[导读] 计算机技术的快速发展使图形记录仪工业正处在一个关键的历史转折点。数字化无纸记录仪正在挑战数据采集无纸化技术方式。
一、概述
计算机技术的快速发展使图形记录仪工业正处在一个关键的历史转折点。数字化无纸记录仪正在挑战数据采集无纸化技术方式。针对有任务的数字化记录仪可以控制并显示现场工艺流程图控制数据，然后将其保存在电子记录中，后者可以被导入PC环境。有关的批次信息可以保存在单一的安全数据文件中，该文件可被存档并根据要求调出。纸张记录仪在精度、效率和安全性方面无法望其项背。
数字无纸记录仪可显著减少用户的成本。这些装置具有固态结构，意味着没有必要监测或维护的机械部件。此外还无需额外成本(如添加图表和笔)，后者可使纸张型趋势记录仪在整个使用寿命期间的成本显著增加。除了在流程工业中的传统客户群外，无纸成像技术还将广泛应用在化工、冶金、石油、制药、食品、电炉、恒温恒湿箱、机械设备配套、试验室移动控制屏、小型DCS控制系统等诸多行业中作为终端显示器来使用。以及实验室市场。
早在2003年宇电启动了一项旨在把无纸成像技术推向新高度的项目。开发AI-2000W彩色无纸记录仪，凭借原有的AI-2000W彩色无纸记录仪取得的经验为AI-2057G/C/2080C彩色无纸记录仪项目奠定了基础。
近年来，数字无纸记录仪主要致力于添加更多的【附加功能】，针对一系列基本的温度、压力、流量与湿度控制监测，在流程图上开关量的输入输出、设备动画状态要求，组建小型总线型DCS监控系统;例如【隧道窑、热处理退火老化电炉温度控制系列产品、电力、冶金、化工温度压力流量过程控制系统、多媒体科学教学设备、冷藏库或仓库、污水监测及应用】，控制测量点从1点到～最多达32个控制测量点。
在功能上主要是增加了流程图功能：触摸操作控制设备的运行、显示设备运行的状态，数字无纸记录仪数据穿透功能实现连网功能，用RS485连接多台数字无纸记录仪实现计算机软件实时网络监控，将现场数据、设备状态上传计算机软件集中监控，数据集中管理， 快速组建集散控制系统。
数字式无纸记录仪根据市场需求开发一种专用的、有竞争力的产品，它的功能超越了传统的纸张记录仪以及其他电子数据记录系统，从而有效地满足这一重要细分市场的需求。
系统架构安装方式：触摸屏数字无纸记录仪采用盘面安装方式;仪表采用盘面或导轨安装方式;通讯线采用【超5类屏蔽双绞线】。用2根RS485屏蔽双绞通讯线手拉手把显示、
控制仪表连接的一起，轻触操作屏数字无纸记录仪【HMI人机界面】操作有通信功能的【采集控制显示仪表或模块】!控制程序温度：点击【启动】、【暂停】、【启动】程序启动开始升温;全部测量控制的正常数据、不良参数、异常报警记录在CF闪存卡上备查。在流程图上开关量接点输出控制电机的【起/停】，电机运行状态在流程图上呈现。一套DCS无纸记录控制系统就快速组建好了。 系统架构图1
数字无纸记录仪系统显示控制仪表或模块可采用集中盘面安装或用模块分散安装相结合，充分应用总线技术，现场总线型技术从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，体现出相当的优越性。采用RS485现场总线型系统是现场仪表和控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站通信的系统。一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。使用户得以节约大量的电缆及补偿导线的费用。此外，在设计过程中充分考虑到现场技术与操作人员的实际需求，使用者完全不需要计算机专业技术知识，只要了解工艺对测量点、控制点的要求;选择仪表模块型号，从容掌握仪表模块的功能就可以，简单方便;
对象可以是：温度、压力、流量、物位、湿度。。。。的测量、报警、运算、变送;采集控制记录数据的传感器信号可以是：热电偶、热电阻、标准电压、标准电流、频率量、开关量输入输出、等常规工业现场信号，传感器可以输入混全应用;控制的执行器可以是：电动调节阀、气动调节阀、电磁阀、可控硅、固态继电器、交流接触器、开关量输入、输出控制功能繁多，应有尽有。现场总线也叫开放式网络，随时减少增加扩展控制节点。 每台记录仪可选择2、4、6、8、12、16、18、22、32通道 。
二、数字式无纸记录仪的开发的应用
