S7-300熱電偶的接線及信號處理

1、S7-300/400 熱電偶的接線及信號處理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，都是用來測量溫度的。熱電偶是將兩種不同金屬或合金金屬焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，利用溫差電勢原理來測量溫度的，當熱電偶兩種金屬的兩端有溫度差，回路就會產(chǎn)生熱電動勢，溫差越大，熱電動勢越大，利用測量熱電動勢這個原理來測量溫度。結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖1 熱電偶測量結(jié)構(gòu)示意圖注意：如上圖所示，熱電偶是有正負極性的，所以需要確保這些導(dǎo)線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，安裝要求如下： 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短

2、路； 補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離； 熱電偶對于外界的干擾比較敏感，因此安裝還需要考慮屏蔽的問題。1.2 熱電偶與熱電阻的區(qū)別屬性熱電阻熱電偶信號的性質(zhì)電阻信號電壓信號測量范圍低溫檢測高溫檢測材料一種金屬材料（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，在兩個不同金屬的兩端產(chǎn)生電動勢差）測量原理電阻隨溫度變化的性質(zhì)來測量基于熱電效應(yīng)來測量溫度補償方式 3線制和4線制接線內(nèi)部補償和外部補償電纜接點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補償導(dǎo)線直接接入到模板；或補償導(dǎo)線接到參比接點，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，以分度號區(qū)分，分度號代表溫度范圍，且代表每種分度號的熱電偶具體多少溫度輸出多少毫伏的電壓，熱電偶的分度號有主要有以下幾種。分度號溫度范圍()兩種金屬材料B型01820鉑銠鉑銠C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、分度號對照表 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）E,J,K,L,N6ES7 331-7KB02-0AB0（2點） E,J,K,L,N6ES7 331-7PF11-0AB0（8點）B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,US7-4006ES7 431-1KF10-0AB0（8點）B,E,J,K,L,N,R,S,T,U6ES7 431-7QH00-0AB0（16點）B,E,J,K,L,N,R,S,T,U6ES7 431-7KF00-0AB0（8點）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應(yīng)熱電偶類型3. 熱電偶的補償接線3.1 補償方式熱電偶測量溫度時要求冷端的溫度保持不變，這樣產(chǎn)生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測量時冷端的環(huán)境溫度變化，將嚴重影響測量的準確性，所以需要對冷端溫度變化造成的影響采取一定補償?shù)拇胧Ｓ捎跓犭娕嫉牟牧弦话愣急容^貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本可以用補償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，但補償導(dǎo)線的材質(zhì)要和熱電偶的導(dǎo)線材質(zhì)相同。熱電偶補償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動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測溫的影響，不起補償

6、作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度變化造成的影響，補償方式見下表。溫度補償方式說 明接 線內(nèi)部補償使用模板的內(nèi)部溫度為參比接點進行補償，再由模板進行處理。直接用補償導(dǎo)線連接熱電偶到模擬量模板輸入端。外部補償補償盒使用補償盒采集并補償參比接點溫度，不需要模板進行處理。可以使用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點和模擬量模板輸入端。熱電阻使用熱電阻采集參比接點溫度，再由模板進行處理。如果參比接點溫度恒定可以不要熱電阻參考表4 各類補償方式 3.2各補償方式接線3.2.1內(nèi)部補償內(nèi)部補償是在輸入模板的端子上建立參比接點，所以需要將熱電偶直接連接到模板的輸入端，或通過補償導(dǎo)線間接的連接到輸入端。

7、每個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)部補償模板類型可連接熱電偶個數(shù)S7-3006ES7 331-7KF02-0AB0最多8個（4種類型，同通道組必須相同）6ES7 331-7KB02-0AB0最多2個（1種類型，同通道組必須相同）6ES7 331-7PF11-0AB0最多8個（8種類型）S7-4006ES7 431-7KF00-0AB0最多8個（8種類型）表5 支持內(nèi)部補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€數(shù)圖2 內(nèi)部補償接線注1：模板6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0需要短接補償端COMP+(10)和Mana(11)，其它模板無。3

8、.2.2 外部補償補償盒補償盒方式是通過補償盒獲取熱電偶的參比接點的溫度，但補償盒必須安裝在熱電偶的參比接點處。補償盒必須單獨供電，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。補償盒包含一個橋接電路，固定參比接點溫度標定，如果實際溫度與補償溫度有偏差，橋接熱敏電阻會發(fā)生變化，產(chǎn)生正的或者負的補償電壓疊加到測量電勢差信號上，從而達到補償調(diào)節(jié)的目的。補償盒采用參比接點溫度為0的補償盒，推薦使用西門子帶集成電源裝置的補償盒，訂貨號如下表。推薦使用的補償盒訂貨號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 西門子參比接點的補償盒訂貨數(shù)據(jù)圖3 S7-300模板支持接線方式圖3 類型：熱電偶通過補償導(dǎo)線連接到參比接點，再用銅質(zhì)導(dǎo)線連接參比接點和模板的輸入端子構(gòu)成回路，同時由一個補償盒對模板連接的所有熱電偶進行公共補償，補償盒的9，8端子連接到模板的補償端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：模板的各個通道單獨連接一個補償盒，補償盒通過熱電偶的補償導(dǎo)線直接連接到模板的輸入端子構(gòu)成回路，所以模板的每個通道都可以使用模板支持

