Så ersätter du skrivarkurv­registratorer med ett digitalt Dewesoft-datainsamlingssystem

I den här artikeln kommer vi att diskutera hur du kan ersätta oscilloskopiska kurvregistratorer med det digitala datainsamlingssystemet (DAQ) Dewesoft SIRIUS. Genom att läsa denna artikel kommer du att:

• Se hur digitala DAQ-system kan vara enklare att använda än traditionella kurvregistratorer

• Lära dig hur digitala DAQ-system erbjuder utökade funktioner och kapaciteter

• Förstå fördelarna med digitala DAQ-system, inklusive lägre kostnader och minskat underhållsbehov

Är du redo? Låt oss börja...

Introduktion

Idag ligger fokus främst på datorbaserade datainsamlingssystem (DAQ), men det finns fortfarande test- och mätapplikationer där kurvregistratorer av 1980-talstyp används. Sedan 1980-talet har de flesta industrier övergett kurvregistratorer och ersatt dem med PC-baserade datainsamlingsprodukter, men ingenjörer och tekniker inom vissa tillämpningar har fortsatt att använda dem. Faktum är att det fortfarande finns ett betydande antal kurvregistratorer i daglig drift vid många kraftverk.

Varför är det så?

Energiföretag – särskilt kärnkraftverk – måste dokumentera ett brett spektrum av parametrar enligt strikta regelverk. Under lång tid har kurvregistratorer varit det huvudsakliga verktyget för sådan dokumentation. För fyrtio till femtio år sedan var möjligheten att få pappersutskrifter direkt från instrumenten en stor fördel. Det fanns få – om ens några – bärbara datorer tillgängliga för teständamål, och de flesta ingenjörer hade inte ens en dator på sina skrivbord.

Idag finns datorer uppkopplade via kabel eller trådlöst till lokala och nätverksanslutna skrivare överallt, och de är tillgängliga för nästan alla. Det är dessutom betydligt billigare att skriva ut diagram, grafer och rapporter med vanliga kontorsskrivare jämfört med den proprietära termopapper som de flesta registratorer kräver. Utöver detta bleknar utskrifter på termopapper med tiden, vilket innebär att de måste kopieras över till vanligt papper för att bevaras.

Trots att tillgången till datorer har förändrats dramatiskt finns det fortfarande en lång tradition av att använda kurvregistratorer inom vissa energibolag, där de används än idag. I denna artikel kommer vi att visa hur dessa registratorer kan ersättas med modernare, mindre och mer avancerade DAQ-system.

Vad är en kurvregistrator?

Kurvregistrator är elektromekaniska instrument som skriver data på ett rörligt pappersband eller på ett fast pappersark. Det finns flera huvudtyper:

• Bandregistratorer (Strip Chart Recorders)

• Cirkulära kurvregistratorer (Circular Chart Recorders)

• X–Y-registratorer (X–Y Recorders)

• Oscillografiska registratorer (Oscillographic Recorders)

Bandregistratorer

Bandregistratorer har låg bandbredd och använder ofta färgade bläckpennor för att rita signaler på rull- eller vikt papper. De är ofta fast monterade i paneler, men det finns även bordsmodeller för tillfällig användning. Bandregistratorer används oftast för att registrera data från elektriska signaler, temperatur och luftfuktighet inom tillverknings- och processindustriella applikationer.

Cirkulära kurvregistratorer

Cirkulära kurvregistratorer skriver på ett enkel stycke runt papper som roterar långsamt, vanligtvis över dagar eller veckor. Dessa instrument används främst för långsiktig dokumentation av temperatur och luftfuktighet inom tillverknings- och processapplikationer.

X–Y-registratorer

X–Y-registratorer använder en eller flera pennor för att rita på ett fast rektangulärt papper. Till skillnad från de andra typerna plottar de inte data mot tiden, utan istället ett signalvärde mot ett annat. Till exempel kan de användas i en processmiljö för att plotta tryck mot deformation, hastighet mot moment, och liknande samband.

