YOKOGAWA GP10/GP20横河无纸记录仪：模块化设计下的智能数据采集与应用平台

摘要

在工业过程监控、产品研发测试及设备故障诊断等领域，高精度、长时间、多通道的数据采集与分析能力是确保工艺质量和设备可靠性的基础保障。日本横河电机（YOKOGAWA）基于SMARTDAC+平台推出的GP10和GP20便携式无纸记录仪，凭借模块化I/O架构、多点触控屏、高精度测量能力以及可扩展至450通道的设计，在产品开发、测试、验证和制造的各个阶段提供严格的连续监控。本文从产品平台与型号对比、核心技术参数、模块化扩展架构、触摸屏交互系统、智能化功能特性、选型建议及典型应用场景等方面，对GP10/GP20便携式无纸记录仪进行系统技术解析。

一、引言

在现代化生产和研发活动中，数据采集已经从简单的参数记录升级为涵盖多物理量同步测量、长时间连续监控、实时报警响应以及远程数据分析的综合需求。传统有纸记录仪受限于耗材成本、数据管理困难、通道扩展不便等问题，已难以满足日益复杂的测试环境。横河电机推出的GP10/GP20便携式无纸记录仪，旨在以更高清晰度、更好智能化和更强访问性的设计理念，让测量、显示和处理数据变得更加轻松。

GP系列隶属于横河SMARTDAC+（智能数据采集和控制）产品家族，是同系列中便携型无纸记录仪。该系列采用与智能移动终端相似的用户界面设计，操作简单且配置灵活，一经推出便广泛应用于工业流程监控、测试实验室及外场故障排查等场景。

二、产品平台与型号对比

2.1 SMARTDAC+平台概述

GP10/GP20基于横河SMARTDAC+数据采集和控制平台构建。该平台的设计理念围绕“智能化"和“简单的触摸式操作"展开。在同一平台下，横河还提供了GX10/GX20盘装式无纸记录仪和GM10数据采集单元，用户可根据安装方式和应用场景灵活选择：GP系列为带手柄和支脚的便携式设计，GX系列为适合控制柜安装的盘装式设计，GM系列则为模块化数据采集单元。

2.2 GP10与GP20核心参数对比

GP10和GP20在显示尺寸、通道容量及扩展能力上存在显著差异，以适应不同规模和场景的数据采集需求。以下是两款型号的核心技术参数对比：

从对比可见，GP20定位于多通道、大规模数据采集场景，提供更大的显示画面和更充裕的I/O容量；而GP10则以轻量化紧凑机身满足有限空间和便携场景的需求。两款型号的通道容量均可通过扩展单元进一步提升。

三、模块化扩展架构

3.1 I/O模块的灵活配置

GP10/GP20采用模块化的I/O设计。用户可根据当前测量需求选择性配置通道数量，当未来需要扩展时，仅需购买和安装新的模块即可完成系统升级。这种设计显著降低了初始采购成本和后续升级门槛。

GP20可连接最多10个I/O模块，GP10可连接最多3个I/O模块。在扩展通道数量方面：

• GP10：仅主机支持0~30通道；主机配合扩展I/O后最高支持0~100通道。

• GP20：标准型支持仅主机0~100通道；大存储型主机配合扩展I/O后最高支持0~450通道。

使用扩展单元可将GP20的测量输入扩展至最多450个通道。

3.2 丰富的I/O模块选择

GP10/GP20提供多种I/O模块以满足不同信号类型的测量需求：

通用输入模块支持直流电压、热电偶、RTD和接点输入信号等多种测量类型，用户可在每个通道上独立设定输入信号类型，实现真正的多类型信号统一采集。

3.3 多种电源选项

GP10支持12VDC电源（电压允许范围: 10～20VDC），可直接由汽车点烟器供电，适用于车载测试和移动应用场景。GP20则采用交流供电（100~240VAC），专为实验室和工业现场设计。

四、触摸屏与交互系统

4.1 多点触控与直观操作

GP系列是业内配备多点触控面板的无纸记录仪。用户可通过滑动、平移、缩放等手势操作历史数据，甚至可在显示屏上直接手写信息。两指触控方式可在显示范围内按需求方向放大或缩小画面，大幅提升数据浏览的灵活性与效率。

GP20配备12.1英寸TFT彩色LCD，GP10配备5.7英寸TFT彩色LCD，两款均采用4线电阻式触摸屏，兼容手套操作。在光线较强的测试环境中，电阻屏相比电容屏具有更强的抗误触能力和更广的适应性。

4.2 显示功能

GP系列提供标准显示画面，可清晰显示带单位和标签的通道数据，以及报警日志、消息日志和其他事件日志信息。

在显示格式方面，系统提供趋势显示（T-Y）、棒图显示、数字显示、概览显示等多种视图模式。趋势显示支持水平和垂直两种方向，趋势间隔可选5秒至10小时/格共17种档位，趋势线条宽度可调。每个通道可从24种预设颜色中自由选择，也可使用RGB值自定义显示颜色，背景色支持白色或黑色切换。

