基于组态王软件的温度数据采集系统的设计与研究*

王成刚 晏芙蓉 曲令帅

（武汉工程大学机电工程学院）

基于组态王软件的温度数据采集系统的设计与研究*

王成刚**晏芙蓉 曲令帅

（武汉工程大学机电工程学院）

提出了基于组态王软件和Pt100铂热电阻的温度采集系统的设计方法。首先，通过非线性的铂热电阻Pt100采集被测物体周围环境的温度信号；其次，将采集的电阻信号通过泓格I－7015模块输入，同时利用I－7520将信号传输进计算机进行数据分析处理；最后，在组态王软件上分别对冷凝冷却实验的实时监控界面、实时温度曲线、温度数据报表和报警等进行程序编写。

铂热电阻 实时监测 组态王软件 冷凝冷却 温度 数据采集系统

0 引言

随着计算机技术和电子通信行业的快速发展，越来越多的工业场所需要对温度进行实时监测、控制及数据存储，如空冷器设备、冷冻库、粮仓、储罐、砖窑厂等场所[1]。铂热电阻Pt100的物理、化学性能稳定，反应灵敏，可靠性高，被广泛应用于温度范围为-50～200℃的温度测量环境[2]。由于Pt100具有信号灵敏度高、易于连续测量等独特的优势，因此可将铂热电阻的探头伸入被测量介质中，通过所测电阻阻值的变化来确定设备内部介质温度的变化规律。本文设计了基于铂热电阻Pt100的表面蒸发空冷器温度采集系统，通过组态王软件快速准确地处理、显示所采集的数据，将电阻信号与温度值的非线性关系拟合成非线性图表，同时通过计算机将反馈信号送到对应的模块，从而对被测环境温度进行实时跟踪和调试[3]。该系统具有操作简单、高效准确等特点，可为用户提供操作方便的人机界面，实现温度曲线实时显示、历史数据查询、报警事件记录显示以及保存数据报表等功能。

1 工作原理

基于铂热电阻Pt100的表面蒸发空冷器温度采集系统采用WIN 2000计算机作为上位机（PC），利用组态王软件处理和显示采集到的实时数据，得到表面蒸发空冷器实验装置在不同条件下各部件和位置的温度值。该系统的温度控制流程如图1所示。

图1 温度控制系统

根据测得的实时数据，可利用组态王软件通过调节对应的循环水泵、热水泵或风机的工作频率来调节介质的温度。此外，还可设置温度报警的上、下限值，并保存意外的报警事故和历史温度数据报表，以方便工作人员排查装置故障的原因。

2 系统硬件设计

该温度采集系统硬件部分以I-7015模块为核心，主要外围硬件由两部分组成，即Pt100铂热电阻与I-7015模块和上位机与I-7015间的串行通信模块，如图2所示。

图2 温度采集系统硬件组成

2.1 Pt100铂热电阻与I-7015温度测量模块

Pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，温度采集范围为-50~200℃，输出信号为电阻信号，电阻值的变化与被测温度变化呈正相关[4-5]。I-7015模块是泓格公司推出的16位12 Hz热电阻输入模块，其模块具有内置的微处理器和坚固的工业级塑料外壳。在工业应用中相比于单片机而言，该模块更容易操作且不需要进行编程，模块自带双看门狗，可保障系统安全。因此，I-7015模块符合该温度采集系统的要求。

在实际应用中，该装置考虑了外界环境干扰和工程设备安装等干扰因素，从多个方面优化了系统。例如：铂热电阻Pt100与I-7015模块的接法。该接法主要有两线制和三线制：两线制接法配线简单，安装费用低，但是通讯距离较远时，引线电阻自身会产生一定误差；三线制接法虽然成本较高，但可以避免两线制接法所产生的引线误差，在工业检测场合应用更为普遍。Pt100铂热电阻具备三线制接法的条件，可从根本上解决工业场所远距离控制的限制，有效地提高系统测量精度和抗干扰能力。因此，该系统采用Pt100铂热电阻与I-7015模块的三线制连接方式。

2.2 上位机与I-7015间的串行通信模块

I-7520模块是RS-232转RS-485的转换器模块，I-7520有两线制和四线制两种接线方式。四线制只能实现点对点通信方式，工程上采用较少。空冷器设备、冷冻库等温度监控场所都采用两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，即在同一总线上最多可挂接256个结点。实验装置系统采用I-7520模块，将I-7015模块与上位机PC进行通信连接。该系统的通信连接方式如图3所示。

