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          √ HART 診斷              √ 在現(xiàn)有的HART設(shè)備上添加無(wú)線功能

          √ 診斷應(yīng)用的障礙         √ 無(wú)線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

          √ 無(wú)線方式

概述

    在大多數(shù)過(guò)程工廠的操作過(guò)程中，都有富有價(jià)值的診斷信息被“擱淺”在儀器當(dāng)中，雖然這些信息可以用來(lái)幫助對(duì)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(yīng)用HART通信技術(shù)的儀器設(shè)備當(dāng)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(jì)80年代晚期引入以來(lái)， 已經(jīng)有超過(guò)兩千萬(wàn)臺(tái)設(shè)備被安裝使用。 

    考慮到HART設(shè)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(xiàn)有的4-20mA配線相兼容

    安裝、組態(tài)和調(diào)試更加方便

    可靠性和工作性能的提高

    在線設(shè)備的診斷

    前面的三種利益很容易得到認(rèn)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， 工廠常常會(huì)忘記診斷功能所帶來(lái)的機(jī)會(huì)：降低維護(hù)成本，改善設(shè)備性能。 

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

HART 診斷

    任何設(shè)備的故障或者性能降低，都會(huì)對(duì)安全、環(huán)境或財(cái)務(wù)方面帶來(lái)負(fù)面的沖擊。 診斷功能可以幫助您探測(cè)甚至預(yù)測(cè)此類故障，從而減少停工時(shí)間，降低反應(yīng)性維護(hù)的費(fèi)用。 

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

    如上圖所示的控制閥，HART診斷提供儀器設(shè)備的健康狀況評(píng)估功能。 

    I在HART設(shè)備最高級(jí)的形式中， 儀表的診斷功能會(huì)利用來(lái)自于傳感器、儀器以及周圍的環(huán)境的數(shù)據(jù)，以實(shí)時(shí)方式提供關(guān)于過(guò)程和設(shè)備的健康狀況及工作性能的詳細(xì)信息。 

    例如，某些先進(jìn)的診斷功能可以探測(cè)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(nèi)活塞環(huán)泄漏的情況。 

    對(duì)有定期維修要求的儀器或者對(duì)裝置至關(guān)重要的“關(guān)鍵過(guò)程”設(shè)備而言，此類診斷功能特別具有應(yīng)用價(jià)值。 

    那么，既然診斷功能如此有用，而且大多數(shù)儀器都能夠?qū)⒃\斷信息通過(guò)HART設(shè)備進(jìn)行傳遞，為什么所有的工廠都將它束之高閣呢？ 

使用HART診斷功能的障礙

    據(jù)HART通信基金會(huì)執(zhí)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(tái)HART設(shè)備當(dāng)中，僅有10％的設(shè)備能夠完全發(fā)揮它們的診斷能力”。 

    相對(duì)而言，只有很少的HART設(shè)備實(shí)際通過(guò)HART網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞診斷信息。而訪問(wèn)診斷信息仍然具有的障礙， 意味著這些信息依然被“擱淺”在設(shè)備當(dāng)中。 

    由于有些老式的控制系統(tǒng)不支持?jǐn)?shù)字HART通信，有兩千萬(wàn)已經(jīng)安裝使用的HART設(shè)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(tǒng)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)無(wú)法完全支持HART通信。 有許多仍然擁有此類控制系統(tǒng)的工廠設(shè)施，成功利用HART多路轉(zhuǎn)換器、濾波器以及輸入輸出卡等將診斷信息傳遞給在線資產(chǎn)管理應(yīng)用系統(tǒng)。 但是其它工廠難以應(yīng)用這些有線方案來(lái)達(dá)到訪問(wèn)診斷信息的目的，這是因?yàn)榇嬖谙铝兄萍s因素：

    機(jī)房空間有限；

    對(duì)添加新設(shè)備須打破原有線路存在擔(dān)心；

    資金不足以支持購(gòu)買(mǎi)所需的硬件設(shè)備。

    如果不具備能夠?qū)ART數(shù)據(jù)傳遞到控制室所需要的基礎(chǔ)設(shè)施，獲取診斷信息的唯一方法就是用戶不得不親自到現(xiàn)場(chǎng)去一趟。 利用手提電腦或者HART現(xiàn)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。 

    然而這種直接訪問(wèn)的方式仍有缺點(diǎn)。 在危險(xiǎn)區(qū)域工作，需要獲取工作許可或者須特別著裝。 許可、程序、運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間等等都會(huì)增加獲取信息的費(fèi)用。 

