造纸仪器的发展

一 造纸仪器发展回顾

造纸工业是与国民经济息息相关的行业，其发展直接反映了一个地区或国家经济发展的水平。造纸检测仪器作为质量控制的基础在其中占有重要位置。在过去的一个世纪里，随着传感器技术、机械加工技术、信息技术的发展，传统造纸检测仪器的发展大致经历了纯机械仪器、模拟仪器、数字化仪器和智能仪器等几个阶段。
机械仪器：我国第一代造纸 检测仪器 ，如早期的纸板撕裂度仪就是由纯机械机构组成的；模拟仪器：测量技术主要是模拟测量，此类仪器的基本结构是在机械机构基础上，采用机电一体化控制，用指针来显示测量结果；数字化仪器：大规模集成电路的发展，使电测部分由模拟技术逐步演化为数字技术，如数显耐折度仪；智能仪器：随着微电子技术、微计算机技术的迅速发展，嵌入式微机的运用，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断以及自动操作等智能特征，并在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量技术问题的深度和广度等方面均取得重大进步。

二 仪器的智能化

随着生产和科学技术的发展，检测、数据处理的工作量越来越大，因此对检测仪器的检测速度、准确度、测量功能等方面提出了更高的要求。计算机技术、自动控制技术及器件、设备的发展，标准接口的普及和应用，推动了智能化检测仪器的发展。目前，基于嵌入式计算机的检测仪器已经应用于造纸工业产品的质量检测，其中传统测量部分完成对化学、物理等参数的检测，嵌入式计算机进行测量过程的控制和对参数的智能处理，两者相互交叉，相辅相成。智能测试仪器应具备如下特点：
(1) 实现检测的自动化 包括自动检测、自动校准、自动故障诊断、自动数据运算和处理。
(2) 显著提高信息的准确度 测试系统实现了自动校准零点、自动非线性校准、仪器的内外校准。高速多次采样后的数字滤波处理，减少了噪声干扰。
(3) 实现多功能、多参数测量 智能仪器的发展使多功能、多参数同时测量成为可能，达到对测量对象的全面分析和评价。
(4) 提高了仪器的可靠性 由于计算机的运用，许多工作由软件代替了硬件，减少了仪器成本、体积和功耗，同时大大提高了仪器的可靠性。
(5) 简化操作，提高测量速度 可以预先编程控制整个测量过程，提高测量速度和工作效率。可进行动态测量，对测量对象进行实时监测。
(6) 缩短仪器的设计研制周期 智能仪器不再是各种硬件的组合，而变成了由微处理器和微控制器控制的多功能系统。
仪器的智能化反映了传统仪器设计技术的革新。轻工业自动化研究所研制的智能纸张拉力仪就是仪器智能化的一例设计，比较传统机械式拉力仪，它的优点是不言而喻的。智能仪器结构如图1所示。

 

图1 智能仪器结构图
计算技术、通信技术和自动化技术在各自发展了几十年之后，正在走向集成并综合应用于检测设备，使之能够处理规模更大，要求更高、更复杂的系统。测量仪器及检测技术正日益向数字化、智能化、模块化、软件化和自动测试系统的方向发展。目前，国内先进的造纸仪器正是这种集成技术反映的结果。造纸仪器往往是采用光、机、电、计算机技术综合运用设计的。例如，以往测试设备采用异步电机定速或多级变速驱动，现在应用变频调速、微步进驱动技术实现无级精确变速驱动；传统卤钨灯作为光源的色度检测探头也逐渐被脉冲氙灯所代替。微电子技术、计算技术、自动化技术和多媒体技术的融合，极大的丰富了智能仪器的内涵。

