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技術(shù)文章
彩色無紙記錄儀硬件結(jié)構(gòu)有那些部件
閱讀次數(shù)：629 發(fā)布時(shí)間：2019/11/27 10:51:54
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(shí)性好的新一代記錄儀表。其特點(diǎn)在于可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、熱電阻、熱電偶信號(hào)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(dòng)抗溫漂的能力，對(duì)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，可做到最大512M的存儲(chǔ)容量和CF存儲(chǔ)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英寸液晶顯示屏，擴(kuò)大了顯示信息。友好的人機(jī)界面，有工程量顯示，棒圖顯示，曲線顯示等多幅畫面便于查閱；多達(dá)5級(jí)的靈活的中文菜單進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，并有密碼對(duì)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(shí)報(bào)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(duì)生產(chǎn)過程中工業(yè)參數(shù)的采樣、監(jiān)測、分析、存儲(chǔ)，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(dòng)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(hào)經(jīng)采樣，放大后送到A/D轉(zhuǎn)換部分。此信號(hào)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(chǔ)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(duì)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（顯示屏的坐標(biāo)），在顯示屏不同的畫面中顯示這些信息。此外，CPU還將測量值得分別在RAM和FLASH存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)，進(jìn)行上下限報(bào)警處理，并根據(jù)報(bào)警輸出設(shè)置將報(bào)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)的處理及顯示。把各項(xiàng)設(shè)定參數(shù)存儲(chǔ)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、顯示屏、鍵盤、存儲(chǔ)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。
顯示屏
采用點(diǎn)陣式彩色液晶顯示屏，分辨率為220*160，可顯示8種顏色，從而實(shí)現(xiàn)漢字、圖形、表格的顯示。
主板
主板主要包括單片機(jī)系統(tǒng)和信號(hào)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(duì)輸入信號(hào)的測量、運(yùn)算、畫面顯示和報(bào)警輸出以及通訊等功能，主要包括有CPU（80C31/80C32）、EPPOM（27C512）、EEPROM（24LC02）、RAM（628128）、看門狗（DS1232）、時(shí)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(duì)無紙記錄儀來說是到頭重要的，直接影響它的正常運(yùn)行。
看門狗主要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(shí)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(shí)鐘主要為該儀表提供實(shí)時(shí)時(shí)間，CPU只需在一定時(shí)間內(nèi)讀取時(shí)鐘芯片內(nèi)的時(shí)鐘數(shù)據(jù)關(guān)于顯示屏顯示，無需占用CPU內(nèi)部定時(shí)器，大大減少了CPU的資源和運(yùn)行時(shí)間。在此時(shí)鐘芯片中還集成一塊鋰電池，在系統(tǒng)掉電或關(guān)機(jī)時(shí)，保護(hù)了實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及RAM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
EEPROM（24LC02）中存儲(chǔ)了各通道的設(shè)定參數(shù)，每個(gè)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(hào)類型、量程上下限、工程量程、數(shù)據(jù)記錄間隔、報(bào)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
主要根據(jù)報(bào)警輸出的狀態(tài)為繼電器的通/斷提供控制信號(hào)。
通道板
由于無紙記錄儀接受的模擬信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或各種熱電偶、熱電阻信號(hào)，主機(jī)需要具有對(duì)其進(jìn)行一系列的信號(hào)處理功能：單片機(jī)控制多嘴開關(guān)的切換，毫伏信號(hào)的放大，A/D轉(zhuǎn)換，最后將轉(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(shí)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)換效率，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(hào)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(hào)的通用輸入，其原理如圖2所示。
圖2：無紙記錄儀通用信號(hào)輸入原理圖
圖2中，S1及S2的開閉情況如下，當(dāng)信號(hào)為熱電偶，S2打開，S1閉合；當(dāng)信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，S1打開,S2閉合；當(dāng)信號(hào)為熱電阻時(shí)，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(duì)熱電阻信號(hào)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)通電阻也不相同，所以需要在電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行考慮，具體方法如圖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(shí)，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。
主要技術(shù)指標(biāo)
基本誤差：±0.2%，歷史記錄回放誤差：±0.1%，報(bào)警誤差：±0.1%，重復(fù)性誤差：±0.1%，報(bào)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，準(zhǔn)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(duì)生產(chǎn)過程參數(shù)的測量與記錄。相信它會(huì)在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)揮越來越大的作用。
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