無紙記錄儀誕生與20世紀90年代，CPU、存儲器RAM、LCD液晶顯示屏、電子和計算機技術推動了無紙記錄儀的創新和發展，本文對無紙記錄儀原理、硬件構成、軟件功能和無紙記錄儀選型做介紹，便于大家深入了解無紙記錄儀。
無紙記錄儀經歷了從單色到彩色、存儲器從小容量到大容量、從單純顯示記錄到復雜控制、從不帶通訊到以物聯網的發展，像昌暉儀表等廠家將無紙記錄儀配備TCP/IP協議，通過調制解調器無紙記錄儀就聯入了因特網，即無紙記錄儀生產廠可以通過因特網隨時看到產品的運行狀況。以下就介紹這種以太網無紙記錄儀的原理、性能和應用。
1、無紙記錄儀原理及硬件構成
無紙記錄儀是以CPU為核心，加上存儲器和輸入輸出設備組成的儀表。本站無紙記錄儀產品選型頁面詳細介紹了各種功能無紙記錄儀的技術參數及現場應用須知，大家可前往了解。
①中央處理器CPU
CPU是整臺儀表的控制中心，它控制著硬件及軟件的運行。CPU由運算器、控制器和寄存器構成。運算器完成算術邏輯運算，它通過內部數據總線與內部寄存器和外部數據總線交換信息；控制器將用戶程序中的指令一條條譯出來，并以一定的時序發出相應的控制信號；寄存器用于寄存參與運算的數據、程序計數器PC和堆棧指針SP等。
②EPROM、ROM和EEPROM
EPROM主要用于存儲程序，其中還用一些區段用于存儲人/機接口及系統參數；RAM用于存儲工作數據(如模擬輸入的數據)以及CPU操作過程中所用的指針和數據，工作參數和配置數據也存儲在RAM中，正常操作時從RAM中調用；一些重要的配置參數和數據存儲在EEPROM中，一旦掉電后恢復設置的配置參數(即把EEPROM中的配置參數調入RAM中)，無紙記錄儀使用的EEPROM為FLASH存儲器。
③顯示處理電路、顯示屏
無紙記錄儀多采用LCD液晶顯示屏，顯示處理電路用于專門處理CPU送來的顯示數據(該電路通常都有自己的CPU和RAM)，并驅動LCD顯示屏顯示數據。顯示屏是無紙記錄儀中成本較昂貴的部件，尤其是大屏幕彩色液晶顯示屏7″和10″，其成本超過整臺儀表一半，各廠家推出了配備從低價位的藍顯示屏到高價位的彩色顯示屏的無紙記錄儀，以適應不同用戶的需要。比如國內144×144mm外形無紙記錄儀顯示屏大多數廠家是5.6″，昌暉儀表制造有限公司為7″。
④按鍵接口電路、按鍵
鍵盤接口電路是一個串行接口電路，主要功能是掃描鍵盤，將用戶所按按鍵的掃描碼存入接口芯片的暫存器，并以中斷的方式與CPU進行通訊。一般操作人員和工程師都是通過無紙記錄儀的按鍵操作儀表的，修改無紙記錄儀參數需要輸入口令才能進行。
⑤模擬輸入及模/數轉換電路
該部分電路完成對模擬信號(電流、電壓和溫度信號)的預處理、隔離采樣及模/數轉換處理，采用的模/數轉換(ADC)芯片，芯片位數決定其轉換分辨率和價格。模擬電路部分均設計成萬能輸入形式，可以適應多種工業用途，模擬輸入的通道數有1-48等多種供用戶選擇，通過軟件改變每個通道的輸入類型。
⑥模擬輸出及數/模轉換電路
大多數無紙記錄儀的模擬輸出都為電流輸出(0-20mA、4-20mA等)，數/模轉換(DAC)芯片多為16位，分辨率為0.0015%。
⑦數字輸入/輸出電路
數字輸入/輸出電路用于擴展無紙記錄儀的功能，如將報警信號送到閃光報警器，有外部的信號控制是否記錄某個通道，或直接控制設備的開停等。輸出形式有繼電器干接點輸出和集電極開路晶體管輸出兩種。
⑧可移動存儲設備接口電路
無紙記錄儀的內存畢竟有限，為了保存更多的歷史數據，無紙記錄儀廠家內置了可移動存儲設備。常見的有U盤和閃存卡。
⑨通訊接口電路
