智能設備管理系統在HART協議儀表的應用

楊榮

【摘要】富平熱電項目單元機組為常規DCS硬接線控制，為了提高智能設備管理水平，采用了和利時HAMS智能設備管理系統對單元機組的HART協議智能儀表進行了集中管理，提高了管理水平和工作效率。

【關鍵詞】HART協議；智能儀表；智能設備管理系統

【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協議智能設備管理系統的應用

（1）隨著科學技術的發展，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格的質量標準（ISO9001質量體系）以及法規的要求，人們對現場測量和控制設備的要求也提高，即不僅僅要求現場設備能提供過程測量信息，還應該能提供許多附加信息，包括設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，計算機硬件和軟件技術，特殊用途集成電路（ASIC）技術以及HART協議和Foundation Fieldbus（簡稱FF現場總線）為代表的雙向通訊技術的迅猛發展，賦予了現場設備跟多更強的“智能化”功能。至今現場只能化設備越來越受到了廣泛地接受和應用。

（2）一般認為，衡量現場設備智能化的指標主要應包括下圖所示幾個方面（見圖1）：

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

2. 工業現場設備管理系統未來的發展趨勢

提高工廠經濟效益和安全性越來越依賴于高端的技術和經驗。工業領域中，隨著計算機系統和高新技術的發展，現場儀表維護越來越趨于集成化、智能化、計算機化、網絡化、信息化以及專業化。如今，現場總線技術越來越成熟，各企業選擇使用智能儀表設備實現工廠自動化生產已經成為現代工業自動化的主流。在此背景下，現代無線網絡的迅猛發展，使用無線局域網絡與現場設備進行數據通訊成為設備管理通訊的發展的趨勢。

3. HART通訊協議

（1）HART（Highway Addressable Remote Transducer），可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議。采用基于Bell202標準的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的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協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、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。HART通信屬于模擬系統向數字系統轉變過程中過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，經過10多年的發展，HART技術在國內外已經十分成熟，并已成為全球智能儀表的工業標準。

（2）雖然目前現場總線技術得到了突飛猛進的發展，應用越來越廣泛，但是一些老的發電機組和重要的控制部分任然采用常規DCS硬接線控制，在這些控制系統稍加改造，使用HART通訊協議和智能設備管理系統，可以起到催化劑的作用，使得智能設備的管理水平得到質的提高。

4. 系統說明

4.1系統架構

HAMS設備管理系統由，設備管理軟件和設備管理信息平臺兩部分組成。HAMS設備管理系統與DCS系統的工程師站、操作員站處于同一層網絡，通過交換機與DCS控制系統的主控模塊相連接，而DCS控制系統通過HART鏈接器或FF鏈接器與現場儀表相連，可以同時管理多種協議類型的儀表，包括HART儀表、FF儀表、PA儀表等。

總體架構下圖2所示。

4.2HAMS設備管理信息平臺。

HAMS設備管理信息平臺位于企業管理層，管理人員可以通過WEB瀏覽器遠程查看HAMS設備管理系統的所有數據信息。從而，全面了解設備信息，強化在用設備使用效率與效益的跟蹤管理，保障設備安全可靠運行和管理受控，不斷優化設備結構，從而適應設備管理信息化的客觀要求。

4.3HAMS設備管理系統及系統主要功能。

HAMS是針對工廠設備資產管理的解決方案，以HART、FF和Profibus協議為基礎，以國外先進設備集成技術EDDL（Electronic Device Description language，電子設備描述語言）技術和FDT/ DTM（Field Device Tool/Device Type Manager，現場設備工具/設備類型管理器）技術為技術手段，集數據采集和數據分析于一體，主要用于實現工廠儀表的遠程配置與診斷、在線調校、標定管理、預測性維護以及日志記錄跟蹤等功能。HAMS提供的設備管理與維護功能，使智能設備能夠發揮最大效益，減少儀表的損耗并降低維護成本，為用戶提供一個快速方便統一的管理平臺，使得工廠能夠在減少操作、降低維護工作量和減少運營成本的同時，大幅提高工廠設備的可用性、生產能力和產品質量，并可以實現HAMS系統與DCS的無縫集成。

4.4由于傳統維護方式無法實現遠程在線配置、無法遠程獲取儀表內部性能狀態信息、無法進行自動記錄操作變更信息、且無法避免危險環境下對儀表的維護操作，而“HAMS 和利時設備管理系統”提供的標定管理、預測性維護管理、日志記錄程序、在線設備診斷等功能，為解決企業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）設備組態：簡易智能的設備組態，只需掃描操作就可自動導入現場工程，從而實現和現場不同類型、不同通信協議的儀表通信；

（2）遠程管理：可遠程獲取智能儀表參數，遠程設置智能儀表參數，不需進入危險場所進行儀表維護；

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備管理終端上進行常規參數檢查和修改，并診斷變送器的狀態（見圖3）。

（3）預測性維護：可進行儀表的預測性維護，不需要每日進行例行檢查維護，降低

儀表故障率，延長定期檢修所需的時間，從而減少運行和維護成本；

（4）狀態檢測及維護：可設置周期性診斷、檢測儀表狀態變化，準確報警、完善的報警管理為現場提供高效的儀表預警機制；

（5）標定管理：可輕松設計標定方案，自動生成標定報告和標定趨勢曲線，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備管理終端上進行全行程自動標定，修改閥門類型，參數匹配，并生成各種診斷報告（見圖4）。

（6）文檔管理：自動記錄所有組態變化和操作，提供的設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：可設置不同用戶的權限及密碼，避免未授權用戶引起的誤操作，滿足工廠安全管理的需要。

（8）遠程管理：通過互聯網實現在宿舍或者辦公室對現場智能設備進行診斷和設置。

5. 結束語

基于HART協議的數據通訊，保留了4～20mA模擬量的特點。系統在現場基礎上開發不受制于現場，也不影響現場儀表或DCS，比以往的手持型通訊工具功能更豐富、維護更方便。總體來看性能價格比比較高。系統在實際應用中，因其計量數據精度高，使用維護方便，故障率低，界面美觀實用，大大提高了工作效率和管理水平。endprint