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西門子通訊總線
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工作 (同步)
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。
結構示意圖如下:
圖1 熱電偶測量結構示意圖
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、穩定地工作,安裝要求如下:
① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;
② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離;
⑤ 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別
屬性 | 熱電阻 | 熱電偶 |
信號的性質 | 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生電動勢差) |
測量原理 | 電阻隨溫度變化的性質來測量 | 基于熱電效應來測量溫度 |
補償方式 | 3線制和4線制接線 | 內部補償和外部補償 |
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 | 要通過補償導線直接接入到模板;或補償導線接到參比接點,然后用銅制導線接到模板 |
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
根據使用材料的不同,分不同類型的熱電偶,以分度號區分,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 | 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 |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0(8點) | E,J,K,L,N |
6ES7 331-7KB02-0AB0(2點) | E,J,K,L,N | |
6ES7 331-7PF11-0AB0(8點) | B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0(8點) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
6ES7 431-7QH00-0AB0(16點) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
6ES7 431-7KF00-0AB0(8點) | 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應熱電偶類型
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,這樣產生的熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時冷端的環境溫度變化,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的措施。
由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到控制儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本可以用補償導線延伸冷端到溫度比較穩定的控制室內,但補償導線的材質要和熱電偶的導線材質相同。熱電偶補償導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 | |
內部補償 | 使用模板的內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。 | 可以使用銅質導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內部補償
內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,或通過補償導線間接的連接到輸入端。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 | 支持內部補償模板類型 | 可連接熱電偶個數 |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | zui多8個(4種類型,同通道組必須相同) |
6ES7 331-7KB02-0AB0 | zui多2個(1種類型,同通道組必須相同) | |
6ES7 331-7PF11-0AB0 | zui多8個(8種類型) | |
S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | zui多8個(8種類型) |
表5 支持內部補償的模板及可接熱電偶個數
圖2 內部補償接線
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。
3.2.2 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,橋接熱敏電阻會發生變化,產生正的或者負的補償電壓疊加到測量電勢差信號上,從而達到補償調節的目的。
補償盒采用參比接點溫度為0℃的補償盒,*使用西門子帶集成電源裝置的補償盒,訂貨號如下表。
*使用的補償盒 | 訂貨號 | ||
帶有集成電源裝置的參比端,用于導軌安裝 | 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 西門子參比接點的補償盒訂貨數據
圖3 S7-300模板支持接線方式
圖3 類型:熱電偶通過補償導線連接到參比接點,再用銅質導線連接參比接點和模板的輸入端子構成回路,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線直接連接到模板的輸入端子構成回路,所以模板的每個通道都可以使用模板支持類型的熱電偶,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 |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | zui多8個(同類型) |
6ES7 331-7KB02-0AB0 | zui多2個(同類型) | |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | zui多8個(類型可不同) |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | zui多16個(類型可不同) |
表7 支持外部補償盒補償的模板及可接熱電偶個數
