Die modulare SPS-Familie: SIMATIC S7-300 Version 0..9 Einführung der S7-300 RTD-...

Die modulare SPS-Familie: SIMATIC S7-300 Version 0..9

Einführung der S7-300 RTD- Thermoelement-Baugruppen

8-kanaligeWiderstands-Temperaturfühler-

Baugruppe

8-kanaligeThermoelement-

Baugruppe

Sofort lieferbar Ab Juni 2000 lieferbar


Thermoelement-Baugruppe

Die Thermoelement-Baugruppe stellt eine bequeme, galvanisch getrennte Schnittstelle der S7-300-Familie für 10 Thermoelementtypen her:

B, N, E, R, S, J, L, T, K, U

Thermoelementetyp, Leitungsunterbrechungssprüfung, Temperaturskala, Kaltverbindungskompensation und Durchbrennrichtung sind vom Anwender über die Software mit der Hardware-Konfiguration in STEP7 wählbar.


RTD-Baugruppe

Die RTD-Baugruppe stellt eine bequeme Schnittstelle der S7-300 Familie für 10 verschiedene RTD-Typen dar:

Pt 100, Pt 200, Pt 500, Pt 1000, Ni 100, Ni 120, Ni 200, Ni 500, Ni 1000, Cu 10

Verschiedene Alpha-Kennlinien der unterschiedlichen RTD-Typen werden unterstützt, um eine hohe Genauigkeit der Temperaturmessung zu gewährleisten.

Auch sind drei ohmsche Eingangsbereiche für Messdraht-eingänge oder andere lineare Widerstandssignale vorhanden.

RTD-Typ, Leitungsunterbrechungssprüfung und Temperaturskala sind über die Software mit der Hardware-Konfiguration in STEP7 wählbar.


S7-300 RTD- und Thermoelement-Baugruppen - Haupteigenschaften

MLFB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . Anzahl Kanäle . . . . . . . . . . . . .. . . . . . Eingangsgebertypen . . . . . . . . . . . . . .

Geberausfallerkennung. . . . . . . . . . . . Genauigkeit im Bereich 0 bis 60 °C Wiederholgenauigkeit (ges. Bereich) . . Auflösung (Temperatur) . . . . . . . . . . . Auflösung (Spannung od. Widerstand) Linearität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Datenwortformat . . . . . . . . . . . . . . . . . . Baugruppenaktualisierungszeit . . . . . . . . .

. . . . . . .

Trennung (Feld-zu-Logik) . . . . . . . Haltespannung (Kanal-zu-Kanal) . . . . . Gleichtaktunterdrückung . . . . . . . . . . Störsignalunterdrückung . . . . . . . . . . Externe Spannungsquelle . . . . . . . . . . Abmessungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Thermoelement 6ES7 331 7PF10 0AB0 8 B,L,S,T,R,U,E,N,K,J

Ja ± 1,0 °C ± 0,01 % Eingangsber. 0,1 oder 0,01 °C / °F 23 Bits plus Vorzeichen ± 0,02 % Eingangsber. Grad C oder F 10 ms 4-Kanalbetrieb 46 ms 8-Kanalbetrieb AC 500 V AC 120 V >120 dB bei AC 120 V 50/60/400 Hz DC 24 V 40 x 125 x 120mm 272 g

RTD 6ES7 331 7PF00 0AB0 8 2- ,3- und 4-Drahttypen,

PT100 ~10.000, Cu10, Ni 100 ~ 1000 & Widerstand

Ja ± 1,0 °C ± 0,01 % des Eingangsbereichs 0,1 oder 0,01 °C / °F 23 Bits plus Vorzeichen ± 0,02 % des Eingangsbereichs Grad C oder F 10 mS - 4 -Kanalbetrieb 40 mS - 8-Kanalbetrieb AC 500 V AC 120 V >120 dB bei AC 120 V 50/60/400 Hz DC 24 V 40 x 125 x 120mm 272 g


Einführung in die Temperaturmessung

Hintergrundinformation

Thermoelemente werden üblicherweise dort eingesetzt, wo eine Ansprechzeit zwischen 2 und 5 s je nach

Anlage, breiter Messbereich und kosteneffektive/wirtschaftliche Lösung erforderlich sind. Die nichtlineare

Kennlinie von Thermoelementen ist ihr Hauptnachteil.

