西門子GCP軟件在工業(yè)色譜儀網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

王國泰，肖江東，易 峰，郭 磊

（中國石油獨山子石化公司 信息網(wǎng)絡(luò)公司，新疆維吾爾自治區(qū) 獨山子 833699）

數(shù)據(jù)采集是化工生產(chǎn)高效自動化控制的基礎(chǔ)，是大數(shù)據(jù)時代精準把控生產(chǎn)的重要前提。為了保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定、高效、節(jié)能環(huán)保，對生產(chǎn)過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集是非常有必要的。在化工生產(chǎn)過程中，在線工業(yè)色譜儀的作用是分析生產(chǎn)關(guān)鍵部位的物料組成。

1 色譜儀介紹

色譜儀是一種對混合氣體中各組分進行分析檢測的儀器，原理是利用物質(zhì)的沸點、極性及吸附性質(zhì)的差異實現(xiàn)混合物的分離，具有較高的靈敏度、自動化程度高的特點。色譜儀已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)各個領(lǐng)域，主要有制備純物質(zhì)用的制備氣相色譜儀，工業(yè)生產(chǎn)過程中測量過程物料組分構(gòu)成的在線氣相色譜儀等[1]。本文中講述到的色譜儀就是應(yīng)用在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的MAXUM型西門子色譜儀。

2 環(huán)網(wǎng)介紹

環(huán)形網(wǎng)絡(luò)是以環(huán)的形式將每臺設(shè)備連接在一起的網(wǎng)絡(luò)形式。環(huán)網(wǎng)形式能夠保證環(huán)內(nèi)每臺設(shè)備上發(fā)送的信號可以被環(huán)上其他設(shè)備讀取。環(huán)形網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)是一個封閉的邏輯環(huán)，由中央集線器相連接而成。

環(huán)網(wǎng)可以實現(xiàn)冗余功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)線纜連接中斷或者網(wǎng)絡(luò)異常的情況時，交換機接收到故障信息，激活其備用端口，使網(wǎng)絡(luò)迅速恢復(fù)正常運行。同時，設(shè)備的故障指示燈發(fā)出故障報警。

3 數(shù)據(jù)記錄器Data Logger 介紹及設(shè)定

數(shù)據(jù)記錄器Data Logger是GCP軟件十分重要的一項功能，可以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上巡查和存儲多個Maxum分析儀的數(shù)據(jù)信息。對于網(wǎng)絡(luò)上的每臺分析器，用戶均可選擇記錄警報、結(jié)果、色譜圖或者它們3個的組合。無論色譜儀網(wǎng)絡(luò)或GCP軟件程序是否正在運行，數(shù)據(jù)記錄器Data Logger都是作為一個獨立的系統(tǒng)服務(wù)在工作站計算機上運行的。被存儲的數(shù)據(jù)保存在SQL數(shù)據(jù)庫中，以便以后通過GCP軟件進行調(diào)用查看。

3.1 設(shè)置數(shù)據(jù)記錄器Data Logger

在GCP Analyzer View窗口中的“Data Logger Configuration”屏幕進行配置。同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何工作站計算機均可當(dāng)作數(shù)據(jù)記錄器Data Logger主機，也可以同時配置網(wǎng)絡(luò)中的多臺計算機。每個Data Logger主機都是獨立運行的，互不干擾。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有多臺計算機同時運行數(shù)據(jù)記錄器Data Logger時，可以選擇連接到本地計算機或者是遠程計算機上的數(shù)據(jù)記錄器Data Logger。若要連接到本地計算機上的數(shù)據(jù)記錄器，選擇“Local”；若要連接到遠程計算機上的數(shù)據(jù)記錄器，則選擇“Remote”，然后輸入已配置數(shù)據(jù)記錄器的計算機的IP地址。選擇完畢后，連接狀態(tài)應(yīng)讀取為“Connected”已連接狀態(tài)。如果沒有，則需檢查數(shù)據(jù)記錄服務(wù)或應(yīng)用程序是否在該計算機上正常運行。遠程連接時，還需配置防火墻以允許兩個計算機之間的通信。

不管選擇連接到“本地”或“遠程”數(shù)據(jù)記錄器，頁面的下半部分都將顯示已連接到GCP軟件的所有分析儀器的列表，需要記錄分析儀器的數(shù)量是沒有限制的。對于一些大型的色譜網(wǎng)絡(luò)來說，監(jiān)控大量短分析周期的分析器是可行的，但也可能會造成網(wǎng)絡(luò)延遲的狀況。這取決于網(wǎng)絡(luò)流量和所設(shè)置的監(jiān)視的分析儀器的數(shù)量[3]。