Det finns också Dataloggrar på marknaden, men de är avsedda för lågfrekventa mätningar och saknar pappersutskrift, och omfattas därför inte i denna artikel. Du kan läsa mer om dataloggrar i denna artikeln:

What Is a Data Logger (Datalogger) - The Ultimate GuideData logger is a small and relatively inexpensive stand-alone recorder that monitors and records real-time data such as voltage, temperature, and current.

Oscillografiska registratorer

I denna artikel fokuserar vi på att ersätta oscillografiska kurvregistratorer, inte de lägre hastighetsbandregistratorer, cirkulära eller X–Y-typer som nämnts ovan. Oscillografiska registratorer erbjuder relativt hög bandbredd och en Y–T-presentation av data på rörligt papper.

Tidiga oscillografiska registratorer hade endast pappersutgång, medan moderna modeller även erbjuder videovisning av data och kan lagra data i RAM-minne eller på hårddisk. Pappret kan användas för utskrift under eller efter datainsamling. Vissa modeller kan till och med helt avstå från papper och kallas då “papperlösa registratorer”.

Oscillografiska kurvregistratorer tar emot spänningsingångar, och har ofta signalbearbetningskretsar som gör det möjligt att mäta andra fysiska fenomen, såsom temperatur, vibration, deformation och tryck. Vissa modeller kan även ta emot pulssignaler för mätning av RPM och händelseräkning.

Oscillografiska kurvregistratorer är vanligtvis konfigurerade med 8 eller 16 analoga ingångskanaler. Eftersom de hanterar högre hastighetsdata än bandregistratorer, använder oscillografiska registratorer ofta ett termiskt array-utskriftshuvud som skriver ut data, text och även bakgrundsnät på termokänsligt papper.

Oscillografiska registratorer är nödvändigtvis komplexa elektromekaniska enheter. Deras pappersutskriftsmekanismer kräver underhåll, under vilket instrumentet inte kan generera rapporter. De kräver dessutom rullar eller förpackningar med proprietärt, termokänsligt papper.

En snabb sökning på internet visar att det genomsnittliga priset för en 100 m lång rulle eller vikpapper kan uppgå till cirka 50 USD (eller €). Detta är avsevärt dyrare än vanligt kontorspapper i US Letter- eller A4-format.

Dagens kurvregistratorer har ofta integrerad dator, hårddisklagring och platt panel-display i sitt chassi. Detta är visserligen praktiskt, men just dessa komponenter blir snabbt föråldrade och är i praktiken omöjliga att ersätta eller uppgradera i dessa instrument.

Kurvregistratorer är en bekant lösning och har funnits under lång tid. Men det finns ett bättre alternativ som kostar mindre och erbjuder en lång lista av fördelar.

Det digitala datainsamlingssystemet SIRIUS®

SIRIUS DAQ-systemet från Dewesoft är en kompakt åttakanalig datainsamlingsmodul som ansluts till valfri Windows-dator via USB. Varje ingångskanal är galvaniskt isolerad, vilket innebär att isoleringen finns både mellan kanalerna och mellan kanal och jord.

SIRIUS DualCore®-förstärkarna är utrustade med två A/D-omvandlare som arbetar parallellt med olika förstärkningsnivåer. Denna konstruktion skyddar mot oväntade förändringar i signalnivån och ökar det dynamiska omfånget till en tidigare oöverträffad nivå på över 160 dB.

En modulär SIRIUS-enhet (“slice”) är endast 64,5 mm hög och 266 mm bred. Varje SIRIUS-enhet tillverkas ur ett enda block av aluminium med hjälp av CNC-bearbetning, vilket ger en mycket robust konstruktion som tål stötar och vibrationer — förhållanden som ofta förekommer i datainsamlingsapplikationer (DAQ).

Den kompakta storleken, låga vikten och avsaknaden av rörliga delar gör SIRIUS-hårdvaran avsevärt mer tålig än traditionella kurvregistratorer. Eftersom dagens bärbara datorer och stationära datorer är både kraftfulla och prisvärda, kan databehandlingsfunktionerna hållas separerade från DAQ-hårdvaran. Detta minskar både kostnad och komplexitet, och gör dessutom att SIRIUS inte blir föråldrad lika snabbt. Det är betydligt enklare och billigare att byta dator vid behov än att investera i ett helt nytt DAQ-system.

