溫度信號採集

溫度信號採集

溫度是過程控制系統中重要的被控變數之一,工業現場通常採用非接觸式測溫方式,而檢測方式包括熱膨脹原理法、壓力溫度原理法、熱效應法、熱電阻原理法及熱輻射原理法等,其中熱電阻原理法是最成熟的方法之一,它的測溫原理是根據導體或者半導體的電阻值隨溫度變化的性質,將電阻值的變化用顯示儀表反映出來,從而達到測溫目的。為了使PLC實現對溫度信號的數位化處理與自動控制,引用熱電阻式、熱電偶式等不同類型溫度計的溫度模擬輸入單元,它能將各種溫度計轉換出的模擬信號在用戶任意設定的量程內線性轉換成數字量,並按工程單位重新標定為百分比型數據後,保存到PLC的相應存儲字內。

信號採集

數位訊號的採樣

數位訊號的獲取採用採樣方式,即輸入鎖存器在時鐘的跳變沿表示的時刻上,採集(鎖存)輸入的數位訊號。數據採集電路由電平判別、輸入鎖存和採樣時鐘組成。一個數位訊號常常是由多路構成,每路輸入數據在經過電平判別電路以後,在採樣時鐘沿的作用下,以數據碼0、1形式同時存入輸入鎖存器中。通過採樣後獲取到的數位訊號,是以離散時間作為自變數還是以事件作為自自變數,要取決於採樣時鐘的選取。

採樣後的存儲數據與原來的輸入信號主要有以下兩點不同:
(1)幅度上的差別:由於信號的採樣是對電平判別後的輸出信號進行採樣,因此它只反映信號的高、低兩種邏輯電平,而不反映原輸入信號幅度的實際大小。

(2)時間上的差別:採樣後的輸出波形,只能在選擇的時鐘作用沿上進行採樣,而對兩個時鐘作用沿之間的波形變化不予理睬。因此,輸入波形與判別電平相交的時刻並不嚴格等於鎖存與顯示信號電平跳變的時刻。

同步採樣

同步採樣是與被測系統的工作節拍同步地進行採樣,它是利用被測系統的時鐘或表征某事件出現的信號作為採樣的時鐘。這個從被測對象取得的時鐘,對邏輯分析儀來說是外時鐘。外時鐘可以作是等時間間隔的,也可以是非等時間間隔的。同步採樣充分體現了數據域測試的特點,即顯示的數據流不是以時間為自變數,而是以事件序列為自變數,它對於分析被測系統邏輯狀態特別有用。

異步採樣

採樣時鐘如果與被測系統沒有同步關係,則成為異步採樣。異步採樣通常是利用邏輯分析儀內部的採樣時鐘,等時間間隔地採集出離散的數據,顯示的數據波形是以時間為自變數。如果採樣的內時鐘頻率選擇恰當,即採樣時間分辨力足夠高,顯示器上顯示的圖形就能反映信號的電平隨時間的變化,但是如果內時鐘頻率選擇不當,採樣後的波形就會嚴重失真。通常選擇內時鐘頻率為被測信號頻率的5~10倍。

採集方法

一般溫度測量技術

(1)常用的各種溫度計;

(2)熱電偶溫度感測器;

(3)其他熱敏元件。

溫度測量有直接記錄和遙測技術,有自動紙帶記錄和計算機存貯、讀出及列印系統。

紅外信號採集技術

根據紅外光譜輻射原理製成的紅外探測器可以很靈敏的把輻射信息轉變成人可以識別的信號,由於紅外輻射可以產生熱效應和光電效應,因此目前的紅外探測器有熱敏探測器和光子探測器。

(1)紅外溫度檢測。用紅外探測器檢測溫度不接觸物體、不影響被測的溫度場、快速、靈敏、測溫範圍寬,已成功地用於工具機主軸箱熱變形診斷、金屬膠接結構的熱特性研究、磨削溫度檢測、火車車軸箱溫度的不停車檢測等。

