6AV21030xA030AA5西门子6AV21030xA030AA5
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6AV2103-0xA03-0AA5
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西门子6ES7 972-0BA42-0xA0西门子
西门子CPU模块6ES7403-1JA01-0AA0
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SIEMENS 可编程控制器
热电偶和热电阻一样,都是用来测量温度的。
热电偶是将两种不同金属或合金金属焊接起来,构成一个闭合回路,利用温差电势原理来测量温度的,当热电偶两种金属的两端有温度差,回路就会产生热电动势,温差越大,热电动势越大,利用测量热电动势这个原理来测量温度。
结构示意图如下:
图1 热电偶测量结构示意图
注意:如上图所示,热电偶是有正负极性的,所以需要确保这些导线连接到正确的极性,否则将会造成明显的测量误差
为了保证热电偶可靠、稳定地工作,安装要求如下:
① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离;
⑤ 热电偶对于外界的干扰比较敏感,因此安装还需要考虑屏蔽的问题。
1.2 热电偶与热电阻的区别
属性 | 热电阻 | 热电偶 |
信号的性质 | 电阻信号 | 电压信号 |
测量范围 | 低温检测 | 高温检测 |
材料 | 一种金属材料(温度敏感变化的金属材料) | 双金属材料在(两种不同的金属,由于温度的变化,在两个不同金属的两端产生电动势差) |
测量原理 | 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**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 | 铁—铜镍 |
N型 | -270~1300 | 镍铬硅—镍硅 |
R型 | -50~1769 | 铂铑—铂 |
S型 | -50~1769 | 铂铑—铂 |
T型 | -270~400 | 铜—铜镍 |
U型 | -270~600 | 铜—铜镍 |
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 | 6ES7 331-7KF02-0AB0(8点) | E,J,K,L,N |
6ES7 331-7KB02-0AB0(2点) | E,J,K,L,N | |
6ES7 331-7PF11-0AB0(8点) | B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0(8点) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
6ES7 431-7QH00-0AB0(16点) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
6ES7 431-7KF00-0AB0(8点) | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
表3 S7 300/400 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。 |
热电阻 | 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。
CPU类型 | 支持内部补偿模板类型 | 可连接热电偶个数 |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | **多8个(4种类型,同通道组必须相同) |
6ES7 331-7KB02-0AB0 | **多2个(1种类型,同通道组必须相同) | |
6ES7 331-7PF11-0AB0 | **多8个(8种类型) | |
S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | **多8个(8种类型) |
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6ES7 331-7KF02-0AB0和6ES7 331-7KB02-0AB0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,**使用西门子带集成电源装置的补偿盒,订货号如下表。
**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-V V V V V | ||
辅助电源 | B1 | 230VAC | ![]() |
B2 | 110VAC | ||
B3 | 24VAC | ||
B4 | 24VDC | ||
连接到热电偶 | 1 | L型 | |
2 | J型 | ||
3 | K型 | ||
4 | S型 | ||
5 | R型 | ||
6 | U型 | ||
7 | T型 | ||
参考温度 | 00 | 0℃ |
表6 西门子参比接点的补偿盒订货数据
图3 S7-300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4 S7-400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。
CPU类型 | 支持外部补偿盒补偿模板类型 | 可连接热电偶个数 |
S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | **多8个(同类型) |
6ES7 331-7KB02-0AB0 | **多2个(同类型) | |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | **多8个(类型可不同) |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | **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
西门子CPU313C
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5 S7-300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6 S7-400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。
CPU类型 | 支持热电阻补偿模板类型 | 可连接热电偶个数 |
