智能仪表在线管理系统可行性研究

1、智能仪表在线管理系统可行性研究智能仪表在线管理系统的意义在于可以在线监视智能仪表的过程变量、状态参数、诊断信息等，方便调试与运行维护，做好事故前预测和监控，间接地为企业创造经济效益。现在安装投用的智能仪表所占比例已相当高，并在不断增长，开发利用智能仪表的数字信息，管理好这些设备，为企业创造经济效益，是控制系统、SCADARTU等控制信息系统的发展方向。智能仪表在线管理系统研 究与应用正是顺应了这种趋势。智能仪表在线管理系统是通过与控制系统、现场智能仪表（变送器、执行器等）通信来实现如下主要功能：1. 监视测量过程的设备联接，提供设备信息；2. 标定设备的测量限，核对测量限是否正确；3. 管理和

2、测试回路电流；4. 提供诊断信息确保现场设备处于可靠运行状态，保证过程控制质量和生产效率；5. 故障预测和设备监控，预防测量过程所引发的运行事故。现行的智能仪表管理办法是用厂家随货配供的便携通讯器（或称：手持组态器）对智能仪表（变送器、执行器等）在实验室或现场进行量程设置、量程迁移、参致议足、状念监视。操作完成后，便断开与智能仪表的连接，不便于连续监视设备的参数与状态，也不能随时在线获取设备的诊断信息，设备的管理只停留在事故发生后的消缺工作。通过该管理系统则能在线完成上述功能，并能连续不断地监视设备的参数与状态，获取诊断信息，快速判断故障的原因，正确地选取备品备件和消缺工具。一旦设备故障信息出

3、现，便可及早采取处理措施，避免事故发生，减轻事故危害程度，从而使设备管理提升到事故前预测和监控的水平，间接地为企业带来可观的经济效益。控制领域内智能仪表的使用已相当普及，而该类管理系统的工程设计与开发工作尚未展开，国内现成的控制系统中还未发现可以实现这种设备管理功能的工程实例。上述智能仪表在线管理功能的系统实现，具体的操作是可行的：1. 对控制系统和智能仪表的信号标准、通信协议、接口标准进行分析研究，找出用于两者结合的“对象链接与嵌入”的工业软件平台（HART Server或HART OPC Server等）；2. 确定智能仪表与控制系统通过智能仪表在线管理系统进行通信的接入方式（如：符合HA

4、RT协议的多路转换器、符合HART协仪的IO系统、RS-232或RS-485接口）；3. 根据该软件平台所要求的硬件环境进行设备选购，工具配备。硬件设备和工具主要有：数字示波器、数字多功能测试仪、计算机、RS一232接口，RS一485转换器、网络设备（如：网间连接器）等。4. 提出系统实现中专业技术问题，逐一地寻找解决的办法；5. 选择协作性的企业用户，现场试验与研究结合起来，不断完善。 OPC过程控制的对象链接与嵌入（OPC，即 OLE Of process Comtrol ）技术在工业自动化领域已相当成熟，有一批优秀的工业软件平台能很好地实现非单一厂商设备间数据的共享，给开发利用智能仪表的

5、数字资源提供了方便。虽然，最初设计OPC是为了从网络服务器获取数据，事实上，OPC接口也可在应用程序的许多场合下使用。它可以把最低层的物理设备的原始数据提取到SCADA或DCS，也可以把SCADA或DCS的数据取到应用程序中（如图一）。OPC的结构设计使得创建OPC Server成为可能，进而允许客户应用程序针对单一目标在不同节点从不同OPC供应商的多个OPC服务器上获取数据。HARTHART代表“Highway Addressable Remote Transducer（即可寻址远程传感器数据公路）”，它是由Posemount公司提出的一种主从控制协议方式，即，现场设备（从）只有听到主控系统

