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更新時間：2020-07-21 11:08:47瀏覽次數(shù)：105
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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(fù)極性的，所以需要確保這些導(dǎo)線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差
為了保證熱電偶可靠、地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補償導(dǎo)線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 熱電偶對于外界的比較，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 |
| 的性質(zhì) | 電阻 | 電壓 |
| 測量范圍 | 低溫檢測 | 高溫檢測 |
| 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 | 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 | 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(yīng)熱電偶類型
3. 熱電偶的補償接線
3.1 補償
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。若測量時冷端的溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)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?br style="margin: 0px; padding: 0px;" />由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，成本可以用補償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較的控制室內(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，使熱電偶的冷端到控制室的儀表端子上，它本身并不能冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正來補償冷端溫度變化造成的影響，補償見下表。
| 溫度補償 | 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(jìn)行補償，再由模板進(jìn)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(jìn)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(jìn)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
3.2各補償接線
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。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) |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個（4種類型，同通道組必須相同） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個（1種類型，同通道組必須相同） | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個（8種類型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 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。
3.2.2 外部補償—補償盒
補償盒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(biāo)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(fù)的補償電壓疊加到測量電勢差上，從而達(dá)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 | 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℃ | |
圖 1 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟
（ 1 ）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求
a ．被控對象就是受控的機械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。
b ．控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。
（ 2 ）確定 I/O 設(shè)備
根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。
（ 3 ）選擇合適的 PLC 類型
根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。
（ 4 ）分配 I/O 點
分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入 / 輸出分配表或者畫出輸入 / 輸出端子的接線圖。接著九可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。
（ 5 ）設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序
根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。
（ 6 ）將程序輸入 PLC
當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。
（ 7 ）進(jìn)行軟件測試
程序輸入 PLC 后，應(yīng)*行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。
（ 8 ）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試
在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可*行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。
（ 9 ）編制技術(shù)文件
系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。
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(fù)極性的，所以需要確保這些導(dǎo)線連接到正確的極性，否則將會造成明顯的測量誤差
為了保證熱電偶可靠、地工作，安裝要求如下：
① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補償導(dǎo)線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 熱電偶對于外界的比較，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 |
| 的性質(zhì) | 電阻 | 電壓 |
| 測量范圍 | 低溫檢測 | 高溫檢測 |
| 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 | 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 | 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(yīng)熱電偶類型
3. 熱電偶的補償接線
3.1 補償
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。若測量時冷端的溫度變化，將嚴(yán)重影響測量的準(zhǔn)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?br style="margin: 0px; padding: 0px;" />由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用時），而測溫點到控制儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，成本可以用補償導(dǎo)線延伸冷端到溫度比較的控制室內(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，使熱電偶的冷端到控制室的儀表端子上，它本身并不能冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正來補償冷端溫度變化造成的影響，補償見下表。
| 溫度補償 | 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(jìn)行補償，再由模板進(jìn)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(jìn)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(jìn)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
3.2各補償接線
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。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) |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個（4種類型，同通道組必須相同） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個（1種類型，同通道組必須相同） | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個（8種類型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 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。
3.2.2 外部補償—補償盒
補償盒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(biāo)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(fù)的補償電壓疊加到測量電勢差上，從而達(dá)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 | 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 | ||
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