10、類型的熱電偶，但是每個通道都需要補償盒。CPU類型支持外部補償盒補償模板類型可連接熱電偶個數(shù)S7-3006ES7 331-7KF02-0AB0最多8個（同類型）6ES7 331-7KB02-0AB0最多2個（同類型）S7-4006ES7 431-1KF10-0AB0最多8個（類型可不同）6ES7 431-7QH00-0AB0最多16個（類型可不同）表7 支持外部補償盒補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€數(shù) 3.2.3 外部補償熱電阻熱電阻方式是通過外接電阻溫度計獲取熱電偶的參比接點的溫度，再由模板處理然后進行溫度補償，同樣熱電阻必須安裝在熱電偶的參比接點處。圖5 S7-300模板支持方式圖5類型

11、：參比接點電阻溫度計pt100的四根線接到模板的35，36，37，38端子，對應(yīng)（M+，M-，I+，I-），可測參比接點出溫度范圍為-25到85，圖6 S7-400模板支持方式圖6類型：參比接點電阻溫度計的四根線接到模板的通道0，占用通道。以上這兩種方式，參比接點到模板的線可以用銅質(zhì)導(dǎo)線，由于做公共補償，只能接同類型的熱電偶。CPU類型支持熱電阻補償模板類型可連接熱電偶個數(shù)S7-3006ES7 331-7PF11-0AB0最多8個（同類型）S7-4006ES7 431-1KF10-0AB0最多6個（同類型）6ES7 431-7QH00-0AB0最多14個（同類型）表8 支持熱電阻補償?shù)哪０寮翱?/p>

12、接熱電偶個數(shù) 3.2.4外部補償固定溫度如果外部參比接點的溫度已知且固定，可以通過選擇相應(yīng)的補償方式由模板內(nèi)部處理補償，組態(tài)設(shè)置詳見下章節(jié)。CPU類型支持固定溫度補償模板類型可連接熱電偶個數(shù)可設(shè)定溫度范圍S7-300 6ES7 331-7PF11-0AB0最多8個（同類型）0或50S7-4006ES7 431-1KF10-0AB0最多8個（同類型）-273.15327.676ES7 431-7QH00-0AB0最多16個（同類型）-273.15327.676ES7 431-7KF00-0AB0最多8個（同類型）-273.15327.67表9支持固定溫度補償?shù)哪０寮翱山訜犭娕?/p>

13、個數(shù)從上表可以看出，300的模板只支持參比接點的溫度為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混合補償熱電阻和固定溫度補償另外，除單獨補償方式外，可以使用相同參比接點給多個模板，通過電阻溫度計進行外部補償，S7-400的模板支持這種方式，補償示意圖如下。圖7 混合外部補償補償過程：如圖所示，模板2和1 有公共的參比接點，模板1進行外部電阻溫度計補償方式，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選擇固定溫度補償?shù)姆绞?。SFC55只能對模板的動態(tài)參數(shù)進行修改，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)記錄號參數(shù)分配方式SFC55STEP7用于中斷的目標CPU0否是測量方法0否是測量范圍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M0.0上升沿使能時，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)，同時也將參比接點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，寫請求，上升沿信號。IOIDINPUTBYTE地址區(qū)域的標識號：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，指定兩個地址中的較低的一個。RECNUM INPUTBYTE數(shù)據(jù)記錄號，參考模板數(shù)據(jù)手冊。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)的說明4. 熱電偶的信號處理方式4.1 硬件組態(tài)設(shè)置首先要在硬件組態(tài)選擇與

17、外部補償接線一致的measuring type（測量類型），measuring range（測量范圍），reference junction（參比接點類型）和reference temperature（參比接點溫度）的參數(shù)，如下各圖所示。圖10 S7-300模板測量方式示意圖 圖11 S7-300模板測量范圍示意圖對于S7-300的模板，組態(tài)如圖10和11所示，只需要選擇測量類型和測量范圍（分度類型），補償方式包含在測量類型中。比如： 參比接點固定溫度補償方式，測量類型選擇 TC-L00C（參比接點溫度固定為0） 或 TC-L50C（參比接點溫度固定為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對于S7-400的模板，組態(tài)如圖12和13所示，測量類型中選擇TC-L方式，測量范圍中選擇與實際熱電偶類型一致的分度號，參比接點的選擇。比如：參比接點固定溫度的方式，測量類型和測量范圍選擇完后，在參比接點選擇ref.temp（參考溫度），然后在reference temperature框（參考溫度）內(nèi)填寫參比接點的固定，組態(tài)就完成，或者是共享補償方式，可以用SFC55動態(tài)傳輸溫度參數(shù)。400模板組態(tài)中Reference junction 參數(shù)說 明none無補償internet模板內(nèi)部補償Ref. temp參比接點溫度固定已知補償表12 參比接點參數(shù)說明4.2 測量方式和轉(zhuǎn)換處理CPU類型測量方法說 明300CPUTC-I內(nèi)部補償TC-E外部補償TC-IL線性，內(nèi)部補償TC-EL線性，外部補償TC-L00C 線性，參比接點溫度保持在0°CTC-L50C 線性，參比接點溫度保持在50°C 400CPUTC-L 線性表13 測量方式各參數(shù)的說明及處理注：測量方式中：I ：內(nèi)部補償，E：外部補償，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