圖1 防火墻配置圖Fig.1 Firewall configuration diagram

3.2 啟用防火墻允許訪問遠程Data Logger服務(wù)器

配置好一臺工作站計算機作為Data Logger服務(wù)器，其他運行GCP的計算機均可訪問。通過設(shè)定正確的防火墻規(guī)則，使網(wǎng)絡(luò)中所有計算機均獲得訪問權(quán)限。當(dāng)存在防火墻時，必須允許運行Data Logger服務(wù)器的8004端口TCP通信量的傳入連接和相應(yīng)的傳出連接。

如圖1配置運行數(shù)據(jù)記錄器Data Logger的服務(wù)器防火墻。設(shè)置完畢后，就可以使用環(huán)網(wǎng)內(nèi)的任意一臺計算機上的GCP軟件訪問遠程服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)記錄器位置設(shè)置為“Remote”，并輸入運行Data Logger的服務(wù)器的IP地址。輸入IP地址后，列表窗口將在遠程數(shù)據(jù)記錄器上顯示被監(jiān)視分析器的配置信息[3]。

4 使用Data Logger瀏覽譜圖、趨勢

4.1 訪問記錄的結(jié)果或報警信息

Data Logger可以一次記錄多臺分析儀器數(shù)據(jù)，但是分析器視圖窗口只能訪問當(dāng)前連接的儀表數(shù)據(jù)。通過Analyzer View視圖，從導(dǎo)航菜單中選擇“Results”，然后在右側(cè)窗口中選擇“Logged Results（Data Logger）”選項卡，可以在Analyzer視圖中找到為分析器記錄的結(jié)果。也可在Analyzer View視圖，從導(dǎo)航菜單中選擇“Alarms”，然后在右側(cè)窗口

圖2 被記錄的結(jié)果Fig.2 Recorded results

中選擇“Logged Alarms（Data Logger）”選項卡，便可顯示分析器的報警信息，如圖2所示。

若要選擇查看某一結(jié)果，在“Select Results”區(qū)域，從下拉菜單中點擊“Application”，依次選擇“Stream”→“Result”，從下拉菜單中選擇需要組分的結(jié)果。此時，所選組分的結(jié)果將在下方窗口中形成指定時間段的趨勢圖形。

4.2 訪問記錄的色譜圖

通過選擇“Load From Data Logger”，從色譜菜單中訪問數(shù)據(jù)記錄器Data Logger中記錄的色譜圖。此功能將為當(dāng)前分析器加載所有記錄的色譜圖的列表，此列表將顯示在一個單獨的窗口中。窗口底部的過濾器允許用戶在一段時間內(nèi)進行排序，或者查看返回到指定點的最新列表。點擊列表內(nèi)任一色譜圖，彈出的新窗口中可查看該色譜圖詳情，如圖3所示。

5 根據(jù)趨勢，判斷色譜狀態(tài)，功能實現(xiàn)

通過訪問被記錄的色譜儀相關(guān)數(shù)據(jù)，手動形成3天的分析儀器運行趨勢圖如圖4所示。發(fā)現(xiàn)趨勢很不平穩(wěn)，有大幅度起伏波動，故判斷該色譜儀存在異常狀態(tài)。調(diào)取出現(xiàn)異常時間（2018-08-28 11:43）的色譜圖，檢查發(fā)現(xiàn)LL3_TD檢測器出現(xiàn)不規(guī)則毛刺，基線起伏較大，卡峰異常，測量結(jié)果出現(xiàn)異常，故判斷該儀表LL3_TD檢測器及其相關(guān)組件需維修。

6 結(jié)語

圖3 從Data Logger加載被記錄的色譜圖Fig.3 Loading the recorded chromatogram from the Data Logger

圖4 調(diào)取異常狀態(tài)下的色譜圖Fig.4 Chromatogram in abnormal state

通過對西門子色譜最新版操作軟件GCP的合理高效的利用，使分析儀表人員有了不依賴于DCS系統(tǒng)的色譜儀專屬歷史趨勢圖，可更加便捷地調(diào)取異常狀態(tài)下的色譜圖，大大提高了儀表維護的效率。利用Data Logger功能，配置同一網(wǎng)絡(luò)中的多臺工作站計算機具備記錄數(shù)據(jù)功能，可以按區(qū)域?qū)⒋笮途W(wǎng)絡(luò)拆分，既實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)的冗余，又降低了網(wǎng)絡(luò)負荷，也實現(xiàn)了色譜儀環(huán)網(wǎng)內(nèi)所有色譜儀數(shù)據(jù)信息的采集與記錄。這樣，GCP軟件便高度實現(xiàn)了現(xiàn)場儀表的集中管理與監(jiān)控，大大提升了現(xiàn)場儀表維護的可操作性，更加人性化與簡便化。