彩色無紙記錄儀是以多微處理器組成處理器網(wǎng)絡(luò)的功能強(qiáng)、實(shí)時性好的新一代記錄儀表。其特點(diǎn)在于可對標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、熱電阻、熱電偶信號實(shí)現(xiàn)通用輸入，使裝調(diào)簡化；采用先進(jìn)的A/D技術(shù)和自校正技術(shù)，提高了自動抗溫漂的能力，對惡劣環(huán)境中的各種干擾進(jìn)行了有效地濾除；運(yùn)用帶掉電保護(hù)的大容量RAM，紹興中儀可做到zui大512M的存儲容量和CF存儲卡（128-1G）相結(jié)合，以解決近期數(shù)據(jù)的查閱和長期數(shù)據(jù)保存的矛盾。采用TFT真彩色5英寸液晶體現(xiàn)屏，擴(kuò)大了體現(xiàn)信息。友好的人機(jī)界面，有工程量體現(xiàn)，棒圖體現(xiàn)，曲線體現(xiàn)等多幅畫面便于查閱；多達(dá)5級的靈活的中文菜單進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，并有密碼對設(shè)定參數(shù)進(jìn)行保護(hù)；采用RS-232/RS-485通訊接口，與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊及上位機(jī)組態(tài)，還可外接微型串行打印機(jī)打印各通道數(shù)據(jù)及實(shí)時報警狀態(tài)欄；外殼設(shè)計(jì)采用專用鋁合金型材，具有較好的抗干擾能力，安裝方便，美觀實(shí)用。可廣泛用于化工、冶金、石油等各種領(lǐng)域中對生產(chǎn)過程中工業(yè)參數(shù)的采樣、監(jiān)測、分析、存儲，彌補(bǔ)了機(jī)械式有紙記錄儀卡紙，墨水泄漏，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本高，功能有限等種種缺陷，是自動化生產(chǎn)中理想的換代儀表。

無紙記錄儀工作原理

無紙記錄儀中的通道板分別將各種模擬輸入信號經(jīng)采樣，放大后送到A/D轉(zhuǎn)換部分。此信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并經(jīng)數(shù)字濾波后存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，通道板CPU每0.2s與主板CPU進(jìn)行通訊，把測量數(shù)據(jù)傳送給主板，主板對此數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，將其轉(zhuǎn)換成工程值或曲線（體現(xiàn)屏的坐標(biāo)），在體現(xiàn)屏不同的畫面中體現(xiàn)這些信息。此外，CPU還將測量值得分別在RAM和FLASH存儲卡存儲，進(jìn)行上下限報警處理，并根據(jù)報警輸出設(shè)置將報警狀態(tài)以接點(diǎn)的方式在相應(yīng)的繼電器上輸出。

CPU通過數(shù)據(jù)總線接受鍵盤操作命令，根據(jù)此命令進(jìn)行相應(yīng)的處理及體現(xiàn)。把各項(xiàng)設(shè)定參數(shù)存儲在EEPROM中。并根據(jù)打印設(shè)置，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過RS232通訊接口傳送到打印機(jī)，將數(shù)據(jù)打印出來。

無紙記錄儀硬件結(jié)構(gòu)

無紙記錄儀由主板、通道板、體現(xiàn)屏、鍵盤、存儲卡、繼電器輸出板、通訊板和電源6部分組成，相互之間由帶纜和總線插槽連接。

體現(xiàn)屏

采用點(diǎn)陣式彩色液晶體現(xiàn)屏，分辨率為220*160，可體現(xiàn)8種顏色，從而實(shí)現(xiàn)漢字、圖形、表格的體現(xiàn)。

主板

主板緊張包括單片機(jī)系統(tǒng)和信號切換單元。

無紙記錄儀硬件結(jié)構(gòu)圖

單片機(jī)系統(tǒng)

采用8位單片機(jī)80C32和80C31，完成對輸入信號的測量、運(yùn)算、畫面體現(xiàn)和報警輸出以及通訊等功能，緊張包括有CPU（80C31/80C32）、EPPOM（27C512）、EEPROM（24LC02）、RAM（628128）、看門狗（DS1232）、時鐘（DS1216）。

具有掉電保護(hù)的RAM可以防止意外掉電或關(guān)機(jī)情況下內(nèi)部設(shè)定參數(shù)及記錄數(shù)據(jù)的丟失。關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保護(hù)，以及通訊參數(shù)的設(shè)置等，對無紙記錄儀來說是到頭嚴(yán)重的，直接影響它的正常運(yùn)行。

