智能儀表在線管理系統(tǒng)可行性研究

1、智能儀表在線管理系統(tǒng)可行性研究智能儀表在線管理系統(tǒng)的意義在于可以在線監(jiān)視智能儀表的過程變量、狀態(tài)參數(shù)、診斷信息等，方便調(diào)試與運行維護，做好事故前預測和監(jiān)控，間接地為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益?，F(xiàn)在安裝投用的智能儀表所占比例已相當高，并在不斷增長，開發(fā)利用智能儀表的數(shù)字信息，管理好這些設(shè)備，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟效益，是控制系統(tǒng)、SCADARTU等控制信息系統(tǒng)的發(fā)展方向。智能儀表在線管理系統(tǒng)研 究與應用正是順應了這種趨勢。智能儀表在線管理系統(tǒng)是通過與控制系統(tǒng)、現(xiàn)場智能儀表（變送器、執(zhí)行器等）通信來實現(xiàn)如下主要功能：1. 監(jiān)視測量過程的設(shè)備聯(lián)接，提供設(shè)備信息；2. 標定設(shè)備的測量限，核對測量限是否正確；3. 管理和

2、測試回路電流；4. 提供診斷信息確?，F(xiàn)場設(shè)備處于可靠運行狀態(tài)，保證過程控制質(zhì)量和生產(chǎn)效率；5. 故障預測和設(shè)備監(jiān)控，預防測量過程所引發(fā)的運行事故?，F(xiàn)行的智能儀表管理辦法是用廠家隨貨配供的便攜通訊器（或稱：手持組態(tài)器）對智能儀表（變送器、執(zhí)行器等）在實驗室或現(xiàn)場進行量程設(shè)置、量程遷移、參致議足、狀念監(jiān)視。操作完成后，便斷開與智能儀表的連接，不便于連續(xù)監(jiān)視設(shè)備的參數(shù)與狀態(tài)，也不能隨時在線獲取設(shè)備的診斷信息，設(shè)備的管理只停留在事故發(fā)生后的消缺工作。通過該管理系統(tǒng)則能在線完成上述功能，并能連續(xù)不斷地監(jiān)視設(shè)備的參數(shù)與狀態(tài)，獲取診斷信息，快速判斷故障的原因，正確地選取備品備件和消缺工具。一旦設(shè)備故障信息出

3、現(xiàn)，便可及早采取處理措施，避免事故發(fā)生，減輕事故危害程度，從而使設(shè)備管理提升到事故前預測和監(jiān)控的水平，間接地為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益?？刂祁I(lǐng)域內(nèi)智能儀表的使用已相當普及，而該類管理系統(tǒng)的工程設(shè)計與開發(fā)工作尚未展開，國內(nèi)現(xiàn)成的控制系統(tǒng)中還未發(fā)現(xiàn)可以實現(xiàn)這種設(shè)備管理功能的工程實例。上述智能儀表在線管理功能的系統(tǒng)實現(xiàn)，具體的操作是可行的：1. 對控制系統(tǒng)和智能儀表的信號標準、通信協(xié)議、接口標準進行分析研究，找出用于兩者結(jié)合的“對象鏈接與嵌入”的工業(yè)軟件平臺（HART Server或HART OPC Server等）；2. 確定智能儀表與控制系統(tǒng)通過智能儀表在線管理系統(tǒng)進行通信的接入方式（如：符合HA

4、RT協(xié)議的多路轉(zhuǎn)換器、符合HART協(xié)儀的IO系統(tǒng)、RS-232或RS-485接口）；3. 根據(jù)該軟件平臺所要求的硬件環(huán)境進行設(shè)備選購，工具配備。硬件設(shè)備和工具主要有：數(shù)字示波器、數(shù)字多功能測試儀、計算機、RS一232接口，RS一485轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡設(shè)備（如：網(wǎng)間連接器）等。4. 提出系統(tǒng)實現(xiàn)中專業(yè)技術(shù)問題，逐一地尋找解決的辦法；5. 選擇協(xié)作性的企業(yè)用戶，現(xiàn)場試驗與研究結(jié)合起來，不斷完善。 OPC過程控制的對象鏈接與嵌入（OPC，即 OLE Of process Comtrol ）技術(shù)在工業(yè)自動化領(lǐng)域已相當成熟，有一批優(yōu)秀的工業(yè)軟件平臺能很好地實現(xiàn)非單一廠商設(shè)備間數(shù)據(jù)的共享，給開發(fā)利用智能儀表的

5、數(shù)字資源提供了方便。雖然，最初設(shè)計OPC是為了從網(wǎng)絡服務器獲取數(shù)據(jù)，事實上，OPC接口也可在應用程序的許多場合下使用。它可以把最低層的物理設(shè)備的原始數(shù)據(jù)提取到SCADA或DCS，也可以把SCADA或DCS的數(shù)據(jù)取到應用程序中（如圖一）。OPC的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得創(chuàng)建OPC Server成為可能，進而允許客戶應用程序針對單一目標在不同節(jié)點從不同OPC供應商的多個OPC服務器上獲取數(shù)據(jù)。HARTHART代表“Highway Addressable Remote Transducer（即可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)公路）”，它是由Posemount公司提出的一種主從控制協(xié)議方式，即，現(xiàn)場設(shè)備（從）只有聽到主控系統(tǒng)

