智能設(shè)備管理系統(tǒng)在HART協(xié)議儀表的應(yīng)用

楊榮

【摘要】富平熱電項(xiàng)目單元機(jī)組為常規(guī)DCS硬接線控制，為了提高智能設(shè)備管理水平，采用了和利時HAMS智能設(shè)備管理系統(tǒng)對單元機(jī)組的HART協(xié)議智能儀表進(jìn)行了集中管理，提高了管理水平和工作效率。

【關(guān)鍵詞】HART協(xié)議；智能儀表；智能設(shè)備管理系統(tǒng)

【Abstract】In order to improve the management level of intelligent equipment， the unit of Fuping Thermoelectricity Project Unit was controlled by conventional DCS hard-wired. The Holtek HAMS intelligent equipment management system was used to centrally manage the HART protocol smart meters of unit units， thus improving the management level and working efficiency.

【Key words】HART protocol；Smart meters；Intelligent device management system

1. HART協(xié)議智能設(shè)備管理系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了提高過程控制的管理水平，使得工廠能夠滿足越來越嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（ISO9001質(zhì)量體系）以及法規(guī)的要求，人們對現(xiàn)場測量和控制設(shè)備的要求也提高，即不僅僅要求現(xiàn)場設(shè)備能提供過程測量信息，還應(yīng)該能提供許多附加信息，包括設(shè)備自身及過程的診斷信息，管理信息等，這些信息通稱為非控制信息。

另一方面，計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)，特殊用途集成電路（ASIC）技術(shù)以及HART協(xié)議和Foundation Fieldbus（簡稱FF現(xiàn)場總線）為代表的雙向通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，賦予了現(xiàn)場設(shè)備跟多更強(qiáng)的“智能化”功能。至今現(xiàn)場只能化設(shè)備越來越受到了廣泛地接受和應(yīng)用。

（2）一般認(rèn)為，衡量現(xiàn)場設(shè)備智能化的指標(biāo)主要應(yīng)包括下圖所示幾個方面（見圖1）：

（3）以往現(xiàn)場儀表管理模式：在以往的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，通常采用智能手持通訊器，如：使用羅斯蒙特475型HART手操器來對現(xiàn)場智能設(shè)備進(jìn)行組態(tài)及診斷，然而，它畢竟只能一臺一臺地對設(shè)備進(jìn)行檢查，并且其數(shù)據(jù)庫容量有限，處理問題時，不但耗費(fèi)很多時間，還費(fèi)人力。在這種情況下，為了充分利用現(xiàn)場智能設(shè)備出廠時具有的功能，尤其是其中豐富的非控制信息，優(yōu)化過程控制，在富平熱電項(xiàng)目單元機(jī)組采用了中國杭州和利時集團(tuán)公司自主開發(fā)的HAMS設(shè)備管理系統(tǒng)，它為工廠管理和設(shè)備維護(hù)提供了強(qiáng)有力的工具。使智能設(shè)備發(fā)揮最大的效益，同時減少儀表的損耗，從而降低生產(chǎn)與維護(hù)成本。

2. 工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備管理系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢

提高工廠經(jīng)濟(jì)效益和安全性越來越依賴于高端的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。工業(yè)領(lǐng)域中，隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和高新技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場儀表維護(hù)越來越趨于集成化、智能化、計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化以及專業(yè)化。如今，現(xiàn)場總線技術(shù)越來越成熟，各企業(yè)選擇使用智能儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)工廠自動化生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的主流。在此背景下，現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，使用無線局域網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊成為設(shè)備管理通訊的發(fā)展的趨勢。

3. HART通訊協(xié)議

（1）HART（Highway Addressable Remote Transducer），可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議。采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。在HART協(xié)議通信中主要的變量和控制信息由4～20mA傳送，在需要的情況下，測量、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。HART通信屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時期具有較強(qiáng)的市場競爭能力，經(jīng)過10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國內(nèi)外已經(jīng)十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）雖然目前現(xiàn)場總線技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，應(yīng)用越來越廣泛，但是一些老的發(fā)電機(jī)組和重要的控制部分任然采用常規(guī)DCS硬接線控制，在這些控制系統(tǒng)稍加改造，使用HART通訊協(xié)議和智能設(shè)備管理系統(tǒng)，可以起到催化劑的作用，使得智能設(shè)備的管理水平得到質(zhì)的提高。

4. 系統(tǒng)說明

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

HAMS設(shè)備管理系統(tǒng)由，設(shè)備管理軟件和設(shè)備管理信息平臺兩部分組成。HAMS設(shè)備管理系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的工程師站、操作員站處于同一層網(wǎng)絡(luò)，通過交換機(jī)與DCS控制系統(tǒng)的主控模塊相連接，而DCS控制系統(tǒng)通過HART鏈接器或FF鏈接器與現(xiàn)場儀表相連，可以同時管理多種協(xié)議類型的儀表，包括HART儀表、FF儀表、PA儀表等。

