[導讀] 計算機技術(shù)的快速發(fā)展使圖形記錄儀工業(yè)正處在一個關(guān)鍵的歷史轉(zhuǎn)折點。數(shù)字化無紙記錄儀正在挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)采集無紙化技術(shù)方式。
一、概述
計算機技術(shù)的快速發(fā)展使圖形記錄儀工業(yè)正處在一個關(guān)鍵的歷史轉(zhuǎn)折點。數(shù)字化無紙記錄儀正在挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)采集無紙化技術(shù)方式。針對有任務的數(shù)字化記錄儀可以控制并顯示現(xiàn)場工藝流程圖控制數(shù)據(jù)，然后將其保存在電子記錄中，后者可以被導入PC環(huán)境。有關(guān)的批次信息可以保存在單一的安全數(shù)據(jù)文件中，該文件可被存檔并根據(jù)要求調(diào)出。紙張記錄儀在精度、效率和安全性方面無法望其項背。
數(shù)字無紙記錄儀可顯著減少用戶的成本。這些裝置具有固態(tài)結(jié)構(gòu)，意味著沒有必要監(jiān)測或維護的機械部件。此外還無需額外成本(如添加圖表和筆)，后者可使紙張型趨勢記錄儀在整個使用壽命期間的成本顯著增加。除了在流程工業(yè)中的傳統(tǒng)客戶群外，無紙成像技術(shù)還將廣泛應用在化工、冶金、石油、制藥、食品、電爐、恒溫恒濕箱、機械設(shè)備配套、試驗室移動控制屏、小型DCS控制系統(tǒng)等諸多行業(yè)中作為終端顯示器來使用。以及實驗室市場。
早在2003年宇電啟動了一項旨在把無紙成像技術(shù)推向新高度的項目。開發(fā)AI-2000W彩色無紙記錄儀，憑借原有的AI-2000W彩色無紙記錄儀取得的經(jīng)驗為AI-2057G/C/2080C彩色無紙記錄儀項目奠定了基礎(chǔ)。
近年來，數(shù)字無紙記錄儀主要致力于添加更多的【附加功能】，針對一系列基本的溫度、壓力、流量與濕度控制監(jiān)測，在流程圖上開關(guān)量的輸入輸出、設(shè)備動畫狀態(tài)要求，組建小型總線型DCS監(jiān)控系統(tǒng);例如【隧道窯、熱處理退火老化電爐溫度控制系列產(chǎn)品、電力、冶金、化工溫度壓力流量過程控制系統(tǒng)、多媒體科學教學設(shè)備、冷藏庫或倉庫、污水監(jiān)測及應用】，控制測量點從1點到～最多達32個控制測量點。
在功能上主要是增加了流程圖功能：觸摸操作控制設(shè)備的運行、顯示設(shè)備運行的狀態(tài)，數(shù)字無紙記錄儀數(shù)據(jù)穿透功能實現(xiàn)連網(wǎng)功能，用RS485連接多臺數(shù)字無紙記錄儀實現(xiàn)計算機軟件實時網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)上傳計算機軟件集中監(jiān)控，數(shù)據(jù)集中管理， 快速組建集散控制系統(tǒng)。
數(shù)字式無紙記錄儀根據(jù)市場需求開發(fā)一種專用的、有競爭力的產(chǎn)品，它的功能超越了傳統(tǒng)的紙張記錄儀以及其他電子數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，從而有效地滿足這一重要細分市場的需求。
系統(tǒng)架構(gòu)安裝方式：觸摸屏數(shù)字無紙記錄儀采用盤面安裝方式;儀表采用盤面或?qū)к壈惭b方式;通訊線采用【超5類屏蔽雙絞線】。用2根RS485屏蔽雙絞通訊線手拉手把顯示、
