淺談中小化工企業(yè)的智能設(shè)備管理

韓慶敏 劉珍東

(北京和利時(shí)集團(tuán)，北京 100176）

淺談中小化工企業(yè)的智能設(shè)備管理

韓慶敏 劉珍東

(北京和利時(shí)集團(tuán)，北京 100176）

簡(jiǎn)單闡述了中國(guó)中小化工企業(yè)的現(xiàn)狀，針對(duì)這種現(xiàn)狀和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、設(shè)備描述技術(shù)的發(fā)展，作者介紹了引用這兩種技術(shù)設(shè)計(jì)的HAMS智能設(shè)備管理軟件，描述了該軟件提供的參數(shù)配置、遠(yuǎn)程診斷、預(yù)測(cè)性維護(hù)、標(biāo)定管理以及設(shè)備資產(chǎn)管理等功能，并且說明工廠通過使用該軟件在管理水平、安全生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低運(yùn)營(yíng)成本等方面帶來的改進(jìn)。

HART；HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)；化工

Abstract:The actuality of small and medium chemical enterprises in China was expounded briefly in this article. With respect to the current situation and the development of field-bus technology and device description technology, HAMS intelligent equipment management software based on these two technologies was introduced. The functions provided in this software, such as parameter configuration, remote diagnosis, preventive maintenance, calibration management and device asset management, were described. And at the same times, the application of this software in the improvement for many aspects in factories, including administration, safe production, enhancement of product quality and reduction of cost, was also introduced.

Keywords:HART; HOLLiAS device management system; chemical industry

1 引言

改革開放以來，我國(guó)石油和化工行業(yè)的中小企業(yè)，尤其是以民營(yíng)化工為主體的非公有制企業(yè)蓬勃發(fā)展。他們?cè)谥С謬?guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，擴(kuò)大就業(yè)，帶動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面做出了重要貢獻(xiàn)，已成為行業(yè)發(fā)展的重要組成部分。

中國(guó)現(xiàn)有化工企業(yè)3萬多家，而中小型企業(yè)就有2萬多家，占了絕大部分，所以，中小化工企業(yè)的發(fā)展對(duì)整個(gè)化工企業(yè)有著至關(guān)重要的地位。

化學(xué)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，又是潛在危險(xiǎn)性較大的行業(yè)。如何提高工廠生產(chǎn)能力，減少維護(hù)成本，減少設(shè)備故障，提高生產(chǎn)的安全性，增加設(shè)備壽命，是所有企業(yè)面臨以及必須解決的問題。

隨著總線（FF、HART、Profibus等）技術(shù)的飛速發(fā)展，智能儀表在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用也逐漸增多，選擇使用智能儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)已經(jīng)成為中小化工企業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)。

2 HART技術(shù)及儀表智能化發(fā)展

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)中小化工企業(yè)采用HART智能儀表的占較多數(shù)。HART是美國(guó)羅斯蒙特公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。

HART協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4-20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性，所以，在現(xiàn)有的工廠系統(tǒng)上做升級(jí)采用HART方式是最簡(jiǎn)便快捷的。

在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，其他的測(cè)量、過程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷信息通過HART協(xié)議訪問。由于HART的這種優(yōu)越性和簡(jiǎn)便性，現(xiàn)在大部分國(guó)內(nèi)的工廠都采用HART智能儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。

區(qū)別于傳統(tǒng)的模擬儀表，HART智能儀表不僅能夠提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程測(cè)量信息（周期數(shù)據(jù)），而且還應(yīng)能提供豐富的參數(shù)信息，包括設(shè)備自身及過程的診斷信息、管理信息等非控制信息（非周期數(shù)據(jù)），如圖1。

圖 1 儀表的智能化發(fā)展

非控制信息（設(shè)備管理信息）在儀表的整個(gè)信息量中的比重越來越大，而這些信息大部分都是廠家自定義。由于系統(tǒng)互操作性的需要，EDDL技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，解決了智能設(shè)備統(tǒng)一管理和配置的問題。EDDL（電子設(shè)備描述語言）是一種基于文本的語言，用于描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的特性。設(shè)備供應(yīng)商使用EDDL編寫儀表的DDL文件，DDL文件為主機(jī)系統(tǒng)及手操器提供標(biāo)準(zhǔn)化的格式來獲取并顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息。使DCS系統(tǒng)、AMS系統(tǒng)或者手操器可以獲取智能儀表內(nèi)的各種參數(shù)、組態(tài)、標(biāo)定、診斷等信息。

