無紙記錄儀誕生與20世紀90年代，CPU、存儲器RAM、LCD液晶顯示屏、電子和計算機技術(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備組成的儀表。本站無紙記錄儀產(chǎn)品選型頁面詳細介紹了各種功能無紙記錄儀的技術(shù)參數(shù)及現(xiàn)場應用須知，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，一旦掉電后恢復設置的配置參數(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顯示屏到高價位的彩色顯示屏的無紙記錄儀，以適應不同用戶的需要。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。模擬電路部分均設計成萬能輸入形式，可以適應多種工業(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備的通訊數(shù)據(jù)，通過接口電路無紙記錄儀進入網(wǎng)絡，成為網(wǎng)絡上的一個終端。通訊協(xié)議有MODBUS、TCP/IP等，通訊接口有RS485、RS232和以太網(wǎng)等，有的廠家還設有打印機接口，接上打印機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)電源的電壓適應范圍寬、適應電源頻率也較廣，使整機的電源適應性很好。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)以及維護軟件等工作，則要更高一級的口令才能進行。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)絡通訊功能將無紙記錄儀的數(shù)據(jù)實時傳輸給PC機，從而增強數(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)了配套的應用軟件(不通用)，在文件服務器(通常是一臺PC機)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)絡傳來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行整理、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用，無紙記錄儀還具有可編程數(shù)學算式運算功能(如實現(xiàn)流量的溫度、壓力補償計算和實現(xiàn)流量累計)，復雜的PID運算等，用戶還可以為每個測量通道設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，從而消除了機械式走紙記錄儀可動部件易損壞的諸多弊病。計算機技術(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注意以下幾方面的問題：
①顯示屏
目前相同尺寸的藍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配，常規(guī)大容量U盤即可轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)。筆者認為，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，計量選用以太網(wǎng)無紙記錄儀，直接將無紙記錄儀用網(wǎng)絡線接上PC機即可。否則應選擇與FLASH存儲器容量相當?shù)目梢苿哟鎯υO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，設計的產(chǎn)品融合了當今的先進技術(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計院
