近十多年來(lái),宇電無(wú)紙記錄儀,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集、保存的重要性獲得的共識(shí),無(wú)紙記錄儀的市場(chǎng)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)展,無(wú)紙記錄儀技術(shù)無(wú)論在深度和廣度上都取得了的進(jìn)展,其特征是與高新技術(shù)結(jié)合,在方法和體系上開始發(fā)生很大變化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、新型開關(guān)電源技術(shù)等電子、軟件領(lǐng)域的滲透與交叉融合,推動(dòng)了無(wú)紙記錄儀技術(shù)的形成和發(fā)展。
1、宇電無(wú)紙記錄儀早期的技術(shù)特征
廈門宇電無(wú)紙記錄儀的形成,始于石化工業(yè)。20世紀(jì)90年代前,石化行業(yè)在記錄現(xiàn)場(chǎng)的流量、溫度、壓力等參數(shù)時(shí),使用有紙記錄儀。有紙記錄儀的缺點(diǎn)很明顯,顯示不直觀(只有趨勢(shì)顯示),需要定期換紙、更換墨水等耗材。隨著電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破使得無(wú)紙記錄儀的開發(fā)成為現(xiàn)實(shí)。
1.1 液晶顯示技術(shù)
液晶顯示器出現(xiàn)前,業(yè)界使用CRT顯像管作為電子顯示的方式。CRT顯像管體積大、功耗高、抗震性差、且需要高壓來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示,無(wú)法作為工業(yè)儀表的顯示器。而液晶顯示器作為新興的顯示技術(shù),具有重量輕、厚度薄、抗震性好等新特性,使用LED發(fā)光二極管或者CCFL作為光源,是工業(yè)儀表理想的顯示器。
早期液晶顯示器均為單色(黃底黑字),分辨率不高(128*64像素),一般自帶顯示控制器,微控制器使用并行總線與顯示控制器連接,可用來(lái)顯示數(shù)字和曲線,并可顯示漢字。
1.2 固態(tài)電子存儲(chǔ)器(閃存)
宇電記錄是無(wú)紙記錄儀的主要功能。基于抗震的考慮,軟盤、硬盤等帶活動(dòng)部件的存儲(chǔ)技術(shù)無(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用的要求,而EEPROM的存儲(chǔ)容量不足以用來(lái)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。閃存(Flash memory)是一種電子式可清除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,允許在操作中被多次擦或?qū)懙拇鎯?chǔ)器,由日本東芝公司與1984年發(fā)明。
閃存分為NandFlash和Nor Flash兩種類型。Nand Flash具有存儲(chǔ)量大,擦寫速度快的特點(diǎn),但是由于生產(chǎn)工業(yè)的原因,在存儲(chǔ)空間中存在壞塊,因此無(wú)法用于高可靠性要求的工業(yè)數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用。而Nor Flash可靠性高,且能擦寫100萬(wàn)次以上,是無(wú)紙記錄儀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的理想選擇。
2、廈門宇電無(wú)紙記錄儀技術(shù)的發(fā)展
2.1 信號(hào)輸入技術(shù)
廈門宇電無(wú)紙記錄儀作為模擬信號(hào)采集裝置,需要接入現(xiàn)場(chǎng)多種傳感器信號(hào)。早期無(wú)紙記錄儀使用單類型信號(hào)調(diào)理模塊作為模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換,熱電偶、熱電阻、電壓、電流等信號(hào)需使用不同的信號(hào)調(diào)理模塊,這種信號(hào)處理方式給用戶帶來(lái)極大的麻煩。
信號(hào)輸入技術(shù)使用光繼電器作為不同信號(hào)類型的切換開關(guān),同時(shí)使用運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)輔助切換信號(hào)量程,使得各種不同信號(hào)類型和不同量程的傳感器只需要通過(guò)軟件組態(tài)設(shè)置,即可輸入儀表。用戶再也無(wú)需為傳感器和信號(hào)調(diào)理模塊的匹配問(wèn)題而煩惱。
2.2 數(shù)字通訊技術(shù)
隨著工廠信息化程度的提高,現(xiàn)場(chǎng)的傳感器數(shù)據(jù)需要在工廠的信息系統(tǒng)中集中顯示,無(wú)紙記錄儀需要提供通訊接口。通訊接口分為物理鏈接和通訊協(xié)議兩部分:
物理鏈接:RS232和RS485是兩種常用的串行通信技術(shù)。RS232只能一對(duì)一通訊,且通訊距離一般不超過(guò)10米。而RS485可以多機(jī)通訊,使用差分信號(hào),傳輸距離超過(guò)1000米。因此RS485是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)zui常用的通訊方式。
通訊協(xié)議:Modbus是Modicon于1979年為使用可編程邏輯控制器(plc)而發(fā)布的。Modbus是工業(yè)領(lǐng)域通信協(xié)議的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn),并且現(xiàn)在是工業(yè)電子設(shè)備之間zui常用的連接方式。
Modbus比其他通信協(xié)議使用的更廣泛的主要原因有:
(1)公開發(fā)表并且無(wú)版稅要求。
