[導讀] 計算機技術的快速發展使圖形記錄儀工業正處在一個關鍵的歷史轉折點。數字化無紙記錄儀正在挑戰數據采集無紙化技術方式。
一、概述
計算機技術的快速發展使圖形記錄儀工業正處在一個關鍵的歷史轉折點。數字化無紙記錄儀正在挑戰數據采集無紙化技術方式。針對有任務的數字化記錄儀可以控制并顯示現場工藝流程圖控制數據，然后將其保存在電子記錄中，后者可以被導入PC環境。有關的批次信息可以保存在單一的安全數據文件中，該文件可被存檔并根據要求調出。紙張記錄儀在精度、效率和安全性方面無法望其項背。
數字無紙記錄儀可顯著減少用戶的成本。這些裝置具有固態結構，意味著沒有必要監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。除了在流程工業中的傳統客戶群外，無紙成像技術還將廣泛應用在化工、冶金、石油、制藥、食品、電爐、恒溫恒濕箱、機械設備配套、試驗室移動控制屏、小型DCS控制系統等諸多行業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推向新高度的項目。開發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驗為AI-2057G/C/2080C彩色無紙記錄儀項目奠定了基礎。
近年來，數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、流量與濕度控制監測，在流程圖上開關量的輸入輸出、設備動畫狀態要求，組建小型總線型DCS監控系統;例如【隧道窯、熱處理退火老化電爐溫度控制系列產品、電力、冶金、化工溫度壓力流量過程控制系統、多媒體科學教學設備、冷藏庫或倉庫、污水監測及應用】，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：觸摸操作控制設備的運行、顯示設備運行的狀態，數字無紙記錄儀數據穿透功能實現連網功能，用RS485連接多臺數字無紙記錄儀實現計算機軟件實時網絡監控，將現場數據、設備狀態上傳計算機軟件集中監控，數據集中管理， 快速組建集散控制系統。
數字式無紙記錄儀根據市場需求開發一種專用的、有競爭力的產品，它的功能超越了傳統的紙張記錄儀以及其他電子數據記錄系統，從而有效地滿足這一重要細分市場的需求。
系統架構安裝方式：觸摸屏數字無紙記錄儀采用盤面安裝方式;儀表采用盤面或導軌安裝方式;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】、【暫停】、【啟動】程序啟動開始升溫;全部測量控制的正常數據、不良參數、異常報警記錄在CF閃存卡上備查。在流程圖上開關量接點輸出控制電機的【起/停】，電機運行狀態在流程圖上呈現。一套DCS無紙記錄控制系統就快速組建好了。 系統架構圖1
數字無紙記錄儀系統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合，充分應用總線技術，現場總線型技術從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，體現出相當的優越性。采用RS485現場總線型系統是現場儀表和控制系統輸入輸出之間的全數字化、雙向、多站通信的系統。一對雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。使用戶得以節約大量的電纜及補償導線的費用。此外，在設計過程中充分考慮到現場技術與操作人員的實際需求，使用者完全不需要計算機專業技術知識，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;采集控制記錄數據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、開關量輸入輸出、等常規工業現場信號，傳感器可以輸入混全應用;控制的執行器可以是：電動調節閥、氣動調節閥、電磁閥、可控硅、固態繼電器、交流接觸器、開關量輸入、輸出控制功能繁多，應有盡有。現場總線也叫開放式網絡，隨時減少增加擴展控制節點。 每臺記錄儀可選擇2、4、6、8、12、16、18、22、32通道 。
二、數字式無紙記錄儀的開發的應用
1、第一個目標現場：現場顯示控制器之前一直采用面板式安裝。目前有時在所監測的流程(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導軌安裝選項。
2、第二個目標現場：是開發一種高級公共人機界面(HMI)數字無紙記錄儀，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勢。隨著HMI的復雜程度上升，產生并維護這類功能所需的開發工作也隨之增加。設計成能夠定制、以用作針對許多控制現場的專用用戶界面，則公共高級HMI可以提供一種高性價比解決方案。它具有公共性所產生的所有優點，該軟件設計要求能夠直觀地展現過程控制中的各個狀態和參數，并對一些參數建立適當的報警機制。軟件設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、報警監控、等。下位控制單元設計成隨意設置AI控制儀表型號規格，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調節器、手操器、流量積算儀或開關量輸入輸出模塊;輸入及輸出規格極為豐富，在觸摸屏上設置位號、計量單位，對于客戶、銷售、支持和服務人員，一個通用的數字無紙記錄儀開展學習和工作。
