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温度信號採集

鎖定
温度是過程控制系統中重要的被控變量之一,工業現場通常採用非接觸式測温方式,而檢測方式包括熱膨脹原理法、壓力温度原理法、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,它的測温原理是根據導體或者半導體的電阻值隨温度變化的性質,將電阻值的變化用顯示儀表反映出來,從而達到測温目的。為了使PLC實現對温度信號的數字化處理與自動控制,引用熱電阻式、熱電偶式等不同類型温度計的温度模擬輸入單元,它能將各種温度計轉換出的模擬信號在用户任意設置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。
中文名
温度信號採集
外文名
Temperature signal acquisition
測温方式1
熱膨脹、壓力温度、熱效應法
測温方式2
熱電阻原理法及熱輻射原理法
典型代表
CS1W-PTS02
應用學科
温度測試技術及儀表

温度信號採集信號採集

温度信號採集數字信號的採樣

數字信號的獲取採用採樣方式,即輸入鎖存器時鐘的跳變沿表示的時刻上,採集(鎖存)輸入的數字信號。數據採集電路由電平判別、輸入鎖存和採樣時鐘組成。一個數字信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字信號,是以離散時間作為自變量還是以事件作為自自變量,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。 [1] 

温度信號採集同步採樣

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徵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,對邏輯分析儀來説是外時鐘。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量,而是以事件序列為自變量,它對於分析被測系統邏輯狀態特別有用。 [1] 

温度信號採集異步採樣

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量。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。 [1] 

温度信號採集採集方法

温度信號採集一般温度測量技術

(1)常用的各種温度計;
(2)熱電偶温度傳感器
(3)其他熱敏元件
温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、讀出及打印系統。 [2] 

温度信號採集紅外信號採集技術

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光電效應,因此紅外探測器有熱敏探測器和光子探測器。
(1)紅外温度檢測。用紅外探測器檢測温度不接觸物體、不影響被測的温度場、快速、靈敏、測温範圍寬,已成功地用於機牀主軸箱熱變形診斷、金屬膠接結構的熱特性研究、磨削温度檢測、火車車軸箱温度的不停車檢測等。
(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。 [2] 

温度信號採集CS1W-PTS02單元

CS1W-PTS02,即為隔離式熱電阻温度計輸入單元,它能將各種温度計轉換出的模擬量信號(電阻、電壓信號等)在用户任意設置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。 [3] 

温度信號採集主要技術指標

(1)温度傳感器輸入信號路數:4路。
(2)温度傳感器類型: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,存儲熱電阻温度計傳送至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傳送至熱電阻温度計的數據,包括傳感器類型、輸入信號範圍、測量值標定值、測量值報警上下限、偏差報警設置,零點/量程調整值等數據。
(4)輸入信號範圍:設置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,設置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/用户設置的輸入量程。
(8)温度係數:±0.015%℃(適合於5個內置的量程)。
(9)分辨率內置滿量程的1/4096,計算公式為:分辨率=(1/4096)*單元內置量程/用户設置的輸入量程。
(10)傳感器接線方式: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:在温度輸入信號間及輸入端子與PLC間都採用光耦合器。
(14)響應時間: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”,硬件檢測時間約為1s,當測量值超限(通常指超過上限的15%或低於下限的15%)時,也會設置斷線標誌“ON”。 [3] 

温度信號採集輸入量程設置

(1)熱電阻類型:Pt100;DM區通道設置值:0;輸入測量範圍:-200~850℃;
(2)熱電阻類型:JPt100;DM區通道設置值:1;輸入測量範圍:-200~500℃. [3] 

温度信號採集內置輸入量程

(1)內置輸入範圍號:0;測量温度範圍:-200~850℃;量程:1050℃;
(2)內置輸入範圍號:1;測量温度範圍:-200~438℃;量程:638℃;
(3)內置輸入範圍號:2;測量温度範圍:-200~211℃;量程:411℃;
(4)內置輸入範圍號:3;測量温度範圍:-100~8104℃;量程:204℃;
(5)內置輸入範圍號:4;測量温度範圍:-51~52℃;量程:103℃。 [3] 

温度信號採集工作原理

PTS02單元最多可以配4路Pt100或JPt100熱電阻温度計接入該單元,將温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置以下主要功能處理:
(1)可變的輸入信號量程設置功能;
(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。 [3] 
參考資料
  • 1.    詹惠琴,古天祥,習友寶編著.電子測量原理.北京:機械工業出版社,2015:282-283
  • 2.    機械設計手冊編委會.機械設計手冊 單行本 失效分析和故障診斷 (第四版).北京:機械工業出版社,2007:80-80
  • 3.    曹輝,霍罡編著.可編程序控制過程控制技術.北京:機械工業出版社,2006:44-52