6、的詢問才作出相應的應答。該協(xié)議可以按不同方式用于現(xiàn)場設(shè)備與監(jiān)控中心之間的信息傳輸。HART最多提供兩種主控方式（一級、二級）；這樣就允許手持式通信器或二級通信器接人通信環(huán)路，而不會影響監(jiān)控中心或一級主控系統(tǒng)的通信。最普遍采用的通信模式是模擬信號傳輸與數(shù)字通信同時進行?，F(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字通信既可以是點到點方式又可以是多點通信網(wǎng)絡方式。這一通信協(xié)議還有其他的通信模式和安裝方式可供選擇，從而具備必要的靈活性以便適應大多數(shù)的過程控制系統(tǒng)。HART通信協(xié)議參照“ISOOSI”的模型標準，簡化并引用其中三層制定而成，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。 HART協(xié)議采用Uell202頻移鍵控 （FSK）標準，在模擬

7、信號上疊加小幅的數(shù)字通信信號。HART通信以1200bPs的速率進行，不僅沒有影響到模擬信號的傳輸，而且允許主機每秒鐘對現(xiàn)場設(shè)備來的數(shù)據(jù)進行兩次或兩次以上的刷新。FSK信號的變化幅度為0。5mA，F(xiàn)SK信號的頻率有兩種，1200Hz和2200Hz，其中1200Hz代表邏輯“1”； 2200Hz代表邏輯“0”。FSK信號是按照相位連續(xù)頻移鍵控法產(chǎn)生的正弦信號，該正弦信號的平均值為零，不會干擾420mA模擬信號。HART Server是一種MSWindows環(huán)境下32位的軟件模塊，滿足OPC基金會對服務器的要求，為符合HART協(xié)議的儀表設(shè)備提供標準OPC通信接口。安裝HART現(xiàn)場設(shè)備相當簡單，HA

8、RT Server使得這些數(shù)據(jù)（包括符合HART協(xié)議的智能儀表設(shè)備內(nèi)增加的額外數(shù)字信號，如：狀態(tài)參數(shù)、組態(tài)參數(shù)、診斷信息、允許誤差等）的獲取同樣地簡單，按照標準格式提供信息以滿足所有OPC客戶應用端。符合HART協(xié)議的儀表設(shè)備可以直接通過RS-232或RS-485接口與PC機的串行口相聯(lián)；支持HART協(xié)議的控制系統(tǒng)使用大量的設(shè)備驅(qū)動程序，可以通過符合HART協(xié)議的多路轉(zhuǎn)換器和符合 HART協(xié)議的IO系統(tǒng)與服務器相聯(lián)。 HART Server可以向任何符合OPC技術(shù)的沒備提供工業(yè)現(xiàn)場的過程控制數(shù)據(jù)，這些設(shè)備包括：網(wǎng)絡瀏覽器、SCADA系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、蜂窩電話、PDA以及其他無線通信系統(tǒng)等。HA

9、RT Server與OPC設(shè)備之間的開放性關(guān)系如圖二所示。發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)行的分散控制系統(tǒng)（DCS）的I0系統(tǒng)組件大多數(shù)不符合HART協(xié)議，只能進行模擬信號（如：420mA等）的采樣和輸出，而不能進行數(shù)字通信。通過在DCS與智能儀表之間增加HART接口卡，或者增加符合HART協(xié)議的多路轉(zhuǎn)換器把所有的智能儀表集中起來與DCS相聯(lián)，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)與智能儀表之間的數(shù)字通信。浙大中控最新推出基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全數(shù)字化新型集散控制系統(tǒng)JX一300X，具有多功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口，增加了與多種現(xiàn)場總線儀表、PLC以及智能儀表通信互聯(lián)的功能（Rosemount公司、上海自動化儀表公司、西安儀表廠、川儀集團等著名企業(yè)

10、的產(chǎn)品以及浙大中控開發(fā)的各種智能儀表和變送器），可方便地完成對它們的隔離配電、通訊、修改組態(tài)等，實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性和互操作性。浙大中控的DCSHART接口卡可完成 DCS系統(tǒng)與不同廠家的HART儀表直接通信；系統(tǒng)的通信網(wǎng)關(guān)具有RS-232和RS-485兩種標準接口，可實現(xiàn)與其它PLC或各類智能儀表的聯(lián)接。Yokogawa公司提供用于HART數(shù)據(jù)采集的硬件和軟件，并應用于它的Centum控制系統(tǒng)。Centum控制系統(tǒng)可以通過標準的HART多路轉(zhuǎn)換器或FIO型420mA輸入組件進行數(shù)據(jù)采集。FIO型設(shè)備有8通道和16通道兩種，同時提供模擬量和數(shù)字量數(shù)據(jù)，設(shè)備上的HART模塊負責從420mA信號中提取HART數(shù)字信號。另外，F(xiàn)oxboro、Honeywell、Phoenix、 AllenBradley等公司都已開始在自己的產(chǎn)品中增加智能儀表的HART數(shù)據(jù)應用功能。建 議鑒于以上有關(guān)智能儀表在線管理系統(tǒng)實現(xiàn)的可行性，在現(xiàn)成的通用性的智能儀表在線管理系統(tǒng)尚未現(xiàn)現(xiàn)之前，企業(yè)用戶完全可以自己利用現(xiàn)有的工業(yè)軟件平臺HART S