智能儀表在類型、廠商、版本、時(shí)間上差異較大，加上每種儀表都需要專用軟件進(jìn)行配置和操作，這樣用戶在操作、管理、維護(hù)和升級(jí)多有不便，而且大部分軟件只具有簡(jiǎn)單的配置參數(shù)功能，無法做到對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，這樣就不能充分發(fā)揮智能設(shè)備的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橹悄軆x表在工廠生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用，另外，如何通過整合和管理現(xiàn)場(chǎng)智能儀表管理功能提高工廠生產(chǎn)能力，降低成本，也是中小化工企業(yè)自身如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及信息化所面臨的重要問題。

3 HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)

為了解決上述問題，和利時(shí)公司根據(jù)市場(chǎng)的要求開發(fā)出了HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱HAMS），為工廠儀表工程師、技術(shù)人員、維護(hù)人員以及上層管理者提供了一個(gè)可操作的解決方案，通過該解決方案，管理和維護(hù)人員可對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的、統(tǒng)一的管理，并可根據(jù)設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè)性診斷，提供維護(hù)解決方案，另外，通過系統(tǒng)提供的上層信息系統(tǒng)的信息交互接口以及第三方的通用數(shù)據(jù)接口，可與工廠現(xiàn)有的信息管理系統(tǒng)進(jìn)行集成，這樣在工程內(nèi)部就形成了一套完整的集設(shè)備監(jiān)控、信息管理的綜合系統(tǒng)。

HAMS是和利時(shí)公司針對(duì)工廠設(shè)備資產(chǎn)管理提供的解決方案，HART、FF 和 Profibus 總線技術(shù)，以國(guó)外先進(jìn)設(shè)備集成技術(shù)EDDL技術(shù)和FDT技術(shù)為基礎(chǔ)，集數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程配置與診斷、在線調(diào)校、標(biāo)定管理、預(yù)測(cè)性維護(hù)、日志記錄跟蹤、設(shè)備資產(chǎn)管理功能于一體。HAMS提供的設(shè)備管理與維護(hù)功能，使智能設(shè)備自身能夠發(fā)揮最大的生產(chǎn)效益，減少儀表的損耗并降低維護(hù)成本，為用戶提供一個(gè)快速、方便、統(tǒng)一的管理平臺(tái)，不僅可以使工廠在減少操作、維護(hù)的工作量和運(yùn)營(yíng)成本，大幅提高工廠設(shè)備的可用性、生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以實(shí)現(xiàn)HAMS系統(tǒng)與DCS的無縫集成。

由于傳統(tǒng)維護(hù)方式無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線配置，無法遠(yuǎn)程獲取儀表內(nèi)部性能狀態(tài)信息，無法進(jìn)行自動(dòng)記錄操作變更信息，無法避免危險(xiǎn)環(huán)境下對(duì)儀表的維護(hù)操作，而“HAMS-和利時(shí)設(shè)備管理系統(tǒng)”提供的標(biāo)定管理、預(yù)測(cè)性維護(hù)管理、日志記錄、在線設(shè)備診斷等功能，為企業(yè)綜合自動(dòng)化提供了可靠的技術(shù)解決方案。

4 HAMS的軟件基本原理

HAMS系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能變送器、閥門定位器進(jìn)行遠(yuǎn)程的標(biāo)定、調(diào)校、預(yù)測(cè)性維護(hù)，它的軟件工作原理如圖2：

（1）設(shè)備制造商（智能變送器廠家、閥門定位器廠家）根據(jù)EDDL標(biāo)準(zhǔn)編寫各自的DDL源文件，DDL源文件包含其儀表的設(shè)備參數(shù)信息、依賴關(guān)系、設(shè)備功能（如：仿真、標(biāo)定）、設(shè)備特有的參數(shù)信息、設(shè)備特有的命令，也可以定義設(shè)備的圖形化顯示信息；

（2）設(shè)備制造商將DDL源文件提交HART協(xié)會(huì)驗(yàn)證，HART會(huì)使用DDL編譯器（DD-IDE）將DDL 編譯成DD二進(jìn)制文件供主機(jī)系統(tǒng) （AMS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、手操器等）使用。

（3）主機(jī)系統(tǒng)，如：HAMS系統(tǒng)，解析DD二進(jìn)制文件，通過和智能儀表通信，獲取現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的所有參數(shù)信息、診斷信息，并可遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行調(diào)校。