图3 I-7015模块与计算机通信连接

3 系统软件设计

温度采集系统软件主要包括模块与PC的通讯设置软件和组态王软件两个部分。通过组态王的操作对外界环境和设备内部温度变化进行实时处理和调整控制，使工业相关设备正常运行。

3.1 组态王与模块的通讯程序设计

Pt100铂热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上[6]。该实验装置将热电阻直接连接在泓格模块I-7015上，将电阻信号传输入I-7015模块中。然后在模块厂家所提供的应用软件Dcon Utility上进行设置，通过主机发出一套命令，设置包括I/O地址、波特率、输入方式（范围）和有无校验盒等参数。

I-7015模块RTD类型可以分为Pt100、Pt1000、Ni120、Cu100和Cu1000这5类。模块的采集温度量程有多种，根据温度采集系统的要求，热电阻的测温范围为-50~200℃，因此在Dcon Utility软件上将模块量程选择为包含热电阻量程的最小区间-200~200℃，Pt100温度系数为α=0.003 85。该模块的参数选择如图4所示。

图4 模块的参数选择

3.2 组态王程序设计

组态王程序设计主要是人机界面的设计，包括表面蒸发空冷器实验控制系统界面绘制、命令语言的编写、数据库的搭建、设备连接的设置以及系统的配置等部分。

在实验初期，发现该装置实验测量的温度比正常温度高出7～8℃，并且随着温度的升高组态王显示温度相对于实际温度呈非线性增长。解决热电阻非线性补偿问题，通常采用硬件补偿和软件补偿两种方法。其中，软件补偿常采用计算法、查表法和插值法来进行补偿。为了提高该装置的检测精度，减少硬件电路的消耗，在系统设计时采用软件编程的方法来解决热电阻非线性补偿的问题，即通过查表的方式来校正热电阻的非线性问题。这种方法通过编辑温度变化表来校正热电阻，从而得到更准确的温度值。部分温度值如表1所示。

表1 温度变化表

4 结语

本文讨论了基于组态王与非线性Pt100铂热电阻的温度数据采集系统的设计。通过组态王建立工程场所的控制模拟系统，采用Pt100铂热电阻对外界环境和设备内部温度的变化进行控制和调试，从而保证工厂设备正常运行。

该温度采集系统以单片机为基础，充分发挥模块的优势，采用组态王软件处理并显示采集的数据，由计算机将信号反馈回模块，为用户提供了良好的人机界面，实现了温度曲线实时显示、历史数据查询以及报警事件显示等功能。该温度采集系统具有可靠性强、操作简单、功能强大等特点，目前已在实际项目中得到了良好的应用。

[1]郝迎吉，马德平.一种基于单片机的组态王温度监控系统 [J].西安科技大学学报， 2005， 25（2）：201-203,223.

[2]于铄航，李建新，贺琳．基于Pt100铂热电阻的测温电路设计[J].工矿自动化，2014， 40（6）：113-115.

[3]孙明革，朱喜林.基于组态王软件下的SQL数据库技术[J].微计算机信息，2006，22（3-1）： 109-111.

[4]杨永竹.铂电阻高精度非线性校正及其智能仪表中的应用 [J].仪表技术与传感器，2000（8）：44-46.

[5]TANAKA K，YASUNO T，HIGASHI Y，et al.Development of the temperature-change sensor by thermoelectric elements and its response evaluation on dropping into water[J].Heat Transfer-Asian Research， 2009， 38(8):507-519.

[6]谭长森.基于Pt100型铂热电阻的测温装置设计[J].工矿自动化，2012（3）：89-91.

Design and Research of Temperature Data Acquisition System Based on King View Software

Wang Chenggang Yan Furong Qu Lingshuai

The design method of temperature acquisition system based on Kingview software and platinum thermal resistor Pt100 was put forward.First,the nonlinear Pt100 platinum thermal resistance is used to collect the temperature signals of the surrounding environment of the object being measured.Secondly,the resistance signal is input through the I-7015 module of ICP DAS company,and the signal is transmitted into the computer for data analysis and processing by using I-7520.Finally,the program of real-time monitoring interface,real-time temperature curve,temperature data report and alarm program are respectively written in King View software.

Platinum thermal resistor;Real-time monitoring;King View software;Condensing cooling;Temperature;Data acquisition system

TQ 056

10.16759/j.cnki.issn.1007-7251.2017.10.009

国家自然科学基金（50976080）；武汉工程大学创新基金（编号：CX2015027）。

**王成刚，男，1974年生，博士，副教授。武汉市，430073。

2017-02-12）