(2)相對(duì)容易的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署(使用RS485)。
(3)對(duì)生產(chǎn)廠商,修改移動(dòng)原生的寄存器沒(méi)有很多限制。
2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存技術(shù)
廈門宇電無(wú)紙記錄儀在儀表內(nèi)部存儲(chǔ)了大量的數(shù)據(jù),隨著計(jì)算機(jī)的普及,在儀表上操作查看歷史數(shù)據(jù)顯然不如在電腦上查看方便,且計(jì)算機(jī)提供了數(shù)據(jù)錄入、分析、打印等功能,是儀表上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。而大量的數(shù)據(jù)通過(guò)串行通訊進(jìn)行上傳,速度慢、時(shí)間長(zhǎng)、容易傳輸失敗,而且有很多現(xiàn)場(chǎng)并沒(méi)有將無(wú)紙記錄儀進(jìn)行通訊聯(lián)網(wǎng)。使用優(yōu)盤和使用SD卡是常用的兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存方式。
使用優(yōu)盤或SD卡時(shí),需在儀表上增加USB或SD接口。使用傳統(tǒng)的8051處理器無(wú)法滿足USB或SD接口的高速數(shù)據(jù)傳輸需求,而32位的ARM高速處理器可以實(shí)現(xiàn)USB接口等功能。優(yōu)盤和SD卡具有高抗震性,支持熱插拔,存儲(chǔ)容量大等特點(diǎn),一個(gè)優(yōu)盤或一張SD卡即可存儲(chǔ)幾百臺(tái)無(wú)紙記錄儀的存儲(chǔ)數(shù)據(jù),用戶可一次備份多臺(tái)儀表,統(tǒng)一在電腦上查看數(shù)據(jù),方便抄表使用。
由于SD卡具有體積小、功耗低的特點(diǎn),可作為無(wú)紙記錄儀的擴(kuò)展存儲(chǔ)器,利用無(wú)紙記錄儀的自動(dòng)備份功能,使儀表的連續(xù)存儲(chǔ)時(shí)間成倍增加。
3、宇電無(wú)紙記錄儀技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
3.1 以太網(wǎng)、無(wú)線通訊、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
基于數(shù)據(jù)傳輸量的增加和通訊速度的要求,傳統(tǒng)的串行通訊已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)的通訊需求。工業(yè)以太網(wǎng)及基于以太網(wǎng)的無(wú)線通訊技術(shù)的普及對(duì)無(wú)紙記錄儀提出了新的通訊需求。
國(guó)外廠商在多年前就已經(jīng)提供了以太網(wǎng)的產(chǎn)品,而國(guó)內(nèi)廠商由于技術(shù)積累薄弱和市場(chǎng)需求疲軟等原因,基本沒(méi)有提供此類功能。目前云潤(rùn)儀表制造有限在以太網(wǎng)宇電無(wú)紙記錄儀開發(fā)方面走在同行前列,zui先推出寬屏彩色無(wú)紙記錄儀和寬屏藍(lán)屏無(wú)紙記錄儀。
以太網(wǎng)(Ethernet)是一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù),通常使用TCP/IP通訊協(xié)議。基于TCP/IP通訊協(xié)議,可實(shí)現(xiàn)多種無(wú)紙記錄儀需要的功能。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸:使用MODBUS/TCP協(xié)議,可實(shí)現(xiàn)與基于RS485的MODBUS-RTU相同的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊功能。
歷史數(shù)據(jù)傳輸:使用FTP協(xié)議,可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)直接讀取儀表內(nèi)的記錄數(shù)據(jù),速度快,且可直接使用瀏覽器訪問(wèn),無(wú)需軟件。
時(shí)間同步功能:由于硬件時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)后,總會(huì)存在誤差,而時(shí)間是記錄數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的一個(gè)重要維度。使用SNTP(簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議),可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)宇電無(wú)紙記錄儀的時(shí)間同步,使記錄數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。
瀏覽器訪問(wèn)功能:儀表內(nèi)構(gòu)件一個(gè)HTML服務(wù)器,用戶通過(guò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)無(wú)紙記錄儀,即可看到與記錄儀顯示一樣的畫面,且可進(jìn)行在記錄儀上相同的操作。
而在即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)浪潮中,宇電無(wú)紙記錄儀將由一個(gè)的模擬信號(hào)與數(shù)字傳輸之間的轉(zhuǎn)換設(shè)備,轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的模擬傳感器與新興的物聯(lián)網(wǎng)連接的一座橋梁,既降低用戶部署新型互聯(lián)的技術(shù)難度,同時(shí)也保護(hù)了用戶現(xiàn)有的操作習(xí)慣。