RTDs werden üblicherweise dort eingesetzt, wo eine kurze Ansprechzeit von unter 1 s benötigt wird. Die

Genauigkeit und Linearität von RTDs sind die Hauptvorteile solcher Messfühler. Der begrenzte Messbereich

und eine einzige Spannungsquelle für die Entkopplung sind die Hauptnachteile.

Merkmale Thermoelement RTD

Reaktion auf Temperaturänderungen langsam bis mittel

je nach Typ

schnell

Temperaturmessbereich -270 bis 1802 °C

je nach Typ

- 200 bis 850 °C

Kennlinienverlauf nichtlinear linear

Elektromagnetisch störempfindlich? ja bei geerdetem Thermoelement

gering bei ungeerdetem Element

minimal

Abschlusskorrektur erforderlich? ja nein

Gesamter Temperaturmessbereich groß klein

Entkopplung von Punkten erforderlich? ja ja


Anwendungen mit erforderlicher Temperaturmessung

Anwendungen, bei denen Temperaturmessungen erforderlich sind, gibt es in allen Bereichen, Industrien und Märkten. Einige Anwendungen, bei denen Temperaturmessungen vorgenommen werden müssen, sind nachstehend aufgelistet.

Diskontinuierliche Prozesse Galvanotechnik Klimakammern NahrungsmitteleinrichtungenOfensteuerungAllgemeine ProzesssteuerungHeizungs- oder KühlreglerWärmebehandlungHochspannungsanlagenMedizinische und zahnmedizinische GeräteHeizkammeranlagenVerpackungseinrichtungenTeillaststeuerungenTextilmaschinenKunststoffverarbeitungsmaschinenProzesse mit TemperaturprotokollierungZellstoff- und PapierindustrieHalbleiterfertigung


Hintergrundinformation

zu

RTDs und Thermoelementen


S7-200 RTD-Baugruppen - Hintergrundinformation

RTD - Die Abkürzung steht für Resistance Temperature Detector (Widerstandstemperatur-fühler). Es handelt sich um einen Geber, der das Prinzip ausnutzt, dass bei höher werdender Temperatur der Widerstand in einem bestimmten Verhältnis ansteigt.

Üblicherweise mit einem Platin-Widerstandselement hergestellt sind sie genauer und linearer als die meisten Thermoelemente.

RTD-Messfühler sind für die Temperaturmessung in Flüssigkeiten, halbfesten Materialien und in Löchern und Hohlräumen konzipiert.

RTD-Messfühler stehen mit Kennlinien nach amerikanischer und europäischer Konfiguration zur Verfügung.


7 Hauptmerkmale der Widerstandstemperaturmessung

RTD-SPEZIFIKATIONEN

1. Gebermaterial - In RTDs werden häufig verschiedene Metalle verwendet.

Platin wird aufgrund seiner fast linearen Temperaturcharakteristik, seines breiten

Temperaturmessbereichs und seiner besonders hohen Langzeitstabilität bei

Weitem am häufigsten benutzt. Weitere Materialien sind Nickel, Kupfer, Balco

(eine Eisen-Nickel-Legierung), Wolfram und Iridium.

2. Temperaturkoeffizient - Der Temperaturkoeffizient oder Alpha-Wert eines

RTD ist eine physikalische und elektrische Eigenschaft der Metalllegierung und

hängt von der Methode ab, mit der das Element hergestellt wurde. Der Alpha-

Wert gibt die durchschnittliche Widerstandsänderung pro Temperatureinheit vom

Gefrierpunkt bis zum Siedepunkt von Wasser an.

