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美国DICKSON——技术文章

关于显示记录仪表的技术特点及发展

文章出处:   作者:上海美凯友迪   时间:2009-8-12

一.简介
显示记录仪表是用来对各种温度、压力、流量、位移等物理量进行连续自动检测、显示、记录和数据采集。由于指示清晰、记录直观、易于观察参数的变化趋势、数据保存方便等一系列特点,一直在工业自动化仪表中占据重要地位,广泛应用于石油、化工、冶金、机械、轻工、食品等国民经济部门。
80年代初以来,微处理器技术在显示记录仪表中的采用,使仪表工作原理得到突破,产品全面由模拟式向数字化方向发展,包括它的显示、记录和数据存储方式等。
各种功能丰富、形式多样、结构灵巧、可靠性高的新产品层出不穷,满足各行业不同的需求。虽然近年来以计算机为基础的工业过程控制系统(DCS)得到广泛应用,但显示记录仪表以其特有功能还是在各行业中得到广泛使用。
二.显示记录仪表的技术特点
当前,显示记录仪表是集微处理器技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术于一体,把信号检测处理、显示、记录、数据储存、通信、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的功能丰富、使用方便、观察直观、可靠性高的新型仪表。主要技术特点归纳如下:
1.    输入信号通用性强、种类多
几乎国内外所有带微处理器的显示记录仪表,都能同时直接接收来自测量现场的传感器和变送器信号,如热电偶信号可接收B、C、E、J、K、L、N、R、S、T、Ni/Ni等; 热电阻信号可接收Cu50、Cu100、Pt10、Pt100等; 热电偶、热电阻信号量程范围可任意设定。直流电压信号量程从±1mV到±100V,直流电流信号量程从1mA到500mA。
2.    输入通道多、记录通道多
显示记录仪表规格可分为大、中、小型长图和大、中圆图显示记录仪几大类,尺寸符合国际标准。
a. 小型长图显示记录仪,面板尺寸144×144mm,有全部隔离输入1~4个通道显示,笔式连续模拟曲线记录,同时附加数字记录; 六通道全部隔离输入,六色打点曲线和数字记录。
b. 中型长图显示记录仪,面板尺寸288×288mm,最多可有32个全部隔离通道输入(如欧陆集团CHESSELL公司4180C、4180M、4180G),最多有12通道连续模拟曲线记录(如日本FUJI公司的PHA)。
c. 大型长图显示记录仪,面板尺寸360×288mm,最多可有96个全部隔离通道输入,45个通道同时模拟打印曲线记录(如CHESSELL公司的4250C、4250M、4250G)。
d. 中型、大型圆图显示记录仪,最多可有四个全部隔离通道显示和记录(如美国FOXBRO公司740系列,CHESSELL公司392系列)。
3.    记录方式
既有传统纤维记录纸上记录、彩色色带打印方式记录、热敏头在热敏纸上记录,又有通过ICRAM卡、磁盘等电子方式数据存储记录。现在一台显示记录仪往往包含两种或两种以上记录方式,以满足用户在不同场合、时间的需要。
如CHESSELL公司4180、4250系列和日本横河μR1000系列、μR1000S系列等产品。
4.    记录响应时间
笔式连续记录: 小型长图≤0.5s,中型长图≤3s。
打点记录: 曲线记录每秒可扫描45条曲线,1.3s内能打印104个字符。
5.    显示方式
显示记录仪表现在的显示方式真可谓丰富多彩,有数码显示、光带显示、带数据和曲线等图形显示。所采用显示器件除传统指针式,荧光带,LED、LCD数码管,荧光数码管外,还有彩色CRT显示器、超薄型(TFT)VGA彩色液晶显示器等。
6.    测量精度高,采样周期快
测量精度包括测量显示和记录两个方面。测量精度和采样周期都属显示记录仪表的最主要指标,它们往往体现了显示记录仪表整机水平。由于采用大规模集成电路、微处理器,甚至专用ASIC电路,使仪表的测量和记录精度均相当高,而且稳定性好。
标准量程档(2V) 测量精度有的高达0.05%,一般也达0.1~0.2%; 记录精度有的高达0.1%,一般都达到0.25~0.5%。所有通道采样一次所需时间最短为0.1s(六通道以内)和1s(六通道以上)。
7.    运算功能强
具有加、减、乘、除、比率、平方根,通道/分组平均、动态平均指数、对数、质量流量、蒸气流量,曲线发生等几十种运算,还有流量积算等导出计算功能,各项运算有些仪表各通道可以组态使用。
8.    供电电源适用广
普遍使用85~264VAC供电自由开关电源,适合不同国家供电,同时也配有48V/24VDC直流供电的附件供选择。
9.    小型化
大部分显示记录仪表的长度已经很短,这得益于广泛应用SMT贴片工艺技术,同时采用高集成度ASIC,使电路板尺寸大大减小。如FUJI公司12通道PHA/PHC显示记录仪长度仅199mm,比从前传统仪表长度缩短一倍以上。