看門狗緊張防止儀表因受外界干擾而出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，一旦CPU或RPROM受到干擾千萬程序混亂，看門狗將在特定的時間內(nèi)重新復(fù)位CPU，使其重新運(yùn)行，從而保證儀表正常運(yùn)行。

時鐘緊張為該儀表提供實(shí)時時間，CPU只需在一定時間內(nèi)讀取時鐘芯片內(nèi)的時鐘數(shù)據(jù)關(guān)于體現(xiàn)屏體現(xiàn)，無需占用CPU內(nèi)部定時器，大大減少了CPU的資源和運(yùn)行時間。在此時鐘芯片中還集成一塊鋰電池，在系統(tǒng)掉電或關(guān)機(jī)時，保護(hù)了實(shí)時時鐘以及RAM中存儲的數(shù)據(jù)。

EEPROM（24LC02）中存儲了各通道的設(shè)定參數(shù)，每個通道都有一片24LC02，分別記錄了該通道的調(diào)校數(shù)據(jù)、設(shè)置參數(shù)（包括信號類型、量程上下限、工程量程、數(shù)據(jù)記錄間隔、報警上下限等），芯片采用兩線制，極大地節(jié)省了系統(tǒng)資源。

繼電器控制單元

緊張根據(jù)報警輸出的狀態(tài)為繼電器的通/斷提供控制信號。

通道板

由于無紙記錄儀接受的模擬信號為標(biāo)準(zhǔn)信號或各種熱電偶、熱電阻信號，主機(jī)需要具有對其進(jìn)行一系列的信號處理功能：單片機(jī)控制多嘴開關(guān)的切換，毫伏信號的放大，A/D轉(zhuǎn)換，zui后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)算術(shù)平均值存入單片機(jī)相應(yīng)的單元中。

單片機(jī)系統(tǒng)與通道板的連接：單片機(jī)系統(tǒng)定時與通道板通訊，向通道板發(fā)送指令并從通道板接受采樣數(shù)據(jù)，且各通道間相互隔離。

電源電路

采用低壓開關(guān)電源，提高了轉(zhuǎn)換聽從，降低了功耗。電源電路和輸入可選用交流AC220V/50Hz或直接DC24V電源，以滿足不同工業(yè)環(huán)境的要求。

主機(jī)外殼

采用專用鋁合金開票，開孔尺寸138*138mm，現(xiàn)在根據(jù)需要，紹興中儀開發(fā)了多款外形以適合不同的客戶需求，如160*80mm、288*288mm等。

無紙記錄儀關(guān)鍵技術(shù)

信號的通用輸入

無紙記錄儀通過后端子的接線，系統(tǒng)菜單內(nèi)的設(shè)置相結(jié)合，方便地實(shí)現(xiàn)了不同類型信號的通用輸入，其原理如圖2所示。

圖2：無紙記錄儀通用信號輸入原理圖

圖2中，S1及S2的開閉情況如下，當(dāng)信號為熱電偶，S2打開，S1閉合；當(dāng)信號為標(biāo)準(zhǔn)信號時，S1打開,S2閉合；當(dāng)信號為熱電阻時，S1，S2都打開。

熱電阻采樣

無紙記錄儀采用模擬開關(guān)進(jìn)行通道切換對熱電阻信號采樣，由于模擬開關(guān)內(nèi)的導(dǎo)通電阻是不可知的，且各通道間導(dǎo)通電阻也不相通，所以需要在電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行考慮，細(xì)致方法如圖3所示。

無紙記錄儀熱電阻采用電路圖

圖三中，R102，R101分別為被測熱電阻的上，下限電阻值，電流源流經(jīng)被測熱阻或標(biāo)準(zhǔn)電阻時，產(chǎn)生電壓，而從Y端取出的電壓為模擬開關(guān)前端的電壓，排除了導(dǎo)通電阻的影響，提高了精度。

緊張技術(shù)指標(biāo)

基本誤差：±0.2%，歷史記錄回放誤差：±0.1%，報警誤差：±0.1%，重復(fù)性誤差：±0.1%，報警重復(fù)性誤差：±0.1%，串行口輸出：RS-232，電源AC220V±10%或DC24V。

結(jié)束語

無紙記錄儀表現(xiàn)出適應(yīng)范圍廣，使簡單，精確可靠，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，是傳統(tǒng)無紙記錄儀不能比擬的，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、自來水、水處理等行業(yè)中對生產(chǎn)過程參數(shù)的測量與記錄。相信它會在自動化生產(chǎn)過程中發(fā)揮越來越大的作用。

作者簡介：王悅，北京人，1994年畢業(yè)于北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院，目前在天津大學(xué)管理學(xué)院就讀，工業(yè)工程專業(yè)在職工程碩士。