S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | **多8个(同类型) |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | **多6个(同类型) |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | **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。
CPU类型 | 支持固定温度补偿模板类型 | 可连接热电偶个数 | 可设定温度范围 |
S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | **多8个(同类型) | 0℃或50℃ |
S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | **多8个(同类型) | -273.15℃~327.67℃ |
6ES7 431-7QH00-0AB0 | **多16个(同类型) | -273.15℃~327.67℃ | |
6ES7 431-7KF00-0AB0 | **多8个(同类型) | -273.15℃~327.67℃ |
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 | 0 | 否 | 是 |
测量方法 | 0 | 否 | 是 |
测量范围 | 0 | 否 | 是 |
诊断 | 0 | 否 | 是 |
温度单位 | 0 | 否 | 是 |
温度系统 | 0 | 否 | 是 |
噪声抑制 | 0 | 否 | 是 |
滤波 | 0 | 否 | 是 |
参比接点 | 0 | 否 | 是 |
周期结束中断 | 0 | 否 | 是 |
诊断中断启用 | 1 | 是 | 是 |
硬件中断启用 | 1 | 是 | 是 |
参考温度 | 1 | 是 | 是 |
上限 | 1 | 是 | 是 |
下限 | 1 | 是 | 是 |
表10 S7-400模拟量输入模板的参数
图8 S7-400模拟量输入模板的数据记录1的结构
以6ES7 431-7QH00-0AB0 模拟量输入模板为例,程序块SFC55调用:
图9 SFC55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。
参数 | 声明 | 数据类型 | 描述 |
REQ | INPUT | BOOL | REQ=1,写请求,上升沿信号。 |
IOID | INPUT | 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**地址的区域ID。 |
LADDR | INPUT | 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 | INPUT | BYTE | 数据记录号,参考模板数据手册。 |
RECORD | INPUT | ANY | 需要传送的数据记录存放区。 |
RET_VAL | OUTPUT | INT | 故障代码。 |
BUSY | OUTPUT | BOOL | 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measuring type(测量类型),measuring range(测量范围),reference junction(参比接点类型)和reference temperature(参比接点温度)的参数,如下各图所示。
图10 S7-300模板测量方式示意图
图11 S7-300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12 S7-400模板组态图1
图13 S7-400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。比如: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reference temperature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Reference junction 参数 | 说 明 |
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
CPU类型 | 测量方法 | 说 明 |
300CPU | TC-I | 内部补偿 |
TC-E | 外部补偿 | |
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°C | |
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L PIW xxx 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。
接口模板
6ES7151-1AA04-0AB0 标准型接口模块 IM151-1
6ES7151-1AB02-0AB0 ET 200S IM 151 光纤接口模板
6ES7151-1BA02-0AB0 高性能型接口模块 IM151-1
6ES7151-1CA00-0AB0 基本型接口模块 IM151-1
6ES7151-7AB00-0AB0 ET 200S IM 151 带CPU 光纤接口模板
6ES7153-1AA03-0xB0 DP分站接口模块IM153-1 6.6进
6ES7138-4HA00-0AB0 DP-主站模块(for CPU only)
光纤附件
6GK1 901-0FB00-0AA0 单工连接器(100个)
6ES7 195-1BE00-0xA0 插头适配器(50个)
电源模块
6ES7 138-4CA01-0AA0 PM-E DC 24V 用于电子模板
6ES7 138-4CB11-0AB0 PM-E DC 24V 至 AC 120/230V 用于电子模板
6ES7 138-4CF02-0AB0 总线安全型电源管理模块PM-E;24V 直流
电子模块
开关量输入模块
6ES7 131-4BB01-0AA0 2路开关量输入 24VDC 标准 (5块)
6ES7 131-4BB01-0AB0 2路开关量输入 24VDC 高性能 (5块)
6ES7 131-4BD01-0AA0 4路开关量输入 24VDC 标准 (5块)
6ES7 131-4BD01-0AB0 4路开关量输入 24VDC 高性能 (5块)
6ES7 131-4BD51-0AA0 4路开关量源输入 24VDC 标准 (5块)
6ES7 131-4CD00-0AB0 4路开关量输入 UC 24V...48V 带 LED SF (组故障)每包装5个