控制儀表連接的一起，輕觸操作屏數(shù)字無紙記錄儀【HMI人機界面】操作有通信功能的【采集控制顯示儀表或模塊】!控制程序溫度：點擊【啟動】、【暫?！俊ⅰ締印砍绦騿娱_始升溫;全部測量控制的正常數(shù)據(jù)、不良參數(shù)、異常報警記錄在CF閃存卡上備查。在流程圖上開關(guān)量接點輸出控制電機的【起/?！浚姍C運行狀態(tài)在流程圖上呈現(xiàn)。一套DCS無紙記錄控制系統(tǒng)就快速組建好了。 系統(tǒng)架構(gòu)圖1
數(shù)字無紙記錄儀系統(tǒng)顯示控制儀表或模塊可采用集中盤面安裝或用模塊分散安裝相結(jié)合，充分應用總線技術(shù)，現(xiàn)場總線型技術(shù)從設(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及檢修維護，體現(xiàn)出相當?shù)膬?yōu)越性。采用RS485現(xiàn)場總線型系統(tǒng)是現(xiàn)場儀表和控制系統(tǒng)輸入輸出之間的全數(shù)字化、雙向、多站通信的系統(tǒng)。一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計與接頭校對的工作量也大大減少。使用戶得以節(jié)約大量的電纜及補償導線的費用。此外，在設(shè)計過程中充分考慮到現(xiàn)場技術(shù)與操作人員的實際需求，使用者完全不需要計算機專業(yè)技術(shù)知識，只要了解工藝對測量點、控制點的要求;選擇儀表模塊型號，從容掌握儀表模塊的功能就可以，簡單方便;
對象可以是：溫度、壓力、流量、物位、濕度。。。。的測量、報警、運算、變送;采集控制記錄數(shù)據(jù)的傳感器信號可以是：熱電偶、熱電阻、標準電壓、標準電流、頻率量、開關(guān)量輸入輸出、等常規(guī)工業(yè)現(xiàn)場信號，傳感器可以輸入混全應用;控制的執(zhí)行器可以是：電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、電磁閥、可控硅、固態(tài)繼電器、交流接觸器、開關(guān)量輸入、輸出控制功能繁多，應有盡有。現(xiàn)場總線也叫開放式網(wǎng)絡(luò)，隨時減少增加擴展控制節(jié)點。 每臺記錄儀可選擇2、4、6、8、12、16、18、22、32通道 。
二、數(shù)字式無紙記錄儀的開發(fā)的應用
1、第一個目標現(xiàn)場：現(xiàn)場顯示控制器之前一直采用面板式安裝。目前有時在所監(jiān)測的流程(操作員最需要信息的位置)附近沒有面板。就是安裝一種堅固而小巧的透明的保護箱、總線連接遠程分散安裝在現(xiàn)場安裝的顯示控制儀表或模塊，操作員就可觀察控制測量點，同時保留面板安裝或?qū)к壈惭b選項。
2、第二個目標現(xiàn)場：是開發(fā)一種高級公共人機界面(HMI)數(shù)字無紙記錄儀，以便在AI顯示儀表部分功能在人機界面(HMI)數(shù)字無紙記錄儀上再次使用。這與客戶對日益精密的觸摸屏(HMI)的期望相一致，能夠提供更為清晰、更廣泛的信息和控制。一種通用的HMI能夠在市場中取得優(yōu)勢。隨著HMI的復雜程度上升，產(chǎn)生并維護這類功能所需的開發(fā)工作也隨之增加。設(shè)計成能夠定制、以用作針對許多控制現(xiàn)場的專用用戶界面，則公共高級HMI可以提供一種高性價比解決方案。它具有公共性所產(chǎn)生的所有優(yōu)點，該軟件設(shè)計要求能夠直觀地展現(xiàn)過程控制中的各個狀態(tài)和參數(shù)，并對一些參數(shù)建立適當?shù)膱缶瘷C制。軟件設(shè)計的主要畫面有趨勢圖、棒圖、實時多曲線圖、歷史多曲線圖、過程控制流程圖、報警監(jiān)控、等。下位控制單元設(shè)計成隨意設(shè)置AI控制儀表型號規(guī)格，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調(diào)節(jié)器、手操器、流量積算儀或開關(guān)量輸入輸出模塊;輸入及輸出規(guī)格極為豐富，在觸摸屏上設(shè)置位號、計量單位，對于客戶、銷售、支持和服務人員，一個通用的數(shù)字無紙記錄儀開展學習和工作。