    現(xiàn)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)線方式

    我們已經(jīng)知道，訪問(wèn)診斷信息的困難使有些工廠不得不讓這些有用的信息擱淺在他們的HART設(shè)備當(dāng)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)線技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的HART數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 這個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)只用于HART通信和診斷數(shù)據(jù)的傳輸，與控制無(wú)關(guān)。 過(guò)程控制仍然交給有線方式的4-20mA模擬信號(hào)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)線收發(fā)裝置開(kāi)始。這個(gè)裝置稱作無(wú)線升級(jí)模件，被安裝在已有的HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如傳感器和閥件上面。 

    無(wú)線升級(jí)模件包括無(wú)線發(fā)送器、無(wú)線接收器、微處理器以及天線裝置，以插裝的方式跟一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電氣通道入口連接。 它跟有線回路相連接，并訪問(wèn)HART數(shù)據(jù)，但是并不影響模擬控制信號(hào)。 

    無(wú)線設(shè)備彼此之間進(jìn)行通話，形成一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)。 如果網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，通信就通過(guò)其它節(jié)點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行。HART數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 網(wǎng)關(guān)是一種類似于有線多路轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，它將來(lái)自于所有設(shè)備的數(shù)據(jù)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)訪問(wèn)診斷信息。 

    為每臺(tái)設(shè)備加裝無(wú)線模件，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HART網(wǎng)絡(luò)可以與用于控制目的的有線模擬網(wǎng)絡(luò)共同存在。 

為現(xiàn)有的HART設(shè)備添加無(wú)線功能

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

    獲取HART診斷數(shù)據(jù)的設(shè)備須同HART兼容。 

    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)設(shè)備必須處于至少一臺(tái)其它設(shè)備或者網(wǎng)關(guān)的發(fā)送接受范圍之內(nèi)。 

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

    各臺(tái)設(shè)備通電工作之后，自組織網(wǎng)絡(luò)也就開(kāi)始成形了。每臺(tái)新安裝到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都開(kāi)始確定臨近設(shè)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(duì)于軟件來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)好像來(lái)自于多路轉(zhuǎn)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(duì)設(shè)備的健康狀況或狀態(tài)之改變進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估的人員均可以方便地訪問(wèn)這些信息。 

無(wú)線方案的優(yōu)勢(shì)

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

    可避免改裝有線網(wǎng)絡(luò)以提取HART數(shù)據(jù)所帶來(lái)的成本問(wèn)題和潛在的困難。 

    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同已有的線路、接線盒以及接線板等等分開(kāi)設(shè)置，這就意味著用戶無(wú)需安裝多路轉(zhuǎn)換器并重新布線。由于原有線路的接線板無(wú)需觸及，安裝風(fēng)險(xiǎn)因此減少了。事實(shí)上，用戶需要擔(dān)心的所有問(wèn)題，僅僅是將每臺(tái)無(wú)線設(shè)備置于其它設(shè)備的覆蓋范圍之內(nèi)而已。  

    挑選希望置入網(wǎng)絡(luò)中的儀器設(shè)備很容易。 

    用戶可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立在現(xiàn)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(yù)算）有所增長(zhǎng)時(shí)添加新的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 

    通常情況下，過(guò)程設(shè)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(shè)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(shè)備愈多，系統(tǒng)也就愈加完善可靠。這是由于隨著節(jié)點(diǎn)的增加，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂揭苍黾恿恕?nbsp;

    對(duì)于由于無(wú)線節(jié)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(shè)備診斷數(shù)據(jù)的使用，過(guò)程性能的改善，以及無(wú)需親臨現(xiàn)場(chǎng)考察即可做出適當(dāng)?shù)木S護(hù)決定而帶來(lái)的好處， 即可加以彌補(bǔ)。 

總結(jié)

    無(wú)線技術(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內(nèi)的上百萬(wàn)臺(tái)HART設(shè)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(shì)。

    對(duì)于老式的控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)接線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，要想獲得這些診斷數(shù)據(jù)是困難的事，而且可能需要額外的成本。

    通過(guò)在現(xiàn)有HART設(shè)備上增加無(wú)線模塊，能夠方便地建立一個(gè)獨(dú)立的無(wú)線HART數(shù)據(jù)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(shè)備開(kāi)始逐步增加節(jié)點(diǎn)， 其價(jià)值也將隨之增長(zhǎng)。