3、創造性地解決問題：快速組建過程控制系統
靈敏而穩定的測量控制系統
在數字無紙記錄儀的設計要求中：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的動態范圍必須能夠完成的。
在數字無紙記錄儀的設計要求中：創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，根據現場控制的要求采用通訊總線RS485連接即時使用：采用上位機+下位機的結構，下位機為AI系列儀表，輸入及輸出規格極為豐富，可任選單路或多路顯示報警儀、智能調節器、手操器、流量積算儀或開關量輸入輸出模塊;控制各類調節閥、電磁閥、可控硅、固態繼電器、交流接觸器、隨意開關量輸入、輸出控制電機的起停;即買即用，突破老傳統、開辟新用途、自由控制。
計算機技術的發展使總線型技術在數字無紙記錄儀得到應用，增加了在數字無紙記錄儀添加工藝流程的控制功能
圖形豐富：HMI觸摸屏已內嵌二次開發的無紙記錄儀軟件，具有豐富的圖形畫面如：1～32通道【數據畫面】一目了然;單臺儀表【實時畫面】模擬點信息、曲線、數據、手/自動、程序控制、參數修改操控盡在掌控中;形象的【棒圖畫面】高低楚落;分析工藝參數實時-歷史可選1～4條曲線組合畫面變化無窮;歷史數據報表海量記錄;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卡記錄中的數據，顯示該時間段內相關通道間被測量的變化關系。按通道順序排列1、2、3、4固定組合在一起的通道組合，對于需要比較關鍵參數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的對象變化。點擊【數據框】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;查詢歷史數據設置起始時間及時間跨度;設置數據范圍使曲線顯示在圖表中央，不同的數據范圍啟用單條查詢。 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】;可即時下傳設置讀取、下傳升溫、恒溫、降溫程序配方、程序配方的設置保存、程序圖形重顯、控制操作程序儀表【啟動】【停止】【暫停】、在運行狀態下切換【手動/自動】狀態，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等多種功能;適用電爐程序控溫;圖3
工藝流程圖控制：根據電機啟停的常規要求在軟件上已預設8路開關量輸出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定33號);可預定DI模塊采集電機運行狀態動畫顯示功能;
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，在流量儀表上設置批量控制功能，觸摸屏上就可操作批量控制;設置批量控制給定值【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場生產工藝流程，是整個工業現場的縮影。它不僅僅是一個圖畫，有控制按鈕與現場實時數據同時顯示，從而使得操作員具有十分直觀的遠程控制。軟件編輯還可實現軟PLC開關量輸出的功能，時鐘的記時控制、開關量輸出記數功能。點擊流程圖中的數據框如：【TIC-101】將回到該【實時畫面】通道。
系統組建：總線連接RS485、布線簡單、有線無線都適應;高科技的產品與傳統的控制回路完美的結合;簡單安全又可靠;適用于化工、制藥、冶金、現場應用;食品機械、化工機械、電爐控制設備配套、科研試驗的多用途應用; 圖5
4、安全數據存儲：
無紙記錄儀所產生數據的完整性非常重要，特別是在數據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據損壞。需要對兩種情況都采取措施，來實現萬無一失的安全性。
高性能：HMI觸摸屏采用RISC CPU、32M大容量內存，每通道數據刷新時間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;數據保存按先進先出的原則，轉存數據點立即保存;數據通過讀卡器在PC上直接打開，數據備份至計算機上，用【宇電無紙記錄儀圖形軟件】來閱讀數據曲線;無存儲功能時可作終端顯示操作屏使用，主機內存可記錄大約1小時的數據及報警參數，保存15條升降溫程序配方在中;
提供了安全數字(CF)介質卡接口，用于自動備份數據,這些火柴盒大小的閃存卡具有可靠的固態存儲功能，沒有運動部件或備用電池，并能在大大超過軟盤存儲介質運行溫度的情況下工作。
CF卡采用閃存(flash)技術，是一種穩定的存儲解決方案，不需要電池來維持其中存儲的數據。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)，是一種固態產品，也就是工作時沒有運動部件。對所保存的數據來說，CF卡比傳統的磁盤驅動器安全性和保護性都更高;比傳統的磁盤驅動器及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動器的5%。這些優異的條件使得大多數數碼相機選擇CF卡作為其首選存儲介質。