(2)熱像診斷信號採集。由於紅外光譜人們看不到,因此採取紅外成像技術變紅外光譜為可見光譜,把紅外輻射轉換成可見光而顯示出來。這種技術稱為熱像技術。

CS1W-PTS02單元

CS1W-PTS02,即為隔離式熱電阻溫度計輸入單元,它能將各種溫度計轉換出的模擬量信號(電阻、電壓信號等)在用戶任意設定的量程內線性轉換成數字量,並按工程單位重新標定為百分比型數據後,保存到PLC的相應存儲字內。

主要技術指標

(1)溫度感測器輸入信號路數:4路。

(2)溫度感測器類型:鉑電阻Pt100或JPt100。

(3)與CPU交換數據區:若為特殊I/O單元的CIO區,則10個字/單元,存儲熱電阻溫度計傳送至CPU的數據,包括測量值、報警值(下下限、下限、上限、上上限)、偏差、偏差報警,斷線報警等數據;若為特殊I/O單元的DM參數區,則100個字/單元,存儲CPU傳送至熱電阻溫度計的數據,包括感測器類型、輸入信號範圍、測量值標定值、測量值報警上下限、偏差報警設定,零點/量程調整值等數據。

(4)輸入信號範圍:設定2個輸入信號的測量範圍。

(5)按工業單位標定:存儲於CIO區的數據必須在量程內按比例標定,設定的量程最小值及最大值分別保存為0%和100%。

(6)CIO區的數據存儲:實際測量值經過①均值處理②標定③零點/量程調整④輸出界限,將最終結果以4位十六進制形式保存在CIO區的相應字中。

(7)精度(25℃):取兩者中大者,內置滿量程的±0.1%或0.1℃,計算公式為:精度=±0.1%×單元內置量程/用戶設定的輸入量程。

(8)溫度係數:±0.015%℃(適合於5個內置的量程)。

(9)解析度內置滿量程的1/4096,計算公式為:解析度=(1/4096)*單元內置量程/用戶設定的輸入量程。

(10)感測器接線方式:3線制。

(11)允許導線電阻:20Ω/線。

(12)功率消耗:在5VDC,120mA以下;在26VDC,90mA以下。

(13)隔離措置:在溫度輸入信號間及輸入端子與PLC間都採用光耦合器。

(14)回響時間:0.5s。

(15)轉換時間:100ms/4輸入。

(16)單元的最大數量:80(供電單元允許條件下)。

(17)安裝位置:CS系列CPU機架或CS系列擴展機架(不能安裝在C200H擴展I/O機架或SYSMAC BUS從站機架上)。

(18)單元功能:①均值處理②測量值報警③偏差計算④偏差報警。

(19)輸入斷線檢測:檢測斷線並將斷線檢測標誌為“ON”,硬體檢測時間約為1s,當測量值超限(通常指超過上限的15%或低於下限的15%)時,也會設定斷線標誌“ON”。

輸入量程設定

(1)熱電阻類型:Pt100;DM區通道設定值:0;輸入測量範圍:-200~850℃;

(2)熱電阻類型:JPt100;DM區通道設定值:1;輸入測量範圍:-200~500℃.

內置輸入量程

(1)內置輸入範圍號:0;測量溫度範圍:-200~850℃;量程:1050℃;

(2)內置輸入範圍號:1;測量溫度範圍:-200~438℃;量程:638℃;

(3)內置輸入範圍號:2;測量溫度範圍:-200~211℃;量程:411℃;

(4)內置輸入範圍號:3;測量溫度範圍:-100~8104℃;量程:204℃;

(5)內置輸入範圍號:4;測量溫度範圍:-51~52℃;量程:103℃。

工作原理

PTS02單元最多可以配4路Pt100或JPt100熱電阻溫度計接入該單元,將溫度信號轉換後傳送至CPU,並以4為十六進制數形式保存在DM區中,單元對每一路信號可以分別設定以下主要功能處理:

(1)可變的輸入信號量程設定功能;

(2)工程量標定的功能;

(3)測量值的報警功能(2或4個報警點);

(4)測量值偏差計算及報警功能;

(5)報警滯後功能;

(6)延遲報警功能;

(7)均值處理功能;

(8)輸入斷線檢測功能;

(9)零點/量程調整功能。

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