圖 2 DD基本介紹

5 HAMS的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HAMS的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由PC機(jī)、控制器、IO模塊、HART多路轉(zhuǎn)換器、RS232/ RS485通信轉(zhuǎn)換器、HART調(diào)制解調(diào)器、Softing HSE/H1鏈接設(shè)備等組成。

圖 3 HAMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.1 HART多路轉(zhuǎn)換器方式

HAMS系統(tǒng)可以通過HART多路轉(zhuǎn)換器和現(xiàn)場(chǎng)hart儀表通信。因?yàn)镽S-485網(wǎng)絡(luò)傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)采用RS-485網(wǎng)絡(luò)通信，PC機(jī)只有RS232接口，故需要通過RS232/RS485接口或者moxa卡與HART多路轉(zhuǎn)換器鏈接。

HART多路轉(zhuǎn)換器有兩種類型：

（1）直接鏈接HART設(shè)備：

1個(gè)HART多路轉(zhuǎn)換器可以帶32臺(tái)HART設(shè)備，一個(gè)485網(wǎng)絡(luò)可最多帶31個(gè)HART多路轉(zhuǎn)換器，即可帶992臺(tái)HART設(shè)備。

（2）主從方式鏈接HART設(shè)備：

現(xiàn)場(chǎng)HART儀表較多時(shí)，多采用這種方式。一個(gè)485網(wǎng)絡(luò)可最多帶31個(gè)HART多路轉(zhuǎn)換器主站，一個(gè)HART多路轉(zhuǎn)換器主站可以最多帶16個(gè)從站，每個(gè)從站可以最多帶16個(gè)hart儀表，即可帶7936臺(tái)HART設(shè)備。

硬件連接完畢后，現(xiàn)場(chǎng)上電，HAMS系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，添加HART多路轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)后，即可通過掃描操作，獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備物理網(wǎng)絡(luò)信息。設(shè)備的物理網(wǎng)絡(luò)建立后，用戶即可通過HAMS對(duì)HART儀表進(jìn)行參數(shù)讀寫、配置、調(diào)校、標(biāo)定管理等操作。

5.2 DCS集成方式

HAMS系統(tǒng)與DCS工程師站、操作員站等處于同層級(jí)。當(dāng)與和利時(shí)DCS系統(tǒng)相連時(shí)，可直接導(dǎo)入DCS的工程組態(tài)信息，不需要重新手動(dòng)組態(tài)，也不需要增加任何的額外硬件，省時(shí)、省力并降低了大量硬件成本。

HAMS系統(tǒng)的PC機(jī)通過以太網(wǎng)口鏈接MACS系統(tǒng)主控器，主控器下帶有HART功能IO模塊可以直接鏈接現(xiàn)場(chǎng)HART儀表。

6 HAMS的主要功能

HAMS系統(tǒng)由兩部分組成：HAMS信息平臺(tái)和HAMS設(shè)備管理工作站。通過HAMS信息平臺(tái)可訪問全廠所有HAMS設(shè)備管理工作站下的所有儀表信息。HAMS主要功能特點(diǎn)如下：

6.1 多種儀表統(tǒng)一管理

HAMS系統(tǒng)對(duì)所有（不同廠商，不同類型-壓力變送器、閥門等，不同協(xié)議類型-HART、FF等）設(shè)備的操作提供了統(tǒng)一的用戶界面和操作方法，從而避免了操作人員需要熟悉多種特定的配置軟件的環(huán)節(jié)，也為工廠節(jié)省了由于多種配置軟件產(chǎn)生的升級(jí)和培訓(xùn)費(fèi)用。

HAMS提供友好直觀的中文界面，多窗口、多視圖的分布結(jié)構(gòu)，使得用戶可以同時(shí)查看多個(gè)儀表的狀況信息。同時(shí)，用戶可按照自己的喜好任意拖放排列不同窗口：設(shè)備列表窗口、設(shè)備管理窗口、設(shè)備參數(shù)窗口，用戶可根據(jù)自己的操作習(xí)慣進(jìn)行設(shè)置。

6.2 遠(yuǎn)程管理

不需要進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，操作人員在中控室就可遠(yuǎn)程獲取或設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)所有智能儀表的參數(shù)，查看儀表的健康狀況。同時(shí)，支持對(duì)在線對(duì)儀表的調(diào)校、調(diào)整量程和零點(diǎn)等。在安全區(qū)域就可解決設(shè)備維護(hù)問題，大大減少了維護(hù)人員出現(xiàn)在危險(xiǎn)區(qū)域的幾率，將維修時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)降到最低限度。

