基于組態(tài)王軟件的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)

陳詩杰

摘 要：此次研究設(shè)計了基于組態(tài)王軟件和Pt100鉑熱電阻的溫度采集系統(tǒng)的。通過非線性鉑熱電阻Pt100采集被測物體周圍環(huán)境的溫度信號;通過泓格I-7015模塊把采集到的電阻信號輸入，再把信號傳入計算機(jī)做數(shù)據(jù)處理分析;再利用組態(tài)王軟件編寫干化機(jī)冷凝冷卻實驗器的實時溫度變化[1]、實時監(jiān)控畫面、溫度數(shù)據(jù)表和報警系統(tǒng)的程序。

關(guān)鍵詞：鉑熱電阻;實時監(jiān)測;組態(tài)王軟件;冷凝器;溫度;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.110

0 引言

隨著社會的不斷進(jìn)步，計算機(jī)以及電子技術(shù)迅速崛起，許多工業(yè)場所都需要能夠收集實時溫度變化、實時監(jiān)控畫面、 溫度數(shù)據(jù)表和報警系統(tǒng)的程序。 鉑熱電阻 Pt100具有穩(wěn)定的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，具有靈敏度高，安全指數(shù)高的特點(diǎn)。 Pt100可以直接深入被測介質(zhì)，而后通過測定被測電阻的阻值變動，然后再通過一定的方式轉(zhuǎn)化成設(shè)備內(nèi)部介質(zhì)的溫度變化信號。筆者結(jié)合自身所學(xué)知識和工作經(jīng)驗，設(shè)計出以鉑熱電阻 Pt100為基礎(chǔ)的表面蒸發(fā)空冷器溫度采集系統(tǒng)[2]，由計算機(jī)給對應(yīng)的模塊輸送反饋信號達(dá)到實時跟蹤和調(diào)試被測環(huán)境溫度的目的。此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅操作方法簡單，作用效果也精準(zhǔn)有效，能使用戶體驗到操作方便的人機(jī)界面，并做到實時監(jiān)測溫度變化、實時監(jiān)控畫面、 溫度數(shù)據(jù)表收集和報警系統(tǒng)的功能。

1 工作原理

表面蒸發(fā)空冷器的溫度采集系統(tǒng)上位機(jī)的組成構(gòu)建基于WIN 7操作系統(tǒng)的工作控制計算機(jī)和鉑熱電阻 Pt100，通過組態(tài)王軟件對采集到的實時數(shù)據(jù)快速且準(zhǔn)確地進(jìn)行處理和顯示，最終得到該裝置不同情況的溫度值。系統(tǒng)控制溫度的過程如圖 1 所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

以鉑熱電阻 Pt100為基礎(chǔ)的表面蒸發(fā)空冷器溫度采集系統(tǒng)硬件部分的核心是 I-7015 模塊[3]，主要外圍硬件的核心是上位機(jī)和I-7015 間的串行通信模塊與Pt100 鉑熱電阻和 I-7015 模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

2.1 Pt100 鉑熱電阻和I-7015 模塊

此模塊的主要作用是測量溫度，Pt100 溫度傳感器可以把溫度信號轉(zhuǎn)換成一種可傳輸?shù)碾娮栊盘?，電阻值的變化和溫度變化是正相關(guān)關(guān)系，可測溫度范圍是-50至200 ℃。而I-7015 模塊一種熱電阻輸入模塊，規(guī)格是16 位 12 Hz， I-7015模塊由內(nèi)置的微處理器，同時外殼是由十分堅硬的工業(yè)級塑料制成的。 和單片機(jī)比較，I-7015模塊不需要編程，操作方法更簡單，而且自帶雙看門狗，擁有極高的安全性。所以，在此溫度采集系統(tǒng)中應(yīng)用I-7015 模塊不僅操作便捷且安全指數(shù)高，完全符合需要。

