HART協議儀表在化工生產中的應用

柳曉福

(中韓(武漢)石油化工有限公司，湖北 武漢 430000)

1 前言

HART協議采用基于Bell202標準的FSK(頻移鍵控)信號,在低頻的4-20mA模擬信號上疊加一個頻率信號進行雙向數字通訊[1]。HART協議智能儀表可同時測量多個參數，主要的變量和控制信息由4-20mA信號傳輸，其他過程參數、設備組態信息，診斷信息通過HART協議訪問。

HART協議智能儀表被廣泛地應用于化工企業裝置中,作為DCS系統中的檢測儀表，其數字功能未能充分利用，在不影響原有的儀表測量功能的情況下，充分發揮HART智能儀表數字信息，實現在儀表設備數據管理和測量解決問題等多方面的應用。本文以Honeywell公司的EPKS DCS系統為例，介紹了HART智能儀表在化工生產中應用案例。

2 實時設備管理系統的實施

Honeywell公司的現場設備管理器(FDM)是一個儀表資產管理系統(IAMS)，用于配置和維護智能現場設備。FDM使用開放的標準和協議，使用單一工具就可以實現對不同廠家不同類型的智能設備進行管理。FDM使用未經修改的供應商設備描述(DD)文件和電子設備描述語言(EDDL)文件，以及設備類型用于執行設備配置、管理和診斷任務的管理器。

FDM通過以太網與DCS服務器提供的HART接口訪問連接到相應I/O的設備。HART的I/O設備同時使用模擬和數字數據，但只將數字HART信息傳遞給FDM。在DCS中設置專用的AMS操作站，借助于DCS系統強大的運算能力和網絡拓展能力，HART數據被用于生產、維護、資源管理等方面，從而最大程度地發揮了HART協議的優點[2]。使用FDM的優點如下：

(1) FDM可實時讀出HART智能儀表主變量參數(過程測量值或過程輸出值)、各副變量值參數單位等信息。儀表人員可通過在線進行巡檢維護，與傳統的定期定時定點巡檢相比，節約巡檢時間和降低維護成本和人力成本。

(2)設備狀態預警，可及時發現問題，避免因儀表原因引起停車。HART儀表可以提供儀表自身的狀態信息，儀表人員通過在線查看儀表信號報警，便能準確地判斷儀表的故障原因。

(3)簡化維護工作。通過FDM程序軟件可以實現在線組態儀表參數，無需在現場用手操器進行調試。在軟件上向HART智能儀表發出一個指定的模擬信號，對比現場儀表的動作情況，判斷儀表控制回路是否正常工作，從而極大地減少現場儀表的調試時間。閥門的調校，定位器的標定都可以在FDM軟件上進行調試。根據閥門定位器的設備參數信息判斷現場控制閥門的工作狀態，實現閥門的預防性檢修。通過這種預測機制，儀表人員有依據進行備件的提報采購，制定合理的檢維修計劃，從而降低維護成本。

3 測量儀表多變量傳輸功能

Honeywell公司的EPKS系統，選用的模擬量輸入卡件為Series_C系列，這種類型卡件支持HART信號采集功能。在DCS中的HART信號采集在DCS中完成I/O通道組態的基礎上，只需要組態HART采集的通道和HART采集參數，這樣就可以方便地顯示和使用HART儀表的多個參數。

使用EPKS系統的組態軟件Control Builder，組態模擬量通道時，需要通過HART協議采集使用多個參數，前提需激活卡件的HART功能。在輸入功能塊的參數一覽表的HART Configuration下勾選激活Enable HART功能。HART采集參數在輸入功能塊的參數一覽表的HART Variables下進行組態設置。組態一質量流量計位號為3400FT50101,正常組態時只能在DCS上顯示質量流量計的流量，但工藝操作員需要查看測量介質的溫度和體積密度參數，可以通過HART協議組態添加所需的信息參數，從而將其參數在DCS畫面上顯示。組態信息如圖1所示。

使用HART協議測量儀表多變量功能還可以應用在質量流量計的流量溫壓補償上。流量計測量氣體時，氣體的流量與氣體的密度成正比，氣體的密度易受溫度、壓力的影響，從而導致測量結果產生誤差，一般情況下會對氣體質量流量的測量進行溫壓補償。例如采用差壓變送器測量氣體流量，需將流量、溫度、壓力三個信號引入DCS中，通過組態軟件對三者信號進行流量的溫壓補償計算組態。HART儀表可提供多個測量參數，通過DCS采集數據，只需一個帶HART的功能儀表就可實現氣體流量計的溫壓補償。在施工困難和時間成本緊張的情況下，可以采用此方法進行設計施工，方便快捷的實現設計功能要求。

圖1 HART儀表多參數組態設置畫面

4 儀表伴熱在線監測功能

檢查儀表保溫伴熱，是儀表人員的日常維護工作。它關系到防止儀表凍表，保證儀表測量系統的正常運行。檢查儀表保溫伴熱是通過人員定期巡檢和凍凝發生后的儀表維護的方式來實現的，傳統人工巡檢方式實時性不強，且儀表安裝分布廣，高空處儀表檢查周期少，存在巡檢死角。這種巡檢制度和維護方式不能為維護人員提供溫度預警，存在一定的安全隱患。HART協議的智能儀表表體溫度可以代替測溫元件用于測量儀表箱的環境溫度，因此可以在不影響測量信號傳輸的前提下，通過HART協議將變送器膜盒的溫度引入DCS系統，在DCS系統內建立溫度顯示及設置溫度低報警功能，實現全面監視冬季儀表的運行狀況。

繪制關鍵儀表數據監控畫面。將關鍵儀表表體溫度統一顯示在DCS畫面上，達到實時監控現場儀表伴熱溫度，儀表人員可以隨時查詢伴熱溫度信息，并且可以通過查看報警事件記錄，及時發現處理伴熱故障。同時對伴熱溫度增加歷史趨勢功能，儀表人員可以通過溫度升降趨勢的進行分析，以最大程度地減少伴熱凍凝、設備凍壞事故。

5 結束語

利用HART協議對化工裝置生產過程設備信息進行管理和共享，實現對儀表設備運行情況進行管理，對現場儀表實施預防性檢維修。同時根據各裝置具體的生產要求，合理使用實時數據管理系統和HART智能儀表數字信息功能，將HART協議應用于化工裝置生產管理和運行維護。