En standard DualCore® SIRIUS-modul kan utrustas med valfria åtta höghastighetsförstärkare. Tillgängliga förstärkartyper inkluderar:

• Högspänning: valbara områden ±1200 V och ±50 V

• Lågspänning: valbara områden ±200 V, ±10 V, ±1 V, ±100 mV

• ”UNI” (universella ingångar): stöd för töjningsgivare, tryck, spänning, IEPE-acceleration och vibration, resistans, temperatur och fler typer av signaler

• Observera att många förstärkare är kompatibla med DSI-adaptrar för ytterligare givartyper såsom ström, LVDT, termoelement, RTD-sensorer, m.fl.

• IEPE-accelerometrar eller mikrofoner

• Polariserade kondensatormikrofoner

• Laddningsaccelerometrar

Kontakterna är anpassade till respektive ingångstyp, vilket säkerställer både säkerhet och signalintegritet. Till exempel används isolerade säkerhetsbanankontakter för högspänningsingångar. Lågspänningsingångar kan vara utrustade med banankontakter, BNC, LEMO eller DB9. IEPE-accelerometrar använder normalt BNC-kontakter, medan töjningsgivare och universella ingångar använder flerpoliga kontakter såsom DB9 eller LEMO.

Dessutom kan SIRIUS-förstärkare konfigureras med individuella räknaringångar för mätning av varvtal (RPM), tacho-signaler, samt andra parametrar såsom duty cycle, inkrementella kodare och händelseräkning.

Jämförelse mellan en oscillografisk kurvregistrator och SIRIUS-datainsamlingssystemet

Enkel datorbaserad drift

SIRIUS levereras med en licens för DewesoftX-programvaran, som ingår utan extra kostnad. Denna DAQ-programvara har vunnit flera internationella utmärkelser tack vare sin användarvänlighet och grafiska gränssnittsdesign. DewesoftX installeras på en Windows-dator som ansluts till SIRIUS-enheten via en enda USB-kabel, vilket bildar ett fullständigt mätsystem. Eftersom licensen är inbäddad i SIRIUS-hårdvaran kan programvaran installeras på flera datorer och användas för datainsamling utan några licensbegränsningar.

Varje användare kan därmed ansluta sin egen dator för att styra och använda SIRIUS, om så önskas. Alternativt kan man använda en dedikerad dator för att köra SIRIUS under mätning, och därefter överföra inspelade data till en stationär dator för uppspelning, analys och rapportgenerering. För dessa datorer krävs ingen separat licens.

DewesoftX erbjuder en grafisk konfiguration av mätkanalerna. Det finns inga knappar eller omkopplare på SIRIUS-hårdvaran – alla inställningar utförs direkt i programvaran. Detta inkluderar bland annat val av mätområde och filter, insamplingshastighet, triggning och mycket mer.

När kanalerna har konfigurerats skapar programvaran automatiskt en kurvregistreringsvy (chart recorder-view) liknande den som visas nedan:

Du kan fritt skapa andra visningar med ett brett utbud av grafiska verktyg, såsom analoga och digitala mätare, oscilloskopgrafer och mycket mer.

Du kan till och med skapa visningar som är avsedda att skrivas ut på svartvita eller färgade kontorsskrivare för rapportgenerering:

Högspänning och hög isolering

I kraftapplikationer är isolering av yttersta vikt. SIRIUS HV (högspänningsmodul) kan direkt ta emot spänningar upp till ±1200 V och är galvaniskt isolerad.

Learn more:

The Importance of Isolation in Data Acquisition SystemsElectrical isolation is a separation of a circuit from other sources of electrical potential. Learn about importance of galvanic isolation in DAQ systems.When and Why to Use Isolated Amplifiers?Learn why the usage of isolated amplifiers is highly recommended, in order to ensure reliable measurements, and protect your instrument from damage.

