基于組態王軟件的溫度數據采集系統開發

陳詩杰

摘 要：此次研究設計了基于組態王軟件和Pt100鉑熱電阻的溫度采集系統的。通過非線性鉑熱電阻Pt100采集被測物體周圍環境的溫度信號;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做數據處理分析;再利用組態王軟件編寫干化機冷凝冷卻實驗器的實時溫度變化[1]、實時監控畫面、溫度數據表和報警系統的程序。

關鍵詞：鉑熱電阻;實時監測;組態王軟件;冷凝器;溫度;數據采集系統

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

0 引言

隨著社會的不斷進步，計算機以及電子技術迅速崛起，許多工業場所都需要能夠收集實時溫度變化、實時監控畫面、 溫度數據表和報警系統的程序。 鉑熱電阻 Pt100具有穩定的物理性質和化學性質，具有靈敏度高，安全指數高的特點。 Pt100可以直接深入被測介質，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化成設備內部介質的溫度變化信號。筆者結合自身所學知識和工作經驗，設計出以鉑熱電阻 Pt100為基礎的表面蒸發空冷器溫度采集系統[2]，由計算機給對應的模塊輸送反饋信號達到實時跟蹤和調試被測環境溫度的目的。此數據采集系統不僅操作方法簡單，作用效果也精準有效，能使用戶體驗到操作方便的人機界面，并做到實時監測溫度變化、實時監控畫面、 溫度數據表收集和報警系統的功能。

1 工作原理

表面蒸發空冷器的溫度采集系統上位機的組成構建基于WIN 7操作系統的工作控制計算機和鉑熱電阻 Pt100，通過組態王軟件對采集到的實時數據快速且準確地進行處理和顯示，最終得到該裝置不同情況的溫度值。系統控制溫度的過程如圖 1 所示。

2 系統硬件設計

以鉑熱電阻 Pt100為基礎的表面蒸發空冷器溫度采集系統硬件部分的核心是 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，具體結構如圖 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換成一種可傳輸的電阻信號，電阻值的變化和溫度變化是正相關關系，可測溫度范圍是-50至200 ℃。而I-7015 模塊一種熱電阻輸入模塊，規格是16 位 12 Hz， I-7015模塊由內置的微處理器，同時外殼是由十分堅硬的工業級塑料制成的。 和單片機比較，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，在此溫度采集系統中應用I-7015 模塊不僅操作便捷且安全指數高，完全符合需要。

該裝置還考慮到實際應用過程中可能出現的干擾因素，對系統進行了多方面的優化。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分為兩線制接法和三線制接法，兩種方法各有優劣。其中，兩線制接法有操作簡單，需要的材料少，安裝費用低，配線簡單的優點，但是當設備相隔距離較遠時，會出現一定誤差，導致所得數據不準確，存在較大的誤差。三線制接法操作更復雜，需要的材料更多，成本更高，但是能更大程度地減小數據偏差，在工業檢測場合被更廣泛地應用。三線制接法一方面解決了設備之間距離遠的問題，另一方面增強所測數據的準確度，正是由于該種方法具有如上優勢，所以，在實際工作中得到了極為廣泛的運用。

2.2 上位機和 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 轉為 RS-485。其中，四線制連接是一種點對點的信息傳遞方式，因此在工程應用上較為局限[4]。干化機、 糧倉、磚窯廠、儲罐等對于溫度變化情況監測要求較高的地方，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構形式是一種總線式拓撲結構，這種結構的運用可以實現一個總線掛接 256 個結點的效果，高效且便于管理。此溫度采集系統結合各種性能和需求，所選擇使用的是I-7520 模塊，把I-7015 模塊和上位機之間進行串行通信連接。 圖 3 表示了通信采集方式。

3 系統軟件設計

模塊與 PC 的通訊設置軟件是溫度采集系統的核心組成部分、組態王軟件。組態王軟件可以監測外界環境以及設備內部溫度的變化，并對特殊情況進行控制和處理，讓工業場所的各種設備能夠正常工作運轉。

3.1 組態王與模塊的通訊程序設計

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換成一種可傳輸的電阻信號的一次元件， 通過轉換的電阻信號要想傳遞到計算機控制裝置上需要經由引線。此溫度采集系統在泓格模塊 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軟件上將各種運行所需的參數進行準確設置， 主機傳輸出一整套完整的命令， 設置包括輸入方式 （范圍）、 I/O 地址、 波特率、和無校驗盒等指標的初始參數。

3.2 組態王程序設計

組態王程序設計的重點為設計人機界面， 而要達到人機界面能夠穩定運行的效果，就需要通過編寫命令語言，對設備連接進行設置，對控制系統的界面進行繪制，還需要搭建相應的數據庫和配置系統等部分。

在此次研究過程中，溫度采集系統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系。 常見地解決辦法為硬件補償或軟件補償法。 軟件補償法的原理是利用計算法、插值法和查表法進行補償。而硬件補償法會消耗硬件電路，并且補償效果不佳。針對此問題，選擇軟件補償法校正熱電阻的非線性問題，提高設備的精準性。

4 結語

此次研究設計出以鉑熱電阻 Pt100為基礎的表面蒸發空冷器溫度采集系統，應用組態王軟件控制整個工程場所，并對出現的故障及時檢查解決。該溫度采集系統具有高效、精準、安全的特點， 具有良好的應用效果。

參考文獻：

[1]于鑠航，李建新，賀琳.基于Pt100鉑熱電阻的測溫電路設計[J].工礦自動化，2014，40（06）：113-115.

[2]譚長森.基于Pt100型鉑熱電阻的測溫裝置設計[J].工礦自動化，2012（03）：89-91.

[3]呂宜光，錢冠華，李長武.基于組態軟件的地下水數據采集系統研究[J].自動化技術與應用，2015，34（01）：76-79.

[4]謝佳鋒，王俊杰.基于組態王的鋁電解槽槽殼溫度檢測系統設計與應用[J].科技創新與應用，2015（16）：32-33.