1、第一个目标现场：现场显示控制器之前一直采用面板式安装。目前有时在所监测的流程(操作员最需要信息的位置)附近没有面板。就是安装一种坚固而小巧的透明的保护箱、总线连接远程分散安装在现场安装的显示控制仪表或模块，操作员就可观察控制测量点，同时保留面板安装或导轨安装选项。
2、第二个目标现场：是开发一种高级公共人机界面(HMI)数字无纸记录仪，以便在AI显示仪表部分功能在人机界面(HMI)数字无纸记录仪上再次使用。这与客户对日益精密的触摸屏(HMI)的期望相一致，能够提供更为清晰、更广泛的信息和控制。一种通用的HMI能够在市场中取得优势。随着HMI的复杂程度上升，产生并维护这类功能所需的开发工作也随之增加。设计成能够定制、以用作针对许多控制现场的专用用户界面，则公共高级HMI可以提供一种高性价比解决方案。它具有公共性所产生的所有优点，该软件设计要求能够直观地展现过程控制中的各个状态和参数，并对一些参数建立适当的报警机制。软件设计的主要画面有趋势图、棒图、实时多曲线图、历史多曲线图、过程控制流程图、报警监控、等。下位控制单元设计成随意设置AI控制仪表型号规格，可任选单路或多路显示报警仪、智能调节器、手操器、流量积算仪或开关量输入输出模块;输入及输出规格极为丰富，在触摸屏上设置位号、计量单位，对于客户、销售、支持和服务人员，一个通用的数字无纸记录仪开展学习和工作。
3、创造性地解决问题：快速组建过程控制系统
灵敏而稳定的测量控制系统
在数字无纸记录仪的设计要求中：最为重要的方面之一是其测量各种信号类型的能力。与许多其他仪表装置不同，输入并不局限于一类传感器，而需要能够处理来自几种转换器(如压力、液位、温度、流量或湿度传感器变送器)的输入。这意味着记录仪测量系统的动态范围必须能够完成的。
在数字无纸记录仪的设计要求中：创造性地解决问题了无纸记录仪的控制功能，并快速组建过程控制系统，根据现场控制的要求采用通讯总线RS485连接即时使用：采用上位机+下位机的结构，下位机为AI系列仪表，输入及输出规格极为丰富，可任选单路或多路显示报警仪、智能调节器、手操器、流量积算仪或开关量输入输出模块;控制各类调节阀、电磁阀、可控硅、固态继电器、交流接触器、随意开关量输入、输出控制电机的起停;即买即用，突破老传统、开辟新用途、自由控制。
计算机技术的发展使总线型技术在数字无纸记录仪得到应用，增加了在数字无纸记录仪添加工艺流程的控制功能
图形丰富：HMI触摸屏已内嵌二次开发的无纸记录仪软件，具有丰富的图形画面如：1～32通道【数据画面】一目了然;单台仪表【实时画面】模拟点信息、曲线、数据、手/自动、程序控制、参数修改操控尽在掌控中;形象的【棒图画面】高低楚落;分析工艺参数实时-历史可选1～4条曲线组合画面变化无穷;历史数据报表海量记录;报警应答报表随心所域;工艺流程尽收眼底;
运行曲线分析用多曲线的形式来直观的显示CF卡记录中的数据，显示该时间段内相关通道间被测量的变化关系。按通道顺序排列1、2、3、4固定组合在一起的通道组合，对于需要比较关键参数通道可将仪表地址编排在同一组显示趋势曲线，这样就更好的进行比较分析工艺参数的对象变化。点击【数据框】返回【实时画面】通道。点击【S】可选择启用单条或4条曲线显示趋势变化;查询历史数据设置起始时间及时间跨度;设置数据范围使曲线显示在图表中央，不同的数据范围启用单条查询。 图2
程序控制：在触摸屏上显示双曲线运行图、显示【程序运行时间进程】;可即时下传设置读取、下传升温、恒温、降温程序配方、程序配方的设置保存、程序图形重显、控制操作程序仪表【启动】【停止】【暂停】、在运行状态下切换【手动/自动】状态，手动控制输出量;即时修改【段号】指定运行段;及修改仪表控制参数等多种功能;适用电炉程序控温;图3
工艺流程图控制：根据电机启停的常规要求在软件上已预设8路开关量输出DO接点，即时操作按钮控制电机启停(配置AI-3013D5型8通道继电器输出模块地址设定33号);可预定DI模块采集电机运行状态动画显示功能;
批量控制：在流量实时曲线画面有批量控制功能，批量控制【PV】测量值、批量控制【SV】给定值，在流量仪表上设置批量控制功能，触摸屏上就可操作批量控制;设置批量控制给定值【SV】确定下传批量控制流量仪表;累积批量控制的总的累积流量。
