無紙記錄儀誕生與20世紀(jì)90年代，CPU、存儲器RAM、LCD液晶顯示屏、電子和計算機(jī)技術(shù)推動了無紙記錄儀的創(chuàng)新和發(fā)展，本文對無紙記錄儀原理、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)隨時看到產(chǎn)品的運行狀況。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)場應(yīng)用須知，大家可前往了解。
①中央處理器CPU
CPU是整臺儀表的控制中心，它控制著硬件及軟件的運行。CPU由運算器、控制器和寄存器構(gòu)成。運算器完成算術(shù)邏輯運算，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，并以一定的時序發(fā)出相應(yīng)的控制信號；寄存器用于寄存參與運算的數(shù)據(jù)、程序計數(shù)器PC和堆棧指針SP等。

②EPROM、ROM和EEPROM
EPROM主要用于存儲程序，其中還用一些區(qū)段用于存儲人/機(jī)接口及系統(tǒng)參數(shù)；RAM用于存儲工作數(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)也存儲在RAM中，正常操作時從RAM中調(diào)用；一些重要的配置參數(shù)和數(shù)據(jù)存儲在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″，其成本超過整臺儀表一半，各廠家推出了配備從低價位的藍(lán)顯示屏到高價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
該部分電路完成對模擬信號(電流、電壓和溫度信號)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)換分辨率和價格。模擬電路部分均設(shè)計成萬能輸入形式，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，如將報警信號送到閃光報警器，有外部的信號控制是否記錄某個通道，或直接控制設(shè)備的開停等。輸出形式有繼電器干接點輸出和集電極開路晶體管輸出兩種。

⑧可移動存儲設(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)置了可移動存儲設(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)即可打印出實時及歷史數(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碼的形式存儲實時和歷史數(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)存儲形式(二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲)，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)置口令來實現(xiàn)的，一般用戶不需口令可以隨便調(diào)用察看實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報警事件等。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存儲媒體中(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)實時傳輸給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PC機(jī))上安裝無紙記錄儀軟件后，就可以讀取可移動存儲媒體上或由網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、格式化，最后打印成所需的正式報表。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，使之具有測量控制功能，成為一臺智能儀表。此外對于簡單的測量應(yīng)用，無紙記錄儀還具有可編程數(shù)學(xué)算式運算功能(如實現(xiàn)流量的溫度、壓力補償計算和實現(xiàn)流量累計)，復(fù)雜的PID運算等，用戶還可以為每個測量通道設(shè)置報警限及動作方式。

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份額，電子技術(shù)的發(fā)展也在推動無紙記錄儀價格更加平民化。無紙記錄儀沒有記錄紙，由于其存儲介質(zhì)是FLASH存儲器，從而消除了機(jī)械式走紙記錄儀可動部件易損壞的諸多弊病。計算機(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格并不增加使用者成本，推薦選用。



②可移動式存儲設(shè)備和FLASH存儲器
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存儲器是必須的，如果已經(jīng)有帶網(wǎng)卡的PC機(jī)，計量選用以太網(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存儲器容量相當(dāng)?shù)目梢苿哟鎯υO(shè)備，這樣即使停電或可移動式存儲媒體被損壞，配置數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)仍保留在FLASH存儲器中，從而保證測量及配置數(shù)據(jù)的安全。

國產(chǎn)無紙記錄儀與國外無紙記錄儀相比，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)實力，設(shè)計的產(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)計上與國外產(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)計院