√ HART 診斷              √ 在現有的HART設備上添加無(wú)線(xiàn)功能

          √ 診斷應用的障礙         √ 無(wú)線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢

          √ 無(wú)線(xiàn)方式

概述

    在大多數過(guò)程工廠(chǎng)的操作過(guò)程中，都有富有價(jià)值的診斷信息被“擱淺”在儀器當中，雖然這些信息可以用來(lái)幫助對業(yè)務(wù)進(jìn)行改善，卻無(wú)法加以利用。 

    這些診斷信息來(lái)自于應用HART通信技術(shù)的儀器設備當中。 HART技術(shù)是過(guò)程操作儀器中使用最為廣泛的通信協(xié)議， 自從上世紀80年代晚期引入以來(lái)， 已經(jīng)有超過(guò)兩千萬(wàn)臺設備被安裝使用。 

    考慮到HART設備所帶來(lái)的潛在利益，它的廣泛使用并不令人驚訝。 這些利益包括： 

    同現有的4-20mA配線(xiàn)相兼容

    安裝、組態(tài)和調試更加方便

    可靠性和工作性能的提高

    在線(xiàn)設備的診斷

    前面的三種利益很容易得到認可并加以利用。 但是診斷功能是一種隱藏的能力，常常處于擱置不用的狀態(tài)。 在實(shí)際情形中， 工廠(chǎng)常常會(huì )忘記診斷功能所帶來(lái)的機會(huì )：降低維護成本，改善設備性能。 

    本文將討論基于HART技術(shù)的診斷功能， 為何許多工廠(chǎng)不能利用這種功能的原因，以及如何應用無(wú)線(xiàn)技術(shù)除掉應用障礙等內容。

HART 診斷

    任何設備的故障或者性能降低，都會(huì )對安全、環(huán)境或財務(wù)方面帶來(lái)負面的沖擊。 診斷功能可以幫助您探測甚至預測此類(lèi)故障，從而減少停工時(shí)間，降低反應性維護的費用。 

    在最簡(jiǎn)單的HART診斷形式中，基本的報警功能例如高/低限位報警或者閥門(mén)的行程偏差報警都是具備的。 

    如上圖所示的控制閥，HART診斷提供儀器設備的健康狀況評估功能。 

    I在HART設備最高級的形式中， 儀表的診斷功能會(huì )利用來(lái)自于傳感器、儀器以及周?chē)沫h(huán)境的數據，以實(shí)時(shí)方式提供關(guān)于過(guò)程和設備的健康狀況及工作性能的詳細信息。 

    例如，某些先進(jìn)的診斷功能可以探測壓力變送器中引壓管堵塞的狀況，或鑒別控制閥組件中的動(dòng)力油缸內活塞環(huán)泄漏的情況。 

    對有定期維修要求的儀器或者對裝置至關(guān)重要的“關(guān)鍵過(guò)程”設備而言，此類(lèi)診斷功能特別具有應用價(jià)值。 

    那么，既然診斷功能如此有用，而且大多數儀器都能夠將診斷信息通過(guò)HART設備進(jìn)行傳遞，為什么所有的工廠(chǎng)都將它束之高閣呢？ 

使用HART診斷功能的障礙

    據HART通信基金會(huì )執行董事 Ron Helson所言，“到目前為止在全世界安裝的兩千多萬(wàn)臺HART設備當中，僅有10％的設備能夠完全發(fā)揮它們的診斷能力”。 

    相對而言，只有很少的HART設備實(shí)際通過(guò)HART網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳遞診斷信息。而訪(fǎng)問(wèn)診斷信息仍然具有的障礙， 意味著(zhù)這些信息依然被“擱淺”在設備當中。 