选配的自定义显示功能允许用户在屏幕上放置图形图像，通过选配的自定义画面功能自由编辑屏幕画面布局。

4.3 多屏显示功能

GP20支持多屏显示功能——可将显示画面分割为2~6个部分并分别排列在屏幕上，每个分割部分有9种格式可选，最多可保存20个分屏画面，满足同时监控多个画面或不同数据维度的实际需求。（GP10不具备该功能。）

4.4 历史趋势的无缝显示

在测量过程中，用户可以滑动或拖动显示数据，实现历史趋势的无缝衔接显示，使UI界面更加直观。通过日历画面和一览画面等显示功能，可轻松查找历史数据。在趋势画面上拖动刻度线，对应的数字值会同步显示，便于精确读取任意时刻的数据。

4.5 手写输入

操作员可用手写笔或手指在触摸屏上直接书写自由格式的信息，并可选择文字颜色和线条粗细，便于在波形区域做标记或记录现场备注。用户可自定义插入指定的BMP图片对刻度进行自定义。

五、核心技术参数

5.1 测量精度与扫描周期

GP10/GP20的显示组配置为：GP10最多30组、GP20最多50组；每个组内最多可分配通道数分别为GP10 10个、GP20 20个。扫描间隔提供100ms、200ms、500ms、1秒、2秒、5秒等多种可选档位，用户可根据测量对象的时间常数和精度要求灵活选择扫描周期。

*注：以上为通用AI模块参数。选用GX90XA-04-H0高速AI模块时，可实现1ms高速测量*。

系统在记录间隔内采样数据的最大值和最小值均被记录和显示，确保测量数据的完整性和真实性。

5.2 内存与数据存储

GP10/GP20标配大容量闪存，GP10为500MB，GP20标准型为500MB、大存储型为1.2GB，可进行长时间数据记录和保存。

外部存储介质支持SD存储卡（最大32GB，出厂标配1GB），格式支持FAT32或FAT16。选配USB接口后，还可使用USB闪存进行数据转存，并支持连接USB键盘和鼠标进行操作。

5.3 通信接口

以太网通信为标配功能，支持10BASE-T/100BASE-TX，兼容IEEE802.3标准，级联能力为最多4级（10BASE-T）或最多2级（100BASE-TX），最大段长100米。

标配的通信协议包括：

• 邮件通知功能（客户端）：在报警发生时自动发送邮件通知

• FTP客户端/服务器功能：通过FTP协议实现数据文件的自动传输

• Web服务器功能：通过浏览器实时监视数据并更改设置

• SNTP客户端/服务器功能：网络时间同步

• DHCP客户端功能：自动获取IP地址

• Modbus/TCP（客户端/服务器功能，需/MC选件）

选配通信接口包括：串行通信（/C2: RS-232，/C3: RS-422或RS-485）、Modbus/RTU（主机/从机功能）、EtherNet/IP通信（/E1）、WT通信（/E2）、OPC-UA服务器（/E3）、SLMP通信（三菱PLC兼容，/E4）。

5.4 电气与环境规格

GP10/GP20的额定电源为100~240VAC，频率50/60Hz，电压允许范围为90~132VAC和180~264VAC。绝缘电阻在以太网端口、RS-422/485与接地端之间不小于20MΩ（500VDC测试条件），耐电压为电源端子与地之间3000VAC/1分钟。

其他功能方面，设备配备安全功能（锁键功能、登录功能）、带日历的时钟功能（0~50℃范围内精度±5ppm）、LCD屏保功能。

六、智能化功能特性

6.1 PID控制与程序控制

GP系列可搭载GX90UT PID控制模块，每个模块支持2回路PID控制，整个系统最多支持20个控制回路。选配程序控制选件（/PG）后可实现最多99种模式的设定点程序控制，通过Web应用程序从浏览器进行远程操作和监视。

6.2 双测量周期

用户可以在单一GP系统上选择两个不同的采集周期。例如，对快速变化的信号采用高速扫描周期，对缓慢变化的过程参数采用较长的扫描周期，实现系统资源的优分配。

6.3 报表自动生成

GP系列支持使用Excel中创建的电子表格模板自动创建报表，并可输出为PDF文件，无需通过电脑即可从GP直接打印报表和截图。

6.4 Web浏览器远程监控

GP内嵌Web服务器功能，用户可通过网络浏览器实时监视测量数据并更改设备设置。无需安装专用软件即可建立远程实时监视系统，同时支持多画面分屏显示和“我的收藏"功能。

