AMS系统在工业HART仪表维护中的应用

孔倩倩

(中石化川气东送天然气管道有限公司，武汉 430040)

AMS系统在工业HART仪表维护中的应用

孔倩倩

(中石化川气东送天然气管道有限公司，武汉 430040)

分析了AMS系统在HART智能仪表管理与维护中的4种解决方案，以某大型炼油化工企业常减压装置为例，阐述了基于多路转换器的工厂信息网结构，给出了针对HART协议的AMS系统网络配置和C/S模式组态，分析了项目实施过程中的难点和重点，列出了AMS系统实施传统仪表维护的优势。

AMS系统 HART仪表 网络配置 C/S模式组态

HART协议基于传统4～20mA模拟量传输的设计，具有稳定性好、双向通信等优势，被工业自动化领域广泛应用[1]。Emerson公司在智能设备管理领域的AMS系统软件紧密贴近HART技术的发展，有机地将它纳入产品的设计体系，为企业的仪表设备维护提供了有力工具[2，3]。AMS系统凭借先进的设计理念、简明的网络架构和强大的设备管理功能，依托与DeltaV DCS的有机结合，可高效管理DCS通信卡件中的HART智能仪表等设备；同时，依托成熟的TCP/IP、485通信协议和光电转换模块，AMS系统有机地实现了对第三方系统中的智能设备的组态、校准、报警和报表管理，极大地提高了仪表工程师进行仪表维护与诊断的效率。

1 HART网络方案

在AMS系统的工程实施前期，需要对工厂的仪表分布和网络架构进行全面分析，以便于具体方案的确定和软硬件的配置。按照HART仪表接入工厂信息网的硬件链路方式，可将AMS系统中涉及到的HART网络拓扑类型分为以下4类。

1.1DeltaV卡件

如图1中的虚线框1所示，AMS系统中的服务器与客户端是作为DCS中的节点而存在的，由于DeltaV系统主副控制网络中各站与控制器中的数据通过OPC协议实现实时更新，而控制器及其总线底板下的各模块量卡件均支持HART协议，故可直接读取HART仪表，并分离出HART信号作为独立数据传送到AMS系统服务器中参与设备维护。因此，AMS系统服务器可依托于DeltaV系统的工厂主副控制网直接读取DCS中的HART智能仪表，并提供给客户端相关服务功能参与维护。

1.2多路转换器

如图1中的虚线框4所示，由于工艺要求现场存在多套生产装置，因而会有多套控制系统或安全系统并存的情况，而每套系统中均有大量HART仪表需要进行维护管理，非DeltaV系统中的智能仪表由于无法直接连入DeltaV控制网络进入AMS系统服务器，而需要借助独立的多路转换器对仪表设备中的HART信号与传统模拟量信号进行分离和采集，将模拟量信号接入原有控制系统，而将HART信号转为485双工信号后经485/Ethernet转换器并联入工厂信息网通过光电和电光转换实现远距离传输，最终通过TCP/IP协议接入AMS系统，工程师可以通过AMS系统将相应的维护与组态指令下传进入每个多路转换器寻址的相应HART设备，从而实现通过AMS系统服务器对第三方系统的智能设备进行维护和监控的目标。

1.3HART Modem

如图1中的虚线框2所示，此情形可作为多路转换器的替代解决方案，即来自第三方系统中的HART智能仪表由于无法直接通过DeltaV控制网络，而需要额外的HART分离与提取硬件并传输进入AMS系统服务器；但走的网络链路是截然不同，现场HART仪表首先接入HART Mod-em，而后转换为USB串口信号接入服务器的串口通信接口上，AMS系统服务器则通过配置相应的HART Modem网络参数读取仪表信息。

图1 AMS系统管理HART仪表设备网络拓扑

此类型方案的缺点之一是为了避免影响轮询时间而建议HART Modem所连接的仪表数目不宜超过16台；缺点之二则是由于直接利用了HART Modem输出的USB信号而影响了其实际工业应用的可行性。因此，这种类型的方案大多用于在现场进行仪表的通信调试和网络诊断阶段的工具。

1.4无线网关

如图1中的虚线框3所示，工业现场增补或是非关键区域在施工阶段，考虑到工程成本造价和维护成本，会考虑选购无线HART仪表，它本身只是现场监测而非重要数据，但仪表的维护与监控数据对AMS系统同样重要，因此，需要借助合理分布的无线网关蜂窝网络获取到分散四处的智能仪表，然后借助TCP/IP协议进入工厂信息网络，通过这一拓扑结构来实现HART信号的提取与传输，从而实现通过AMS系统服务器对它们进行维护与监控的目的。

2 AMS系统方案实施

上述4种方案，以多路转换器为基础的AMS系统网络拓扑在实施过程中因其集成速度快、工程成本低及网络稳定性好等优点而在工业现场得到广泛认可和应用。某大型化工企业的常减压装置分为DCS系统和SIS系统，其中DCS系统采用DeltaV集散控制系统，而SIS和ITCC则采用北京康吉森的Tricon安全系统，同时在原料罐区安装了大量先进的Rosemont无线智能仪表。AMS系统实施过程中也采用了基于多路转换器的方案。

