無紙記錄儀誕生與20世紀(jì)90年代，CPU、存儲(chǔ)器RAM、LCD液晶顯示屏、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)推動(dòng)了無紙記錄儀的創(chuàng)新和發(fā)展，本文對(duì)無紙記錄儀原理、硬件構(gòu)成、軟件功能和無紙記錄儀選型做介紹，便于大家深入了解無紙記錄儀。

無紙記錄儀經(jīng)歷了從單色到彩色、存儲(chǔ)器從小容量到大容量、從單純顯示記錄到復(fù)雜控制、從不帶通訊到以物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，像昌暉儀表等廠家將無紙記錄儀配備TCP/IP協(xié)議，通過調(diào)制解調(diào)器無紙記錄儀就聯(lián)入了因特網(wǎng)，即無紙記錄儀生產(chǎn)廠可以通過因特網(wǎng)隨時(shí)看到產(chǎn)品的運(yùn)行狀況。以下就介紹這種以太網(wǎng)無紙記錄儀的原理、性能和應(yīng)用。



1、無紙記錄儀原理及硬件構(gòu)成
無紙記錄儀是以CPU為核心，加上存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備組成的儀表。本站無紙記錄儀產(chǎn)品選型頁(yè)面詳細(xì)介紹了各種功能無紙記錄儀的技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用須知，大家可前往了解。
①中央處理器CPU
CPU是整臺(tái)儀表的控制中心，它控制著硬件及軟件的運(yùn)行。CPU由運(yùn)算器、控制器和寄存器構(gòu)成。運(yùn)算器完成算術(shù)邏輯運(yùn)算，它通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與內(nèi)部寄存器和外部數(shù)據(jù)總線交換信息；控制器將用戶程序中的指令一條條譯出來，并以一定的時(shí)序發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)；寄存器用于寄存參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)、程序計(jì)數(shù)器PC和堆棧指針SP等。

②EPROM、ROM和EEPROM
EPROM主要用于存儲(chǔ)程序，其中還用一些區(qū)段用于存儲(chǔ)人/機(jī)接口及系統(tǒng)參數(shù)；RAM用于存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)(如模擬輸入的數(shù)據(jù))以及CPU操作過程中所用的指針和數(shù)據(jù)，工作參數(shù)和配置數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在RAM中，正常操作時(shí)從RAM中調(diào)用；一些重要的配置參數(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EEPROM中，一旦掉電后恢復(fù)設(shè)置的配置參數(shù)(即把EEPROM中的配置參數(shù)調(diào)入RAM中)，無紙記錄儀使用的EEPROM為FLASH存儲(chǔ)器。

③顯示處理電路、顯示屏
無紙記錄儀多采用LCD液晶顯示屏，顯示處理電路用于專門處理CPU送來的顯示數(shù)據(jù)(該電路通常都有自己的CPU和RAM)，并驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示數(shù)據(jù)。顯示屏是無紙記錄儀中成本較昂貴的部件，尤其是大屏幕彩色液晶顯示屏7″和10″，其成本超過整臺(tái)儀表一半，各廠家推出了配備從低價(jià)位的藍(lán)顯示屏到高價(jià)位的彩色顯示屏的無紙記錄儀，以適應(yīng)不同用戶的需要。比如國(guó)內(nèi)144×144mm外形無紙記錄儀顯示屏大多數(shù)廠家是5.6″，昌暉儀表制造有限公司為7″。

④按鍵接口電路、按鍵
鍵盤接口電路是一個(gè)串行接口電路，主要功能是掃描鍵盤，將用戶所按按鍵的掃描碼存入接口芯片的暫存器，并以中斷的方式與CPU進(jìn)行通訊。一般操作人員和工程師都是通過無紙記錄儀的按鍵操作儀表的，修改無紙記錄儀參數(shù)需要輸入口令才能進(jìn)行。

⑤模擬輸入及模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路
該部分電路完成對(duì)模擬信號(hào)(電流、電壓和溫度信號(hào))的預(yù)處理、隔離采樣及模/數(shù)轉(zhuǎn)換處理，采用的模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)芯片，芯片位數(shù)決定其轉(zhuǎn)換分辨率和價(jià)格。模擬電路部分均設(shè)計(jì)成萬(wàn)能輸入形式，可以適應(yīng)多種工業(yè)用途，模擬輸入的通道數(shù)有1-48等多種供用戶選擇，通過軟件改變每個(gè)通道的輸入類型。

⑥模擬輸出及數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路
大多數(shù)無紙記錄儀的模擬輸出都為電流輸出(0-20mA、4-20mA等)，數(shù)/模轉(zhuǎn)換(DAC)芯片多為16位，分辨率為0.0015%。

⑦數(shù)字輸入/輸出電路
數(shù)字輸入/輸出電路用于擴(kuò)展無紙記錄儀的功能，如將報(bào)警信號(hào)送到閃光報(bào)警器，有外部的信號(hào)控制是否記錄某個(gè)通道，或直接控制設(shè)備的開停等。輸出形式有繼電器干接點(diǎn)輸出和集電極開路晶體管輸出兩種。

⑧可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備接口電路
無紙記錄儀的內(nèi)存畢竟有限，為了保存更多的歷史數(shù)據(jù)，無紙記錄儀廠家內(nèi)置了可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。常見的有U盤和閃存卡。

⑨通訊接口電路
該部分電路處理與外部設(shè)備的通訊數(shù)據(jù)，通過接口電路無紙記錄儀進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，成為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)終端。通訊協(xié)議有MODBUS、TCP/IP等，通訊接口有RS485、RS232和以太網(wǎng)等，有的廠家還設(shè)有打印機(jī)接口，接上打印機(jī)即可打印出實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)。