6.5 AI设备/质量简易预测检测

GP系列可选配“设备/质量简易预测检测"（Equipment/Quality Easy Predictive Detection）功能，这是业内将AI技术集成于便携式无纸记录仪的创新应用。用户可从过去的OK/NG数据中轻松创建预测检测模型，实现对制造设备异常和产品质量劣化的早期预测。选配的“未来笔"（Future Pen）功能无需复杂设置，只需注册目标通道即可绘制近未来的趋势波形。

6.6 合规支持

GP系列支持FDA 21 CFR Part 11（美国联邦法规第11部分）合规要求，适用于制药和生命科学行业的数据完整性保障。同时支持AMS2750E/NADCAP（航空航天行业热处理规范）和CQI-9（汽车行业热处理标准）。

6.7 数据完整性

选配高级安全功能选项（/AS）后，GP系列支持符合美国FDA 21 CFR Part 11、EU-GMP Annex 11和ALCOA+原则的数据完整性要求。

七、GP10与GP20选型对比

7.1 优先级选择准则

优先选择GP10的场景：

• 需轻量化移动测试（仅1.9kg机身）、外场或车载使用（12VDC供电）

• 通道需求为30通道以内且无需未来大幅扩展

• 预算有限或实验室台面空间紧张

• 无需多屏显示等高级显示功能

优先选择GP20的场景：

• 通道需求为30~100通道或有扩展到450通道的规划

• 需12.1英寸大屏幕进行多窗口数据监控

• 需多屏显示功能（2~6分割画面）

• 需大数据量存储（1.2GB大容量型）

• 需更多运算通道（最多200个）和通信通道（最多500个）

7.2 与GX系列的对比选择

对于安装在控制柜或标准19英寸机架的场景，建议选用GX10/GX20盘装式记录仪。GP系列与GX系列核心性能参数基本一致，主要区别在于安装方式和外形结构：GP系列带手柄和支脚，适用于便携和桌面使用。

八、典型应用场景

8.1 工业流程监控

在石化、电力、制药等连续生产的行业中，GP系列能够长时间监控温度、压力、流量等过程参数，并通过报警输出和邮件通知功能在异常发生时第一时间告警。模块化的I/O设计使得用户可以根据实际测点数量灵活配置通道，降低初始投资成本。

8.2 研发测试与产品验证

在产品开发和验证阶段，工程师需要对产品在不同工况下的性能进行长时间连续监控。GP系列的高测量精度、多通道同步采集能力和触摸屏直观操作，使其成为实验室台面的理想测试工具。

8.3 设备故障排除与维护

对于设备运行异常的快速诊断，GP系列便携设计配合12VDC供电选项，可在现场灵活部署。长时间的趋势记录功能可帮助维护工程师分析设备性能退化规律，实现预测性维护。

8.4 新能源与车载测试

GP10的12VDC供电选项使其特别适用于电动汽车、动力电池和新能源汽车的路试场景。设备可直接由车辆点烟器供电，在实车行驶过程中完成电压、电流、温度等多类信号的同步采集。配合脉冲输入模块可采集转速、流量等脉冲信号。

8.5 电子元器件可靠性测试

在PCB板、电源模块、半导体器件等电子元器件的长时间老化测试和温度循环试验中，GP系列的多通道热电偶输入能力可同时监控数十乃至上百个测温点。通过Modbus/TCP通信功能，测试数据可直接接入工厂自动化系统。

8.6 航空航天与汽车热处理

选配相关的合规性选项后，GP系列可满足航空航天行业的AMS2750E/NADCAP规范和汽车行业的CQI-9热处理标准，适用于热处理炉的温度均匀性测试（TUS）和系统精度测试（SAT）。

8.7 制药与生命科学

选配高级安全功能后，GP系列满足FDA 21 CFR Part 11和EU-GMP Annex 11对电子记录和电子签名的合规要求。用户管理、审计追踪、数据加密和电子签名等功能确保制药生产和研发过程中的数据完整性。

8.8 能源与环境监测

在光伏电站、风力发电系统、建筑节能监测等领域，GP系列可接入各类传感器进行多参数同步监测，Web远程访问功能使运维人员无需亲临现场即可查看实时数据和趋势。

九、结语

YOKOGAWA GP10/GP20便携式无纸记录仪以其模块化I/O架构、多点触控交互、高精度测量和丰富的通信接口，在工业流程监控、研发测试、设备诊断及车载应用等多元化场景中展现出的适应能力。两款型号的差异化定位——GP10以轻量化和12VDC供电满足移动需求，GP20以大屏幕和大通道容量应对复杂多通道测量——为用户提供了灵活的选择空间。

在智能化层面，GP系列集成了PID控制、AI辅助预测检测、Web远程访问等多种高级功能，使数据采集从被动记录走向主动分析和预测。对FDA 21 CFR Part 11、AMS2750E/NADCAP等行业标准的合规支持，进一步拓展了其在制药、航空航天、汽车等严格监管行业的适用性。作为横河SMARTDAC+平台的核心产品之一，GP10/GP20将继续在高数据采集领域发挥不可替代的技术价值。