10.报警功能
报警功能作为仪表的附加功能,组态、配置相当丰富。有绝对高/低值、偏差、变化率增/减、数字状态等报警。报警发生后,除面板指示外,一般还在记录纸上或电子数据存储器单元记录报警信息; 同时可附加多组继电器输出各种报警状态。
11.调节控制功能
小型长图显示记录仪和圆图记录仪一直有带调节控制附加功能的系列产品。带微处理器仪表的调节控制通过软件运算实现。除了常规位式调节,P、PI、PD、PID调节规律外,现在已把程序调节控制、PID自整定、自适应PID及专家系统都放入其中,其调节功能可与数字调节器相媲美。FOXBORO公司740系列圆图记录仪,CHESSELL公司392系列中圆图记录仪,以及英国Kent公司PX100系列、P105M系列,都是典型产品。
12.操作
方便的人机对话窗口,按键操作后在显示屏上迅速显示清晰的字符提示,菜单式参数设置,用户可以十分迅速而直接地进入各项操作。更进一步有类似多媒体显示屏直接屏幕按钮操作,如CHESSELL公司4180G、4250G产品。同时也可通过专门手操器、上位机对显示记录仪进行参数设定、组态、校验等操作。
13.通信功能
显示记录仪目前绝大部分产品配有通信功能,通信规格有RS-232、RS-485。使用MODBUSRTU,最大波特率有19.2kb/s,随机附有上位机驱动程序,容易与工业过程控制系统相联。
14.电子数据存储
有磁盘和ICRAM卡两种。磁盘使用方便,数据存储满后取出,可直接插入计算机,根据厂家提供的程序对数据进行各种分析处理。ICRAM卡数据存储满后取出,可用专用接口把数据传入计算机供分配。从使用来看,ICRAM卡可靠性要高一些,而磁盘使用方便一些。
另外,仪表还具有自定义测量信号非线性的线性化处理、自动校正、自动诊断等功能。
三.几种典型产品介绍
下面着重介绍几个具有特色、技术领先、在显示记录仪表方面代表发展方向的产品。
1.    PHA/PHC彩色喷墨式智能中、小型长图记录仪
PHA/PHC彩色喷墨式智能中、长图记录仪是FUJI公司的最新产品。
它以独特的彩色喷墨记录方式和先进微处理器技术实现了记录的高清晰度、快速,并且实现世界上独一无二12通道模拟趋势记录(PHA); 同时体积小,深度仅为199mm,重量仅为6kg,属超轻型。
采用喷墨记录方式的仪表早在80年代初德国Siemens公司便有产品推出。
由于它具有记录色彩鲜明、高清晰度、字符曲线均可记录、记录速度快、噪声低等众多优点而受到青睐。
但是由于喷墨头制作复杂,墨水质量要求高,墨水喷完就必须更换昂贵的喷墨头,因此运行成本高,以后几年推广不快。
FUJI公司推出的PHA/PHC彩色喷墨记录仪,采用新的制造技术,通过在硅片上超精密加工直径仅为0.3mm微喷射器,大大降低制造成本。这家公司还研制成功喷墨头注水机附件,可使喷墨头多次使用,使仪表运行成本大大降低。
正因为制造技术的突破,预期喷墨将是今后显示记录仪一种有前途的记录方式。
2.    4250G/4180G图象显示记录仪
4250G/4180G图象显示记录仪是CHESSELL公司于90年代中期推出的全新概念的记录仪。
仪表表面超薄型大屏彩色液晶显示器(TFT),可以丰富多彩地把测量值进行数字报表显示、棒状图显示、曲线显示、报警显示等。
触膜屏按键操作类似于多媒体操作,操作直观、方便。最多有96个全部隔离通道输入,2MB ICRAM卡存储,内置六色、十点彩色打印记录装置,每秒钟最多可记录45条模拟曲线,1.3s内能打印104个字符。它是一台既保留传统记录仪优点、特性,又有计算机数据采集系统功能的新型仪表。
3.    740系列智能圆图记录仪
740系列智能圆图记录仪是FOXBORO公司的产品。
它具有两个独立的、具有该公司专利EXACT自整定功能的PID调节。可多达四笔记录,具有程序控制、积累、报警等诸多功能,有为二线制变送器供电的四个独立供电电源,有单或双路4~20mA模拟输出,40个字符点阵荧光显示器,操作在显示提示下进行,用户使用十分方便。
使一台这样的显示仪表能完成一个独立装置的测量、显示、记录、控制等全部功能。在热处理炉、各种环境试验装置、化工试验炉等装置上应用,十分方便。
4.    TELETREND电子记录仪
美国Penny+Giles公司推出新一代TELETREND电子记录仪,外形尺寸有144×144×300mm,192×192×300mm等,面板采用

彩色LCD、VGA监视器,数据存储在标准的3.5英寸的软磁盘内。
它有数据显示、表格显示、实时棒状显示、趋势曲线显示。
有2~32通道信号输入,可配热电偶、热电阻和各种标准信号。测量数据根据设置采样间隔、数据的分辨率等,连续不断地存在磁盘中,1.44MB的磁盘,1s存储一次,可存储32h; 480s存储一次,最多可存储640天的数据。
可用配置的手操器对存储的数据进行分析和处理,在仪表屏上显示; 也可把磁盘拿到PC机上用专用软件分析处理数据。
 

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