化工儀器網(wǎng)
詳細(xì)介紹
那里有賣西門子CPU317-2PN/DP
 | 6ES7317-2EK14-0AB0 SIMATIC S7-300 CPU 317-2 PN/DP， 中央處理器，帶 1MB 主存儲(chǔ)器， 1 個(gè) MPI/DP 12MBit/s 接口， 2 個(gè) 以太網(wǎng) PROFINET 接口， 帶雙端口交換機(jī)， 需要微型存儲(chǔ)卡 |
西門子將展示其不斷完善的數(shù)字化企業(yè)解決方案，致力于實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”愿景，即第四次工業(yè)革命。“憑借一系列協(xié)同解決方案，我們?yōu)檫@種轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了技術(shù)上的先決條件。通過實(shí)施數(shù)字化企業(yè)解決方案，用戶和客戶現(xiàn)在可以充分挖掘‘工業(yè)4.0’所帶來的全部潛力。”西門子股份公司管理委員會(huì)成員何睿祺（Klaus Helmrich）在4月23日的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)新聞發(fā)布會(huì)上表示。西門子在位于9號(hào)展廳D35展位3,500平方米的展臺(tái)上，以“實(shí)現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)——正當(dāng)時(shí)！”為主題，展示了不同規(guī)模的企業(yè)該如何利用多個(gè)針對(duì)行業(yè)的數(shù)字化企業(yè)解決方案，來確保獲得真正的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。“通過我們的數(shù)字化企業(yè)產(chǎn)品和解決方案，我們的客戶已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了更高的靈活性、更短的產(chǎn)品上市時(shí)間、更高的生產(chǎn)效率以及更好的產(chǎn)品質(zhì)量——而且這些都是在不中斷運(yùn)營的情況下同步實(shí)現(xiàn)的。因此，我們的客戶就是西門子數(shù)字化企業(yè)解決方案能夠?yàn)殡x散型工業(yè)和過程工業(yè)帶來優(yōu)勢(shì)與附加價(jià)值的優(yōu)秀證明。”何睿祺表示。
西門子股份公司管理委員會(huì)成員何睿祺（Klaus Helmrich）在4月23日的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)新聞發(fā)布會(huì)上講話
展會(huì)的亮點(diǎn)集中在數(shù)字化企業(yè)解決方案的進(jìn)一步拓展——在設(shè)計(jì)、制造過程和架構(gòu)領(lǐng)域，西門子可提供更為靈活的解決方案。其中包括數(shù)字化雙胞胎解決方案。此解決方案與西門子優(yōu)秀的自動(dòng)化產(chǎn)品組合，以及基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere共同創(chuàng)造了覆蓋生產(chǎn)全價(jià)值鏈的數(shù)字虛擬模型。與MindSphere的互聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新商業(yè)模式的基礎(chǔ)之一。“通過建立MindSphere World，我們與客戶及合作伙伴共同邁出了拓展MindSphere生態(tài)系統(tǒng)的新一步。對(duì)我們的客戶來說，西門子的MindSphere物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)提供了設(shè)備互聯(lián)和數(shù)據(jù)分析的新維度。此外，我也很高興MindSphere World管理委員會(huì)已經(jīng)批準(zhǔn)了16個(gè)新候選機(jī)構(gòu)的加入申請(qǐng)。”何睿祺表示。
西門子股份公司總裁兼*執(zhí)行官凱颯（Joe Kaeser）向德國總理默克爾和墨西哥總統(tǒng)培尼亞贈(zèng)送運(yùn)用西門子技術(shù)制造的運(yùn)動(dòng)鞋
在本次漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，西門子還將展示其在云應(yīng)用開發(fā)方面的創(chuàng)新。西門子將與客戶和合作伙伴一起，在MindSphere體驗(yàn)區(qū)展示MindSphere 3.0版本的新更新與應(yīng)用程序。此外，作為MindSphere Open Space Challenge（MindSphere開放空間挑戰(zhàn)）的一部分，外部開發(fā)者與初創(chuàng)公司將攜手進(jìn)行開放式合作，共同創(chuàng)造基于MindSphere的新型客戶解決方案和商業(yè)模式。
西門子在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上還展示了面向未來的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用——例如，Siemens Industrial Edge概念，這一邊緣計(jì)算解決方案可以使用戶*控制數(shù)據(jù)，并從其擴(kuò)展功能和出色的現(xiàn)場(chǎng)性能中獲益。在增材制造領(lǐng)域，西門子展示了其無縫集成的產(chǎn)品組合和西門子增材制造網(wǎng)絡(luò)。在西門子增材制造網(wǎng)絡(luò)這一線上市場(chǎng)中，供應(yīng)商、3D打印解決方案的現(xiàn)有及潛在用戶等不同參與者都可以建立并確定商業(yè)伙伴關(guān)系。
