以太网无纸记录仪技术发展趋势

2018/1/21 1:33:49 人评论 次浏览 分类:昌晖动态  文章地址:http://yunrun.com.cn/news/487.html

近十多年来,对现场关键数据采集、保存的重要性获得前所未有的共识,无纸记录仪的市场获得了长足的发展。随着市场的扩展,无纸记录仪技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展,其特征是与高新技术结合,在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、新型开关电源技术等电子、软件领域的渗透与交叉融合,推动了无纸记录仪技术的形成和发展。
 以太网彩色无纸记录仪
1、无纸记录仪早期的技术特征
无纸记录仪的形成,始于石化工业。20世纪90年代前,石化行业在记录现场的流量、温度、压力等参数时,使用有纸记录仪。有纸记录仪的缺点很明显,显示不直观(只有趋势显示),需要定期换纸、更换墨水等耗材。随着电子产业的发展,两项关键技术的突破使得无纸记录仪的开发成为现实。
1.1 液晶显示技术
液晶显示器出现前,业界使用CRT显像管作为电子显示的方式。CRT显像管体积大、功耗高、抗震性差、且需要高压来驱动显示,无法作为工业仪表的显示器。而液晶显示器作为新兴的显示技术,具有重量轻、厚度薄、抗震性好等新特性,使用LED发光二极管或者CCFL作为光源,是工业仪表理想的显示器。
早期液晶显示器均为单色(黄底黑字),分辨率不高(128*64像素),一般自带显示控制器,微控制器使用并行总线与显示控制器连接,可用来显示数字和曲线,并可显示汉字。

1.2 固态电子存储器(闪存)
记录是无纸记录仪的主要功能。基于抗震的考虑,软盘、硬盘等带活动部件的存储技术无法满足工业应用的要求,而EEPROM的存储容量不足以用来作为数据存储器。闪存(Flash memory)是一种电子式可清除数据存储器,允许在操作中被多次擦或写的存储器,由日本东芝公司与1984年发明。
闪存分为NandFlash和Nor Flash两种类型。Nand Flash具有存储量大,擦写速度快的特点,但是由于生产工业的原因,在存储空间中存在坏块,因此无法用于高可靠性要求的工业数据记录应用。而Nor Flash可靠性高,且能擦写100万次以上,是无纸记录仪数据存储的理想选择。 
  

2、无纸记录仪技术的发展
2.1 万能信号输入技术
无纸记录仪作为模拟信号采集装置,需要接入现场多种传感器信号。早期无纸记录仪使用单类型信号调理模块作为模拟信号转换,热电偶、热电阻、电压、电流等信号需使用不同的信号调理模块,这种信号处理方式给用户带来极大的麻烦。
万能信号输入技术使用光继电器作为不同信号类型的切换开关,同时使用运算放大器和模拟开关辅助切换信号量程,使得各种不同信号类型和不同量程的传感器只需要通过软件组态设置,即可输入仪表。用户再也无需为传感器和信号调理模块的匹配问题而烦恼。

2.2 数字通讯技术
随着工厂信息化程度的提高,现场的传感器数据需要在工厂的信息系统中集中显示,无纸记录仪需要提供通讯接口。通讯接口分为物理链接和通讯协议两部分:
物理链接:RS232和RS485是两种常用的串行通信技术。RS232只能一对一通讯,且通讯距离一般不超过10米。而RS485可以多机通讯,使用差分信号,传输距离超过1000米。因此RS485是工业现场最常用的通讯方式。
通讯协议:Modbus是Modicon于1979年为使用可编程逻辑控制器(PLC)而发布的。Modbus是工业领域通信协议的业界标准,并且现在是工业电子设备之间最常用的连接方式。

Modbus比其他通信协议使用的更广泛的主要原因有:
①公开发表并且无版税要求。
②相对容易的工业网络部署(使用RS485)。
③对生产厂商,修改移动原生的寄存器没有很多限制。 
  

2.3 数据转存技术
无纸记录仪在仪表内部存储了大量的数据,随着计算机的普及,在仪表上操作查看历史数据显然不如在电脑上查看方便,且计算机提供了数据录入、分析、打印等功能,是仪表上无法实现的。而大量的数据通过串行通讯进行上传,速度慢、时间长、容易传输失败,而且有很多现场并没有将无纸记录仪进行通讯联网。使用优盘和使用SD卡是常用的两种数据转存方式。
使用优盘或SD卡时,需在仪表上增加USB或SD接口。使用传统的8051处理器无法满足USB或SD接口的高速数据传输需求,而32位的ARM高速处理器可以实现USB接口等功能。优盘和SD卡具有高抗震性,支持热插拔,存储容量大等特点,一个优盘或一张SD卡即可存储几百台无纸记录仪的存储数据,用户可一次备份多台仪表,统一在电脑上查看数据,方便抄表使用。
由于SD卡具有体积小、功耗低的特点,可作为无纸记录仪的扩展存储器,利用无纸记录仪的自动备份功能,使仪表的连续存储时间成倍增加。

3、无纸记录仪技术的发展趋势
3.1 以太网、无线通讯、物联网技术
基于数据传输量的增加和通讯速度的要求,传统的串行通讯已经无法满足未来的通讯需求。工业以太网及基于以太网的无线通讯技术的普及对无纸记录仪提出了新的通讯需求。

国外厂商在多年前就已经提供了以太网的产品,而国内厂商由于技术积累薄弱和市场需求疲软等原因,基本没有提供此类功能。目前云南昌晖仪表制造有限在以太网无纸记录仪开发方面走在同行前列,最先推出宽屏彩色无纸记录仪和宽屏蓝屏无纸记录仪。

以太网(Ethernet)是一种计算机局域网组网技术,通常使用TCP/IP通讯协议。基于TCP/IP通讯协议,可实现多种无纸记录仪需要的功能。
实时数据传输:使用MODBUS/TCP协议,可实现与基于RS485的MODBUS-RTU相同的实时数据通讯功能;历史数据传输:使用FTP协议,可实现计算机直接读取仪表内的记录数据,速度快,且可直接使用浏览器访问,无需专用软件。
时间同步功能:由于硬件时钟运行时间长后,总会存在误差,而时间是记录数据准确的一个重要维度。使用SNTP(简单网络时间协议),可实现网络内无纸记录仪的时间同步,使记录数据更准确。 
③浏览器访问功能:仪表内构件一个HTML服务器,用户通过浏览器远程访问无纸记录仪,即可看到与记录仪显示一样的画面,且可进行在记录仪上相同的操作。 

而在即将到来的物联网浪潮中,以太网无纸记录仪将由一个的模拟信号与数字传输之间的转换设备,转换为传统的模拟传感器与新兴的物联网连接的一座桥梁,既降低用户部署新型互联的技术难度,同时也保护了用户现有的操作习惯。
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