AMS系統在工業HART儀表維護中的應用

孔倩倩

(中石化川氣東送天然氣管道有限公司，武漢 430040)

AMS系統在工業HART儀表維護中的應用

孔倩倩

(中石化川氣東送天然氣管道有限公司，武漢 430040)

分析了AMS系統在HART智能儀表管理與維護中的4種解決方案，以某大型煉油化工企業常減壓裝置為例，闡述了基于多路轉換器的工廠信息網結構，給出了針對HART協議的AMS系統網絡配置和C/S模式組態，分析了項目實施過程中的難點和重點，列出了AMS系統實施傳統儀表維護的優勢。

AMS系統 HART儀表 網絡配置 C/S模式組態

HART協議基于傳統4～20mA模擬量傳輸的設計，具有穩定性好、雙向通信等優勢，被工業自動化領域廣泛應用[1]。Emerson公司在智能設備管理領域的AMS系統軟件緊密貼近HART技術的發展，有機地將它納入產品的設計體系，為企業的儀表設備維護提供了有力工具[2，3]。AMS系統憑借先進的設計理念、簡明的網絡架構和強大的設備管理功能，依托與DeltaV DCS的有機結合，可高效管理DCS通信卡件中的HART智能儀表等設備；同時，依托成熟的TCP/IP、485通信協議和光電轉換模塊，AMS系統有機地實現了對第三方系統中的智能設備的組態、校準、報警和報表管理，極大地提高了儀表工程師進行儀表維護與診斷的效率。

1 HART網絡方案

在AMS系統的工程實施前期，需要對工廠的儀表分布和網絡架構進行全面分析，以便于具體方案的確定和軟硬件的配置。按照HART儀表接入工廠信息網的硬件鏈路方式，可將AMS系統中涉及到的HART網絡拓撲類型分為以下4類。

1.1DeltaV卡件

如圖1中的虛線框1所示，AMS系統中的服務器與客戶端是作為DCS中的節點而存在的，由于DeltaV系統主副控制網絡中各站與控制器中的數據通過OPC協議實現實時更新，而控制器及其總線底板下的各模塊量卡件均支持HART協議，故可直接讀取HART儀表，并分離出HART信號作為獨立數據傳送到AMS系統服務器中參與設備維護。因此，AMS系統服務器可依托于DeltaV系統的工廠主副控制網直接讀取DCS中的HART智能儀表，并提供給客戶端相關服務功能參與維護。

1.2多路轉換器

如圖1中的虛線框4所示，由于工藝要求現場存在多套生產裝置，因而會有多套控制系統或安全系統并存的情況，而每套系統中均有大量HART儀表需要進行維護管理，非DeltaV系統中的智能儀表由于無法直接連入DeltaV控制網絡進入AMS系統服務器，而需要借助獨立的多路轉換器對儀表設備中的HART信號與傳統模擬量信號進行分離和采集，將模擬量信號接入原有控制系統，而將HART信號轉為485雙工信號后經485/Ethernet轉換器并聯入工廠信息網通過光電和電光轉換實現遠距離傳輸，最終通過TCP/IP協議接入AMS系統，工程師可以通過AMS系統將相應的維護與組態指令下傳進入每個多路轉換器尋址的相應HART設備，從而實現通過AMS系統服務器對第三方系統的智能設備進行維護和監控的目標。

1.3HART Modem

如圖1中的虛線框2所示，此情形可作為多路轉換器的替代解決方案，即來自第三方系統中的HART智能儀表由于無法直接通過DeltaV控制網絡，而需要額外的HART分離與提取硬件并傳輸進入AMS系統服務器；但走的網絡鏈路是截然不同，現場HART儀表首先接入HART Mod-em，而后轉換為USB串口信號接入服務器的串口通信接口上，AMS系統服務器則通過配置相應的HART Modem網絡參數讀取儀表信息。

圖1 AMS系統管理HART儀表設備網絡拓撲

此類型方案的缺點之一是為了避免影響輪詢時間而建議HART Modem所連接的儀表數目不宜超過16臺；缺點之二則是由于直接利用了HART Modem輸出的USB信號而影響了其實際工業應用的可行性。因此，這種類型的方案大多用于在現場進行儀表的通信調試和網絡診斷階段的工具。

1.4無線網關

如圖1中的虛線框3所示，工業現場增補或是非關鍵區域在施工階段，考慮到工程成本造價和維護成本，會考慮選購無線HART儀表，它本身只是現場監測而非重要數據，但儀表的維護與監控數據對AMS系統同樣重要，因此，需要借助合理分布的無線網關蜂窩網絡獲取到分散四處的智能儀表，然后借助TCP/IP協議進入工廠信息網絡，通過這一拓撲結構來實現HART信號的提取與傳輸，從而實現通過AMS系統服務器對它們進行維護與監控的目的。

2 AMS系統方案實施

上述4種方案，以多路轉換器為基礎的AMS系統網絡拓撲在實施過程中因其集成速度快、工程成本低及網絡穩定性好等優點而在工業現場得到廣泛認可和應用。某大型化工企業的常減壓裝置分為DCS系統和SIS系統，其中DCS系統采用DeltaV集散控制系統，而SIS和ITCC則采用北京康吉森的Tricon安全系統，同時在原料罐區安裝了大量先進的Rosemont無線智能儀表。AMS系統實施過程中也采用了基于多路轉換器的方案。

2.1網絡配置

如圖2所示，該常減壓裝置中來自SIS系統的HART智能儀表的4～20mA模擬量信號直接接入相應系統的模塊量卡件，因此增加了相應的多路轉換器來進行4～20mA模擬量信號與HART信號的分離，而分離出的HART則通過多路轉換器輸出485雙工信號，而后經過485轉Ethernet轉換器連接至工廠信息網，中間經過光纖延長通信距離，連接至位于中央控制室的AMS系統服務器，通過服務器內配置的虛擬串口取得智能儀表的HART信號。