西門子2018年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)展臺(tái)
在數(shù)字化時(shí)代，確保足夠的網(wǎng)絡(luò)信息安全水平是保護(hù)敏感數(shù)據(jù)的前提。西門子正在持續(xù)推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)信息安全的發(fā)展?；?ldquo;深度防御”理念，西門子為工業(yè)領(lǐng)域提供廣泛的產(chǎn)品和服務(wù)組合，其中包括工廠和網(wǎng)絡(luò)安全以及系統(tǒng)完整性。
在2018年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，西門子以汽車工業(yè)為例，說明了數(shù)字化如何能夠提升設(shè)計(jì)的靈活性和汽車制造的效率。數(shù)字化企業(yè)解決方案能提供獲得這些益處的手段。這包括充分整合生產(chǎn)的各個(gè)階段并建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，覆蓋汽車設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、汽車實(shí)際制造執(zhí)行，以及后續(xù)服務(wù)提供等階段。解決方案既適用于新建的生產(chǎn)工廠，也適用于現(xiàn)有工廠的升級(jí)，尤其對(duì)于添加了電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)線而言。
西門子2018年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)展臺(tái)
過程工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)全面展開。在這方面，西門子能夠?yàn)槠髽I(yè)提供包括一體化硬件和軟件的解決方案，從而使任何規(guī)模的公司都能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化。在西門子的展臺(tái)上，參觀者可以了解到多樂士（Dulux）如何使用西門子的數(shù)字化解決方案成功成為一家數(shù)字化涂料工廠。一個(gè)真實(shí)工廠的虛擬模型，即“數(shù)字化雙胞胎”，可以為多樂士這樣的工廠運(yùn)營商提供足夠的靈活性，以快速響應(yīng)迅速變化的市場(chǎng)需求，比如生產(chǎn)季節(jié)流行的油漆顏色或進(jìn)行小批量生產(chǎn)。
航空航天行業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面一直處于優(yōu)秀。該行業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，只有顯著提高生產(chǎn)率才能滿足。這就需要通過提高自動(dòng)化程度并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工具和工作流程的端到端集成。依靠西門子數(shù)字化企業(yè)解決方案，中小型企業(yè)以及大型企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在這些領(lǐng)域的提升，從而確保其競(jìng)爭(zhēng)力。日益提高的靈活性使高效制造日趨多樣化的模型成為可能，即使這些模型批量較小。在2018年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，西門子正通過具體的案例來展示公司在此方面的能力。那里有賣西門子CPU317-2PN/DP
西門子MM4系列變頻器都集成了串行接口，支持USS通信協(xié)議，通過USS協(xié)議可以對(duì)變頻器進(jìn)行控制和讀寫變頻器參數(shù)。使用S7-300PLC有以下兩種通訊方案：
1. 按照USS協(xié)議要求編寫通訊報(bào)文，計(jì)算BCC校驗(yàn)，適用于從站數(shù)量比較少，較簡(jiǎn)單的應(yīng)用；
2. 采用DriveES SIMATIC軟件提供的S7-300庫程序，自動(dòng)生成從站輪詢表程序，適用于從站數(shù)量比較多，較復(fù)雜的應(yīng)用。
本文主要介紹通過*種方案實(shí)現(xiàn)CPU314-2PtP與MM440的USS通訊。使用S7-300編寫USS通訊程序分為以下幾個(gè)步驟：
1. 依據(jù)USS協(xié)議編寫報(bào)文；
2. 使用S7-300提供的串口數(shù)據(jù)發(fā)送程序發(fā)送USS報(bào)文；
3. 使用S7-300提供的串口數(shù)據(jù)接收程序接收USS報(bào)文；
4. 依據(jù)USS協(xié)議分析接收到的報(bào)文。
本文根據(jù)這4個(gè)步驟編寫了如下內(nèi)容：第1節(jié)簡(jiǎn)單介紹USS協(xié)議內(nèi)容，了解USS協(xié)議報(bào)文格式；第2節(jié)根據(jù)USS協(xié)議列舉了4條報(bào)文；第3節(jié)介紹PLC和變頻器USS通訊的硬件組態(tài)；第4節(jié)介紹通過調(diào)用PLC中的發(fā)送和接收功能塊實(shí)現(xiàn)USS協(xié)議報(bào)文的發(fā)送和接收。
