ABB 無紙記錄儀確立趨勢記錄

• 關(guān)鍵詞：電機(jī),流量計(jì),直流調(diào)速,工控

趨勢記錄儀工業(yè)正處在一個(gè)關(guān)鍵的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與無紙記錄儀等無紙化技術(shù)正在挑戰(zhàn)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方式。針對任務(wù)的記錄儀可以捕捉并顯示流程數(shù)據(jù)，然后將其保存在電子記錄中，后者可以被導(dǎo)入PC環(huán)境。有關(guān)的批次信息可以保存在單一的安全數(shù)據(jù)文件中，該文件可被存檔并根據(jù)要求調(diào)出。紙張記錄儀在精度、效率和安全性方面無法望其項(xiàng)背。

無紙記錄儀可顯著減少用戶的成本。這些裝置具有固態(tài)結(jié)構(gòu)，意味著沒有必要監(jiān)測或維護(hù)的機(jī)械部件。此外還無需額外成本（如添加圖表和筆），后者可使紙張型趨勢記錄儀在整個(gè)使用壽命期間的成本顯著增加。除了在流程工業(yè)中的傳統(tǒng)客戶群外，無紙成像技術(shù)還將越來越制造商（OEM）行業(yè)、天然氣與石油工業(yè)、以及實(shí)驗(yàn)室市場。

SM500F–卓爾不群
2005年1月，ABB啟動了一項(xiàng)旨在把無紙成像技術(shù)推向新高度的項(xiàng)目。
憑借現(xiàn)有的screenmaster系列無紙記錄儀取得的經(jīng)驗(yàn)為SM500F項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)。
近年來，盡管儀器制造商主要致力于添加更多的“附加功能”，多數(shù)記錄應(yīng)用仍僅僅需要最基本的監(jiān)測功能（最多達(dá)4個(gè)流程輸入）。針對一系列基本的溫度、壓力與濕度監(jiān)測要求（例如冷藏庫或倉庫、污水監(jiān)測及熱處理應(yīng)用），無紙記錄儀的制造商主要通過對其中檔產(chǎn)品大幅度打折來獲得項(xiàng)目。但這個(gè)產(chǎn)品的目標(biāo)不是提供又一種廉價(jià)裝置，而是開發(fā)一種專用的、有競爭力的產(chǎn)品，它的功能超越了傳統(tǒng)的紙張記錄儀以及其他電子數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，從而有效地滿足這一重要細(xì)分市場的需求。

無紙記錄儀和指示器之前一直采用面板式安裝。不過，有時(shí)在所監(jiān)測的流程（操作員最需要信息的位置）附近沒有面板。第一個(gè)目標(biāo)是生產(chǎn)一種堅(jiān)固而小巧的、可現(xiàn)場安裝的記錄儀，從而無需進(jìn)行代價(jià)不菲的傳統(tǒng)記錄儀現(xiàn)場安裝，同時(shí)保留面板安裝選項(xiàng)。

第二個(gè)目標(biāo)是開發(fā)一種高級公共人機(jī)界面（HMI）部件，以便在ABB儀器儀表部的整個(gè)產(chǎn)品系列中再次使用。這與客戶對日益精密的HMI的期望相一致，能夠提供更為清晰、更廣泛的信息和控制。一種通用的HMI能夠在市場中取得優(yōu)勢。隨著HMI的復(fù)雜程度上升，產(chǎn)生并維護(hù)這類功能所需的開發(fā)工作也隨之增加。如果設(shè)計(jì)成能夠定制、以用作針對許多不同儀器的專用用戶界面，則公共高級HMI可以提供一種高性價(jià)比解決方案。它具有公共性所產(chǎn)生的所有優(yōu)點(diǎn)，這不僅對于設(shè)計(jì)人員，也是對于客戶、銷售、支持和服務(wù)人員，他們將擁有一個(gè)公共界面，開展學(xué)習(xí)和工作。

近年來，盡管儀器制造商主要致力于添加更多的“附加功能”，多數(shù)記錄應(yīng)用仍僅僅需要最基本的監(jiān)測功能（最多達(dá)4個(gè)流程輸入）。
創(chuàng)造性地解決問題
為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，必須在現(xiàn)有無紙記錄產(chǎn)品的基礎(chǔ)上顯著地削減成本。
第一步對產(chǎn)品規(guī)格及功能性進(jìn)行嚴(yán)格的評估。這意味著確定哪些東西對最終客戶確實(shí)重要，根據(jù)客戶價(jià)值與成本的關(guān)系重新評估每種現(xiàn)有功能和新功能，確保設(shè)計(jì)工作和部件成本是針對提供高品質(zhì)的核心功能性，而非次要的“錦上添花”式功能性。為了實(shí)現(xiàn)成本目標(biāo)，在中國和東南亞找到了新的供應(yīng)商，來提供主要部件和組裝工作。加工成本和部件采購成本的顯著下降使客戶能夠享有大為降低的購買價(jià)格。