    由于有些老式的控制系統不支持數字HART通信，有兩千萬(wàn)已經(jīng)安裝使用的HART設備所產(chǎn)生的診斷信息處于“擱淺”狀態(tài)。 

    通常情況下，最大的障礙來(lái)自于老舊過(guò)時(shí)的控制系統，因為這些系統無(wú)法完全支持HART通信。 有許多仍然擁有此類(lèi)控制系統的工廠(chǎng)設施，成功利用HART多路轉換器、濾波器以及輸入輸出卡等將診斷信息傳遞給在線(xiàn)資產(chǎn)管理應用系統。 但是其它工廠(chǎng)難以應用這些有線(xiàn)方案來(lái)達到訪(fǎng)問(wèn)診斷信息的目的，這是因為存在下列制約因素：

    機房空間有限；

    對添加新設備須打破原有線(xiàn)路存在擔心；

    資金不足以支持購買(mǎi)所需的硬件設備。

    如果不具備能夠將HART數據傳遞到控制室所需要的基礎設施，獲取診斷信息的唯一方法就是用戶(hù)不得不親自到現場(chǎng)去一趟。 利用手提電腦或者HART現場(chǎng)通信裝置， 跟控制閥件或者傳感器進(jìn)行實(shí)質(zhì)性連接。 

    然而這種直接訪(fǎng)問(wèn)的方式仍有缺點(diǎn)。 在危險區域工作，需要獲取工作許可或者須特別著(zhù)裝。 許可、程序、運輸的時(shí)間等等都會(huì )增加獲取信息的費用。 

    現在有一種更加簡(jiǎn)便的方法可以獲取HART診斷功能帶來(lái)的好處。 

無(wú)線(xiàn)方式

    我們已經(jīng)知道，訪(fǎng)問(wèn)診斷信息的困難使有些工廠(chǎng)不得不讓這些有用的信息擱淺在他們的HART設備當中，從而失去這些信息可以帶來(lái)的好處。 

    我們的解決方案是，使用無(wú)線(xiàn)技術(shù)，創(chuàng )建一個(gè)單獨的HART數據網(wǎng)絡(luò )。 這個(gè)數據網(wǎng)絡(luò )只用于HART通信和診斷數據的傳輸，與控制無(wú)關(guān)。 過(guò)程控制仍然交給有線(xiàn)方式的4-20mA模擬信號來(lái)完成。 

    創(chuàng )建網(wǎng)絡(luò )的過(guò)程，從安裝一個(gè)工業(yè)化的無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置開(kāi)始。這個(gè)裝置稱(chēng)作無(wú)線(xiàn)升級模件，被安裝在已有的HART現場(chǎng)設備，例如傳感器和閥件上面。 

    無(wú)線(xiàn)升級模件包括無(wú)線(xiàn)發(fā)送器、無(wú)線(xiàn)接收器、微處理器以及天線(xiàn)裝置，以插裝的方式跟一個(gè)標準的電氣通道入口連接。 它跟有線(xiàn)回路相連接，并訪(fǎng)問(wèn)HART數據，但是并不影響模擬控制信號。 

    無(wú)線(xiàn)設備彼此之間進(jìn)行通話(huà)，形成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò )。 如果網(wǎng)絡(luò )中的某個(gè)節點(diǎn)發(fā)生故障，通信就通過(guò)其它節點(diǎn)繼續進(jìn)行。HART數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )，達到網(wǎng)關(guān)設備。 網(wǎng)關(guān)是一種類(lèi)似于有線(xiàn)多路轉換器的設備，它將來(lái)自于所有設備的數據集中到一起，送到一個(gè)中央位置，在這里您可以使用資產(chǎn)管理軟件來(lái)訪(fǎng)問(wèn)診斷信息。 

    為每臺設備加裝無(wú)線(xiàn)模件，可以將診斷功能加以啟用。模件相互之間進(jìn)行通信形成自組織網(wǎng)絡(luò )。用于診斷目的的無(wú)線(xiàn)HART網(wǎng)絡(luò )可以與用于控制目的的有線(xiàn)模擬網(wǎng)絡(luò )共同存在。 

為現有的HART設備添加無(wú)線(xiàn)功能

    將現有的儀器升級到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，有兩條基本的原則。 

    獲取HART診斷數據的設備須同HART兼容。 

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的每臺設備必須處于至少一臺其它設備或者網(wǎng)關(guān)的發(fā)送接受范圍之內。 