1 USS協(xié)議介紹
USS協(xié)議是西門子專為驅(qū)動(dòng)裝置開發(fā)的通信協(xié)議。USS的工作機(jī)制是，通信是由主站發(fā)起，USS主站不斷循環(huán)輪詢各個(gè)從站，從站根據(jù)收到的指令，決定是否響應(yīng)主站。從站不會(huì)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)。從站在以下條件滿足時(shí)應(yīng)答主站：接收到主站報(bào)文沒有錯(cuò)誤，并且本從站在接收到主站的報(bào)文中被尋址，上述條件不滿足或者主站發(fā)出的是廣播報(bào)文，從站不會(huì)做任何響應(yīng)。USS的字符傳輸格式為11位，其中1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1偶校驗(yàn)、1位停止位。如下表所示：
| 起始位 | 數(shù)據(jù)位 | 校驗(yàn)位 | 停止位 | |||||||
| 1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 偶X1 | 1 |
| LSB | MSB | |||||||||
USS字符幀結(jié)構(gòu)
USS協(xié)議的報(bào)文由一連串的字符組成，協(xié)議中定義了它們的功能，如下表所示：
| STX | LGE | ADR | 有效據(jù)區(qū) | BCC | ||||
| 1 | 2 | 3 | … | n | ||||
USS報(bào)文結(jié)構(gòu)
? STX：長(zhǎng)度1個(gè)字節(jié)，總是為02（Hex），表示一條信息的開始；
? LGE：長(zhǎng)度1個(gè)字節(jié)，表明在LGE后字節(jié)的數(shù)量，上表中黃色區(qū)域長(zhǎng)度；
? ADR：長(zhǎng)度1個(gè)字節(jié)，表明從站地址；
? BCC：長(zhǎng)度1個(gè)字節(jié)，異或校驗(yàn)和，USS報(bào)文中BCC前面所有字節(jié)異或運(yùn)算的結(jié)果；
? 有效數(shù)據(jù)區(qū)：由PKW區(qū)和PZD區(qū)組成，如下表所示。
| PKW區(qū) | PZD區(qū) | ||||||||
| PKE | IND | PWE1 | PWE2 | … | PWEm | PZD1 | PZD2 | PZD1 | PZDn |
USS有效數(shù)據(jù)區(qū)
PKW區(qū)用于主站讀寫從站變頻器參數(shù)：
? PKE：長(zhǎng)度一個(gè)字,結(jié)構(gòu)如下表，任務(wù)或應(yīng)答ID請(qǐng)參考《MM440使用大全》第13章。
Bit15- Bit 12 Bit 11 Bit 10-Bit 0
| Bit15- Bit 12 | Bit 11 | Bit 10-Bit 0 |
| 任務(wù)或應(yīng)答ID | 0 | 基本參數(shù)號(hào)PNU |
PKW結(jié)構(gòu)
變頻器參數(shù)號(hào)<2000時(shí)，基本參數(shù)號(hào)PNU=變頻器參數(shù)號(hào)，例如P700的基本參數(shù)號(hào)PNU=2BC（Hex）（700（Dec）=2BC（Hex））。
變頻器參數(shù)號(hào)>=2000時(shí)，基本參數(shù)號(hào)PNU=變頻器參數(shù)號(hào)-2000（Dec），例如P2155的基本參數(shù)號(hào)PNU=9B（Hex）（2155-2000=155（Dec）=9B（Hex））。
? IND：長(zhǎng)度一個(gè)字，結(jié)構(gòu)如下表。
| Bit15- Bit 12 | Bit 11- Bit 8 | Bit 7 - Bit 0 |
| PNU擴(kuò)展 | 0（Hex） | 參數(shù)下標(biāo) |
IND結(jié)構(gòu)
變頻器參數(shù)號(hào)<2000時(shí)，PNU擴(kuò)展=0（Hex）。
變頻器參數(shù)號(hào)>=2000時(shí)，PNU擴(kuò)展=8（Hex）。
參數(shù)下標(biāo)，例如P2155[2]中括號(hào)中的2表示參數(shù)下標(biāo)為2。
? PWE：讀取或?qū)懭雲(yún)?shù)的數(shù)值
PZD區(qū)用于主站與從站交換過程值數(shù)據(jù)：
? PZD1： 主站?從站 控制字
主站?從站 狀態(tài)字
? PZD2： 主站?從站 速度設(shè)定值
主站?從站 速度反饋值
? PZDn： MM430/440支持多8個(gè)PZD，MM420支持多4個(gè)PZD
根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和驅(qū)動(dòng)裝置的不同，PKW和PZD區(qū)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不是固定的，可以通過P2012、P2013 設(shè)置。本例采用4PKW，2PZD報(bào)文格式。
2 USS協(xié)議報(bào)文定義
本文通過發(fā)送4個(gè)不同功能的報(bào)文來演示自定義USS報(bào)文的方法，USS協(xié)議詳細(xì)說明請(qǐng)參照《MM440使用大全》第13章。