SIRIUS HV-förstärkaren erbjuder överspänningsskydd på 1,8 kV RMS (IN+ till IN-) och 1,4 kV RMS (INx till GND). Den är isolerad upp till 1000 V under CAT II och 600 V under CAT III.

Även SIRIUS LV-lågspänningsmodulen, som tar emot signaler från ±100 mV till ±200 V, är galvaniskt isolerad upp till 1000 V, med överspänningsskydd upp till 300 V vid mätområde ±200 V.

Det finns även andra SIRIUS DualCore-förstärkare för olika signaltyper och givare, inklusive töjningsgivare, accelerometrar, mikrofoner, LVDT, termoelement, RTD-sensorer och fler. Dessa förstärkare har också 1000 V galvanisk isolering.

Avancerad triggning

En av de viktigaste funktionerna inom kraftverksapplikationer är triggning. Den används ofta för att detektera fel och utlösningar i brytare. Istället för att kontinuerligt spela in under timmar eller dagar för att fånga en brytarutlösning, kan systemet konfigureras att spela in endast när brytaren faktiskt löser ut.

Detta sparar diskutrymme genom att endast registrera den data som behövs. Systemet använder en cirkulär buffert medan det väntar på felet, vilket gör att det kan konfigureras att fånga en viss mängd data före händelsen, och sedan en viss tid efter händelsen. Du kan ställa in systemet att spela in en gång och stoppa, eller att automatiskt återställa sig själv och fånga vilket antal händelser som helst.

Lägga till video till dina data

Applikationer såsom PRV-tester (tryckavlastningsventil) kan dra nytta av att video kopplas till inspelningen. För enklare tillämpningar kan en standardkontorswebbkamera anslutas till datorn som styr SIRIUS DAQ-systemet. Dessa DirectX-webbkameror är ett mycket kostnadseffektivt sätt att lägga till visuell referens till varje test. De är dock inte särskilt snabba och synkroniseras via mjukvaran.

När högre hastighet och hårdvarusynkroniserad video krävs, kan du välja bland ett urval av DS-CAM-kameror och integrera dem i ditt system.

DS-CAM-kameror erbjuder högupplöst videoinspelning med upp till 333 bilder per sekund (fps) i full HD-upplösning. Genom att sänka upplösningen kan du nå upp till 600 fps. DS-CAM-kameror har inbyggd, realtids-JPEG-komprimering, vilket möjliggör strömmande inspelning direkt till datorns hårddisk i realtid. Till skillnad från vanliga webbkameror är DS-CAM-kameror hårdvarusynkroniserade, bildruta för bildruta, med SIRIUS-chassit via en tunn synkkabel.

Läs mer:

DS-CAM videokamerorHöghastighetsvideokameror för videodatainsamling

Enkel expansion

När mer än åtta höghastighetsanaloga kanaler behövs kan ytterligare SIRIUS-moduler läggas till systemet. De är synkroniserade med varandra och ansluts till samma dator. Modulerna kan även kopplas samman och staplas, eller hållas separata, beroende på behov.

Robusta USB-hubbar finns tillgängliga, vilket gör det möjligt att lägga till fler SIRIUS-moduler än det finns USB-portar. Du kan ansluta SIRIUS-moduler tillsammans för att skapa ett system med över 100 höghastighetskanaler!

Sammanfattning

När eran för oscillografiska kurvregistratorer närmar sig sitt slut måste ingenjörer och tekniker hitta en ersättning som inte bara utför jobbet, utan som också är kostnadseffektiv, robust, lättanvänd och utbyggbar.

En enkel SIRIUS-modul i kombination med en bärbar eller stationär dator som kör DewesoftX-programvara är den optimala ersättningen. Den uppfyller alla krav och går dessutom längre genom att erbjuda modulär och kostnadseffektiv kanalexpansion samt synkroniserad videoinspelning. Detta representerar det bästa sättet att ersätta gamla oscillografiska kurvregistratorer, spara pengar och ta dina test- och mätsystem till nästa nivå.

Learn more:

SIRIUS® ModularModular datainsamling (DAQ) systemDewesoftXPrisbelönt programvara för datainsamling och digital signalbehandling