6ES7 131-4EB00-0AB0 2路开关量输入 120VAC (5块)
6ES7 131-4FB00-0AB0 2路开关量输入 230VAC (5块)
6ES7 131-4RD00-0AB0 4路开关量输入 DC 24V NAMUR 15 MM 宽,带LED SF ,每包装5个
开关量输出模板
6ES7 132-4BB01-0AA0 2路开关量输出 24VDC 0,5A 标准 (5块)
6ES7 132-4BB01-0AB0 2路开关量输出 24VDC 0,5A 高性能 (5块)
6ES7 132-4BD01-0AA0 4路开关量输出 24VDC 0,5A 标准 (5块)
6ES7 132-4BB31-0AA0 2路开关量输出 标准型 直流24V/2A,每包装5个
6ES7 132-4BB31-0AB0 2路高性能型开关量输出 直流24V/2A,每包装5个
6ES7 132-4BD32-0AA0 4路开关量输出 24VDC 2A 标准 (5块)
6ES7 132-4FB01-0AB0 2路开关量输出 交流120/230V,每包装5个
6ES7 132-4HB01-0AB0 2路继电器输出 24VDC/230VAC 5A (5块)
6ES7 132-4HB10-0AB0 2路继电器输出 继电器直流24V-48V/5A,交流24V-230V/5A(5块)
模拟量输入模板
6ES7 134-4FB01-0AB0 2路模拟量输入 电压信号 标准
6ES7 134-4FB51-0AB0 2路高速型模拟量输入 电压 +/-10V;模块周期时间: 1MS
6ES7 134-4LB02-0AB0 2路模拟量输入 电压信号 高性能 (16位)
6ES7 134-4GB01-0AB0 2路模拟量输入 电流信号 标准 2线制
6ES7 134-4GB51-0AB0 2路高速型模拟量输入 I-2线 4 - 20MA;模块周期时间: 1MS,
6ES7 134-4GB11-0AB0 2路模拟量输入 电流信号 标准 4线制
6ES7 134-4GB61-0AB0 2路高速型模拟量输入 I-4线 4 - 20MA;模块周期时间: 1MS
6ES7 134-4MB02-0AB0 2路模拟量输入 电流信号 高性能 (16位) 2线制
6ES7 134-4JB50-0AB0 2路模拟量输入 RTD热电阻信号
6ES7 134-4JB00-0AB0 2路模拟量输入 热电偶信号
6ES7 134-4NB01-0AB0 2路高性能型模拟量输入 热电偶信号,带内部温度补偿
6ES7 134-4NB51-0AB0 2路高性能型模拟量输入 RTD热电阻信号, 带线电阻的内部补偿
模拟量输出模板
6ES7 135-4FB01-0AB0 2路模拟量输出 电压信号 标准
6ES7 135-4GB01-0AB0 2路模拟量输出 电流信号 标准
6ES7 135-4LB02-0AB0 2路模拟量输出 电压信号 高性能 (16位)
6ES7 135-4MB02-0AB0 2路模拟量输出 电留信号 高性能 (16位)
功能模板
6ES7 138-4DA04-0AB0 1个计数器24V/100KHZ
6ES7 138-4DB03-0AB0 SSI **位置检测模板
6ES7 138-4DD00-0AB0 2 Pulse (pulse width modulation, timer)
6ES7 138-4DC00-0AB0 STEP1 步进电机模板
6ES7 138-4DF01-0AB0 1 SI 通讯模板(RS232 RS422 RS485 串行接口)
6ES7 138-4DF11-0AB0 1个 SI 串行接口,单通道,RS232/422,485 MODBUS/USS
6ES7 138-4DL00-0AB0 1 POS-U 定位模板 带数字量输出 用于 5V/24V 增量编码器
6ES7 138-4GA00-0AB0 4 个IQ-SENSE 直流24VC,每包装5个
端子模块
6ES7 193-4CC20-0AA0 TM-P15S23-A1 f. PM//2x3 电源模块螺钉型端子
6ES7 193-4CC30-0AA0 TM-P15C23-A1 f. PM/2x3 电源模块弹簧型端子
6ES7 193-4CD20-0AA0 TM-P15S23-A0 f. PM/2x3 电源模块螺钉型端子
6ES7 193-4CD30-0AA0 TM-P15C23-A0 f. PM/2x3 电源模块弹簧型端子
6ES7 193-4CE00-0AA0 TM-P15S22-01 f. PM/2x2 电源模块 螺钉型端子
6ES7 193-4CE10-0AA0 TM-P15C22-01 f. PM/2x2 电源模块弹簧型端子
6ES7 193-4CA20-0AA0 TM-E15S24-A1 f. EM/2x4 电子模块螺钉型端子 (5块)
6ES7 193-4CA30-0AA0 TM-E15C24-A1 f. EM/2x4 电子模块弹簧型端子 (5块)
6ES7 193-4CB20-0AA0 TM-E15S24-01 f. EM/2x4 电子模块螺钉型端子 (5块)
6ES7 193-4CB30-0AA0 TM-E15C24-01 f. EM/2x4 电子模块弹簧型端子 (5块)
6ES7 193-4CB00-0AA0 TM-E15S23-01 f. EM/2x3 电子模块螺钉型端子 (5块)
6ES7 193-4CB10-0AA0 TM-E15C23-01 f. EM/2x3 电子模块弹簧型端子 (5块)
6ES7 193-4CA40-0AA0 TM-E15S26-A1 für EM/2x6 电子模块螺钉型端子 (5块)
6ES7 193-4CA50-0AA0 TM-E15C26-A1 für EM/2x6 电子模块弹簧型端子 (5块)
6ES7 193-4JA00-0AA0 SIMATIC DP,ET 200S备件终端模块
附件
6ES7 193-4GA00-0AA0 终端模块TM-P和TM-E,电源导轨 3 x 10 MM,每包5个
6ES7 193-4GB00-0AA0 终端元件,用于绞线屏蔽与电源导轨的连接,每包5个
ET200M:
6ES7 153-1AA03-0xB0 IM153-1接口模块
6ES7 153-2BA01-0xB0 IM153-2接口模块高性能型(**多连接8个模块)
6ES7 153-2BA02-0xB0 IM153-3接口模块高性能型(**多连接12个模块)
6ES7 153-2AR02-0xA0 IM153冗余套件高性能型2个153-2和1个IM/IM总线模板
6ES7 153-2BB00-0xB0 IM153-2光纤接口模块
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