例1．把參數(shù)P2155[2]的數(shù)值修改為40.00Hz
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 30 | 9B | 80 | 2 | 42 | 20 | 0 | 0 | 4 | 7E | 0 | 0 | 3C |
| 應(yīng)答報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 20 | 9B | 80 | 2 | 42 | 20 | 0 | 0 | FB | 31 | 0 | 0 | 9C |
報(bào)文解釋：
| STX | Byte1 | 起始字符 |
| LGE | Byte2 | 報(bào)文長(zhǎng)度（字節(jié)3到字節(jié)16共14個(gè)字節(jié)） |
| ADR | Byte3 | 從站地址 |
| PKW | Byte4-5 | PKE內(nèi)容： |
| Bit15- Bit 12（任務(wù)ID） =3（Hex），修改參數(shù)數(shù)值雙字 | ||
| Bit15- Bit 12（應(yīng)答ID） =2（Hex），傳送參數(shù)數(shù)值雙字 | ||
| Bit10- Bit 0（基本參數(shù)號(hào)PUN）=2155-2000（Dec）=9B（Hex） | ||
| Byte6-7 | IND內(nèi)容： | |
| Bit15- Bit 12（PNU擴(kuò)展） =8（Hex），參數(shù)號(hào)大于2000 | ||
| Bit7- Bit 0（參數(shù)下標(biāo)）=2（Hex），P2155[2] | ||
| Byte8-11 | 參數(shù)值，42 20 00 00（Hex）=40.0（浮點(diǎn)數(shù)） | |
| PZD | Byte12-13 | PZD1 |
| Byte14-15 | PZD2 | |
| BCC | Byte16 | 異或校驗(yàn)和 |
注：黃色標(biāo)記表示應(yīng)答報(bào)文中的內(nèi)容
例2．讀取參數(shù)P0700[0]的數(shù)值
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 12 | BC | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 7E | 0 | 0 | D9 |
| 應(yīng)答報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 12 | BC | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 5 | FB | 31 | 0 | 0 | 6C |
報(bào)文解釋：
| STX | Byte1 | 起始字符 |
| LGE | Byte2 | 報(bào)文長(zhǎng)度（字節(jié)3到字節(jié)16共14個(gè)字節(jié)） |
| ADR | Byte3 | 從站地址 |
| PKW | Byte4-5 | PKE內(nèi)容： |
| Bit15- Bit 12（任務(wù)ID） =1（Hex），讀取參數(shù)數(shù)值 | ||
| Bit15- Bit 12（應(yīng)答ID） =1（Hex），傳送參數(shù)數(shù)值單字 | ||
| Bit10- Bit 0（基本參數(shù)號(hào)PUN）=700（Dec）=2BC（Hex） | ||
| Byte6-7 | IND內(nèi)容： | |
| Bit15- Bit 12（PNU擴(kuò)展） =0（Hex），參數(shù)號(hào)小于2000 | ||
| Bit7- Bit 0（參數(shù)下標(biāo)）=0（Hex），P700[0] | ||
| Byte8-11 | 參數(shù)值，5（Hex）=5（Dec） | |
| PZD | Byte12-13 | PZD1 |
| Byte14-15 | PZD2 | |
| BCC | Byte16 | 異或校驗(yàn)和 |
注：黃色標(biāo)記表示應(yīng)答報(bào)文中的內(nèi)容
例3．不需要讀寫參數(shù)只發(fā)送停止變頻器報(bào)文
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 7E | 0 | 0 | 77 |
| 應(yīng)答報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | FB | 31 | 0 | 0 | C7 |
例4．不需要讀寫參數(shù)只送啟動(dòng)變頻器、設(shè)定頻率50Hz報(bào)文
| 字節(jié)數(shù) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 發(fā)送報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 4 | 7F | 40 | 0 | 36 |
| 應(yīng)答報(bào)文 | 2 | 0E | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | FF | 34 | 3F | FF | 6 |
例3、4報(bào)文比較簡(jiǎn)單只需要定義PZD中的內(nèi)容，PKW區(qū)內(nèi)容可以設(shè)置為0。