3、創(chuàng)造性地解決問題：快速組建過程控制系統(tǒng)
靈敏而穩(wěn)定的測量控制系統(tǒng)
在數(shù)字無紙記錄儀的設(shè)計要求中：最為重要的方面之一是其測量各種信號類型的能力。與許多其他儀表裝置不同，輸入并不局限于一類傳感器，而需要能夠處理來自幾種轉(zhuǎn)換器(如壓力、液位、溫度、流量或濕度傳感器變送器)的輸入。這意味著記錄儀測量系統(tǒng)的動態(tài)范圍必須能夠完成的。
在數(shù)字無紙記錄儀的設(shè)計要求中：創(chuàng)造性地解決問題了無紙記錄儀的控制功能，并快速組建過程控制系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場控制的要求采用通訊總線RS485連接即時使用：采用上位機+下位機的結(jié)構(gòu)，下位機為AI系列儀表，輸入及輸出規(guī)格極為豐富，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調(diào)節(jié)器、手操器、流量積算儀或開關(guān)量輸入輸出模塊;控制各類調(diào)節(jié)閥、電磁閥、可控硅、固態(tài)繼電器、交流接觸器、隨意開關(guān)量輸入、輸出控制電機的起停;即買即用，突破老傳統(tǒng)、開辟新用途、自由控制。
計算機技術(shù)的發(fā)展使總線型技術(shù)在數(shù)字無紙記錄儀得到應用，增加了在數(shù)字無紙記錄儀添加工藝流程的控制功能
圖形豐富：HMI觸摸屏已內(nèi)嵌二次開發(fā)的無紙記錄儀軟件，具有豐富的圖形畫面如：1～32通道【數(shù)據(jù)畫面】一目了然;單臺儀表【實時畫面】模擬點信息、曲線、數(shù)據(jù)、手/自動、程序控制、參數(shù)修改操控盡在掌控中;形象的【棒圖畫面】高低楚落;分析工藝參數(shù)實時-歷史可選1～4條曲線組合畫面變化無窮;歷史數(shù)據(jù)報表海量記錄;報警應答報表隨心所域;工藝流程盡收眼底;
運行曲線分析用多曲線的形式來直觀的顯示CF卡記錄中的數(shù)據(jù)，顯示該時間段內(nèi)相關(guān)通道間被測量的變化關(guān)系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關(guān)鍵參數(shù)通道可將儀表地址編排在同一組顯示趨勢曲線，這樣就更好的進行比較分析工藝參數(shù)的對象變化。點擊【數(shù)據(jù)框】返回【實時畫面】通道。點擊【S】可選擇啟用單條或4條曲線顯示趨勢變化;查詢歷史數(shù)據(jù)設(shè)置起始時間及時間跨度;設(shè)置數(shù)據(jù)范圍使曲線顯示在圖表中央，不同的數(shù)據(jù)范圍啟用單條查詢。 圖2
程序控制：在觸摸屏上顯示雙曲線運行圖、顯示【程序運行時間進程】;可即時下傳設(shè)置讀取、下傳升溫、恒溫、降溫程序配方、程序配方的設(shè)置保存、程序圖形重顯、控制操作程序儀表【啟動】【停止】【暫停】、在運行狀態(tài)下切換【手動/自動】狀態(tài)，手動控制輸出量;即時修改【段號】指定運行段;及修改儀表控制參數(shù)等多種功能;適用電爐程序控溫;圖3
工藝流程圖控制：根據(jù)電機啟停的常規(guī)要求在軟件上已預設(shè)8路開關(guān)量輸出DO接點，即時操作按鈕控制電機啟停(配置AI-3013D5型8通道繼電器輸出模塊地址設(shè)定33號);可預定DI模塊采集電機運行狀態(tài)動畫顯示功能;