總體架構(gòu)下圖2所示。

4.2HAMS設(shè)備管理信息平臺。

HAMS設(shè)備管理信息平臺位于企業(yè)管理層，管理人員可以通過WEB瀏覽器遠(yuǎn)程查看HAMS設(shè)備管理系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)信息。從而，全面了解設(shè)備信息，強(qiáng)化在用設(shè)備使用效率與效益的跟蹤管理，保障設(shè)備安全可靠運(yùn)行和管理受控，不斷優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)設(shè)備管理信息化的客觀要求。

4.3HAMS設(shè)備管理系統(tǒng)及系統(tǒng)主要功能。

HAMS是針對工廠設(shè)備資產(chǎn)管理的解決方案，以HART、FF和Profibus協(xié)議為基礎(chǔ)，以國外先進(jìn)設(shè)備集成技術(shù)EDDL（Electronic Device Description language，電子設(shè)備描述語言）技術(shù)和FDT/ DTM（Field Device Tool/Device Type Manager，現(xiàn)場設(shè)備工具/設(shè)備類型管理器）技術(shù)為技術(shù)手段，集數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析于一體，主要用于實(shí)現(xiàn)工廠儀表的遠(yuǎn)程配置與診斷、在線調(diào)校、標(biāo)定管理、預(yù)測性維護(hù)以及日志記錄跟蹤等功能。HAMS提供的設(shè)備管理與維護(hù)功能，使智能設(shè)備能夠發(fā)揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護(hù)成本，為用戶提供一個快速方便統(tǒng)一的管理平臺，使得工廠能夠在減少操作、降低維護(hù)工作量和減少運(yùn)營成本的同時，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，并可以實(shí)現(xiàn)HAMS系統(tǒng)與DCS的無縫集成。

4.4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)行自動記錄操作變更信息、且無法避免危險環(huán)境下對儀表的維護(hù)操作，而“HAMS 和利時設(shè)備管理系統(tǒng)”提供的標(biāo)定管理、預(yù)測性維護(hù)管理、日志記錄程序、在線設(shè)備診斷等功能，為解決企業(yè)綜合自動化提供了可靠的管理保障。HAMS提供的功能非常豐富，主要功能描述如下：

（1）設(shè)備組態(tài)：簡易智能的設(shè)備組態(tài)，只需掃描操作就可自動導(dǎo)入現(xiàn)場工程，從而實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場不同類型、不同通信協(xié)議的儀表通信；

（2）遠(yuǎn)程管理：可遠(yuǎn)程獲取智能儀表參數(shù)，遠(yuǎn)程設(shè)置智能儀表參數(shù)，不需進(jìn)入危險場所進(jìn)行儀表維護(hù)；

以羅斯蒙特3051只能壓力變送器為例，可以在工程師站的智能設(shè)備管理終端上進(jìn)行常規(guī)參數(shù)檢查和修改，并診斷變送器的狀態(tài)（見圖3）。

（3）預(yù)測性維護(hù)：可進(jìn)行儀表的預(yù)測性維護(hù)，不需要每日進(jìn)行例行檢查維護(hù)，降低

儀表故障率，延長定期檢修所需的時間，從而減少運(yùn)行和維護(hù)成本；

（4）狀態(tài)檢測及維護(hù)：可設(shè)置周期性診斷、檢測儀表狀態(tài)變化，準(zhǔn)確報警、完善的報警管理為現(xiàn)場提供高效的儀表預(yù)警機(jī)制；

（5）標(biāo)定管理：可輕松設(shè)計(jì)標(biāo)定方案，自動生成標(biāo)定報告和標(biāo)定趨勢曲線，判斷儀表老化程度；

以梅索尼蘭智能氣動閥門定位器為例，可以在工程師站的智能設(shè)備管理終端上進(jìn)行全行程自動標(biāo)定，修改閥門類型，參數(shù)匹配，并生成各種診斷報告（見圖4）。

（6）文檔管理：自動記錄所有組態(tài)變化和操作，提供的設(shè)備臺賬和工作票等功能全面提升工廠管理水平；

（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。

（8）遠(yuǎn)程管理：通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在宿舍或者辦公室對現(xiàn)場智能設(shè)備進(jìn)行診斷和設(shè)置。

5. 結(jié)束語

基于HART協(xié)議的數(shù)據(jù)通訊，保留了4～20mA模擬量的特點(diǎn)。系統(tǒng)在現(xiàn)場基礎(chǔ)上開發(fā)不受制于現(xiàn)場，也不影響現(xiàn)場儀表或DCS，比以往的手持型通訊工具功能更豐富、維護(hù)更方便。總體來看性能價格比比較高。系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，因其計(jì)量數(shù)據(jù)精度高，使用維護(hù)方便，故障率低，界面美觀實(shí)用，大大提高了工作效率和管理水平。endprint