請(qǐng)注意：如果按照以上4個(gè)例子發(fā)送報(bào)文可能會(huì)收到與例子中不一樣的應(yīng)答報(bào)文，這并不代表報(bào)文存在問題，可能由于變頻器狀態(tài)不同或參數(shù)設(shè)置不同造成。例子報(bào)文中已經(jīng)計(jì)算了BCC校驗(yàn)的值，如果使用其他的報(bào)文需要自己計(jì)算BCC校驗(yàn)。
3 硬件組態(tài)
MM4系列變頻器提供的串行接口為RS485接口，S7-300 PLC有3種通訊模塊支持RS485接口：
1. 采用帶有集成RS485接口的CPU例如CPU31X-2PtP；
2. RS485接口的CP340通訊模塊；
3. RS485接口的CP341通訊模塊；
以上三種模塊都可以通過下表中的接線方式與MM4變頻器連接，本文中采用1臺(tái)CPU314-2PtP與1臺(tái)MM440通訊。
| 信號(hào) | CPU314-2PtP | MM430/MM440 | MM420 |
| RS485接口針腳 | 端子 | 端子 | |
| P+ | 11 | 29 | 14 |
| N- | 4 | 30 | 15 |
S7-300 RS485接口與MM440 USS接線
3.1 PLC硬件組態(tài)
1) 首先打開STEP7新建項(xiàng)目并插入CPU314-2PtP。
2) 雙擊CPU314-2PtP的X2端口PtP，打開PTP屬性對(duì)話框General欄，Protocol復(fù)選框中選擇“ASCII”協(xié)議。
3) Addresses欄中記錄起始地址“1023”，在后面的編程中使用。
4) Transfer欄中設(shè)置通訊速率“9600bps”，報(bào)文格式：“8”位數(shù)據(jù)位，“1”位停止位，“Even”偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)流控制選擇“None”。
5) End Delimiter欄中設(shè)置接收?qǐng)?bào)文結(jié)束方式“After character delay time elapses”利用兩個(gè)報(bào)文的間隔時(shí)間來判斷報(bào)文是否結(jié)束，并設(shè)置字符延時(shí)時(shí)間“4ms”（該時(shí)間可使用默認(rèn)設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置時(shí)間隨通訊速率不同時(shí)間也不同）。
1.1 熱電偶的工作原理
熱電偶和熱電阻一樣，都是用來測(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，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，利用溫差電勢(shì)原理來測(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：
① 組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；
② 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；
③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由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(duì)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(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)來測(cè)量 | 基于熱電效應(yīng)來測(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 | 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(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 |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0（8點(diǎn)） | E,J,K,L,N |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0（2點(diǎn)） | E,J,K,L,N | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0（8點(diǎn)） | B,C,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0（8點(diǎn)） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0（16點(diǎn)） | B,E,J,K,L,N,R,S,T,U | |
| 6ES7 431-7KF00-0AB0（8點(diǎn)） | 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(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?br />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)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(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 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，或通過補(bǔ)償導(dǎo)線間接的連接到輸入端。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) |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個(gè)（4種類型，同通道組必須相同） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個(gè)（1種類型，同通道組必須相同） | |