圖4 HAMS軟件主界面

為適應(yīng)不同用戶的需求，HAMS軟件提供兩種參數(shù)組態(tài)界面供用戶使用，對(duì)儀表的遠(yuǎn)程操作和診斷進(jìn)行了分類管理。

基本參數(shù)組態(tài)界面如圖5所示，可查看一些常用的設(shè)備參數(shù)并進(jìn)行組態(tài)配置。

圖5 基本參數(shù)組態(tài)界面

高級(jí)參數(shù)組態(tài)界面圖6所示，包含了設(shè)備描述文件定義的所有設(shè)備參數(shù)、方法等。

6.3 預(yù)測(cè)性維護(hù)

通過對(duì)儀表當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的診斷和分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)智能儀表進(jìn)行的預(yù)測(cè)性維護(hù)，不需要每日進(jìn)行例行檢查維護(hù)，只需要設(shè)置維護(hù)條件和觸發(fā)條件，在設(shè)備即將發(fā)生故障時(shí)給出報(bào)警提示和建議性的解決方案，從而降低了儀表故障率，延長(zhǎng)了儀表的使用壽命降低了運(yùn)行和維護(hù)成本。

圖6 高級(jí)參數(shù)組態(tài)界面

6.4 狀態(tài)檢測(cè)及維護(hù)

通過周期性診斷，隨時(shí)檢測(cè)儀表狀態(tài)變化，并清晰地顯示儀表的當(dāng)前狀態(tài)，包括正常、異常和離線等，并準(zhǔn)確報(bào)警，完善的報(bào)警管理為現(xiàn)場(chǎng)提供了高效的儀表預(yù)警機(jī)制。

6.5 標(biāo)定管理

HAMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)的標(biāo)定功能支持對(duì)設(shè)備標(biāo)定方案的設(shè)定、設(shè)備標(biāo)定預(yù)約和設(shè)備標(biāo)定數(shù)據(jù)的管理，并且HAMS可以對(duì)標(biāo)定方案、標(biāo)定計(jì)劃的創(chuàng)建、保存、更改等過程進(jìn)行跟蹤。

通過標(biāo)定管理，操作員可輕松設(shè)計(jì)標(biāo)定方案，僅需輸入校驗(yàn)周期、校驗(yàn)點(diǎn)數(shù)、儀表精度，系統(tǒng)將自動(dòng)生成校驗(yàn)方案。

圖7 標(biāo)定方案

HAMS系統(tǒng)對(duì)標(biāo)定結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行分析和處理，并生成標(biāo)定報(bào)告和標(biāo)定趨勢(shì)曲線，自動(dòng)生成誤差趨勢(shì)報(bào)告，用戶可以根據(jù)標(biāo)定誤差曲線判斷儀表老化程度。

圖8 標(biāo)定誤差曲線

HAMS系統(tǒng)可生成標(biāo)定報(bào)表，記錄從標(biāo)定任務(wù)的下達(dá)到任務(wù)的完成全過程。

6.6 文檔管理

自動(dòng)記錄所有組態(tài)變化和操作，提供的設(shè)備臺(tái)賬和工作票等功能滿足了工廠對(duì)設(shè)備資產(chǎn)管理的需求，全面提升工廠管理水平。

圖9 臺(tái)賬管理界面

6.7 用戶管理

可設(shè)置不同用戶的權(quán)限及密碼，避免未授權(quán)用戶引起的誤操作，滿足工廠安全管理的需要。

7 結(jié)論

HOLLiAS設(shè)備管理系統(tǒng)（HAMS）有效的管理了工廠當(dāng)前的資產(chǎn)，并大大降低運(yùn)行和維護(hù)成本，優(yōu)化了生產(chǎn)控制過程，從而達(dá)到提升工廠整體維護(hù)管理水平、提高生產(chǎn)力、實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)行最優(yōu)化的目標(biāo)。

Brief Talk on Intelligent Device Management in Medium and Small Chemical Enterprises

Han Qingmin Liu Zhengdong
(Beijing HollySys Group Co., Ltd Beijing, 100176)

TP273.5

A

1008-455X(2011) 01-0055-05

2010-10-19

韓慶敏（1979－），女，工程師，信息產(chǎn)業(yè)部電子六所碩士研究生，現(xiàn)從事自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究。

Tel：010-58981858 E-mail: hanqingmin@hollysys.com