為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)、即生產(chǎn)一種可以方便地安裝在墻壁1a、管道1b或面板上的裝置，需要獨(dú)特而緊湊的外殼。產(chǎn)品的總深度必須從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的200mm以上減少到85mm以下2 。主要的處理及數(shù)據(jù)存儲電子元件的外殼必須完全封閉并受到保護(hù)，以滿足嚴(yán)格的NEMA 4X/IP661）標(biāo)準(zhǔn)3 。為了做到這一點(diǎn)，傳統(tǒng)的內(nèi)底盤被堅(jiān)固的鉸鏈門代替，后者能夠符合工業(yè)現(xiàn)場的使用要求。
           
腳注
1)NEMA（全國電氣制造商協(xié)會）4X標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，外殼必須具有保護(hù)能力，能夠抵抗腐蝕、風(fēng)沙、雨水、灑水、軟管出水以及結(jié)冰，但不必能夠抵抗內(nèi)部冷凝及結(jié)冰。P66（侵入保護(hù)）標(biāo)準(zhǔn)采用兩位數(shù)字來說明保護(hù)等級。第一位數(shù)字代表固態(tài)物體（6：必須能抵抗灰塵進(jìn)入），而第二位數(shù)字則代表液體（6：噴射出的水不得進(jìn)入外殼并造成危害）
1.盡管大多數(shù)傳統(tǒng)裝置僅僅設(shè)計(jì)用于面板安裝，SM500F安裝形式包括墻壁安裝 a 和管道安裝 b 。

其他設(shè)計(jì)元素包括可旋轉(zhuǎn)法蘭（使標(biāo) 準(zhǔn)產(chǎn)品可以采用不同的安裝機(jī)構(gòu)）以及面板夾（具有特殊功能，可防止面板密封件被過度壓縮）。
傳統(tǒng)的電纜管進(jìn)口脫?？壮３ｋy以使用，耗時(shí)費(fèi)力，而這已被預(yù)模塑孔及水密孔塞所代替。特殊的模塑件使門的開啟角度能夠超過180度，便于接近配線部分并進(jìn)行現(xiàn)場升級4。
建立長期穩(wěn)定的模擬輸入測量，可以不必對裝置進(jìn)行年度重新校驗(yàn)，從而減少用戶成本。
靈敏而穩(wěn)定的測量系統(tǒng)
在無紙記錄儀的設(shè)計(jì)要求中，最為重要的方面之一是其測量各種信號類型的能力。與許多其他儀表裝置不同，輸入并不局限于一類傳感器，而需要能夠處理來自幾種轉(zhuǎn)換器（如壓力、液位、溫度、流量或濕度傳感器變送器）的輸入。這意味著記錄儀測量系統(tǒng)的動態(tài)范圍必須能夠處理從幾毫伏直到50伏特的信號。
       
建立長期穩(wěn)定（每年的漂移小于0.01％）的模擬輸入測量，可以不必對裝置進(jìn)行年度重新校驗(yàn)，從而減少用戶成本。由于裝置設(shè)計(jì)為現(xiàn)場安裝，務(wù)必使較大室溫變化對測量產(chǎn)生的影響盡可能小。
       
偏移電壓是造成靈敏測量電路漂移的主要原因。因此，必須采用能夠減小這些影響的部件和技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)所需的高穩(wěn)定性，使用了一種信號斬波技術(shù)。這一技術(shù)使測量之前的信號極性交替反轉(zhuǎn)通過對反轉(zhuǎn)和未反轉(zhuǎn)的測量值進(jìn)行平均，偏移電壓的影響被消除。
       
在工業(yè)環(huán)境中，必須防止幾種不同的干擾現(xiàn)象，如接地回路、公共模式噪音、靜電放電與高頻電磁干擾（EMI）。采用了一種γ-δ 2）模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)來幫助解決這些問題。這種過采樣方法具有非常低的量子化噪音，并能有效地拒絕50/60Hz電源頻率噪音，而前端無需大型被動式過濾部件。各測量頻率均完全電絕緣，對接地回路和電磁干擾有出色的抗擾度。這能實(shí)現(xiàn)一種更能容許配線問題的儀器，從而進(jìn)一步減少許多客戶的擁有成本，特別是在使用沒有獨(dú)立的輸入-輸出（I/O）絕緣的低成本系統(tǒng)部件時(shí)。