6、的询问才作出相应的应答。该协议可以按不同方式用于现场设备与监控中心之间的信息传输。HART最多提供两种主控方式（一级、二级）；这样就允许手持式通信器或二级通信器接人通信环路，而不会影响监控中心或一级主控系统的通信。最普遍采用的通信模式是模拟信号传输与数字通信同时进行。现场设备的数字通信既可以是点到点方式又可以是多点通信网络方式。这一通信协议还有其他的通信模式和安装方式可供选择，从而具备必要的灵活性以便适应大多数的过程控制系统。HART通信协议参照“ISOOSI”的模型标准，简化并引用其中三层制定而成，即物理层、数据链路层和应用层。 HART协议采用Uell202频移键控 （FSK）标准，在模拟

7、信号上叠加小幅的数字通信信号。HART通信以1200bPs的速率进行，不仅没有影响到模拟信号的传输，而且允许主机每秒钟对现场设备来的数据进行两次或两次以上的刷新。FSK信号的变化幅度为0。5mA，FSK信号的频率有两种，1200Hz和2200Hz，其中1200Hz代表逻辑“1”； 2200Hz代表逻辑“0”。FSK信号是按照相位连续频移键控法产生的正弦信号，该正弦信号的平均值为零，不会干扰420mA模拟信号。HART Server是一种MSWindows环境下32位的软件模块，满足OPC基金会对服务器的要求，为符合HART协议的仪表设备提供标准OPC通信接口。安装HART现场设备相当简单，HA

8、RT Server使得这些数据（包括符合HART协议的智能仪表设备内增加的额外数字信号，如：状态参数、组态参数、诊断信息、允许误差等）的获取同样地简单，按照标准格式提供信息以满足所有OPC客户应用端。符合HART协议的仪表设备可以直接通过RS-232或RS-485接口与PC机的串行口相联；支持HART协议的控制系统使用大量的设备驱动程序，可以通过符合HART协议的多路转换器和符合 HART协议的IO系统与服务器相联。 HART Server可以向任何符合OPC技术的没备提供工业现场的过程控制数据，这些设备包括：网络浏览器、SCADA系统、ERP系统、蜂窝电话、PDA以及其他无线通信系统等。HA

9、RT Server与OPC设备之间的开放性关系如图二所示。发展现状现行的分散控制系统（DCS）的I0系统组件大多数不符合HART协议，只能进行模拟信号（如：420mA等）的采样和输出，而不能进行数字通信。通过在DCS与智能仪表之间增加HART接口卡，或者增加符合HART协议的多路转换器把所有的智能仪表集中起来与DCS相联，可以实现控制系统与智能仪表之间的数字通信。浙大中控最新推出基于现场总线技术的全数字化新型集散控制系统JX一300X，具有多功能的协议转换接口，增加了与多种现场总线仪表、PLC以及智能仪表通信互联的功能（Rosemount公司、上海自动化仪表公司、西安仪表厂、川仪集团等著名企业

10、的产品以及浙大中控开发的各种智能仪表和变送器），可方便地完成对它们的隔离配电、通讯、修改组态等，实现系统的开放性和互操作性。浙大中控的DCSHART接口卡可完成 DCS系统与不同厂家的HART仪表直接通信；系统的通信网关具有RS-232和RS-485两种标准接口，可实现与其它PLC或各类智能仪表的联接。Yokogawa公司提供用于HART数据采集的硬件和软件，并应用于它的Centum控制系统。Centum控制系统可以通过标准的HART多路转换器或FIO型420mA输入组件进行数据采集。FIO型设备有8通道和16通道两种，同时提供模拟量和数字量数据，设备上的HART模块负责从420mA信号中提取HART数字信号。另外，Foxboro、Honeywell、Phoenix、 AllenBradley等公司都已开始在自己的产品中增加智能仪表的HART数据应用功能。建 议鉴于以上有关智能仪表在线管理系统实现的可行性，在现成的通用性的智能仪表在线管理系统尚未现现之前，企业用户完全可以自己利用现有的工业软件平台HART S