批量控制：在流量實時曲線畫面有批量控制功能，批量控制【PV】測量值、批量控制【SV】給定值，在流量儀表上設(shè)置批量控制功能，觸摸屏上就可操作批量控制;設(shè)置批量控制給定值【SV】確定下傳批量控制流量儀表;累積批量控制的總的累積流量。
用生動形象的圖形畫面來描述現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程，是整個工業(yè)現(xiàn)場的縮影。它不僅僅是一個圖畫，有控制按鈕與現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)同時顯示，從而使得操作員具有十分直觀的遠程控制。軟件編輯還可實現(xiàn)軟PLC開關(guān)量輸出的功能，時鐘的記時控制、開關(guān)量輸出記數(shù)功能。點擊流程圖中的數(shù)據(jù)框如：【TIC-101】將回到該【實時畫面】通道。
系統(tǒng)組建：總線連接RS485、布線簡單、有線無線都適應;高科技的產(chǎn)品與傳統(tǒng)的控制回路完美的結(jié)合;簡單安全又可靠;適用于化工、制藥、冶金、現(xiàn)場應用;食品機械、化工機械、電爐控制設(shè)備配套、科研試驗的多用途應用; 圖5
4、安全數(shù)據(jù)存儲：
無紙記錄儀所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的完整性非常重要，特別是在數(shù)據(jù)被用于證明符合公共安全要求時。部件失靈和故意破壞都可能造成數(shù)據(jù)損壞。需要對兩種情況都采取措施，來實現(xiàn)萬無一失的安全性。
高性能：HMI觸摸屏采用RISC CPU、32M大容量內(nèi)存，每通道數(shù)據(jù)刷新時間50毫秒;選配儲存卡槽采用外插拔標配1G的電子硬盤，可擴展CF卡1～4G存儲記錄空間;數(shù)據(jù)保存按先進先出的原則，轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)點立即保存;數(shù)據(jù)通過讀卡器在PC上直接打開，數(shù)據(jù)備份至計算機上，用【宇電無紙記錄儀圖形軟件】來閱讀數(shù)據(jù)曲線;無存儲功能時可作終端顯示操作屏使用，主機內(nèi)存可記錄大約1小時的數(shù)據(jù)及報警參數(shù)，保存15條升降溫程序配方在中;
提供了安全數(shù)字(CF)介質(zhì)卡接口，用于自動備份數(shù)據(jù),這些火柴盒大小的閃存卡具有可靠的固態(tài)存儲功能，沒有運動部件或備用電池，并能在大大超過軟盤存儲介質(zhì)運行溫度的情況下工作。
CF卡采用閃存(flash)技術(shù)，是一種穩(wěn)定的存儲解決方案，不需要電池來維持其中存儲的數(shù)據(jù)。CF卡具有PCMCIA-ATA功能，并與之兼容;CF卡重量只有14g，僅紙板火柴般大小(43mmx36mxm3.3mm)，是一種固態(tài)產(chǎn)品，也就是工作時沒有運動部件。對所保存的數(shù)據(jù)來說，CF卡比傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器安全性和保護性都更高;比傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器及Ⅲ型PC卡的可靠性高5到10倍，而且CF卡的用電量僅為小型磁盤驅(qū)動器的5%。這些優(yōu)異的條件使得大多數(shù)數(shù)碼相機選擇CF卡作為其首選存儲介質(zhì)。