該裝置還考慮到實際應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的干擾因素，對系統(tǒng)進(jìn)行了多方面的優(yōu)化。例如： Pt100 鉑熱電阻和 I-7015 模塊之間的接法，這兩個裝置之間的接發(fā)分為兩線制接法和三線制接法，兩種方法各有優(yōu)劣。其中，兩線制接法有操作簡單，需要的材料少，安裝費(fèi)用低，配線簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)設(shè)備相隔距離較遠(yuǎn)時，會出現(xiàn)一定誤差，導(dǎo)致所得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，存在較大的誤差。三線制接法操作更復(fù)雜，需要的材料更多，成本更高，但是能更大程度地減小數(shù)據(jù)偏差，在工業(yè)檢測場合被更廣泛地應(yīng)用。三線制接法一方面解決了設(shè)備之間距離遠(yuǎn)的問題，另一方面增強(qiáng)所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，正是由于該種方法具有如上優(yōu)勢，所以，在實際工作中得到了極為廣泛的運(yùn)用。

2.2 上位機(jī)和 I-7015 間的串行通信模塊

I-7520 模塊在連接方式上，通常采用的是兩線和四線連接的方式，其可以將RS-232 轉(zhuǎn)為 RS-485。其中，四線制連接是一種點(diǎn)對點(diǎn)的信息傳遞方式，因此在工程應(yīng)用上較為局限[4]。干化機(jī)、 糧倉、磚窯廠、儲罐等對于溫度變化情況監(jiān)測要求較高的地方，在連接方式上通常選用的是兩線制連接，而這種兩線制連接方式的結(jié)構(gòu)形式是一種總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的運(yùn)用可以實現(xiàn)一個總線掛接 256 個結(jié)點(diǎn)的效果，高效且便于管理。此溫度采集系統(tǒng)結(jié)合各種性能和需求，所選擇使用的是I-7520 模塊，把I-7015 模塊和上位機(jī)之間進(jìn)行串行通信連接。 圖 3 表示了通信采集方式。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

模塊與 PC 的通訊設(shè)置軟件是溫度采集系統(tǒng)的核心組成部分、組態(tài)王軟件。組態(tài)王軟件可以監(jiān)測外界環(huán)境以及設(shè)備內(nèi)部溫度的變化，并對特殊情況進(jìn)行控制和處理，讓工業(yè)場所的各種設(shè)備能夠正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 組態(tài)王與模塊的通訊程序設(shè)計

Pt100 鉑熱電阻從功能上講，其能夠通過自身的特性將溫度信號轉(zhuǎn)換成一種可傳輸?shù)碾娮栊盘柕囊淮卧?通過轉(zhuǎn)換的電阻信號要想傳遞到計算機(jī)控制裝置上需要經(jīng)由引線。此溫度采集系統(tǒng)在泓格模塊 I-7015 上直接連接了熱電阻，把所得的電阻信號傳入 I-7015 模塊中。 而后通過在 Dcon Utility軟件上將各種運(yùn)行所需的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)置， 主機(jī)傳輸出一整套完整的命令， 設(shè)置包括輸入方式 （范圍）、 I/O 地址、 波特率、和無校驗盒等指標(biāo)的初始參數(shù)。

3.2 組態(tài)王程序設(shè)計

組態(tài)王程序設(shè)計的重點(diǎn)為設(shè)計人機(jī)界面， 而要達(dá)到人機(jī)界面能夠穩(wěn)定運(yùn)行的效果，就需要通過編寫命令語言，對設(shè)備連接進(jìn)行設(shè)置，對控制系統(tǒng)的界面進(jìn)行繪制，還需要搭建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫和配置系統(tǒng)等部分。

在此次研究過程中，溫度采集系統(tǒng)測量的溫度誤差比較大，比正常溫度高3℃左右，實際溫度和軟件所顯示溫度并不存在線性關(guān)系。 常見地解決辦法為硬件補(bǔ)償或軟件補(bǔ)償法。 軟件補(bǔ)償法的原理是利用計算法、插值法和查表法進(jìn)行補(bǔ)償。而硬件補(bǔ)償法會消耗硬件電路，并且補(bǔ)償效果不佳。針對此問題，選擇軟件補(bǔ)償法校正熱電阻的非線性問題，提高設(shè)備的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)語

此次研究設(shè)計出以鉑熱電阻 Pt100為基礎(chǔ)的表面蒸發(fā)空冷器溫度采集系統(tǒng)，應(yīng)用組態(tài)王軟件控制整個工程場所，并對出現(xiàn)的故障及時檢查解決。該溫度采集系統(tǒng)具有高效、精準(zhǔn)、安全的特點(diǎn)， 具有良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

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[4]謝佳鋒，王俊杰.基于組態(tài)王的鋁電解槽槽殼溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（16）：32-33.