,且范圍大。
3.2.4混合補(bǔ)償—熱電阻和固定溫度補(bǔ)償
另外,除單獨(dú)補(bǔ)償外,可以使用相同參比接點(diǎn)給多個(gè)模板,通過(guò)電阻溫度計(jì)進(jìn)行外部補(bǔ)償,S7-400的模板支持這種,補(bǔ)償示意圖如下。
圖7 混合外部補(bǔ)償
補(bǔ)償:如圖所示,模板2和1 有公共的參比接點(diǎn),模板1進(jìn)行外部電阻溫度計(jì)補(bǔ)償,由CPU讀取RTD的溫度,然后使用功能SFC55(WR_PARM)將溫度值寫(xiě)入到模板2中,模板2選擇固定溫度補(bǔ)償?shù)摹?br /> SFC55只能對(duì)模板的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行修改,模擬量輸入模板的靜態(tài)參數(shù)(數(shù)據(jù)記錄0)和動(dòng)態(tài)參數(shù)(數(shù)據(jù)記錄1)的參數(shù)及數(shù)據(jù)記錄1的結(jié)構(gòu)如下:
參數(shù) | 數(shù)據(jù)記錄號(hào) | 參數(shù)分配 | |
SFC55 | STEP7 | ||
用于中斷的目標(biāo)CPU | 0 | 否 | 是 |
測(cè)量 | 0 | 否 | 是 |
測(cè)量范圍 | 0 | 否 | 是 |
診斷 | 0 | 否 | 是 |
溫度單位 | 0 | 否 | 是 |
溫度 | 0 | 否 | 是 |
噪聲 | 0 | 否 | 是 |
濾波 | 0 | 否 | 是 |
參比接點(diǎn) | 0 | 否 | 是 |
周期結(jié)束中斷 | 0 | 否 | 是 |
診斷中斷啟用 | 1 | 是 | 是 |
硬件中斷啟用 | 1 | 是 | 是 |
參考溫度 | 1 | 是 | 是 |
上限 | 1 | 是 | 是 |
下限 | 1 | 是 | 是 |
表10 S7-400模擬量輸入模板的參數(shù)
圖8 S7-400模擬量輸入模板的數(shù)據(jù)記錄1的結(jié)構(gòu)
以6ES7 431-7QH00-0AB0 模擬量輸入模板為例,程序塊SFC55調(diào)用:
圖9 SFC55塊調(diào)用
當(dāng)M0.0上升沿使能時(shí),將寫(xiě)入的參數(shù)從MB100~MB166傳遞到輸入地址為100開(kāi)始的模板,修改其數(shù)據(jù)記錄1的參數(shù),同時(shí)也將參比接點(diǎn)的溫度也寫(xiě)入模板的設(shè)定位置。
參數(shù) | 聲明 | 數(shù)據(jù)類(lèi)型 | 描述 |
REQ | INPUT | BOOL | REQ=1,寫(xiě)請(qǐng)求,上升沿。 |
IOID | INPUT | BYTE |
地址區(qū)域的標(biāo)識(shí)號(hào):外設(shè)輸入=B#16#54; 外設(shè)輸出=B#16#55; 外設(shè)輸入/輸出混合,如果地址相同,為B#16#54,不同則低地址的區(qū)域ID。 |
LADDR | INPUT | WORD | 模板的邏輯地址(初始地址),如果混合模板,兩個(gè)地址中的較低的一個(gè)。 |
RECNUM | INPUT | BYTE | 數(shù)據(jù)記錄號(hào),參考模板數(shù)據(jù)手冊(cè)。 |
RECORD | INPUT | ANY | 需要傳送的數(shù)據(jù)記錄存放區(qū)。 |
RET_VAL | OUTPUT | INT | 故障代碼。 |
BUSY | OUTPUT | BOOL | BUSY=1,寫(xiě)操作未完成。 |
表11 各參數(shù)的說(shuō)明
4. 熱電偶的處理
4.1 硬件組態(tài)設(shè)置
首先要在硬件組態(tài)選擇與外部補(bǔ)償接線(xiàn)一致的measuring type(測(cè)量類(lèi)型),measuring range(測(cè)量范圍),reference junction(參比接點(diǎn)類(lèi)型)和reference temperature(參比接點(diǎn)溫度)的參數(shù),如下各圖所示。
圖10 S7-300模板測(cè)量示意圖
圖11 S7-300模板測(cè)量范圍示意圖
對(duì)于S7-300的模板,組態(tài)如圖10和11所示,只需要選擇測(cè)量類(lèi)型和測(cè)量范圍(分度類(lèi)型),補(bǔ)償包含在測(cè)量類(lèi)型中。比如: 參比接點(diǎn)固定溫度補(bǔ)償,測(cè)量類(lèi)型選擇 TC-L00C(參比接點(diǎn)溫度固定為0℃) 或 TC-L50C(參比接點(diǎn)溫度固定為50℃),再選擇分度類(lèi)型,組態(tài)就完成。