3. Nennwiderstand - Der Nennwiderstand ist der Widerstandswert bei einer

gegebenen Temperatur. Die meisten Normen wie IEC 751 benutzen 0 °C als

Bezugspunkt, da er leicht zu reproduzieren ist. IEC (International

Electrotechnical Commission) legt den Standard auf 100,00 Ohm bei 0 °C fest,

doch sind auch andere Nennwiderstände üblich.



RTD-SPEZIFIKATIONEN

4. Leitungskonfiguration - Ein RTD besitzt seinem Prinzip nach

2 Anschlussleitungen, doch kann der Leitungswiderstand die

Genauigkeit der Messung stark beeinträchtigen, da die Leitungen

einen zusätzlichen, nicht kompensierten Widerstand in das

System einführen.

Deshalb wird für die meisten Anwendungen eine dritte Leitung

zur Kompensation des Leitungswiderstands hinzugenommen, um

eine genauere Anzeige der gemessenen Temperatur zu erzielen.

4-Leitungs-RTDs besitzen eine etwas bessere Kompensation,

sind eigentlich aber nur in Laborgeräten und anderen Systemen,

bei denen es auf hohe Genauigkeit ankommt, anzutreffen.

5. Temperaturmessbereich - ASTM gibt an, dass mit Platin-

RTDs Temperaturen von 200 °C bis 650 °C gemessen werden

können, während IEC einen Temperaturmessbereich von -200 °C

bis 850 °C spezifiziert.



RTD-SPEZIFIKATIONEN

6. Genauigkeit - RTDs sind allgemein für ihre hohe Messgenauigkeit bekannt.

Unterschied zwischen Genauigkeit, Präzision und Wiederholgenauigkeit.

• Genauigkeit: Für Temperaturmessungen wird die Genauigkeit als ein Maß dafür definiert, wie genau der Geber die tatsächliche Temperatur angibt, oder - mehr auf die Praxis bezogen - wie genau der Widerstand des RTD mit dem Rechen- oder Tabellenwert für diesen RTD-Typ bei einer gegebenen Temperatur übereinstimmt.

• Präzision: Die Präzision sagt nicht aus, wie genau der Widerstand des RTD dem Tabellenwert entspricht, sondern wie genau er mit dem Widerstand anderer RTDs bei derselben Temperatur übereinstimmt. Dies ist im Hinblick auf die Austauschbarkeit und die Messung von Temperaturgradienten wichtig. Die Präzision lässt sich am besten als die Fähigkeit des Gebers beschreiben, seine vorherige Messanzeige bei einer bestimmten Temperatur zu reproduzieren.

• Wiederholgenauigkeit: Die Wiederholgenauigkeit eines RTD ist sehr stark von der Anwendung abhängig. Ein korrekt in einer bestimmten Anwendung eingesetzter RTD-Geber kann sowohl eine hohe Genauigkeit als auch eine gute Wiederholgenauigkeit besitzen. Doch gewährleistet die hohe Genauigkeit des RTD im Feldgerät noch nicht, dass ein genaues Signal zur SPS zurückkommt. Die gesamte Anlage muss genau abgestimmt sein. Die beste Lösung für solche Fälle ist, den RTD und den Sender bzw. die Anzeige von einem autorisierten Kalibrierlabor als Einheit kalibrieren zu lassen.



RTD-SPEZIFIKATIONEN

7. Abmessungen und Größe - Die physikalischen Abmessungen von RTD-Messfühlern sind je nach den Erfordernissen der vorgesehenen Anwendung unterschiedlich. Ein RTD-Widerstandselement ist generell in einen Metallmantel eingebaut.


Thermoelement-Schlüsselspezifikationen

Thermoelement - Ein Temperaturfühler, der auf dem Prinzip beruht, dass eine Spannung

entsteht, wenn zwei verschiedene Metalle in einem Lötpunkt miteinander verbunden

werden. In dem Verbindungspunkt entsteht eine Spannung, die proportional dem

Unterschied der Temperatur zwischen dem Messlötpunkt und dem Referenzlötpunkt ist.