日前的大容量CF卡容量一般為1～4G，產品的推出，矛頭直指的就是無紙記錄儀記錄數據一類用戶，顯而易見，無論是傳輸速度還是安全性方面，這款產品都超過了以前的硬盤類存儲介質CF卡
CF存貯卡的兼容性還表現在它把FlashMemory存貯模塊與控制器結合在一起，這樣使用CF卡的外部設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備的兼容性。
CF卡作為世界范圍內的存儲行業標準，保證CF產品的兼容，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，促進新一代體小質輕、低能耗先進移動設備的推出，進而提高工作效率。
無紙記錄儀所產生數據的完整性非常重要，特別是在數據被用于證明符合公共安全要求時。
為了防止對所存儲數據的非法修改，數據存儲采用具有內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字簽名的保護。這些復雜的保護措施確保那些試圖破壞數據wejian的操作能被識別和隔離門插銷上的物理鎖定機構進一步提高了安全性，并且是一種防破壞密封件。
5、數據報表存儲處理功能
第一種：PC圖形軟件處理
在數據記錄儀中，即可以根據客戶的實際需要，設置數據的采樣時間，存儲間隔以及是否保存記錄，是否立即保存數據到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，即時把記錄儀內存中存儲的數據，全部立即轉存儲到CF中。
保持在CF卡的數據可通過微型打印機打印數據報表、曲線;或通過CF卡存儲數據用讀卡器在PC上復制數據包到PC機用圖形軟件打開數據;也可用串行COM2口備份Excel電子表格數據至上位計算機，按年/月/日/小時來保存數據源文件。保存數據是加密的必須采用專用的宇電PC圖形軟件來閱讀。CF卡上的加密數據【數據格式】 圖片6
加密數據通過專用圖形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據與報警記錄的文件或是用戶從CF卡里查詢到的數據，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觸摸屏已內嵌微型打印機驅動，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為9600bps，8位數據位，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。實現了小型化設計應用。
1、歷史曲線打印：在屏的歷史曲線畫面才能實現打印曲線功能!
2、歷史數據打印：【在屏的歷史數據畫面才能實現打印數據功能!】
【自動打印時間間隔】的設定，是設置多長時間后打印機開始自動打印。如果此值設為0，則自動的實時打印報表。在屏的歷史數據畫面才能實現自動打印數據功能!
⑥打印紙寬57mm每次打印4列中的1行數據，每行5個數據，大于4列數據換行打印;您可以通過設置【打印起始列和打印終止列】來設置您所要打印的那幾個連續列的數據。
⑦每列數據可打3000行，每1行數據間隔就是：數據報表采樣時間【 6 】秒(可設置)。
查詢打印可打3000行數據;3000×6秒=18000秒÷3600秒=5小時;打印機外形 圖8
三、產品特點
1、采用傳統的：HMI觸摸屏軟件二次開發AI-2057G/C/2080C數字無紙記錄儀;
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、靈活組態軟件功能：應用領域豐富靈活，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：與傳統人機相比CPU 功能更強大,運行及畫面切換的速度更快;
6、內存：大容量內存，滿足更多的應用的畫面需求;
7、數據記錄：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數字無紙記錄儀于2006 年初成功發布，并在無紙記錄領域引發了眾多變革。此外，作為第一種采用高級 HMI 部件的產品，推廣應用創造性地解決問題：快速組建過程控制系統，將一個完整的工業現場的數據記錄在CF卡內隨時讀取保存。根據現場控制的要求采用通訊總線RS485連接即時使用：采用上位機+下位機的結構，符合現在工業控制的潮流。
數據穿透功能擴展，利用AI-2057G/C/2080C無紙記錄儀的數據穿透功能用RS485連接計算機軟件實現網絡監控，可多臺數字無紙記錄儀連接計算機軟件將現場數據、設備狀態上傳計算機軟件集中監控;是現場總線型技術的出現，給控制領域帶來了一次革命，將開創自動化的新紀元。
基于現場總線數字AI-2057G/C/2080C無紙記錄儀應用廣泛，隨著大量的現場應用的的示范工程的建立，現場總線型數字無紙記錄儀技術已經度過了啟蒙宣傳階段，進入推廣應用期，企業選用數字式無紙記錄儀現場總線控制系統的條件已逐漸成熟。千臺套在現場穩定運行記錄和良好的用戶口碑，已經取得了良好的應用業績，并在特定領域得到廣泛認同。