日前的大容量CF卡容量一般為1～4G，產(chǎn)品的推出，矛頭直指的就是無紙記錄儀記錄數(shù)據(jù)一類用戶，顯而易見，無論是傳輸速度還是安全性方面，這款產(chǎn)品都超過了以前的硬盤類存儲介質(zhì)CF卡
CF存貯卡的兼容性還表現(xiàn)在它把FlashMemory存貯模塊與控制器結(jié)合在一起，這樣使用CF卡的外部設(shè)備就可以做得比較簡單，而且不同的CF卡都可以用單一的機構(gòu)來讀寫，不用擔心兼容性問題，特別是CF卡升級換代時也可以保證舊設(shè)備的兼容性。
CF卡作為世界范圍內(nèi)的存儲行業(yè)標準，保證CF產(chǎn)品的兼容，保證CF卡的向后兼容性;隨著CF卡越來越被廣泛應用，各廠商積極提高CF卡的技術(shù)，促進新一代體小質(zhì)輕、低能耗先進移動設(shè)備的推出，進而提高工作效率。
無紙記錄儀所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的完整性非常重要，特別是在數(shù)據(jù)被用于證明符合公共安全要求時。
為了防止對所存儲數(shù)據(jù)的非法修改，數(shù)據(jù)存儲采用具有內(nèi)置錯誤檢查功能的二進制格式。保存在CF卡上的存檔文件受到加密數(shù)字簽名的保護。這些復雜的保護措施確保那些試圖破壞數(shù)據(jù)wejian的操作能被識別和隔離門插銷上的物理鎖定機構(gòu)進一步提高了安全性，并且是一種防破壞密封件。
5、數(shù)據(jù)報表存儲處理功能
第一種：PC圖形軟件處理
在數(shù)據(jù)記錄儀中，即可以根據(jù)客戶的實際需要，設(shè)置數(shù)據(jù)的采樣時間，存儲間隔以及是否保存記錄，是否立即保存數(shù)據(jù)到CF卡等功能，來滿足不同的需求。
用戶需要取走CF卡一定要點擊【立即保存】的按鈕，即時把記錄儀內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)，全部立即轉(zhuǎn)存儲到CF中。
保持在CF卡的數(shù)據(jù)可通過微型打印機打印數(shù)據(jù)報表、曲線;或通過CF卡存儲數(shù)據(jù)用讀卡器在PC上復制數(shù)據(jù)包到PC機用圖形軟件打開數(shù)據(jù);也可用串行COM2口備份Excel電子表格數(shù)據(jù)至上位計算機，按年/月/日/小時來保存數(shù)據(jù)源文件。保存數(shù)據(jù)是加密的必須采用專用的宇電PC圖形軟件來閱讀。CF卡上的加密數(shù)據(jù)【數(shù)據(jù)格式】 圖片6
加密數(shù)據(jù)通過專用圖形PC軟件來閱讀查看報表 ： 點擊【查看報表】按鈕，可以顯示打開的記錄數(shù)據(jù)與報警記錄的文件或是用戶從CF卡里查詢到的數(shù)據(jù)，以報表的形式顯示出來; 圖片7
第二種、微型打印機方式
在HMI觸摸屏已內(nèi)嵌微型打印機驅(qū)動，在無紙記錄儀上可操作微型打印機，默認的串口打印機的參數(shù)為9600bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗，連接時將微型打印機定制的9口串口母頭直接接到HMI屏的9芯串口頭即可。實現(xiàn)了小型化設(shè)計應用。
1、歷史曲線打印：在屏的歷史曲線畫面才能實現(xiàn)打印曲線功能!
2、歷史數(shù)據(jù)打印：【在屏的歷史數(shù)據(jù)畫面才能實現(xiàn)打印數(shù)據(jù)功能!】
【自動打印時間間隔】的設(shè)定，是設(shè)置多長時間后打印機開始自動打印。如果此值設(shè)為0，則自動的實時打印報表。在屏的歷史數(shù)據(jù)畫面才能實現(xiàn)自動打印數(shù)據(jù)功能!