Die Wahl des optimalen Thermoelementtyps (d.h. der verwendeten Metallkombination)

richtet sich nach der Temperatur und der Atmosphäre des Messorts, der gewünschten

Nutzungsdauer und Genauigkeit und nach den Kosten. Die verschiedenen Thermoelement-

typen haben sehr unterschiedliche Ausgangsspannungskurven.

Bei der Kaltlötstellenkompensation wird die Umgebungstemperatur am Anschluss der

Thermoelementleitung am Messgerät (z.B. S7-300 Thermoelement-Baugruppe) gemessen.

Dadurch ist eine exakte Berechnung der Temperatur an der heißen Verbindungsstelle durch

das Messgerät möglich.


Thermoelemente und Kaltlötstellenkompensation

Die am offenen Ende entstehende EMK (V1) ist nicht nur eine Funktion der Temperatur T1 am geschlossenen Ende (d.h. der Temperatur am Messpunkt), sondern auch der Temperatur T2 am offenen Ende, wo die Leitungen des Thermoelements an der S7-300 Thermoelement-Baugruppe angeschlossen sind.

Nur wenn T2 auf einer Standardtemperatur gehalten wird, kann die von der S7-300 Thermoelement-Baugruppe gemessene EMK (V1) direkt proportional zur Änderung von T1 betrachtet werden.

Der von der Industrie akzeptierte Standard für T2 ist 0 °C. Die S7-300 Thermo-element-Baugruppe geht deshalb davon aus, dass T2 bei diesem Wert beginnt.

Bei der S7-300 Thermoelement-Baugruppe wird die Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur an T2 und 0 °C in der Baugruppe elektronisch korrigiert. Diese EMK-Justierung wird als Kaltlötstellenkompensation (auch CJ-Compen-sation) bezeichnet. Die Thermoelement-Baugruppe 300 bietet für die Temperaturmessung zwei Optionen.

Die Thermoelement-Baugruppe 300 misst die Temperatur im Innern der Bau-gruppe. Diese Methode wird benutzt, wenn die Thermoelement-Leitung bzw. das Verlängerungskabel zwischen Thermoelement und Baugruppe verwendet wird.

Wird eine Kupferleitung zwischen einem Anschlusskasten und der Baugruppe benutzt, steht an der Thermoelement-Baugruppe 300 ein Eingang für einen 2-RTD-Geber zur Verfügung, um die Temperatur an dem Übergangspunkt von der Thermoelement-Leitung zum Kupferkabel zu messen. Eine solche Installation hat eine geringere Genauigkeit, außer wenn alle 8 Kanäle mit demselben Gehäuse verbunden sind.

T 1V 1T 2

Die installierte S7-300 Bedientafel muss eine „stabile“ Temperatur haben, um

die maximale Genauigkeit der Kaltlötstellenkompensation der

Thermoelement-Baugruppe erreichen zu können.


Beispiele für die Farbkodierung von Thermoelementen

Je nach Typ des Thermoelements sind die Anschlussleitungen farbig kodiert.

Für verschiedene Länder und Normen können die Farbkodes unterschiedlich sein.

Die Leiterummantelung ist manchmal farbig gestreift anstatt einfarbig.

Frankreich NFE

Deutschland DIN

USAASTM

England BS1843 1952

KUPFER Cu

CHROMEGA NICKEL- CHROM Ni-Cr

‡EISEN Fe (magnetisch)

R = PLATIN 13% RHODIUM Pt-13% RhS = PLATIN 10% RHODIUM Pt-10% Rh


S7-300 RTD- und Thermoelement-Spezifikationen


Die S7-331-7PF RTD- und Thermoelement-E/A-Baugruppen – … Superleistung zu einem tollen Preis.


Die S7- 331-7PF RTD- und Thermoelement-E/A-Module – … Superleistung zu einem tollen Preis.

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