安全數(shù)據(jù)存儲
無紙記錄儀所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的完整性非常重要，特別是在數(shù)據(jù)被用于證明符合公共安全要求時(shí)。部件失靈和故意破壞都可能造成數(shù)據(jù)損壞。需要對兩種情況都采取措施，來實(shí)
現(xiàn)萬無一失的安全性。

盡管閃存是一種較佳的長期存儲方式，并具有較高的平均故障間隔時(shí)間（MTBF），它會受到一種“位翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的影響。這種很少發(fā)生的現(xiàn)象可能不會波及所存儲的圖片或音樂文件，但可能嚴(yán)重影響重要的流程數(shù)據(jù)。為了克服這一現(xiàn)象，SM500F采用了內(nèi)置有錯(cuò)誤檢測代碼/錯(cuò)誤校正代碼（EDC/ECC）機(jī)制和壞塊管理功能的閃存。
               
提供了安全數(shù)字（SD）介質(zhì)卡接口，用于自動備份數(shù)據(jù) 5 。這些郵票大小的閃存卡具有可靠的固態(tài)存儲功能，沒有運(yùn)動部件或備用電池，并能在大大超過軟盤存儲介質(zhì)運(yùn)行溫度的情況下工作。
無紙記錄儀所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的完整性非常重要，特別是在數(shù)據(jù)被用于證明符合公共安全要求時(shí)。
為了防止對所存儲數(shù)據(jù)的非法修改，數(shù)據(jù)存儲采用具有內(nèi)置錯(cuò)誤檢查功能的二進(jìn)制格式。保存在SD卡上的存檔文件受到加密數(shù)字簽名的保護(hù)。這些復(fù)雜的保護(hù)措施確保那些試圖破壞數(shù)據(jù)wejian的操作能被識別和隔離門插銷上的物理鎖定機(jī)構(gòu)進(jìn)一步提高了安全性，并且是一種防破壞密封件。
這些綜合安全措施滿足FDACFR21第11部分對電子記錄存儲器的要求。
添加了電子郵件功能，以便直接向工程師的手機(jī)或PC發(fā)送日常狀態(tài)報(bào)告和警報(bào)。

腳注
2}γ-δ是一種采樣技術(shù)，能夠借助過采樣和集成來減少噪音的影響。
2 小尺寸意味著它可以安裝在幾乎任何地方

創(chuàng)建高級公共HMI部件
在許多技術(shù)產(chǎn)品中，HMI的有效性決定了整個(gè)解決方案是否能被目標(biāo)用戶接受。用戶界面的使用方便程度被認(rèn)為遠(yuǎn)比內(nèi)部機(jī)構(gòu)重要。挑戰(zhàn)在于提供一種可以反復(fù)使用、具有額外功能性的HMI部件，同時(shí)保持使用方便性。

必要的條件包括操作系統(tǒng)和硬件平臺，它們能夠?qū)崿F(xiàn)響應(yīng)性好、復(fù)雜而直觀的用戶界面。SM500F采用Microsoft Windows CE，具有基 于 ARM 的 32 位 處 理 器 。Windows CE是為嵌套市場全新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，結(jié)合了高級實(shí)時(shí)嵌套操作系統(tǒng)以及強(qiáng)大的工具，用于快速建立定制化裝置。人們熟悉的Windows交流方式能減少裝置新用戶的學(xué)習(xí)量，便于搭建直觀的界面。Windows CE 還具有高度組件化和可縮放的特點(diǎn)，允許采用多種顯示器（如彩色、單色）、輸入裝置（如小鍵盤、觸摸屏、條形碼讀碼器）及通信網(wǎng)絡(luò)（如用于遠(yuǎn)程監(jiān)測），來滿足特定產(chǎn)品的性價(jià)比要求。
3針對惡劣環(huán)境接受測試

4 門開啟角度超過 180?，便于進(jìn)行配線和升級

5 插入存儲卡 – 就像數(shù)碼相機(jī)一樣簡便！

對于儀器儀表產(chǎn)品，遠(yuǎn)程監(jiān)測的重要性正在上升，而 HMI 設(shè)計(jì)包括了內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可以用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問裝置當(dāng)前操作員的顯示內(nèi)容與狀態(tài)。添加了電子郵件功能，以便直接向工程師的手機(jī)或PC發(fā)送日常狀態(tài)報(bào)告警報(bào)