| 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個(gè)（8種類型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 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。
3.2.2 外部補(bǔ)償—補(bǔ)償盒
補(bǔ)償盒方式是通過補(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 | 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(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) |
| S7-300 | 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 多8個(gè)（同類型） |
| 6ES7 331-7KB02-0AB0 | 多2個(gè)（同類型） | |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多8個(gè)（類型可不同） |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 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：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) |
| S7-300 | 6ES7 331-7PF11-0AB0 | 多8個(gè)（同類型） |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多6個(gè)（同類型） |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多14個(gè)（同類型） |
表8 支持熱電阻補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(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 | 多8個(gè)（同類型） | 0℃或50℃ |
| S7-400 | 6ES7 431-1KF10-0AB0 | 多8個(gè)（同類型） | -27*℃~327.67℃ |
| 6ES7 431-7QH00-0AB0 | 多16個(gè)（同類型） | -27*℃~327.67℃ | |
| 6ES7 431-7KF00-0AB0 | 多8個(gè)（同類型） | -27*℃~327.67℃ |
表9支持固定溫度補(bǔ)償?shù)哪０寮翱山訜犭娕紓€(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)姆绞健?br />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)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 | |
| SFC55 | STEP7 | ||
| 用于中斷的目標(biāo)CPU | 0 | 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MB100~MB166傳遞到輸入地址為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 |
| REQ | INPUT | BOOL | REQ=1，寫請(qǐng)求，上升沿信號(hào)。 |
| IOID | INPUT | BYTE | 地址區(qū)域的標(biāo)識(shí)號(hào)：外設(shè)輸入=B#16#54； 外設(shè)輸出=B#16#55； 外設(shè)輸入/輸出混合，如果地址相同，為B#16#54，不同則低地址的區(qū)域ID。 |
| LADDR | INPUT | WORD | 模板的邏輯地址（初始地址），如果混合模板，兩個(gè)地址中的較低的一個(gè)。 |
| RECNUM | INPUT | BYTE | 數(shù)據(jù)記錄號(hào)，參考模板數(shù)據(jù)手冊(cè)。 |
| RECORD | INPUT | ANY | 需要傳送的數(shù)據(jù)記錄存放區(qū)。 |
| RET_VAL | OUTPUT | INT | 故障代碼。 |
| BUSY | OUTPUT | BOOL | BUSY=1，寫操作未完成。 |
表11 各參數(shù)的說明
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)選擇與外部補(bǔ)償接線*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
化工儀器網(wǎng)