    一旦有合適的儀器被選用為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的一部分，無(wú)線(xiàn)升級模塊（包含無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置）則必須連接到各臺設備上去。通常情況下，由于連接的需要，在將來(lái)自于升級模塊的引線(xiàn)連接到設備的接線(xiàn)槽中去的期間，設備將暫時(shí)中止工作。連接之后模塊就可以將HART數據直接從設備中進(jìn)行“剝離”。 

    各臺設備通電工作之后，自組織網(wǎng)絡(luò )也就開(kāi)始成形了。每臺新安裝到網(wǎng)絡(luò )中的設備都開(kāi)始確定臨近設備的位置，并通過(guò)他們跟網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行通信，從而接入電腦，通過(guò)資產(chǎn)管理軟件進(jìn)行工作。對于軟件來(lái)說(shuō)，這些數據好像來(lái)自于多路轉換器一樣。 

    此時(shí)，診斷信息不再處于擱淺狀態(tài)。操作人員，技術(shù)人員以及其他需要利用信息對設備的健康狀況或狀態(tài)之改變進(jìn)行監測和評估的人員均可以方便地訪(fǎng)問(wèn)這些信息。 

無(wú)線(xiàn)方案的優(yōu)勢

    利用單獨的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)獲得HART診斷功能可以帶來(lái)幾種好處： 

    可避免改裝有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以提取HART數據所帶來(lái)的成本問(wèn)題和潛在的困難。 

    無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )同已有的線(xiàn)路、接線(xiàn)盒以及接線(xiàn)板等等分開(kāi)設置，這就意味著(zhù)用戶(hù)無(wú)需安裝多路轉換器并重新布線(xiàn)。由于原有線(xiàn)路的接線(xiàn)板無(wú)需觸及，安裝風(fēng)險因此減少了。事實(shí)上，用戶(hù)需要擔心的所有問(wèn)題，僅僅是將每臺無(wú)線(xiàn)設備置于其它設備的覆蓋范圍之內而已。  

    挑選希望置入網(wǎng)絡(luò )中的儀器設備很容易。 

    用戶(hù)可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )建立在現有的HART儀表之上，從一套較小的關(guān)鍵儀表開(kāi)始，并在利益（及預算）有所增長(cháng)時(shí)添加新的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。 

    通常情況下，過(guò)程設備總會(huì )同各種閥件和傳感器相伴而存在，因此要為關(guān)鍵設備創(chuàng )建一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò )是很容易的。 

    向網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )添加的設備愈多，系統也就愈加完善可靠。這是由于隨著(zhù)節點(diǎn)的增加，數據傳輸的路徑也增加了。 

    對于由于無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)以及資產(chǎn)管理軟件而帶來(lái)的成本增加，通過(guò)HART設備診斷數據的使用，過(guò)程性能的改善，以及無(wú)需親臨現場(chǎng)考察即可做出適當的維護決定而帶來(lái)的好處， 即可加以彌補。 

總結

    無(wú)線(xiàn)技術(shù)帶來(lái)了這種獲取診斷價(jià)值的方便可行的方法，否則這些診斷信息就會(huì )被滯留在安裝于各工廠(chǎng)內的上百萬(wàn)臺HART設備中。

    需要注意的是：

    儀表診斷常常是沒(méi)有被利用到的HART技術(shù)優(yōu)勢。

    對于老式的控制系統和傳統接線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，要想獲得這些診斷數據是困難的事，而且可能需要額外的成本。

    通過(guò)在現有HART設備上增加無(wú)線(xiàn)模塊，能夠方便地建立一個(gè)獨立的無(wú)線(xiàn)HART數據網(wǎng)絡(luò )以獲得診斷信息。

    這個(gè)網(wǎng)絡(luò )可以從一小部分重要的設備開(kāi)始逐步增加節點(diǎn)， 其價(jià)值也將隨之增長(cháng)。