圖12 S7-400模板組態(tài)圖1
圖13 S7-400模板組態(tài)圖2
對(duì)于S7-400的模板,組態(tài)如圖12和13所示,測(cè)量類(lèi)型中選擇TC-L,測(cè)量范圍中選擇與實(shí)際熱電偶類(lèi)型一致的分度號(hào),參比接點(diǎn)的選擇。比如:參比接點(diǎn)固定溫度的,測(cè)量類(lèi)型和測(cè)量范圍選擇完后,在參比接點(diǎn)選擇ref.temp(參考溫度),然后在reference temperature框(參考溫度)內(nèi)填寫(xiě)參比接點(diǎn)的固定,組態(tài)就完成,或者是共享補(bǔ)償,可以用SFC55動(dòng)態(tài)傳輸溫度參數(shù)。
400模板組態(tài)中Reference junction 參數(shù) | 說(shuō) 明 |
none | 無(wú)補(bǔ)償 |
internet | 模板內(nèi)部補(bǔ)償 |
Ref. temp | 參比接點(diǎn)溫度固定已知補(bǔ)償 |
表12 參比接點(diǎn)參數(shù)說(shuō)明
4.2 測(cè)量和轉(zhuǎn)換處理
CPU類(lèi)型 | 測(cè)量 | 說(shuō) 明 |
300CPU | TC-I | 內(nèi)部補(bǔ)償 |
TC-E | 外部補(bǔ)償 | |
TC-IL | 線(xiàn)性,內(nèi)部補(bǔ)償 | |
TC-EL | 線(xiàn)性,外部補(bǔ)償 | |
TC-L00C | 線(xiàn)性,參比接點(diǎn)溫度保持在0°C | |
TC-L50C | 線(xiàn)性,參比接點(diǎn)溫度保持在50°C | |
400CPU | TC-L 線(xiàn)性 |
表13 測(cè)量各參數(shù)的說(shuō)明及處理
注:測(cè)量中:I :內(nèi)部補(bǔ)償,E:外部補(bǔ)償,L:線(xiàn)性處理。
線(xiàn)性化(TC-IL/EL/L00C/L50C/L)
線(xiàn)性化下,由模板內(nèi)部根據(jù)所選擇的熱電偶類(lèi)型的特性進(jìn)行線(xiàn)性處理,可以使用L PIW xxx 直接讀入,則將十進(jìn)制的溫度值,精度為0.1。例如:讀進(jìn)來(lái)的 十進(jìn)制值為2345,則對(duì)應(yīng)的溫度值為234.5℃。
非線(xiàn)性化(TC-I/E)
對(duì)于非線(xiàn)性化的設(shè)置,此設(shè)置類(lèi)似80Mv的電壓測(cè)量,CPU的是0~27648之間的一個(gè)十進(jìn)制數(shù)值,即0~80Mv 對(duì)應(yīng)0~27648,需要轉(zhuǎn)換成相應(yīng)Mv,然后通過(guò)對(duì)照表查找溫度。
綜上所述,如果想所測(cè)的溫度值,選擇線(xiàn)性化的設(shè)置比較方便;如果僅需要Mv,可以選擇非線(xiàn)性化的設(shè)置。
與稱(chēng)重變送器和稱(chēng)重儀表不同,SIWAREX系列稱(chēng)重模塊可以直接接收稱(chēng)重傳感器輸出的mV,并與西門(mén)子控制(包括S7 200/300/1200/ET200M/ ET200S)無(wú)縫集成,具有擴(kuò)展靈活、精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。SIWAREX系列稱(chēng)重模塊其設(shè)計(jì)用于各種工業(yè),具備很高的抗能力,但是為了保證模塊運(yùn)行可靠,在安裝接線(xiàn)等方面必須要規(guī)范操作。
圖1 SIWAREX集成化解決方案替代稱(chēng)重變送器/儀表
EMC即電磁兼容性,描述了電氣設(shè)備在特定的電磁下,既不受到電磁的影響,也不會(huì)對(duì)周?chē)a(chǎn)生影響的能力。在安裝之前,一定要執(zhí)行EMC設(shè)計(jì)規(guī)范,分析各種可能存在的源。
電磁可以通過(guò)以下幾種到控
整體式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器把電源、CPU、存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)都集成