S7-300熱電偶的接線及信號(hào)處理

1、S7-300/400 熱電偶的接線及信號(hào)處理1.熱電偶的概述1.1 熱電偶的工作原理熱電偶和熱電阻一樣，都是用來(lái)測(cè)量溫度的。熱電偶是將兩種不同金屬或合金金屬焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，利用溫差電勢(shì)原理來(lái)測(cè)量溫度的，當(dāng)熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，溫差越大，熱電動(dòng)勢(shì)越大，利用測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)這個(gè)原理來(lái)測(cè)量溫度。結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖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、穩(wěn)定地工作，安裝要求如下： 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短

2、路； 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離； 熱電偶對(duì)于外界的干擾比較敏感，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信號(hào)的性質(zhì)電阻信號(hào)電壓信號(hào)測(cè)量范圍低溫檢測(cè)高溫檢測(cè)材料一種金屬材料（溫度敏感變化的金屬材料）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)償方式 3線制和4線制接線內(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精確的避免線路的的損耗要通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線直接接入到模板；或補(bǔ)償導(dǎo)線接到參比接點(diǎn)，然后用銅制導(dǎo)線

3、接到模板表1 熱電偶與熱電阻的比較2. 熱電偶的類型和可用模板2.1熱電偶類型根據(jù)使用材料的不同，分不同類型的熱電偶，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01820鉑銠鉑銠C(jī)型02315鎢3稀土鎢26 稀土E型-2701000鎳鉻銅鎳J型-2101200鐵銅鎳K型 -2701372鎳鉻鎳硅L型-200900鐵銅鎳N型-2701300鎳鉻硅鎳硅R型-501769鉑銠鉑S型-501769鉑銠鉑T型-270400銅銅鎳U型 -270600銅銅鎳 表2

4、分度號(hào)對(duì)照表 2.2可用的模板CPU類型模板類型支持熱電偶類型S7-3006ES7 331-7KF02-0AB0（8點(diǎn)）E,J,K,L,N6ES7 331-7KB02-0AB0（2點(diǎn)） E,J,K,L,N6ES7 331-7PF11-0AB0（8點(diǎn)）B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,US7-4006ES7 431-1KF10-0AB0（8點(diǎn)）B,E,J,K,L,N,R,S,T,U6ES7 431-7QH00-0AB0（16點(diǎn)）B,E,J,K,L,N,R,S,T,U6ES7 431-7KF00-0AB0（8點(diǎn)）B,E,J,K,L,N,R,S,T,U表3 S7 300/4

5、00 支持熱電偶的模板及對(duì)應(yīng)熱電偶類型3. 熱電偶的補(bǔ)償接線3.1 補(bǔ)償方式熱電偶測(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)冷端的環(huán)境溫度變化，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?。由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(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，降低成本可以用補(bǔ)償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，但補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)要和熱電偶的導(dǎo)線材質(zhì)相同。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償

6、作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度變化造成的影響，補(bǔ)償方式見下表。溫度補(bǔ)償方式說(shuō) 明接 線內(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 各類補(bǔ)償方式 3.2各補(bǔ)償方式接線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)線間接的連接到輸入端。

7、每個(gè)通道組必須接相同類型的熱電偶，連接示意圖如下。CPU類型支持內(nèi)部補(bǔ)償模板類型可連接熱電偶個(gè)數(shù)S7-3006ES7 331-7KF02-0AB0最多8個(gè)（4種類型，同通道組必須相同）6ES7 331-7KB02-0AB0最多2個(gè)（1種類型，同通道組必須相同）6ES7 331-7PF11-0AB0最多8個(gè)（8種類型）S7-4006ES7 431-7KF00-0AB0最多8個(gè)（8種類型）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

8、.2.2 外部補(bǔ)償補(bǔ)償盒補(bǔ)償盒方式是通過(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)差信號(hào)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B1230VACB2110VACB324VACB4

9、24VDC連接到熱電偶1 L型2J型3K型4S型5R型6U型7T型參考溫度000表6 西門子參比接點(diǎn)的補(bǔ)償盒訂貨數(shù)據(jù)圖3 S7-300模板支持接線方式圖3 類型：熱電偶通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線連接到參比接點(diǎn)，再用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點(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型的熱電偶。圖4 S7-400模板支持接線方式圖4 類型：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

10、類型的熱電偶，但是每個(gè)通道都需要補(bǔ)償盒。CPU類型支持外部補(bǔ)償盒補(bǔ)償模板類型可連接熱電偶個(gè)數(shù)S7-3006ES7 331-7KF02-0AB0最多8個(gè)（同類型）6ES7 331-7KB02-0AB0最多2個(gè)（同類型）S7-4006ES7 431-1KF10-0AB0最多8個(gè)（類型可不同）6ES7 431-7QH00-0AB0最多16個(gè)（類型可不同）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)償熱電阻熱電阻方式是通過(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模板支持方式圖5類型