用生动形象的图形画面来描述现场生产工艺流程，是整个工业现场的缩影。它不仅仅是一个图画，有控制按钮与现场实时数据同时显示，从而使得操作员具有十分直观的远程控制。软件编辑还可实现软PLC开关量输出的功能，时钟的记时控制、开关量输出记数功能。点击流程图中的数据框如：【TIC-101】将回到该【实时画面】通道。
系统组建：总线连接RS485、布线简单、有线无线都适应;高科技的产品与传统的控制回路完美的结合;简单安全又可靠;适用于化工、制药、冶金、现场应用;食品机械、化工机械、电炉控制设备配套、科研试验的多用途应用; 图5
4、安全数据存储：
无纸记录仪所产生数据的完整性非常重要，特别是在数据被用于证明符合公共安全要求时。部件失灵和故意破坏都可能造成数据损坏。需要对两种情况都采取措施，来实现万无一失的安全性。
高性能：HMI触摸屏采用RISC CPU、32M大容量内存，每通道数据刷新时间50毫秒;选配储存卡槽采用外插拔标配1G的电子硬盘，可扩展CF卡1～4G存储记录空间;数据保存按先进先出的原则，转存数据点立即保存;数据通过读卡器在PC上直接打开，数据备份至计算机上，用【宇电无纸记录仪图形软件】来阅读数据曲线;无存储功能时可作终端显示操作屏使用，主机内存可记录大约1小时的数据及报警参数，保存15条升降温程序配方在中;
提供了安全数字(CF)介质卡接口，用于自动备份数据,这些火柴盒大小的闪存卡具有可靠的固态存储功能，没有运动部件或备用电池，并能在大大超过软盘存储介质运行温度的情况下工作。
CF卡采用闪存(flash)技术，是一种稳定的存储解决方案，不需要电池来维持其中存储的数据。CF卡具有PCMCIA-ATA功能，并与之兼容;CF卡重量只有14g，仅纸板火柴般大小(43mmx36mxm3.3mm)，是一种固态产品，也就是工作时没有运动部件。对所保存的数据来说，CF卡比传统的磁盘驱动器安全性和保护性都更高;比传统的磁盘驱动器及Ⅲ型PC卡的可靠性高5到10倍，而且CF卡的用电量仅为小型磁盘驱动器的5%。这些优异的条件使得大多数数码相机选择CF卡作为其首选存储介质。
日前的大容量CF卡容量一般为1～4G，产品的推出，矛头直指的就是无纸记录仪记录数据一类用户，显而易见，无论是传输速度还是安全性方面，这款产品都超过了以前的硬盘类存储介质CF卡
CF存贮卡的兼容性还表现在它把FlashMemory存贮模块与控制器结合在一起，这样使用CF卡的外部设备就可以做得比较简单，而且不同的CF卡都可以用单一的机构来读写，不用担心兼容性问题，特别是CF卡升级换代时也可以保证旧设备的兼容性。
CF卡作为世界范围内的存储行业标准，保证CF产品的兼容，保证CF卡的向后兼容性;随着CF卡越来越被广泛应用，各厂商积极提高CF卡的技术，促进新一代体小质轻、低能耗先进移动设备的推出，进而提高工作效率。
无纸记录仪所产生数据的完整性非常重要，特别是在数据被用于证明符合公共安全要求时。
为了防止对所存储数据的非法修改，数据存储采用具有内置错误检查功能的二进制格式。保存在CF卡上的存档文件受到加密数字签名的保护。这些复杂的保护措施确保那些试图破坏数据wejian的操作能被识别和隔离门插销上的物理锁定机构进一步提高了安全性，并且是一种防破坏密封件。
5、数据报表存储处理功能
第一种：PC图形软件处理
在数据记录仪中，即可以根据客户的实际需要，设置数据的采样时间，存储间隔以及是否保存记录，是否立即保存数据到CF卡等功能，来满足不同的需求。
用户需要取走CF卡一定要点击【立即保存】的按钮，即时把记录仪内存中存储的数据，全部立即转存储到CF中。
保持在CF卡的数据可通过微型打印机打印数据报表、曲线;或通过CF卡存储数据用读卡器在PC上复制数据包到PC机用图形软件打开数据;也可用串行COM2口备份Excel电子表格数据至上位计算机，按年/月/日/小时来保存数据源文件。保存数据是加密的必须采用专用的宇电PC图形软件来阅读。CF卡上的加密数据【数据格式】 图片6
加密数据通过专用图形PC软件来阅读查看报表 ： 点击【查看报表】按钮，可以显示打开的记录数据与报警记录的文件或是用户从CF卡里查询到的数据，以报表的形式显示出来; 图片7
第二种、微型打印机方式
在HMI触摸屏已内嵌微型打印机驱动，在无纸记录仪上可操作微型打印机，默认的串口打印机的参数为9600bps，8位数据位，1位停止位，无校验，连接时将微型打印机定制的9口串口母头直接接到HMI屏的9芯串口头即可。实现了小型化设计应用。
1、历史曲线打印：在屏的历史曲线画面才能实现打印曲线功能!