⑥打印紙寬57mm每次打印4列中的1行數(shù)據(jù)，每行5個數(shù)據(jù)，大于4列數(shù)據(jù)換行打印;您可以通過設(shè)置【打印起始列和打印終止列】來設(shè)置您所要打印的那幾個連續(xù)列的數(shù)據(jù)。
⑦每列數(shù)據(jù)可打3000行，每1行數(shù)據(jù)間隔就是：數(shù)據(jù)報表采樣時間【 6 】秒(可設(shè)置)。
查詢打印可打3000行數(shù)據(jù);3000×6秒=18000秒÷3600秒=5小時;打印機外形 圖8
三、產(chǎn)品特點
1、采用傳統(tǒng)的：HMI觸摸屏軟件二次開發(fā)AI-2057G/C/2080C數(shù)字無紙記錄儀;
2、窄邊小型機體：窄邊小型機體，機體空間小，組裝時不占空間，重量輕;
3、長壽命背光燈：背光燈采用壽命高達50000小時的長壽命型(常溫、常濕狀態(tài)下);
4、采用CF卡電子盤，解決了普通硬盤不耐震運的功能可運用在火車、船泊等高震動場合;
5、靈活組態(tài)軟件功能：應用領(lǐng)域豐富靈活，能全面取代無紙記錄儀與人機界面的功能;畫面直觀清晰，操作簡便;快速運行：與傳統(tǒng)人機相比CPU 功能更強大,運行及畫面切換的速度更快;
6、內(nèi)存：大容量內(nèi)存，滿足更多的應用的畫面需求;
7、數(shù)據(jù)記錄：歷史資料自動采樣記錄;
8、子畫面：提供基底畫面及子窗口畫面(提供靈活的畫面嵌套機制);
9、配方：方便實用的配方程序保存和配方傳送功能，應用與AI程序升降溫控制;
10、強大腳本：提供類Basic的強大腳本的功能;
11、儲存卡：擴展CF卡存儲：標配1G的CF卡，可通過擴充CF卡擴展存儲的空間1～4G的CF卡海量記錄。可以支持FAT16/FAT32格式化;
12、采用計算機應用習慣，操作方便、用人們熟悉的方式減少了新用戶的學習量。
四、正確的決定
AI數(shù)字無紙記錄儀于2006 年初成功發(fā)布，并在無紙記錄領(lǐng)域引發(fā)了眾多變革。此外，作為第一種采用高級 HMI 部件的產(chǎn)品，推廣應用創(chuàng)造性地解決問題：快速組建過程控制系統(tǒng)，將一個完整的工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)記錄在CF卡內(nèi)隨時讀取保存。根據(jù)現(xiàn)場控制的要求采用通訊總線RS485連接即時使用：采用上位機+下位機的結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)在工業(yè)控制的潮流。
數(shù)據(jù)穿透功能擴展，利用AI-2057G/C/2080C無紙記錄儀的數(shù)據(jù)穿透功能用RS485連接計算機軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，可多臺數(shù)字無紙記錄儀連接計算機軟件將現(xiàn)場數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)上傳計算機軟件集中監(jiān)控;是現(xiàn)場總線型技術(shù)的出現(xiàn)，給控制領(lǐng)域帶來了一次革命，將開創(chuàng)自動化的新紀元。
基于現(xiàn)場總線數(shù)字AI-2057G/C/2080C無紙記錄儀應用廣泛，隨著大量的現(xiàn)場應用的的示范工程的建立，現(xiàn)場總線型數(shù)字無紙記錄儀技術(shù)已經(jīng)度過了啟蒙宣傳階段，進入推廣應用期，企業(yè)選用數(shù)字式無紙記錄儀現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的條件已逐漸成熟。千臺套在現(xiàn)場穩(wěn)定運行記錄和良好的用戶口碑，已經(jīng)取得了良好的應用業(yè)績，并在特定領(lǐng)域得到廣泛認同。