圖2 常減壓裝置AMS系統網絡結構

AMS系統獲取多路轉換器下的HART智能儀表信號的關鍵在于網絡通信的硬件選型與設置。本裝置中，多路轉換器選用HIDMux2700，屬于24V機柜軌道式安裝；而485/Ethernet轉換器選用NPortIA5150AI，同樣屬于24V機柜軌道式安裝，且具有浪涌保護。

按圖3中的參數表通過撥碼開關對HID-Mux2700進行設置，通過MOXA的配置軟件NPort Administrator按照圖4中的參數對485轉以太網轉換器進行掃描和設置，首先通過掃描查到默認IP地址的485轉以太網轉換器，然后利用COM MAPPING選項來對NPortIA5150AI的IP地址和串口通信參數進行修改，并同步將參數燒制到轉換器物理固件中。在完成對轉換器的設置后，表明從AMS系統服務器到多路轉換器的物理層已連通。接下來可以通過服務器的設置，直接讀到轉換器下的智能儀表。

圖3 HIDMux2700參數

圖4 NPortIA5150AI參數

2.2C/S配置

AMS系統采用客戶端/服務器模式的工作機制，所安裝AMS系統軟件版本為V11.1.1c，對應的操作系統為Window Server 2008 SP2和Windows 7 SP1。對于AMS系統服務器的設置如圖5所示，AMS系統客戶端的設置如圖6所示。為了保證工廠信息網各節點通信正常，設置AMS系統服務器與客戶端的IP分別為172.24.64.222與172.24.16.21。需注意的是，首先要安裝設置好服務器，并對服務器進行授權認證，之后在客戶端側必須保證它與服務器的網絡Ping通后才可以加入AMS系統網絡。如果作為DeltaV的節點工作，還需要對AMS系統各節點進行下載，以同步網絡信息。

圖5 AMS系統服務器參數設置

圖6 AMS系統客戶端參數設置

如圖7所示，需要在AMS系統服務器上對多路轉換器進行再次設置，包括HART多路轉換器的掃描地址范圍等，以確保AMS系統中的網絡參數與機柜內部多路轉換器的硬件設置保持一致，從而使AMS系統服務器能夠通過485尋址建立與多路轉換器的通信。通過對多路轉換器的485尋址范圍進行設置，可確定從AMS系統讀取到的儀表數量。在AMS系統過程中很重要的一個設置是關于多路轉換器的主從模式，由于AMS系統通過多路轉換器從第三方系統中將儀表的HART信號分離并傳輸，故應將原控制系統作為主系統，而將AMS系統作為從系統來處理。在以上配置與調試后，表明從現場儀表到服務器的整個物理網絡已經滿足軟件調試的必要條件，接下來通過AMS系統軟件進行組態與設置。

圖7 AMS系統網絡屬性設置界面

當完成圖7所示的網絡配置后，會在AMS系統中出現Multiplexer Network的網絡節點，此時執行“Rebuild Hierarchy”時，AMS系統會按照圖示參數進行HART網絡拓撲結構的構建與輪詢確認。圖8所示為MOXA轉換器下僅連接一塊多路轉換器時的網絡結構，執行”Scan all devices”命令輪詢包括HIDMux 2700和所有HART智能儀表的HART信息并同步到AMS系統中。由圖8可以看到，此時可以對任一儀表設備進行監控、組態、診斷及仿真等。依次完成其他多路轉換器下所有儀表的接線與掃描，即可將現場所有HART智能儀表收入AMS系統，建立相應AMS系統數據庫并進行優化整理，建立起相應的報警機制，即可實時進行儀表設備的監控和維護。

圖8 AMS系統服務器工作界面

3 結束語

相對于傳統手操器設置和其他3種AMS系統網絡實施方案，基于多路轉換器的網絡結構可靈活地將任一支持HART協議的設備接入AMS系統，極大地提高了工廠信息化管理水平，將儀表工程師從繁瑣的現場組態與調試工作中解放出來。AMS系統的實施因為借助工廠信息網而使得規模不受限制，可在項目任何階段進行而不影響正常生產。

[1] 劉龍龍.HART多路復用器研究及其硬件系統設計[D].上海:華東理工大學,2014.

[2] 謝碧蓉,向賢兵,高倩霞,等.AMS系統智能設備管理系統的應用[J].重慶電力高等專科學校學報,2013,18(6):59～62.

[3] 陳西杰,許明姝.AMS系統簡介及電站應用實例[J].自動化博覽,2001,18(2):11～12.

(Continued from Page 1137)

system were introduced. The load tester consists of downhole data acquisition system and ground data playback system and when the underground test is finished, testing mechanical short with column is salvaged from the well. Through the ground data playback analysis system, the load data of the oil-well pipe string packer can be reached. Indoor testing shows that, this system can achieve the targets expected and the scheme feasibility is verified.

Keywordspipe string load tester of oil well packer, stain-testing technique, load detection

AMSApplicationinHARTInstrumentMaintenanceofChemicalPlant

KONG Qian-qian

(SinopecSichuantoEastGasTransmissionCo.,Ltd.,Wuhan430040,China)

AMS system’s four solutions to HART instrument management and maintenance were analyzed. Taking atomspheric and vacuum distillation unit in a chemical plant as example, the multiplexer-based plant information network was discussed, and the HART protocol-oriented AMS network configuration and C/C configuration were presented, as well as both difficulties and key points in project enforcement were analyzed and advantages of AMS HART system compared to traditional methods were listed.

AMS system, HART instrument, network configuration, C/C configuration

TH865

A

1000-3932(2016)11-1203-05

2016-07-28(修改稿)