2.1网络配置

如图2所示，该常减压装置中来自SIS系统的HART智能仪表的4～20mA模拟量信号直接接入相应系统的模块量卡件，因此增加了相应的多路转换器来进行4～20mA模拟量信号与HART信号的分离，而分离出的HART则通过多路转换器输出485双工信号，而后经过485转Ethernet转换器连接至工厂信息网，中间经过光纤延长通信距离，连接至位于中央控制室的AMS系统服务器，通过服务器内配置的虚拟串口取得智能仪表的HART信号。

图2 常减压装置AMS系统网络结构

AMS系统获取多路转换器下的HART智能仪表信号的关键在于网络通信的硬件选型与设置。本装置中，多路转换器选用HIDMux2700，属于24V机柜轨道式安装；而485/Ethernet转换器选用NPortIA5150AI，同样属于24V机柜轨道式安装，且具有浪涌保护。

按图3中的参数表通过拨码开关对HID-Mux2700进行设置，通过MOXA的配置软件NPort Administrator按照图4中的参数对485转以太网转换器进行扫描和设置，首先通过扫描查到默认IP地址的485转以太网转换器，然后利用COM MAPPING选项来对NPortIA5150AI的IP地址和串口通信参数进行修改，并同步将参数烧制到转换器物理固件中。在完成对转换器的设置后，表明从AMS系统服务器到多路转换器的物理层已连通。接下来可以通过服务器的设置，直接读到转换器下的智能仪表。

图3 HIDMux2700参数

图4 NPortIA5150AI参数

2.2C/S配置

AMS系统采用客户端/服务器模式的工作机制，所安装AMS系统软件版本为V11.1.1c，对应的操作系统为Window Server 2008 SP2和Windows 7 SP1。对于AMS系统服务器的设置如图5所示，AMS系统客户端的设置如图6所示。为了保证工厂信息网各节点通信正常，设置AMS系统服务器与客户端的IP分别为172.24.64.222与172.24.16.21。需注意的是，首先要安装设置好服务器，并对服务器进行授权认证，之后在客户端侧必须保证它与服务器的网络Ping通后才可以加入AMS系统网络。如果作为DeltaV的节点工作，还需要对AMS系统各节点进行下载，以同步网络信息。

图5 AMS系统服务器参数设置

图6 AMS系统客户端参数设置

如图7所示，需要在AMS系统服务器上对多路转换器进行再次设置，包括HART多路转换器的扫描地址范围等，以确保AMS系统中的网络参数与机柜内部多路转换器的硬件设置保持一致，从而使AMS系统服务器能够通过485寻址建立与多路转换器的通信。通过对多路转换器的485寻址范围进行设置，可确定从AMS系统读取到的仪表数量。在AMS系统过程中很重要的一个设置是关于多路转换器的主从模式，由于AMS系统通过多路转换器从第三方系统中将仪表的HART信号分离并传输，故应将原控制系统作为主系统，而将AMS系统作为从系统来处理。在以上配置与调试后，表明从现场仪表到服务器的整个物理网络已经满足软件调试的必要条件，接下来通过AMS系统软件进行组态与设置。

图7 AMS系统网络属性设置界面

当完成图7所示的网络配置后，会在AMS系统中出现Multiplexer Network的网络节点，此时执行“Rebuild Hierarchy”时，AMS系统会按照图示参数进行HART网络拓扑结构的构建与轮询确认。图8所示为MOXA转换器下仅连接一块多路转换器时的网络结构，执行”Scan all devices”命令轮询包括HIDMux 2700和所有HART智能仪表的HART信息并同步到AMS系统中。由图8可以看到，此时可以对任一仪表设备进行监控、组态、诊断及仿真等。依次完成其他多路转换器下所有仪表的接线与扫描，即可将现场所有HART智能仪表收入AMS系统，建立相应AMS系统数据库并进行优化整理，建立起相应的报警机制，即可实时进行仪表设备的监控和维护。

图8 AMS系统服务器工作界面

3 结束语

相对于传统手操器设置和其他3种AMS系统网络实施方案，基于多路转换器的网络结构可灵活地将任一支持HART协议的设备接入AMS系统，极大地提高了工厂信息化管理水平，将仪表工程师从繁琐的现场组态与调试工作中解放出来。AMS系统的实施因为借助工厂信息网而使得规模不受限制，可在项目任何阶段进行而不影响正常生产。

[1] 刘龙龙.HART多路复用器研究及其硬件系统设计[D].上海:华东理工大学,2014.

[2] 谢碧蓉,向贤兵,高倩霞,等.AMS系统智能设备管理系统的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2013,18(6):59～62.

[3] 陈西杰,许明姝.AMS系统简介及电站应用实例[J].自动化博览,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)