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: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(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導線,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 |
S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | zui多8個(同類型) |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | zui多6個(同類型) |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | zui多14個(同類型) |
表8 支持熱電阻補償的模板及可接熱電偶個數
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,可以通過選擇相應的補償方式由模板內部處理補償,組態設置詳見下章節。
CPU類型 | 支持固定溫度補償模板類型 | 可連接熱電偶個數 | 可設定溫度范圍 |
S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | zui多8個(同類型) | 0℃或50℃ |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | zui多8個(同類型) | -273.15℃~327.67℃ |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | zui多16個(同類型) | -273.15℃~327.67℃ | |
6ES7 431-7KF00-0AB0 | zui多8個(同類型) | -273.15℃~327.67℃ |
表9支持固定溫度補償的模板及可接熱電偶個數
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選擇固定溫度補償的方式。
SFC55只能對模板的動態參數進行修改,模擬量輸入模板的靜態參數(數據記錄0)和動態參數(數據記錄1)的參數及數據記錄1的結構如下:
參數 | 數據記錄號 | 參數分配方式 | |
SFC55 | STEP7 | ||
用于中斷的目標CPU | 0 | 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 | 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
圖8 S7-400模擬量輸入模板的數據記錄1的結構
以6ES7 431-7QH00-0AB0 模擬量輸入模板為例,程序塊SFC55調用:
圖9 SFC55系統塊調用
當M0.0上升沿使能時,將寫入的參數從MB100~MB166傳遞到輸入地址為100開始的模板,修改其數據記錄1的參數,同時也將參比接點的溫度也寫入模板的設定位置。
參數 | 聲明 | 數據類型 | 描述 |
REQ | INPUT | BOOL | REQ=1,寫請求,上升沿信號。 |
IOID | INPUT | BYTE | 地址區域的標識號:外設輸入=B#16#54; 外設輸出=B#16#55; 外設輸入/輸出混合,如果地址相同,為B#16#54,不同則zui低地址的區域ID。 |
LADDR | INPUT | WORD | 模板的邏輯地址(初始地址),如果混合模板,兩個地址中的較低的一個。 |
RECNUM | INPUT | BYTE | 數據記錄號,參考模板數據手冊。 |
RECORD | INPUT | ANY | 需要傳送的數據記錄存放區。 |
RET_VAL | OUTPUT | INT | 故障代碼。 |
BUSY | OUTPUT | BOOL | BUSY=1,寫操作未完成。 |
表11 各參數的說明
4. 熱電偶的信號處理方式
4.1 硬件組態設置
首先要在硬件組態選擇與外部補償接線*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,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,組態就完成。
圖12 S7-400模板組態圖1
圖13 S7-400模板組態圖2
對于S7-400的模板,組態如圖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*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)內填寫參比接點的固定,組態就完成,或者是共享補償方式,可以用SFC55動態傳輸溫度參數。
400模板組態中Reference junction 參數 | 說 明 |
none | 無補償 |
internet | 模板內部補償 |
Ref. temp | 參比接點溫度固定已知補償 |
表12 參比接點參數說明
4.2 測量方式和轉換處理
CPU類型 | 測量方法 | 說 明 |
300CPU | TC-I | 內部補償 |
TC-E | 外部補償 | |
TC-IL | 線性,內部補償 | |
TC-EL | 線性,外部補償 | |
TC-L00C | 線性,參比接點溫度保持在0°C | |
TC-L50C | 線性,參比接點溫度保持在50°C | |
400CPU | TC-L 線性 |
表13 測量方式各參數的說明及處理
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注:測量方式中:I :內部補償,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,由模板內部根據所選擇的熱電偶類型的特性進行線性處理,可以使用L PIW xxx 直接讀入,則將獲得十進制的溫度值,精度為0.1。例如:讀進來的 十進制值為2345,則對應的溫度值為234.5℃。
非線性化方式(TC-I/E)
對于非線性化的設置,此設置類似80Mv的電壓測量,CPU得到的是0~27648之間的一個十進制數值,即0~80Mv 對應0~27648,需要轉換成相應M號,然后通過對照表查找溫度。
綜上所述,如果想得到所測的溫度值,選擇線性化方式的設置比較方便;如果僅需要得到M號,可以選擇非線性化方式的設置。
在使用OLM的時候考慮到光纖電纜的組態,這樣PROFIBUS總線的參數就被STEP 7重新計算并改變。
在使用OLM(光纖鏈路模塊)時,必須考慮到光纖電纜的組態。STEP 7會根據光纖電纜的組態重新計算PROFIBUS的參數。在這里,必須使“時間間隙”適應網絡規模,網絡拓撲結構和傳輸速率。
用戶必須改變PROFIBUS參數,因為電纜和網絡元件以及網絡元件的監控機制會導致信息延遲。如果給“時間間隙”組態了一個太低的值,可能會導致OLM(系統LED會閃紅/綠燈)的功能錯誤和錯誤顯示。
