智能设备管理系统在HART协议仪表的应用

杨荣

【摘要】富平热电项目单元机组为常规DCS硬接线控制，为了提高智能设备管理水平，采用了和利时HAMS智能设备管理系统对单元机组的HART协议智能仪表进行了集中管理，提高了管理水平和工作效率。

【关键词】HART协议；智能仪表；智能设备管理系统

【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协议智能设备管理系统的应用

（1）随着科学技术的发展，为了提高过程控制的管理水平，使得工厂能够满足越来越严格的质量标准（ISO9001质量体系）以及法规的要求，人们对现场测量和控制设备的要求也提高，即不仅仅要求现场设备能提供过程测量信息，还应该能提供许多附加信息，包括设备自身及过程的诊断信息，管理信息等，这些信息通称为非控制信息。

另一方面，计算机硬件和软件技术，特殊用途集成电路（ASIC）技术以及HART协议和Foundation Fieldbus（简称FF现场总线）为代表的双向通讯技术的迅猛发展，赋予了现场设备跟多更强的“智能化”功能。至今现场只能化设备越来越受到了广泛地接受和应用。

（2）一般认为，衡量现场设备智能化的指标主要应包括下图所示几个方面（见图1）：

（3）以往现场仪表管理模式：在以往的生产运行过程中，通常采用智能手持通讯器，如：使用罗斯蒙特475型HART手操器来对现场智能设备进行组态及诊断，然而，它毕竟只能一台一台地对设备进行检查，并且其数据库容量有限，处理问题时，不但耗费很多时间，还费人力。在这种情况下，为了充分利用现场智能设备出厂时具有的功能，尤其是其中丰富的非控制信息，优化过程控制，在富平热电项目单元机组采用了中国杭州和利时集团公司自主开发的HAMS设备管理系统，它为工厂管理和设备维护提供了强有力的工具。使智能设备发挥最大的效益，同时减少仪表的损耗，从而降低生产与维护成本。

2. 工业现场设备管理系统未来的发展趋势

提高工厂经济效益和安全性越来越依赖于高端的技术和经验。工业领域中，随着计算机系统和高新技术的发展，现场仪表维护越来越趋于集成化、智能化、计算机化、网络化、信息化以及专业化。如今，现场总线技术越来越成熟，各企业选择使用智能仪表设备实现工厂自动化生产已经成为现代工业自动化的主流。在此背景下，现代无线网络的迅猛发展，使用无线局域网络与现场设备进行数据通讯成为设备管理通讯的发展的趋势。

3. HART通讯协议

（1）HART（Highway Addressable Remote Transducer），可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议。采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4～20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4～20mA传送，在需要的情况下，测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。HART通信属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，经过10多年的发展，HART技术在国内外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。

（2）虽然目前现场总线技术得到了突飞猛进的发展，应用越来越广泛，但是一些老的发电机组和重要的控制部分任然采用常规DCS硬接线控制，在这些控制系统稍加改造，使用HART通讯协议和智能设备管理系统，可以起到催化剂的作用，使得智能设备的管理水平得到质的提高。

4. 系统说明

4.1系统架构

HAMS设备管理系统由，设备管理软件和设备管理信息平台两部分组成。HAMS设备管理系统与DCS系统的工程师站、操作员站处于同一层网络，通过交换机与DCS控制系统的主控模块相连接，而DCS控制系统通过HART链接器或FF链接器与现场仪表相连，可以同时管理多种协议类型的仪表，包括HART仪表、FF仪表、PA仪表等。

总体架构下图2所示。

4.2HAMS设备管理信息平台。

HAMS设备管理信息平台位于企业管理层，管理人员可以通过WEB浏览器远程查看HAMS设备管理系统的所有数据信息。从而，全面了解设备信息，强化在用设备使用效率与效益的跟蹤管理，保障设备安全可靠运行和管理受控，不断优化设备结构，从而适应设备管理信息化的客观要求。

4.3HAMS设备管理系统及系统主要功能。

HAMS是针对工厂设备资产管理的解决方案，以HART、FF和Profibus协议为基础，以国外先进设备集成技术EDDL（Electronic Device Description language，电子设备描述语言）技术和FDT/ DTM（Field Device Tool/Device Type Manager，现场设备工具/设备类型管理器）技术为技术手段，集数据采集和数据分析于一体，主要用于实现工厂仪表的远程配置与诊断、在线调校、标定管理、预测性维护以及日志记录跟踪等功能。HAMS提供的设备管理与维护功能，使智能设备能够发挥最大效益，减少仪表的损耗并降低维护成本，为用户提供一个快速方便统一的管理平台，使得工厂能够在减少操作、降低维护工作量和减少运营成本的同时，大幅提高工厂设备的可用性、生产能力和产品质量，并可以实现HAMS系统与DCS的无缝集成。

4.4由于传统维护方式无法实现远程在线配置、无法远程获取仪表内部性能状态信息、无法进行自动记录操作变更信息、且无法避免危险环境下对仪表的维护操作，而“HAMS 和利时设备管理系统”提供的标定管理、预测性维护管理、日志记录程序、在线设备诊断等功能，为解决企业综合自动化提供了可靠的管理保障。HAMS提供的功能非常丰富，主要功能描述如下：

（1）设备组态：简易智能的设备组态，只需扫描操作就可自动导入现场工程，从而实现和现场不同类型、不同通信协议的仪表通信；

（2）远程管理：可远程获取智能仪表参数，远程设置智能仪表参数，不需进入危险场所进行仪表维护；

以罗斯蒙特3051只能压力变送器为例，可以在工程师站的智能设备管理终端上进行常规参数检查和修改，并诊断变送器的状态（见图3）。

（3）预测性维护：可进行仪表的预测性维护，不需要每日进行例行检查维护，降低

仪表故障率，延长定期检修所需的时间，从而减少运行和维护成本；

（4）状态检测及维护：可设置周期性诊断、检测仪表状态变化，准确报警、完善的报警管理为现场提供高效的仪表预警机制；

（5）标定管理：可轻松设计标定方案，自动生成标定报告和标定趋势曲线，判断仪表老化程度；

以梅索尼兰智能气动阀门定位器为例，可以在工程师站的智能设备管理终端上进行全行程自动标定，修改阀门类型，参数匹配，并生成各种诊断报告（见图4）。

（6）文档管理：自动记录所有组态变化和操作，提供的设备台账和工作票等功能全面提升工厂管理水平；

（7）用户管理：可设置不同用户的权限及密码，避免未授权用户引起的误操作，满足工厂安全管理的需要。

（8）远程管理：通过互联网实现在宿舍或者办公室对现场智能设备进行诊断和设置。

5. 结束语

基于HART协议的数据通讯，保留了4～20mA模拟量的特点。系统在现场基础上开发不受制于现场，也不影响现场仪表或DCS，比以往的手持型通讯工具功能更丰富、维护更方便。总体来看性能价格比比较高。系统在实际应用中，因其计量数据精度高，使用维护方便，故障率低，界面美观实用，大大提高了工作效率和管理水平。endprint