2、历史数据打印：【在屏的历史数据画面才能实现打印数据功能!】
【自动打印时间间隔】的设定，是设置多长时间后打印机开始自动打印。如果此值设为0，则自动的实时打印报表。在屏的历史数据画面才能实现自动打印数据功能!
⑥打印纸宽57mm每次打印4列中的1行数据，每行5个数据，大于4列数据换行打印;您可以通过设置【打印起始列和打印终止列】来设置您所要打印的那几个连续列的数据。
⑦每列数据可打3000行，每1行数据间隔就是：数据报表采样时间【 6 】秒(可设置)。
查询打印可打3000行数据;3000×6秒=18000秒÷3600秒=5小时;打印机外形 图8
三、产品特点
1、采用传统的：HMI触摸屏软件二次开发AI-2057G/C/2080C数字无纸记录仪;
2、窄边小型机体：窄边小型机体，机体空间小，组装时不占空间，重量轻;
3、长寿命背光灯：背光灯采用寿命高达50000小时的长寿命型(常温、常湿状态下);
4、采用CF卡电子盘，解决了普通硬盘不耐震运的功能可运用在火车、船泊等高震动场合;
5、灵活组态软件功能：应用领域丰富灵活，能全面取代无纸记录仪与人机界面的功能;画面直观清晰，操作简便;快速运行：与传统人机相比CPU 功能更强大,运行及画面切换的速度更快;
6、内存：大容量内存，满足更多的应用的画面需求;
7、数据记录：历史资料自动采样记录;
8、子画面：提供基底画面及子窗口画面(提供灵活的画面嵌套机制);
9、配方：方便实用的配方程序保存和配方传送功能，应用与AI程序升降温控制;
10、强大脚本：提供类Basic的强大脚本的功能;
11、储存卡：扩展CF卡存储：标配1G的CF卡，可通过扩充CF卡扩展存储的空间1～4G的CF卡海量记录。可以支持FAT16/FAT32格式化;
12、采用计算机应用习惯，操作方便、用人们熟悉的方式减少了新用户的学习量。
四、正确的决定
AI数字无纸记录仪于2006 年初成功发布，并在无纸记录领域引发了众多变革。此外，作为第一种采用高级 HMI 部件的产品，推广应用创造性地解决问题：快速组建过程控制系统，将一个完整的工业现场的数据记录在CF卡内随时读取保存。根据现场控制的要求采用通讯总线RS485连接即时使用：采用上位机+下位机的结构，符合现在工业控制的潮流。
数据穿透功能扩展，利用AI-2057G/C/2080C无纸记录仪的数据穿透功能用RS485连接计算机软件实现网络监控，可多台数字无纸记录仪连接计算机软件将现场数据、设备状态上传计算机软件集中监控;是现场总线型技术的出现，给控制领域带来了一次革命，将开创自动化的新纪元。
基于现场总线数字AI-2057G/C/2080C无纸记录仪应用广泛，随着大量的现场应用的的示范工程的建立，现场总线型数字无纸记录仪技术已经度过了启蒙宣传阶段，进入推广应用期，企业选用数字式无纸记录仪现场总线控制系统的条件已逐渐成熟。千台套在现场稳定运行记录和良好的用户口碑，已经取得了良好的应用业绩，并在特定领域得到广泛认同。