考慮光纖電纜的組態
在硬件組態中為電纜組態設置
- 打開PROFIBUS DP 主站系統的屬性。在“屬性- DP master system”對話框中點擊“Properties”按鈕。會打開“Properties - PROFIBUS”對話框。
圖. 01
- 換到“Network Settings”標簽并單擊“Options...”按鈕。“Option”對話框打開。
圖. 02
- 使能"Take into account the following cable configuration"選項。
輸入在PROFIBUS子網中使用的“OLM”個數。
輸入電纜長度。電纜長度是網絡中所有FO電纜(段的長度)的總和。長度單位定為千米。
如果在一個光纖環網中使用OLM,使能“Optical ring”選項。選擇光纖環網中使用的OLM。
圖. 03
- STEP 7會根據電纜組態重新計算PROFIBUS總線的參數。
- 在“Properties - PROFIBUS”對話框中選擇“DP”總線行規。單擊“Bus Parameters...”按鈕。PROFIBUS總線參數設置界面顯示。
圖. 04
- 圖. 05顯示了PROFIBUS總線行規為“DP”時,在FO電纜長度為2千米的光纖環網中使用5個類型為OLM P12和OLM G12的OLM時PROFIBUS的參數。
在這個例子中,間隙時間是500 t_bits。在光纖環網中使用OLM時,“Retry Limit”參數必須至少設置為3而且“Min. Tsdr”參數必須至少設置為11。
圖. 05
- 圖. 06顯示了在PROFIBUS子網中沒有使用OLM時的PROFIBUS總線參數。這種情況時,間隙時間是300 t_bits。 “Retry Limit”參數=1,“Min. Tsdr”參數=11。
圖. 06
注意
間隙時間的計算只考慮了以下情況:光纖網絡中每個OLM上連接一個不超過20米的RS485總線分段。這時單擊“Recalculate”按鈕來重新計算總線參數。
S7300電源模板
6ES7307-1BA00-0AA0
6ES7307-1EA00-0AA0
6ES7307-1KA01-0AA0
CPU
6ES7312-1AE13-0AB0
6ES7312-5BE03-0AB0
6ES7313-5BF03-0AB0
6ES7313-6BF03-0AB0
6ES7313-6CF03-0AB0
6ES7314-1AG13-0AB0
6ES7314-6BG03-0AB0
6ES7314-6CG03-0AB0
6ES7315-2AG10-0AB0
6ES7315-2EH13-0AB0
6ES7317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2EK13-0AB0
6ES7318-3EL00-0AB0
內存卡
6ES7 953-8LF20-0AA0
6ES7 953-8LG11-0AA0
6ES7 953-8LJ20-0AA0
6ES7 953-8LL20-0AA0
6ES7 953-8LM20-0AA0
6ES7 953-8LP20-0AA0
開關量模板
6ES7 321-1BH02-0AA0
6ES7 321-1BH10-0AA0
6ES7 321-1BH50-0AA0
6ES7 321-1BL00-0AA0
6ES7 321-7BH01-0AB0
6ES7 321-1EL00-0AA0
6ES7 321-1FF01-0AA0
6ES7 321-1FF10-0AA0
6ES7 321-1FH00-0AA0
6ES7 321-1CH00-0AA0
6ES7 321-1CH20-0AA0
6ES7 322-1BH01-0AA0
6ES7 322-1BH10-0AA0
6ES7 322-1CF00-0AA0
6ES7 322-8BF00-0AB0
6ES7 322-5GH00-0AB0
6ES7 322-1BL00-0AA0
6ES7 322-1FL00-0AA0
6ES7 322-1BF01-0AA0
6ES7 322-1FF01-0AA0
6ES7 322-5FF00-0AB0
6ES7 322-1HF01-0AA0
6ES7 322-1HF10-0AA0
6ES7 322-1HH01-0AA0
6ES7 322-5HF00-0AB0
6ES7 322-1FH00-0AA0
6ES7 323-1BH01-0AA0
6ES7 323-1BL00-0AA0
模擬量模板
6ES7 331-7KF02-0AB0
6ES7 331-7KB02-0AB0
6ES7 331-7NF00-0AB0
6ES7 331-7NF10-0AB0
6ES7 331-7HF01-0AB0
6ES7 331-1KF01-0AB0
6ES7 331-7PF01-0AB0
6ES7 331-7PF11-0AB0
6ES7 332-5HD01-0AB0
6ES7 332-5HB01-0AB0
6ES7 332-5HF00-0AB0
6ES7 332-7ND02-0AB0
6ES7 334-0KE00-0AB0
6ES7 334-0CE01-0AA0
附件
6ES7 365-0BA01-0AA0
6ES7 360-3AA01-0AA0
6ES7 361-3CA01-0AA0
6ES7 368-3BB01-0AA0
6ES7 368-3BC51-0AA0
6ES7 368-3BF01-0AA0
6ES7 368-3CB01-0AA0
6ES7 390-1AE80-0AA0
6ES7 390-1AF30-0AA0
6ES7 390-1AJ30-0AA0
6ES7 390-1BC00-0AA0
6ES7 392-1AJ00-0AA0
6ES7 392-1AM00-0AA0
6ES7 392-1BM01-0AA0
功能模板
6ES7 350-1AH03-0AE0
6ES7 350-2AH00-0AE0
6ES7 351-1AH01-0AE0
6ES7 352-1AH02-0AE0
6ES7 355-0VH10-0AE0
6ES7 355-1VH10-0AE0
6ES7 355-2CH00-0AE0
6ES7 355-2SH00-0AE0
6ES7 338-4BC01-0AB0
6ES7 352-5AH00-0AE0
6ES7 352-5AH00-7XG0
通訊模板
6ES7 340-1AH02-0AE0
6ES7 340-1BH02-0AE0
6ES7 340-1CH02-0AE0
6ES7 341-1AH01-0AE0
6ES7 341-1BH01-0AE0
6ES7 341-1CH01-0AE0
6ES7 870-1AA01-0YA0
6ES7 870-1AB01-0YA0
6ES7 902-1AB00-0AA0
6ES7 902-1AC00-0AA0
6ES7 902-1AD00-0AA0
6ES7 902-2AB00-0AA0
6ES7 902-2AC00-0AA0
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