⑩電源電路
無紙記錄儀的電源多采用開關(guān)電源。開關(guān)電源的電壓適應(yīng)范圍寬、適應(yīng)電源頻率也較廣，使整機(jī)的電源適應(yīng)性很好。有的廠家還提供直流供電形式。

2、無紙記錄儀軟件功能
①數(shù)據(jù)保密
如果以ASCⅡ碼的形式存儲(chǔ)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，就沒有保密性可言。多數(shù)廠家都有自己的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式(二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ))，只有通過無紙記錄儀廠家提供的分析軟件用戶才能在PC機(jī)上訪問無紙記錄儀生成的數(shù)據(jù)，這種分析軟件完全不通用。

②安全訪問
安全訪問是以設(shè)置口令來實(shí)現(xiàn)的，一般用戶不需口令可以隨便調(diào)用察看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警事件等。要查看和修改配置參數(shù)均需要輸入口令，而涉及修改系統(tǒng)硬件參數(shù)以及維護(hù)軟件等工作，則要更高一級(jí)的口令才能進(jìn)行。這樣就確保了用戶數(shù)據(jù)和配置參數(shù)的安全性。

③數(shù)據(jù)安全
測(cè)量數(shù)據(jù)最初保存的在內(nèi)存中，然后定期保存到可移動(dòng)存儲(chǔ)媒體中(如U盤)，也可以利用網(wǎng)絡(luò)通訊功能將無紙記錄儀的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給PC機(jī)，從而增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性。

④無紙記錄儀軟件
各廠家均為自己的無紙記錄儀產(chǎn)品開發(fā)了配套的應(yīng)用軟件(不通用)，在文件服務(wù)器(通常是一臺(tái)PC機(jī))上安裝無紙記錄儀軟件后，就可以讀取可移動(dòng)存儲(chǔ)媒體上或由網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、格式化，最后打印成所需的正式報(bào)表。顯然，無紙記錄儀軟件大大擴(kuò)展了無紙記錄儀的功能。

⑤軟件組態(tài)功能
一些廠家還將控制功能引入無紙記錄儀中，使之具有測(cè)量控制功能，成為一臺(tái)智能儀表。此外對(duì)于簡(jiǎn)單的測(cè)量應(yīng)用，無紙記錄儀還具有可編程數(shù)學(xué)算式運(yùn)算功能(如實(shí)現(xiàn)流量的溫度、壓力補(bǔ)償計(jì)算和實(shí)現(xiàn)流量累計(jì))，復(fù)雜的PID運(yùn)算等，用戶還可以為每個(gè)測(cè)量通道設(shè)置報(bào)警限及動(dòng)作方式。

3、無紙記錄儀選型
無紙記錄儀經(jīng)過30年的創(chuàng)新和發(fā)展，其性能、功能、價(jià)格都發(fā)生了變化，隨著DCS和PLC的普及，也在蠶食著無紙記錄儀的市場(chǎng)份額，電子技術(shù)的發(fā)展也在推動(dòng)無紙記錄儀價(jià)格更加平民化。無紙記錄儀沒有記錄紙，由于其存儲(chǔ)介質(zhì)是FLASH存儲(chǔ)器，從而消除了機(jī)械式走紙記錄儀可動(dòng)部件易損壞的諸多弊病。計(jì)算機(jī)技術(shù)的融合使無紙記錄儀用戶界面友好，操作更簡(jiǎn)單，高可靠性無紙記錄儀已逐漸替代有紙記錄儀。

在選用無紙記錄儀時(shí)應(yīng)注意以下幾方面的問題：
①顯示屏
目前相同尺寸的藍(lán)色顯示屏和彩色顯示屏成本僅存在200-300元差別，建議盡量選用彩色無紙記錄儀。觸摸式無紙記錄儀適用于環(huán)境條件較好的地方，多塵、濕度大的地方不宜選用觸摸式無紙記錄儀。工業(yè)用無紙記錄儀一般是正面觀看，昌暉儀表寬視角7″顯示屏的無紙記錄儀價(jià)格并不增加使用者成本，推薦選用。



②可移動(dòng)式存儲(chǔ)設(shè)備和FLASH存儲(chǔ)器
現(xiàn)在無紙記錄儀帶USB接口是主流無紙記錄儀的標(biāo)配，常規(guī)大容量U盤即可轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為，選大容量FLASH存儲(chǔ)器是必須的，如果已經(jīng)有帶網(wǎng)卡的PC機(jī)，計(jì)量選用以太網(wǎng)無紙記錄儀，直接將無紙記錄儀用網(wǎng)絡(luò)線接上PC機(jī)即可。否則應(yīng)選擇與FLASH存儲(chǔ)器容量相當(dāng)?shù)目梢苿?dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，這樣即使停電或可移動(dòng)式存儲(chǔ)媒體被損壞，配置數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)仍保留在FLASH存儲(chǔ)器中，從而保證測(cè)量及配置數(shù)據(jù)的安全。

國(guó)產(chǎn)無紙記錄儀與國(guó)外無紙記錄儀相比，進(jìn)口無紙記錄儀生產(chǎn)廠家(如橫河、歐陸)具有雄厚的技術(shù)開發(fā)實(shí)力，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品融合了當(dāng)今的先進(jìn)技術(shù)，因而產(chǎn)品檔次高、操作方便、配套軟件豐富易用，而且可以支持多種通訊方式。而國(guó)內(nèi)無紙記錄儀產(chǎn)品在功能的完整統(tǒng)一性和軟件設(shè)計(jì)上與國(guó)外產(chǎn)品尚有一定差距。

作者：周建，自貢鴻鶴化工股份有限公司設(shè)計(jì)院