三 虚拟仪器

智能仪器最初的设计是基于嵌入式微处理器，往往是一机专用，智能化的造纸仪器也是如此。由于仪器类型的不断推陈出新，研制过程中要投入大量的人力物力，而其中的信号处理有相当一部分是雷同的，显示界面的单调不能充分体现仪器的性能。近年提出的测试平台和插件仪器的新概念，打破了一机一用的传统观念，把智能测试仪器带入一个全新的领域。美国国家仪器公司（NI公司）提出了虚拟仪器的概念，它是应用计算机技术在仪器领域形成的一种新型的仪器种类(又称为第四代仪器)，是计算机硬件资源、仪器测控硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件之间的有效结合。其核心是以计算机作为仪器的硬件平台，充分利用其计算、存储、回放、调用、显示及文件管理等功能，将传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机融为一体。
目前，较为常见的虚拟仪器系统是数据采集系统、GPIB仪器系统、VXI仪器系统、计算机视觉系统和运动控制系统，以及它们之间的组合，其硬件构成如图2所示。
由基本硬件构成虚拟仪器系统后，可通过不同软件实现不同功能。虚拟仪器的开发平台是基于LabVIEW，它采用直观的前面板与流程图式的编程方法。基于图形化的编程语言G的开发环境。

 

图2
虚拟仪器具有以下特点：
① 基于计算机开放式标准结构，可方便同外设网络及其它应用连接。
② 软硬件具有模块化，可重复使用和互换性等特点，功能升级成本低。
③ 仪器具有友好人机界面，可编辑、存储、打印数据。
虚拟仪器以其强大的功能和灵活的构架将成为仪器发展的方向和趋势。

四 仪器的网络化

近几年来，以Internet为代表的网络技术的出现，为测量与仪器技术带来了新的发展天地，网络化的新型仪器逐步出现了。总线式仪器、虚拟仪器等微机化仪器技术的应用，使组建集中和分布式系统变得更加容易。但集中测控满足不了复杂、远程的测控任务的需求，对此组建网络化的测控系统显得非常必要。而计算机软、硬件技术的不断进步，给组建测控网络提供了更加优异的技术条件。
Unix、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Netware 等网络化计算机操作系统，为组建网络化测试系统带来了方便。标准的计算机网络协议，如OSI的开放系统互连参考模型RM、Internet上使用的TCP/IP协议，在开放性、稳定性、可靠性方面均具有很大优势，采用他们很容易实现测控网络的体系结构。在开发软件方面，如NI公司的LabVIEW和LabWindows/CVI的功能都十分强大，使虚拟仪器的开发及其网络化的开发变得简便、可靠。LabWindows/CVI中封装了TCP类库，可以实现基于TCP/IP的网络开发。LabVIEW的TCP/IP和UDP网络VI能够与远程应用程序建立通信，其具有的Internet工具箱为应用系统增加了E-mail、FTP和Web能力；利用远程自动化VI，还可以对其他设备分散的VI进行控制。
把TCP/IP协议作为一种嵌入式的应用，嵌入到现场智能仪器中，使信号的收、发都以TCP/IP方式进行，使测控系统在数据采集、信息发布、系统集成等方面在企业内部网络(Intranet)依托下，进行 测控网 和企业内部网及Internet互联，实现测控网和信息网的统一。测量信息通过网络传输，使实时、远程的测控成为现实。与过去的测试技术相比，显然网络化的检测系统满足了现代工业生产的要求。
基于Web的信息网络Intranet已成为企业内部信息网的主流。借助Internet技术，方便了企业的经营和管理。测控系统的设计思想受网络技术的影响，由传统的集中模式转变为分布模式，成为具有开放性、可互操作性、分散性、网络化、智能化的测控系统。测控网络的功能远远大于系统中单个功能的总和。造纸工业的现代化，必将要求造纸仪器检测系统的网络化发展。

五 结语

当今，计算机技术飞速发展，网络技术不断延伸，仪器将成为更加开放的系统。以PC计算机和工作站为基础，以网络为桥梁构成的测控系统，实现高效率的测量及信息资源共享，越来越成为仪器的发展方向。在测控系统中，各种检测设备，如各种传统仪器、智能仪器等，利用网络资源，可以实现信息共享，提高检测效率。美国NI公司在虚拟仪器系统中提出“软件即仪器”的观点，那么现在正是“网络就是仪器”提出的时候了。随着测控网络的发展，测控网络和信息网络的互联技术将推动着造纸测试仪器的革命。