該部分電路處理與外部設備的通訊數據，通過接口電路無紙記錄儀進入網絡，成為網絡上的一個終端。通訊協議有MODBUS、TCP/IP等，通訊接口有RS485、RS232和以太網等，有的廠家還設有打印機接口，接上打印機即可打印出實時及歷史數據。
⑩電源電路
無紙記錄儀的電源多采用開關電源。開關電源的電壓適應范圍寬、適應電源頻率也較廣，使整機的電源適應性很好。有的廠家還提供直流供電形式。
2、無紙記錄儀軟件功能
①數據保密
如果以ASCⅡ碼的形式存儲實時和歷史數據，就沒有保密性可言。多數廠家都有自己的數據存儲形式(二進制數據存儲)，只有通過無紙記錄儀廠家提供的分析軟件用戶才能在PC機上訪問無紙記錄儀生成的數據，這種分析軟件完全不通用。
②安全訪問
安全訪問是以設置口令來實現的，一般用戶不需口令可以隨便調用察看實時數據、歷史數據、報警事件等。要查看和修改配置參數均需要輸入口令，而涉及修改系統硬件參數以及維護軟件等工作，則要更高一級的口令才能進行。這樣就確保了用戶數據和配置參數的安全性。
③數據安全
測量數據最初保存的在內存中，然后定期保存到可移動存儲媒體中(如U盤)，也可以利用網絡通訊功能將無紙記錄儀的數據實時傳輸給PC機，從而增強數據的安全性。
④無紙記錄儀軟件
各廠家均為自己的無紙記錄儀產品開發了配套的應用軟件(不通用)，在文件服務器(通常是一臺PC機)上安裝無紙記錄儀軟件后，就可以讀取可移動存儲媒體上或由網絡傳來的數據，并對數據進行整理、格式化，最后打印成所需的正式報表。顯然，無紙記錄儀軟件大大擴展了無紙記錄儀的功能。
⑤軟件組態功能
一些廠家還將控制功能引入無紙記錄儀中，使之具有測量控制功能，成為一臺智能儀表。此外對于簡單的測量應用，無紙記錄儀還具有可編程數學算式運算功能(如實現流量的溫度、壓力補償計算和實現流量累計)，復雜的PID運算等，用戶還可以為每個測量通道設置報警限及動作方式。
3、無紙記錄儀選型
無紙記錄儀經過30年的創新和發展，其性能、功能、價格都發生了變化，隨著DCS和PLC的普及，也在蠶食著無紙記錄儀的市場份額，電子技術的發展也在推動無紙記錄儀價格更加平民化。無紙記錄儀沒有記錄紙，由于其存儲介質是FLASH存儲器，從而消除了機械式走紙記錄儀可動部件易損壞的諸多弊病。計算機技術的融合使無紙記錄儀用戶界面友好，操作更簡單，高可靠性無紙記錄儀已逐漸替代有紙記錄儀。
在選用無紙記錄儀時應注意以下幾方面的問題：
①顯示屏
目前相同尺寸的藍色顯示屏和彩色顯示屏成本僅存在200-300元差別，建議盡量選用彩色無紙記錄儀。觸摸式無紙記錄儀適用于環境條件較好的地方，多塵、濕度大的地方不宜選用觸摸式無紙記錄儀。工業用無紙記錄儀一般是正面觀看，昌暉儀表寬視角7″顯示屏的無紙記錄儀價格并不增加使用者成本，推薦選用。
②可移動式存儲設備和FLASH存儲器
現在無紙記錄儀帶USB接口是主流無紙記錄儀的標配，常規大容量U盤即可轉存數據。筆者認為，選大容量FLASH存儲器是必須的，如果已經有帶網卡的PC機，計量選用以太網無紙記錄儀，直接將無紙記錄儀用網絡線接上PC機即可。否則應選擇與FLASH存儲器容量相當的可移動存儲設備，這樣即使停電或可移動式存儲媒體被損壞，配置數據和測量數據仍保留在FLASH存儲器中，從而保證測量及配置數據的安全。
國產無紙記錄儀與國外無紙記錄儀相比，進口無紙記錄儀生產廠家(如橫河、歐陸)具有雄厚的技術開發實力，設計的產品融合了當今的先進技術，因而產品檔次高、操作方便、配套軟件豐富易用，而且可以支持多種通訊方式。而國內無紙記錄儀產品在功能的完整統一性和軟件設計上與國外產品尚有一定差距。
作者：周建，自貢鴻鶴化工股份有限公司設計院