11、：參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)pt100的四根線接到模板的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模板支持方式圖6類型：參比接點(diǎn)電阻溫度計(jì)的四根線接到模板的通道0，占用通道。以上這兩種方式，參比接點(diǎn)到模板的線可以用銅質(zhì)導(dǎo)線，由于做公共補(bǔ)償，只能接同類型的熱電偶。CPU類型支持熱電阻補(bǔ)償模板類型可連接熱電偶個(gè)數(shù)S7-3006ES7 331-7PF11-0AB0最多8個(gè)（同類型）S7-4006ES7 431-1KF10-0AB0最多6個(gè)（同類型）6ES7 431-7QH00-0AB0最多14個(gè)（同類型）表8 支持熱電阻補(bǔ)償?shù)哪０寮翱?/p>

12、接熱電偶個(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)償方式由模板內(nèi)部處理補(bǔ)償，組態(tài)設(shè)置詳見下章節(jié)。CPU類型支持固定溫度補(bǔ)償模板類型可連接熱電偶個(gè)數(shù)可設(shè)定溫度范圍S7-300 6ES7 331-7PF11-0AB0最多8個(gè)（同類型）0或50S7-4006ES7 431-1KF10-0AB0最多8個(gè)（同類型）-273.15327.676ES7 431-7QH00-0AB0最多16個(gè)（同類型）-273.15327.676ES7 431-7KF00-0AB0最多8個(gè)（同類型）-273.15327.67表9支持固定溫度補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕?/p>

13、個(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)償方式外，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的模板支持這種方式，補(bǔ)償示意圖如下。圖7 混合外部補(bǔ)償補(bǔ)償過(guò)程：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)償方式，由CPU讀取RTD的溫度，然后使用系統(tǒng)功能SFC55(WR_PARM)將溫度值寫入到模板2中，模板2選擇固定溫度補(bǔ)償?shù)姆绞?。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)

14、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)分配方式SFC55STEP7用于中斷的目標(biāo)CPU0否是測(cè)量方法0否是測(cè)量范圍0否是診斷0否是溫度單位0否是溫度系統(tǒng)0否是噪聲抑制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系統(tǒng)塊調(diào)用當(dāng)M0.0上升沿使能時(shí)，將寫入的參數(shù)從MB100MB166傳遞到輸入地址為

15、100開始的模板，修改其數(shù)據(jù)記錄1的參數(shù)，同時(shí)也將參比接點(diǎn)的溫度也寫入模板的設(shè)定位置。參數(shù)聲明數(shù)據(jù)類型描述REQINPUTBOOLREQ=1，寫請(qǐng)求，上升沿信號(hào)。IOIDINPUTBYTE地址區(qū)域的標(biāo)識(shí)號(hào)：外設(shè)輸入=B#16#54；                              

16、0;     外設(shè)輸出=B#16#55；外設(shè)輸入/輸出混合，如果地址相同，指定為B#16#54，不同則指定最低地址的區(qū)域ID。LADDR INPUTWORD模板的邏輯地址（初始地址），如果混合模板，指定兩個(gè)地址中的較低的一個(gè)。RECNUM INPUTBYTE數(shù)據(jù)記錄號(hào)，參考模板數(shù)據(jù)手冊(cè)。RECORD INPUTANY需要傳送的數(shù)據(jù)記錄存放區(qū)。RET_VALOUTPUTINT故障代碼。BUSYOUTPUTBOOLBUSY=1，寫操作未完成。表11 各參數(shù)的說(shuō)明4. 熱電偶的信號(hào)處理方式4.1 硬件組態(tài)設(shè)置首先要在硬件組態(tài)選擇與

17、外部補(bǔ)償接線一致的measuring type（測(cè)量類型），measuring range（測(cè)量范圍），reference junction（參比接點(diǎn)類型）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)量方式示意圖 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)量類型和測(cè)量范圍（分度類型），補(bǔ)償方式包含在測(cè)量類型中。比如： 參比接點(diǎn)固定溫度補(bǔ)償方式，測(cè)量類型選擇 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），再選擇分度類型，組態(tài)就完

18、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)量類型中選擇TC-L方式，測(cè)量范圍中選擇與實(shí)際熱電偶類型一致的分度號(hào)，參比接點(diǎn)的選擇。比如：參比接點(diǎn)固定溫度的方式，測(cè)量類型和測(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)填寫參比接點(diǎn)的固定，組態(tài)就完成，或者是共享補(bǔ)償方式，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)量方式和轉(zhuǎn)換處理CPU類型測(cè)量方法說(shuō) 明300CPUTC-I內(nèi)部補(bǔ)償TC-E外部補(bǔ)償TC-IL線性，內(nèi)部補(bǔ)償TC-EL線性，外部補(bǔ)償TC-L00C 線性，參比接點(diǎn)溫度保持在0°CTC-L50C 線性，參比接點(diǎn)溫度保持在50°C 400CPUTC-L 線性表13 測(cè)量方式各參數(shù)的說(shuō)明及處理注：測(cè)量方式中：I ：內(nèi)部補(bǔ)償，E：外部補(bǔ)償，L：線性處理。線性化方式（TC-IL/EL/L00C/L50C/L）線性化方式下，由模板內(nèi)部根