浅谈PLC专用温度模块对数据的处理方式

在人们的日常生活中，温度是一个避不开的概念，PLC就是为人们的生产活动提供便利而被制造出来的，因此很多PLC都提供了专门的温度模块来方便大家接入热电阻和热电偶信号。像我自己经常遇到的就是PT100，CU50等这样的热电阻型温度传感器，还有一些温度范围更高的热电偶传感器，这些信号可以经过温度变送器直接转换为4-20mA的电流信号，去被PLC采集，也可以使用专门的PLC模块直接接入热电偶或者热电阻信号！4-20mA的标准电流信号，读入PLC中的方法，我在前边的文章中也简单的说了一些，而且很常见，所以本文讨论的是PLC中热电阻和热电偶专用模块数据读入的问题。

上边我说的PT100和CU50，是两种材料的热电阻产品，PT就是铂的化学元素符号，CU就是铜的化学元素符号。PT100就是0度的时候电阻值是100Ω，我自己都经常记混觉得100°的时候电阻值是0Ω，这是错的，热电阻叫热电阻，就是为了更直观，所以PT100这个100就是电阻值。PT100的电阻值和温度之间有一个计算公式，有兴趣的小伙伴可以自己去研究一下。我这里要说的是PT100的电阻值和温度之间不是一个线性关系，0°时电阻100Ω，10°时103.9Ω，20度时107.79欧姆。我前边的文章说模拟量转换的时候PLC侧和传感器侧为了方便快速的计算出来，要求两边都是直线线性的，这里PT100的温度促使电阻值变化，显然是没有办法做成直线线性了，因此才需要温度变送器或者PLC的特殊温度模块来采集这些信号。

下边就来看一下几种PLC中温度模块中温度和数值之间的关系，大家应该能看出一个明显的特点。

首先来看一下三菱PLC中FX2N中的温度模块，温度和数据关系：

FX2N-PT100温度数据

这个图是FX2N的PT温度模块读取PT100热电阻时的数据。从这个图可以看到温度是600°C的时候，这个模块输出给CPU的数值是6000；温度为-100°C时，输出的数值是-1000，也就是说这个模块将PT100热电阻接入后，得到的数据和实际温度之间有一个10倍关系，即温度值的10倍就是PLC读入的数据。

FX2N-TC温度数据

这个图是FX2N的TC温度模块读取两种分度号热电偶时的数据。在此多说一点，在电路图上，热电阻的表示是RTD，热电偶的表示是TC。

从这个图可以看到J分度的热电偶检测到的温度是600°C的时候，这个模块输出给CPU的数值是6000；当K分度的热电偶检测到的温度是1200°C的时候，这个模块输出给CPU的数值是12000。也就是说这个模块将两种分度的热电偶接入后，得到的数据和实际温度之间也有一个10倍关系，即温度值的10倍就是PLC读入的数据。

三菱的是如此，那其他的PLC中又是怎样的呢？

来看一下台达PLC的：

台达30EX2PLC读取热电阻信号

这个图是说30EX2机型的PLC是支持PT100/PT1000/NI100/NI1000的热电阻信号接入的，可以看到温度-180°C-+800°C对应的数值是-1800-+8000，由此可见这里也有一个10倍的关系。

所以说PLC中专用的PT100模块，通常都存在一个10倍的关系，即PLC读到的值直接除以10，就是实际的温度值了，这里也相当于完成了一次工程量和模拟量的转化，这里就直接除以10，不像之前所说的高限低限去套用那个公式来计算，这里的计算简单多了。--注意，我这里是说通常都有一个10倍关系，大家使用的时候要仔细看模块手册，才能确保正确。

下边来看一下西门子PLC中的情况，就知道并不是全部都是10倍关系的。

西门子331模块中对比接线方式对测量值的影响图

这个图片是说4线制标准PT100接入SM331模块中测量值是最好的，我在此是需要它的数据，温度17.0°C，读出的模拟值是16#00AA，这个16#AA就是170，所以西门子中PT100接入的时候也是存在这个10倍关系的。

西门子中选择热电阻下边有几个选项

上边那个图片说的就是标准型的，所以此图提到气候范围，在西门子的资料中应该叫做气候型的传感器。看一下这2个气候型的传感器的数据关系吧：

气候型热电阻铂和镍温度和读值关系

左边这个图可以看做是PT100气候型的关系表，130.00°C的时候读数是13000；右边的图可以看做是NI100气候型的关系表，250.00°C的时候读数是25000。从这个图片可以看出，热电阻传感器被热电阻模块读取的时候，还是存在100倍关系的温度和读值关系的。

上边主要是说了热电阻在转换时候温度和模块读入值之间有10倍关系和100倍关系，使用的时候需要大家特别注意，一定要查询手册，才能保证数据的正确性。另外，多说一句我看到的西门子300的资料中，关于热电偶信号的转换都是10倍关系，当然我说我看到的是10倍关系，不代表全部一定就是。

文章写到此也就结束了，可以得出一个大方向上的概念，就是热电阻和热电偶信号在没有使用温度变送模块转换为标准的4-20mA应用场景的时候，多是采用专用的PLC信号模块，来直接读取热电阻和热电偶的温度值，读入PLC中的数值和实际的温度值之间，不管是热电偶还是热电阻，多数情况都存在一个10倍的关系，特殊情况如西门子气候型就还有100倍的关系，就当做一个小常识分享给大家。但是，还是要切记一切要以硬件手册的表述为准！

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你了解怎么使用西门子plc进行PID编程吗？

1.注意信号区分

注意区分输入端接的是电压信号还是电流信号；输出端是电流信号还是电压信号。在模拟模块上不同信号下的接线方式。

2.了解信号元件

如使用温度变送器，要了解温度变送器测量范围，如0～100℃；输出电流范围4～20mA；分度号是什么，如PT100；接线原理图等。相关输入元件；输出元件在模拟模块上的接线方式。其他如工程要求的精度是多少等。

3.PID设定值

模拟量值和A/D转换值的转换

假设模拟量的标准电信号是A0—Am（如：4—20mA），A/D转换后数值为D0—Dm（如：6400—32000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：

A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系D＝f（A）可以表示为数学方程：

D＝（A－A0）×（Dm－D0）／（Am－A0）＋D0。

具体举一个实例，以S7-200和4—20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400—32000，即A0＝4，Am＝20，D0＝6400，Dm＝32000，代入公式，得出：

A＝（D－6400）×（20－4）／（32000－6400）＋4

假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400×16／25600＋4＝8mA。

又如，某温度传感器，－10—60℃与4—20mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：

T=70×（AIW0－6400）／25600－10

可以用T 直接显示温度值。

模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子：

某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为（32000/20）×4＝6400。

由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为：

VW0的值＝(AIW0的值－6400)(5000－100)/(32000－6400)＋100（单位：KPa）

假定我们将控制温度定位23.5℃；以单极性为例，首先应确定输入信号是0～10V电压信号还是4～20mA电流信号，这在PID设定值中非常重要。

如是0～10V电压输入信号对应0～32000，温度范围0～100℃，设定值为可直接算出:VD204=23.5/（100-0）=0.235；

若是电流4～20mA，其对应数值应为6400～32000，温度范围0～100℃，则设定值应为0.388。

原因：模拟模块中0～32000对应0～20mA；其中6400～32000对应4～20mA对应0～100℃；这就必须进行相关的计算，23.5℃电流计算方式：

（20-4）：（100-0）=（X-4）:23.5;

解方程：X=7.76(mA)。

设定值：VD204=7.76/20=0.388

4.PID输出值

以单极性为例，应确定输出信号是0～10V电压信号还是4～20mA电流信号对应着0～32000

若是输出信号AQW0对应电压信号，比如0～10V，则AQW0=（实数VD208*32000在转化成整数）即可；

若是输出信号AQW0对应电流信号，比如4～20mA，则AQW0=（实数VD208*32000在转化成整数+6400）。

5.PID恒温控制

通过上机实验可知：PID恒温控制是围绕着设定值进行调节的。若设定温度为23.5℃；当温度低于设定值时，加温蒸汽调节阀始终处于全部打开状态，；当温度达到23.5℃，加温用的蒸汽调节阀开始逐渐关闭，在关闭过程中，温度有可能仍在渐渐上升，温度偏离越大，关闭速度越快；知道全部关闭为止；当温度再次低于设定值时，加温蒸汽调节阀则会逐渐打开，打开速度取决于温度偏离值的大小，偏离越大，打开速度越快；直到温度再次达到设定值。若温度长时间未达到设定值，调节功能会将调节阀全部打开，这就是我所观察到的PID恒温控制情况。所以，我们可以根据实控情况进行必要的编程，有效的利用低于设定值时PID控制时段；切断高于设定值部分的PID控制，在温度高于设定值后，即可根据生产要求干脆部分或全部关闭加温阀。以防温度上升过高。来求得优越的温控效果。

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